DE60118408T2

DE60118408T2 - Filtervorrichtung und filtrationsmethode

Info

Publication number: DE60118408T2
Application number: DE60118408T
Authority: DE
Inventors: Bo Boye
Original assignee: Fibra Ltd
Current assignee: Shell Technology Ventures Fund 1 BV
Priority date: 2000-09-19
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2021-09-18
Also published as: EP1322398B2; CA2461460C; ATE321596T1; AU8988701A; CN1461232A; IL154951A; NZ524746A; EP1322398B1; US20030178366A1; WO2002024306A1; EP1322398A1; CN100556498C; AU2001289887C1; CA2461460A1; AU2001289887B2; JP2004508924A; IL154951A0; RU2281143C2; DE60118408D1; DE60118408T3

Description

ERFINDGUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät und ein Verfahren zum Filtern einer Flüssigkeit. Insbesondere betrifft die vorliegenden Erfindung ein Gerät zum Filtern von Flüssigkeit, wobei sich während des Filterns der Flüssigkeit mehrere Fasern längs in der Richtung des Flüssigkeitsstroms erstrecken.
STAND DER TECHNIK
Aus der US-Patentschrift Nr. 4,219,420 ist eine Anordnung zum Filtern einer kontaminierten Flüssigkeit oder eines kontaminierten Mediums bekannt. Gemäß der Offenbarung dieser Patentschrift sind mehrere Faserbündel auf einem Träger angeordnet und erstrecken sich innerhalb eines Filtergehäuses in der Richtung mindestens eines Einlasses und eines Auslasses des Gehäuses. Die zu filternde Flüssigkeit wird durch den Einlass in einer Richtung auf den Auslass zu in das Gehäuse eingeleitet. Während sie durch die mehreren Faserbündel fließt, werden die kontaminierten Partikel zwischen den Fasern festgehalten. Um den „Tiefeneffekt" der Faserbündel zu verstärken, können die Fasern unterschiedliche Längen aufweisen. Die Qualität der gefilterten Flüssigkeit hängt von der Dichte der Faserbündel ab. Um die Qualität des Filtervorgangs zu erhöhen, muss die Dichte der Fasern jedoch erhöht werden, wozu mehr Fasern in das Filtergehäuse eingeführt werden müssen.
In EP 0 280 052 wurde eine Verbesserung des Filters aus der US-Patentschrift Nr. 4,219,420 vorgeschlagen. Ein Filtergehäuse umfasst hier ein Trägerelement mit mehreren daran befestigten Faserbündeln, die sich innerhalb des Filtergehäuses in einer Richtung zwischen einem Einlass und einem Auslass erstrecken. In dem Filtergehäuse ist eine flexible, wasserdichte Membran vorgesehen, um eine Druckkammer bereitzustellen. Bei Druckbeaufschlagung während des Filter vorgangs komprimiert die Membran die mehreren Faserbündel, so dass sie eine kegelstumpfförmige Filterkammer bilden, und die Flüssigkeit wird beim Durchleiten durch die kegelstumpfförmige Kammer gefiltert. Die Dichte der Fasern und somit die Qualität der Filterung kann hier durch Einstellen des in der Druckkammer herrschenden Drucks gesteuert werden, wodurch die Kompression der Fasern angepasst wird.
Ein weiterer Filter mit Fasern, die sich längs in Richtung des Flüssigkeitsstroms erstrecken, und wobei die Dichte der Fasern durch Kompression der Fasern angepasst wird, ist aus der Patentschrift WO 94/11088 bekannt. Hier sind die Fasern in einer durch ein Rückhalteelement definierten Öffnung angeordnet und ein Verdrängungselement, das ein konisches Stück umfasst, ist im Zentrum der Fasern angeordnet. Durch Bewegen des Verdrängungselements in einer Richtung entlang der Fasern wird die Kompression der Fasern gegen das Rückhalteelement angepasst, wodurch die Dichte der Fasern und die Qualität der Filterung gesteuert wird.
Daher sind die Grundsätze einer Flüssigkeitsfilterung mit mehreren sich längs in die Richtung des Flüssigkeitsstroms erstreckenden Fasern, wobei die Filterqualität durch Anpassen der Kompression und somit der Faserdichte gesteuert wird, bekannt.
Das Filtergerät nach US-Patentschrift Nr. 4,219,420 verwendet eine Druckkammer, um die Fasern zu komprimieren, während das Filtergerät von WO 94/11088 ein konisches Verdrängungselement aufweist, das im Zentrum der Fasern angeordnet ist, um diese gegen ein Rückhalteelement zu drücken. Beide Filtergeräte sind in der Herstellung relativ kostenaufwändig. Aus den US-Patentschriften US-A-4,617,120 und US-A-5,470,470 sind weitere Beispiele von Filtergeräten mit komprimierten Fasern bekannt.
Heutzutage wird jedoch ein größeres Augenmerk auf die Qualität von haushaltlich genutztem Wasser sowie von industriell genutztem Wasser gelegt, was zum Teil auf die zunehmende Umweltverschmutzung und zum Teil auf das hinsichtlich der Qualität von Nahrungs- und Getränkemitteln gesteigerte öffentliche Bewusstsein zurückzuführen ist. Das Bevölkerungswachstum führt darüber hinaus zu einem immer größeren Bedarf an einem einfachen, kostengünstigen und effektiven Gerät zum Filtern einer Flüssigkeit wie Wasser.
Es besteht also ein wachsender Bedarf an einem einfachen, kostengünstigen und effektiven Gerät zum Filtern einer Flüssigkeit. Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Gerät zum Filtern einer Flüssigkeit bereitzustellen, das die Flüssigkeit effektiv filtert, kostengünstig in der Herstellung und einfach in der Bedienung ist.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Um ein solches verbessertes Filtergerät bereitzustellen, stellt die vorliegende Erfindung ein Gerät zum Filtern einer Flüssigkeit wie in den Ansprüchen 1, 2 und 5 beansprucht bereit.
Das Fasergehäuse kann die Form eines rohrförmigen Elements aufweisen, es versteht sich jedoch, dass das Gehäuse jede zweckmäßige Form aufweisen kann. Mindestens ein Teil des Fasergehäuses kann eine geometrische Querschnittsform haben, die im Wesentlichen einer aus der Folgendes umfassenden Gruppe ausgewählten Form entspricht: einen Kreis, ein Oval, eine Ellipse, die Form eines Tropfens und ein Polygonal. Die Polygonform kann hier aus der Folgendes umfassenden Gruppe ausgewählt sein: ein Dreieck, ein Rechteck, ein Fünfeck, ein Sechseck, ein Siebeneck und ein Achteck.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Kompressionsmittel eingerichtet sein, um einen Druck auf ein Stück oder einen Abschnitt der äußeren Oberfläche der flexiblen Membran zu erzeugen, wobei das Stück oder der Abschnitt eine in Richtung der Fasern verlaufende Ausdehnung oder Ausdehnungen hat, die kleiner als die Gesamtlänge der Fasern in dem Fasergehäuse ist/sind. Die Ausdehnung des Druckstücks oder -abschnitts beträgt in der Längsrichtung der Fasern weniger als 0,6 mal die Gesamtlänge der Fasern in dem Fasergehäuse, wie z.B. weniger als 0,4 mal, wie weniger als 0,2 mal oder wie weniger als 0,1 mal.
Ebenfalls innerhalb einer bevorzugten Ausführungsform liegt es, dass das Kompressionsmittel eingerichtet ist, um einen Druck auf ein Stück oder einen Abschnitt der äußeren Oberfläche der flexiblen Membran zu erzeugen, wobei das Stück oder der Abschnitt einen Außenumfang der Membran mindestens teilweise bedecken. Das Druckstück oder der Druckabschnitt können hierbei einen Außenumfang der Membran nur teilweise bedecken. Das Druckstück oder der Druckabschnitt können unter 90 % eines Außenumfangs der Membran, wie z.B. unter 80 %, wie unter 70 %, wie unter 60 %, wie unter 50 %, wie unter 40 %, wie unter 30 % oder wie unter 20 % bedecken.
Es versteht sich, dass, wenn ein Druck nur auf einen Teil der äußeren Oberfläche der Membran ausgeübt wird, der Zwischenraum der nicht komprimierten Teile der Fasern größer sein wird als die Zwischenräume des komprimierten Teils der Fasern. Die gefilterten Partikel werden in den Zwischenräumen des nicht komprimierten Teils der Fasern in dem Einlass-Ende verbleiben, und die Filtereffizienz wird zum Großteil durch die Ausdehnung des Teils der flexiblen Membran gesteuert, welcher druckbeaufschlagt ist.
Der Ort, an dem die Fasern komprimiert werden, ist ein vorbestimmter Ort. Es an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der Abstand von dem Einlass-Ende des Fasergehäuses zu dem Kompressionsort, und auch der Abstand von dem Auslass-Ende des Fasergehäuses zu dem Kompressionsort ebenfalls einen Einfluss auf die Filterleistung ausüben wird. Es können unterschiedliche Anordnungen des Kompressionsorts verwendet werden, der Abstand von dem Einlass-Ende des Fasergehäuses zu dem Kompressionsort beträgt jedoch mindestens 25 % der Gesamtlänge des Fasergehäuses, wie mindestens 33 %, wie mindestens 40 %, wie mindestens 50 %, wie mindestens 55, wie mindestens 60 %. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Zentrum des Kompressionsorts in einem Abstand von dem Einlass-Ende von etwa zwei Dritteln der Gesamtlänge des Fasergehäuses angeordnet, wodurch ein Abstand von einem Drittel der Gesamtlänge des Fasergehäuses bis zum Auslass-Ende verbleibt.
Es versteht sich, dass für den Abstand von dem Einlass-Ende zu dem Auslass-Ende des Fasergehäuses unterschiedliche Längen verwendet werden können. Es ist jedoch am zweckmäßigsten, eine durch die kommerziell erhältlichen Fasern oder Faserbündel definierte Länge zu verwenden. Der Abstand zwischen dem mindestens einen Einlass und dem mindestens einen Auslass kann zwischen 10 und 200 cm, wie zwischen 30 cm und 150 cm, wie zwischen 40 und 80 cm liegen. Wenn ein Faserbündel mit einer Länge von etwa 60 cm verwendet wird, kann ein vorbestimmter Abstand zwischen dem mindestens einen Einlass und dem mindestens einen Auslass zwischen 50 und 70 cm oder etwa 60 cm betragen.
Der Abstand zwischen dem mindestens einen Einlass und dem Kompressionsort kann dementsprechend gewählt sein. Der Abstand zwischen dem mindestens einen Einlass und dem Ort kann zwischen 5 cm und 100 cm, wie zwischen 10 cm und 90 cm, wie zwischen 20 und 80 cm, wie zwischen 30 und 50 cm, wie etwa 40 cm betragen.
Der Abstand zwischen dem mindestens einen Einlass und dem mindestens einen Auslass kann gemäß einer anderen Ausfüh rungsform zwischen 10 cm und 60 cm, wie zwischen 20 cm und 40 cm, wie zwischen 25 und 35 cm betragen. Hier kann ein Faserbündel mit einer Länge von etwa 30 cm verwendet werden.
Der Abstand zwischen dem mindestens einen Einlass und dem Kompressionsort kann wiederum entsprechend so ausgewählt werden, dass er zwischen 5 cm und 80 cm beträgt, wie zwischen 10 cm und 60 cm, wie zwischen 15 und 30 cm, wie etwa 20 cm.
Das Kompressionsmittel kann den Druck auf die äußere Oberfläche der flexiblen Membran auf verschiedene Weise erzeugen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Kompressionsmittel eine Druckkammer, wobei eine Innenwand der Kompressionskammer aus mindestens einem Teil der flexiblen Membran des Fasergehäuses gebildet werden kann. Die Druckkammer kann einen oder mehrere Einlässe/Auslässe haben, die eine druckbeaufschlagende Öffnung und eine Löseöffnung bereitstellen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Druck durch ein oder mehrere im Wesentlichen massives/massive Kompressionselement/Kompressionselemente erzeugt, die Kontakt zu der äußeren Oberfläche haben. Das Kompressionselement/die Kompressionselemente können nicht ein unflexibles Stück/unflexible Stücke und/oder ein flexibles Stück/flexible Stücke aufweisen, es ist jedoch bevorzugt, dass das Kompressionselement/die Kompressionselemente mindestens teilweise flexibel oder nachgiebig sind. Es sollte jedoch darauf hingewiesen sein, dass bei Verwendung eines solchen/solcher im Wesentlichen massiven Kompressionselement/Kompressionselemente ein viel einfacherer Aufbau erzielt werden kann, als wenn der Druck auf die Membran durch Einsatz eines Gases oder einer Flüssigkeit erzeugt wird. Das Mittel für die Kompression kann vorzugsweise eingerichtet sein, um den dadurch erzeugten Druck zu variieren oder zu steuern, so dass dadurch die Gesamt-Quer schnittsfläche der Fließkanäle an dem Ort variiert oder gesteuert werden und die Minimalgröße der durch die Fasern gefilterten Partikel variiert wird.
Das Kompressionsmittel kann eine Schelle umfassen. Das Kompressionsmittel kann außerdem oder alternativ mindestens zwei auf gegenüberliegenden Seiten der flexiblen Membran angeordnete Blöcke umfassen, um die Fasern von zwei Seiten zu komprimieren.
Es wird bevorzugt, dass das Kompressionsmittel Hydraulikmittel zum Erzeugen und/oder Steuern des Drucks umfasst. Vorzugsweise ist das Kompressionsmittel eingerichtet, die mehreren Fasern in einer Radialrichtung mit einem Druck von zwischen 1 und 20 bar, wie zwischen 3 und 15 bar, wie zwischen 5 und 10 bar zu komprimieren.
Das Fasergehäuse kann aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlicher Flexibilität bestehen, jedoch wird bevorzugt, dass das Fasergehäuse über seine gesamte Länge aus demselben Material besteht, wobei das Fasergehäuse über im Wesentlichen seiner gesamten Länge aus einer flexiblen Membran gebildet wird. Das Fasergehäuse kann aus einem beliebigen geeigneten Material bestehen, es wird jedoch bevorzugt, dass das Material wasserdicht ist und es wird weiter bevorzugt, dass das Material aus einer Gruppe ausgewählt wird, die Folgendes umfasst: PE (Polyethylen), weiches PVC (Polyvinylchlorid), Nylon, Teflon und Gummi. Das Gummimaterial kann in diesem Fall EPDM-Gummi sein.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Fasergehäuse in einem Halterungsteil angeordnet. In diesem Fall kann das Halterungselement im Wesentlichen aus solidem Material, wie beispielsweise rostfreiem Stahl bestehen. Das Halterungsteil kann vorzugsweise eine oder mehrere Öffnungen aufweisen, um es dem Kompressionsmittel zu ermöglichen, einen Druck auf die äußere Oberfläche der flexiblen Membran des Fasergehäuses zu erzeugen. Das Halterungsteil kann also zwei Öffnungen aufweisen, um dem Kompressionsmittel zu ermöglichen, einen Druck auf die äußere Oberfläche der flexiblen Membran zu erzeugen. Das Halterungsteil kann vorzugsweise als rohrförmiges Element gebildet sein.
Das Halterungsteil kann so geformt sein, dass es einen Flüssigkeitseinlass aufweist, der mit dem Einlass-Ende des Fasergehäuses abdichtend verbunden ist, und ein Flüssigkeitsauslassende, das mit dem Auslassende des Fasergehäuses abdichtend verbunden ist.
Um einen gewünschten Filterbetrieb des Geräts der vorliegenden Erfindung aufrechtzuerhalten, können die Fasern mit einer Spannung in Längsrichtung beaufschlagt werden, wenn sie in dem Fasergehäuse angeordnet sind. Somit kann das Filtergerät Mittel zur Aufrechterhaltung einer Längsspannung in den Fasern umfassen. Solche Mittel können durch das Befestigen der Fasern in dem Fasergehäuse und der Anordnung des Fasergehäuses in dem Halterungsteil bereitgestellt werden.
Als Innendurchmesser des Fasergehäuses kann ein beliebiger geeigneter Durchmesser ausgewählt werden. Am zweckmäßigsten ist es jedoch, einen Durchmesser auszuwählen, der zu dem Durchmesser von im Handel erhältlichen Faserbündeln passt. Vorzugsweise kann der Innendurchmesser des Fasergehäuses zwischen 1 cm und 20 cm, wie zwischen 2 cm und 15 cm, wie zwischen 3 cm und 10 cm, wie zwischen 4 cm und 8 cm, wie etwa 5 cm betragen.
Für das Filtergerät können verschiedene Arten von Fasern verwendet werden, wobei die Art der Fasern ausgewählt werden kann, um die Anforderungen eines bestimmten Filterprozesses zu erfüllen. Die Fasern können also durchlässig oder nicht durchlässig sein, die Fasern können massiv oder hohl sein und die Fasern können transparente Fasern umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Fasern Polyesterfasern oder Nylonfasern. Es ist außerdem bevorzugt, dass die Fasern einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt haben. Die Ausdehnung des Querschnitts kann dabei entsprechend den aus der Flüssigkeit zu filternden Partikeln variieren, es ist jedoch bevorzugt, dass der Durchmesser höchstens 5 mm, wie höchstens 2 mm, wie im Bereich von 0,001–1 mm, wie im Bereich von 0,01 bis 0,5 mm.
Bei Verwendung von Hohlfasern können die Fasern an den Faserenden vorzugsweise geschlossen sein. Dabei kann mindestens ein Teil der Faserenden in demselben Ende des Fasergehäuses wie ein Einlass in das Fasergehäuse angeordnet sein.
Bei der Anordnung der Fasern in dem Fasergehäuse werden die Fasern gemäß einer Ausführungsform an dem Einlassende des Fasergehäuses an ein Endstück des Fasergehäuses befestigt. Die Fasern an dem Einlassende des Fasergehäuses können dabei an das Endstück geleimt oder an ein Halterungsteil geleimt werden, welches an dem Endstück befestigt ist. Diese können mittels Epoxid festgeleimt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform haben die Fasern freie Faserenden an dem gegenüberliegenden Ende des Einlassendes des Fasergehäuses. Die vorliegende Erfindung deckt aber auch eine Ausführungsform ab, in der die Fasern an ihren jeweiligen Enden an ein Endstück des Fasergehäuses angebracht sind. Auch hier können die Fasern an den Endstücken oder den an den Endstücken befestigten Halterungsteilen mittels Epoxid festgeleimt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die mehreren Fasern innerhalb des Fasergehäuses ein Faserbündel umfassen, das so gekrümmt wird, dass die sich ergebende Länge des gekrümmten Faserbündels etwa zwischen einem Drittel und zwei Dritteln der Länge der nicht ge krümmten Fasern liegt, vorzugsweise etwa die Hälfte der nicht gekrümmten Faserbündel. Hierbei kann der gekrümmte Teil der gekrümmten Faserbündel in dem Auslassende des Fasergehäuses angeordnet sein. Die Erfindung deckt aber auch Ausführungsformen ab, bei denen der gekrümmte Endteil des gekrümmten Faserbündels in dem Einlassende des Fasergehäuses angeordnet ist.
Wenn der gekrümmte Endteil des gekrümmten Faserbündels in dem Auslassende des Fasergehäuses angeordnet ist, können die Fasern um ein kreuzförmiges Element, welches an dem Auslassende des Gehäuses angeordnet ist, angeordnet und darum gekrümmt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die beiden Glieder des Kreuzes jedoch beabstandet zueinander angeordnet, wodurch etwa die Hälfte der Fasern in einem ersten Abstand zum Auslassende und die verbleibenden Fasern in einem zweiten Abstand zum Auslassende angeordnet werden.
Obwohl es bevorzugt sein kann, einen einzigen Kompressionsort der Fasern zu haben, liegt es auch innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung, das Kompressionsmittel für das Komprimieren der Fasern an mehreren Orten entlang der Länge der Fasern einzurichten. Dadurch kann die Akkumulationskapazität der gefilterten Partikel entlang der Länge des Fasergehäuses geändert oder gesteuert werden.
Das Filtergerät der vorliegenden Erfindung kann bei Anordnung in einem Filtersystem für das Filtern verwendet werden. Somit stellt die vorliegende Erfindung wie in Anspruch 59 beansprucht auch ein System zum Filtern einer Flüssigkeit bereit.
Das System kann weiterhin Mittel zum Lösen des Drucks auf die äußere Oberfläche der flexiblen Membran umfassen, wodurch die Fasern in einem unkomprimierten Zustand belassen werden, und Mittel zum Durchleiten einer Flüssigkeit und/oder eines Gases durch die unkomprimierten Fasern in einer Richtung von dem Einlass zu dem Auslass oder in einer umgekehrten Richtung, um das Gerät vorwärts oder rückwärts zu durchspülen.
Bei der zum Durchspülen durch die unkomprimierten Fasern zu leitenden Flüssigkeit kann es sich um ungefilterte Flüssigkeit handeln, es kann aber auch jede andere Flüssigkeit wie etwa Leitungswasser sein. Wenn ein Gas für das Durchspülen verwendet wird, kann es sich dabei um komprimierte Luft handeln.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Filtersystems sind die Mittel zum Komprimieren der Fasern, die Mittel zum Lösen des Drucks, die Mittel zum Durchleiten der Flüssigkeit durch die komprimierten Fasern und die Mittel zum Durchleiten einer Flüssigkeit oder eines Gases durch die unkomprimierten Fasern, um das Gerät zu steuern, alle computergesteuert.
Im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung liegt es auch, ein wie in Anspruch 63 beanspruchtes Verfahren zum Filtern einer Flüssigkeit bereitzustellen.
Das oben genannte Verfahren kann außerdem den Schritt des Übertragens von ultraviolettem Licht über die Fasern umfassen, um Bakterien und/oder Viren in den gefilterten Partikeln durch den Einsatz ultravioletten Lichts abzutöten.
Es liegt weiterhin innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung, ein wie in Anspruch 65 beanspruchtes Verfahren zum Durchspülen eines Filtergeräts bereitzustellen.
Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leichter aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den angefügten Figuren ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Filtergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung,
2 ist ein Blockdiagramm, das ein das Filtergerät gemäß der vorliegenden Erfindung verwendendes Filtersystem zeigt,
3 ist eine Längsschnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Filtergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung, und
4 ist ein Blockdiagramm, das eine zweite Ausführungsform eines das Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung verwendenden Systems zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt eine Längsschnittansicht einer Ausführungsform eines Filtergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Filtergerät in 1 umfasst ein Fasergehäuse 1, das die Form eines Rohrs aufweist. Das Fasergehäuse 1 ist hier über die gesamte Gehäuselänge aus einem flexiblen, wasserdichten Material gefertigt, wodurch das Fasergehäuse als eine flexible Membran ausgebildet ist, die ein Faserbündel 2 umgibt. Das Faserbündel 2 umfasst mehrere Fasern, die sich in Längsrichtung in dem Fasergehäuse 1 erstrecken.
In der dargestellten Ausführungsform werden die Fasern gekrümmt, um dadurch ein Bündel gekrümmter oder gefalteter Fasern 2 zu erhalten, deren Länge etwa die Hälfte der Länge der nicht gekrümmten Fasern umfasst. Das gekrümmte Ende der Fasern wird in einem Auslassende 3 des Fasergehäuses 1 angeordnet. Die Fasern können hierbei um ein an dem Fasergehäuse 1 durch Anleimen mittels Epoxid befestigtes Kreuz 4 gekrümmt werden. Die freien Enden der Fasern werden in einem Einlassende 5 des Fasergehäuses 1 angeordnet. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Fasern an das Einlassende 5 mittels Epoxid geleimt werden, was zu einer wasserdichten Endoberfläche an dem Einlassende 5 führt. Das Faserbündel 2 sollte bei der Anordnung in dem Epoxid des Einlassendes 5 im Wesentlichen gleichmäßig beabstandet angeordnet werden, um eine Reihe von im Wesentlichen gleich großen Zwischenräumen zu erhalten, welche Fließkanäle definieren. Eine Reihe von Einlässen 6 sind in der Seitenwand des Fasergehäuses 1 nahe dem Einlassende 5 angeordnet, wodurch eine Flüssigkeit in das Fasergehäuse 1 geleitet werden kann. Das Fasergehäuse 1 ist an dem Auslassende 3 offen, wodurch die Flüssigkeit aus dem Fasergehäuse 1 entfernt werden kann.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das Fasergehäuse 1 aus einem flexiblen Material wie weichem PVC oder flexiblen PVC gefertigt, die Seitenwand des Fasergehäuses weist eine Dicke von etwa 5 mm auf und der Innendurchmesser des Fasergehäuses beträgt etwa 50 mm, was zu einem Außendurchmesser von etwa 60 mm führt. Das Kreuz besteht aus rostfreiem Stahl und hat einen Durchmesser von 2 mm. Die Fasern können beispielsweise Hohlfasern aus Tynex^®-Nylon (von der Firma DuPont erhältlich) mit einer ungefalteten Länge von 600 mm und einem Durchmesser von etwa 0,15 mm sein. Es können jedoch auch massive Fasern verwendet werden. Die gekrümmte oder gefaltete Länge der Fasern in dem Bündel 2 liegt bei etwa oder etwas weniger als 300 mm. Die Länge des Fasergehäuses liegt dann bei etwa oder etwas mehr als 300 mm. Es sei darauf hingewiesen, dass das Fasergehäuse 1 auch aus einem Gummimaterial wie beispielsweise EPDM-Gummi bestehen kann.
Wenn sich die Fasern in einem unkomprimierten Zustand befinden, werden die Zwischenräume zwischen den Fasern durch die Anordnung der Fasern an dem Einlassende 5 und die Anordnung der Fasern um das Kreuz 4 am Auslassende 3 defi niert. Infolge der Anordnung um das Kreuz 4 herum kann die Größe der Zwischenräume und dadurch der Fließkanäle leicht von dem Einlassende 5 zu dem Auslassende 3 variieren. Es gehört auch zu einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die beiden Glieder des Kreuzes 4 voneinander mit einem Abstand von etwa 20 mm zu trennen.
Es versteht sich, dass die Mindestgröße der aus einer Flüssigkeit zu filternden Partikel von dem Durchmesser der Fasern und der Kapselung bzw. Querschnittsdichte der Fasern abhängt. Die Größe der gefilterten Partikel nimmt bei abnehmenden Faserdurchmesser ab. Obwohl eine relativ hohe Faserdichte bevorzugt ist, ist es wichtig, dass die Querschnittsfläche der Fließkanäle in einem Abstand von dem Ort der Faserkompression größer ist als an diesem Ort, um ein Zusetzen zu verhindern.
Bei der Verwendung des Filtergeräts nach 1 für die Filterung von Flüssigkeiten kann die das Faserbündel 2 umgebende flexible Membran in einer Radialrichtung an einem Ort entlang des Gehäuses 1 komprimiert werden. Dadurch wird die Gesamt-Querschnittsfläche der Zwischenräume zwischen den Fasern und dadurch der Querschnitt der Fließkanäle an diesem Ort reduziert, wobei sich die Querschnittsflächen der Fließkanäle auf diesen Ort hin allmählich verringern. Die Querschnittsfläche der Fließkanäle und somit die Filterwirkung können durch Variieren des externen Drucks auf die flexible Membran variiert werden.
Um die Fasern des Faserbündels 2 zu komprimieren, umfasst das Filtergerät von 1 Kompressionsmittel in Form einer Schelle mit zwei gekrümmten Backen 7a, 7b. Die Backen 7a, 7b sind hierbei aus rostfreiem Stahl gefertigt und weisen auf der Oberfläche einen Überzug aus weichem PVC auf, um die flexible Membran des Fasergehäuses 1 zu kontaktieren. Wenn die Backen 7a, 7b gegen das Fasergehäuse 1 gepresst werden, werden die Fasern komprimiert und das Filtergerät kann zum Filtern der Flüssigkeit verwendet werden. Wenn die Flüssigkeit durch das Fasergehäuse geleitet wird, werden die gefilterten Partikel in der Einlassseite des Fasergehäuses 1 zwischen dem Einlass 6 und dem Ort 8 der komprimierten Fasern abgeschieden.
Um ausreichend Raum für die abgeschiedenen Partikel zu erhalten und um ein frühes Zusetzen des Filtergeräts zu vermeiden, sind die Backen 7a, 7b und damit der Kompressionsort 8 vorzugsweise so angeordnet, dass sich etwa zwei Drittel der Länge des Fasergehäuses an der Einlassseite der Backen 7a, 7b und etwa ein Drittel der Länge des Fasergehäuses an der Auslassseite der Backen 7a, 7b befindet. Für das Filtergerät aus 1 beträgt die Breite der Backen 7a, 7b etwa 25 mm. Die Kontaktflächen der Backen 7a, 7b sind so ausgebildet, dass jede Fläche etwa ein Drittel des Außendurchmessers oder Umfangs des unkomprimierten Fasergehäuses 1 abdeckt.
Die Backen oder Blöcke 7a, 7b des Kompressionsmittels können manuell oder hydraulisch gesteuert werden. Bei Verwendung hydraulischer Mittel kann der Druck des Kompressionsmittels elektronisch durch Verwendung beispielsweise eines Computers gesteuert werden. Für das Filtergerät von 1 sind Filterprozesse bei einem Druck von zwei Tonnen auf den Kompressionsmitteln 7a, 7b ausgeführt worden, wodurch das Faserbündel 2 komprimiert wird.
Um das Fasergehäuse 1 von 1 zu stützen oder zu halten, ist ein Halterungsteil 9 vorgesehen. Das Halterungsteil weist eine Rohrform auf mit einem Flüssigkeitseinlassende und einem Flüssigkeitsauslassende und mit zwei gegenüber angeordneten Öffnungen 10a, 10b, die es dem Kompressionsmittel 7a, 7b gestatten, die flexible Membran des Fasergehäuses 2 zu komprimieren. Das Halterungsglied oder Rohr 9 weist einen ersten inneren Rand 11 an dem Einlassende und einen zweiten inneren Rand 12 an dem Auslassende auf, wobei ein erster O-Dichtungsring 13 an dem Einlassende 5 um das Fasergehäuse 1 herum angeordnet ist und sich in abdichtender Ineingriffnahme mit dem ersten inneren Rand 11 befindet, und wobei ein zweiter O-Dichtungsring 14 an dem Auslassende 3 um das Fasergehäuse 1 herum angeordnet ist und sich in abdichtender Ineingriffnahme mit dem zweiten inneren Rand 12 befindet. In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist auch ein äußerer Rand 15 an dem Einlassende 5 des Fasergehäuses 1 geformt, wodurch der erste O-Dichtungsring 13 zwischen dem äußeren Rand 15 und dem ersten inneren Rand 11 platziert ist. Das Halterungsglied oder Rohr 9 weist weiterhin einen Einlassflansch 16 auf, der an dem Flüssigkeitseinlassende angeordnet ist, und einen Auslassflansch 17, der an dem Flüssigkeitsauslassende angeordnet ist. Die Flansche 16, 17 werden an dem Halterungsglied 9 mit Bolzen 18 und entsprechenden Muttern 19 befestigt.
Der Einlassflansch 16 ist so bemessen, dass er zu einem Flüssigkeitseinlassrohr passt, und der Auslassflansch 17 ist so bemessen, dass er zu einem Flüssigkeitsauslassrohr passt.
Bei dem Filtergerät von 1 sind die Einlass- und Auslassrohre 3/4-Inch-Rohre und das Halterungsteil oder Rohr 9 besteht aus rostfreiem Stahl mit einem Außendurchmesser von 100 mm und einer Länge von ungefähr 360 mm.
Bei der Verwendung von weichem PVC für das Fasergehäuse ist die Steifheit des Gehäuses 1 groß genug, um ein abdichtendes Ineingriffnehmen zwischen dem inneren Rand 12 und dem O-Dichtungsring 14 zu gewährleisten. Dieses abdichtende Ineingriffnehmen wird durch den Druck der Flüssigkeit innerhalb des Fasergehäuses 1 weiter verstärkt. Wenn für das Fasergehäuse 1 jedoch eine Gummimembran eingesetzt wird, kann es jedoch notwendig sein, das Auslassende 3 des Fasergehäuses 1 zu verstärken.
Es versteht sich, dass der Hauptvorteil eines Filtergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung in der Möglichkeit liegt, die Fasern zu durchspülen, wenn der Druck auf den Fasern gelöst wird. Dieser Durchspülprozess kann entweder ein Vorwärts-Durchspülprozess oder ein Rückwärts-Durchspülprozess sein. Dies wird in 2 gezeigt, welche ein Blockdiagramm ist, das ein Filtersystem unter Verwendung eines Filtergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Filtergerät kann vorzugsweise das in 1 gezeigte sein, aber es kann auch jedes andere Filtergerät gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Das System von 2 umfasst ein Filtergerät 41 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Filtergerät 41 weist ein Fasergehäuse 42 mit einem Halterungsteil 43 mit Öffnungen 44a, 44b für Kompressionsmittel 45a, 45b auf, wobei die Kompressionsmittel einen Druck auf einer flexiblen Membran des Fasergehäuses 42 erzeugen können. Das Filtergerät 42 weist weiterhin ein Flüssigkeitseinlassende 46 und ein Flüssigkeitsauslassende 47 zum Verbinden jeweils mit einem Flüssigkeitseinlassrohr 48 und einem Flüssigkeitsauslassrohr 49 auf.
Das System von 2 umfasst ferner einen Behälter für ungefilterte Flüssigkeit 50 mit einem Rohr 51, das über ein Ventil 69 mit einer Pumpe 52 zum Bereitstellen eines vorbestimmten Flüssigkeitsdrucks verbunden ist. Eine Rohr 53 leitet die Flüssigkeit durch ein Ventil 55 zu dem Flüssigkeitseinlassrohr 48 mit einem Druckanzeiger 54. Vor dem Ventil 55 ist ein Rohr 56 an das Rohr 53 über ein Ventil 57 verbunden, wobei das andere Ende von Rohr 56 mit dem Flüssigkeitsausgangsrohr 49 verbunden ist. Das Flüssigkeitseinlassrohr 48 ist mit einem Rohr 58 verbunden, das über ein Ventil 59 zu einem Behälter 60 führt, der zum Auffangen gefilterter Partikel oder aus dem Fasergehäuse während eines Spülprozesses entfernter Ablagerungen dient. Das Flüssigkeitsauslassrohr 49 ist außerdem mit einem Rohr 61 verbunden, welches über ein Ventil 62 zu dem Ablagerungsbehälter 60 führt. Das Flüssigkeitsauslassrohr 49 weist auch einen Druckmesser 63 auf, und nach der Verbindung mit den Rohren 56 und 61 ist das Flüssigkeitsauslassrohr 49 mit einem Rohr 64 verbunden, welches über ein Ventil 65 die gefilterte Flüssigkeit zu einem Behälter für gefilterte Flüssigkeit 70 führt.
In 2 wird auch ein Einlass 66 gezeigt, der über ein Ventil 67 mit dem Rohr 56 verbunden ist. Darüber hinaus ist ein Ventil 68 in das Rohr 56 vor der Verbindung mit dem Flüssigkeitsauslassrohr 49 eingeführt. Der Einlass 66 kann zum Einspritzen oder Leiten einer Flüssigkeit, Luft oder eines Gases in das für den Durchspülprozess zu verwendende System verwendet werden. Die Flüssigkeit, Luft oder das Gas sollte einen Druck aufweisen, der hoch genug ist, um das System durchzuspülen.
Wenn das System von 2 im Filtermodus betrieben wird, liefert das Kompressionsmittel 45a, 45b einen vorbestimmten Druck auf die Fasern innerhalb des Fasergehäuses, die Ventile 69, 55 und 65 sind geöffnet, die Ventile 57, 59, 62, 67 und 68 sind geschlossen, und die Pumpe 52 liefert einen vorbestimmten Flüssigkeitseinlassdruck. Dieser Druck kann beispielsweise bis zu 20 bar, wie z.B. bis zu 10 bar, wie im Bereich von 5 bis 10 bar, betragen. Wenn der Filterprozess für einige Zeit angedauert hat, muss die Faser in dem Fasergehäuse 42 möglicherweise durchgespült werden.
Wird ein Durchspülen in die Vorwärtsrichtung gebraucht, dann kann die Pumpe 52 abgestellt werden, die Ventile 69, 55 und 65 werden geschlossen, während die Ventile 57, 59, 62, 67 und 68 in der geschlossenen Position gehalten werden, das Kompressionsmittel 45a, 45b wird gelöst, dann werden die Ventile 62, 69 und 55 geöffnet und die Pumpe 52 wird wieder angestellt. Dies leitet ungefilterte Flüssig keit durch die unkomprimierten Fasern des Fasergehäuses 42 und durch das Rohr 61 zu dem Ablagerungsbehälter 60.
Wird ein Durchspülen in die Rückwärtsrichtung gebraucht, dann kann die Pumpe 52 abgestellt werden, die Ventile 69, 55 und 65 werden geschlossen, während die Ventile 57, 59, 62, 67 und 68 in der geschlossenen Position gehalten werden, das Kompressionsmittel 45a, 45b wird gelöst, dann werden die Ventile 69, 57, 68 und 59 geöffnet und die Pumpe 52 wird wieder angestellt. Dies leitet ungefilterte Flüssigkeit durch die unkomprimierten Fasern des Fasergehäuses 42 und durch das Rohr 56, rückwärts durch die unkomprimierten Fasern des Fasergehäuses 42 und durch das Rohr 58 zu dem Ablagerungsbehälter 60.
Wird ein Durchspülen mit Hilfe des Einlasses 66 gebraucht, dann kann die Pumpe 52 abgestellt werden, die Ventile 69, 55 und 65 werden geschlossen, während die Ventile 57, 59, 62, 67 und 68 in der geschlossenen Position gehalten werden, das Kompressionsmittel 45a, 45b wird gelöst, dann werden die Ventile 62, 67, 57 und 55 geöffnet. Dies wird Flüssigkeit, Luft oder Gas aus dem Einlass 66 durch die unkomprimierten Fasern des Fasergehäuses 42 und durch das Rohr 61 zu dem Ablagerungsbehälter 60 führen.
Wird ein Durchspülen mit Hilfe des Einlasses 66 gebraucht, dann kann die Pumpe 52 abgestellt werden, die Ventile 69, 55 und 65 werden geschlossen, während die Ventile 57, 59, 62, 67 und 68 in der geschlossenen Position gehalten werden, das Kompressionsmittel 45a, 45b wird gelöst, dann werden die Ventile 67, 68 und 59 geöffnet. Dies wird Flüssigkeit, Luft oder Gas aus dem Einlass 66 durch die unkomprimierten Fasern des Fasergehäuses 42 und durch das Rohr 58 zu dem Ablagerungsbehälter 60 führen.
In der Regel wird ein Rückwärts-Durchspülprozess dazu verwendet, jede weitere Kontamination des Systems durch gefilterte Partikel zu verhindern.
Es versteht sich, dass es auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt, ein Filtersystem bereitzustellen, das automatisch durch einen Computer betrieben wird, wie beispielsweise eine programmierbare Logiksteuerung, PLC. Ein Computer kann hierbei so programmiert werden, dass er das Komprimieren und das Lösen des Druckmittels unter Verwendung von Hydraulikmitteln steuert. Vorbestimmte Drücke und Zeitintervalle können in den Computer programmiert werden, um einen solchen Prozess zu steuern. Der Computer kann darüber hinaus programmiert werden, um die Flüssigkeitspumpe 52 und die Ventile 55, 57, 59, 62, 65, 67 und 68 zu vorbestimmten Zeitintervallen aktiv oder nicht aktiv zu steuern.
In Tabelle 1 werden die Ergebnisse eines Filterprozesses aufgelistet, der das Filtergerät von 1 verwendet. Die zu filternde Flüssigkeit hatte einen Flüssigkeitseinlassdruck von etwa 2,5 bis 3 bar und das Kompressionsmittel wurde um das Fasergehäuse mit einem Druck von etwa 2 Tonnen komprimiert. Das Faserbündel des Fasergehäuses umfasste Hohlfasern aus Polyester mit einem Durchmesser von 0,05 mm.
Bei der gefilterten Flüssigkeit handelte es sich um mit Asche kontaminiertes Wasser, wobei gewöhnliches Trinkwasser mit Holzasche gemischt wurde. Die Mischung wurde gemessen und bestand aus Wasser und 95 mg/l löslichen Feststoffen (trockenes Material). Nach Durchleiten durch den Filter gab es keinen messbaren Anteil an löslichen Feststoffen in der gefilterten Flüssigkeit mehr. Die untere Grenze des Messapparats für den löslichen Feststoff war 3 mg/l, aus den Resultaten wird also geschlossen, dass mehr als 96 % des Feststoffes aus dem Wasser gefiltert wurde.
Der Grund dafür, das Filtergerät mit dieser Art Flüssigkeit zu testen, lag darin, dass diese Art von Verschmutzung einen breiten und natürlichen Bereich von Partikelgrößen aufweist.
Tabelle 1
Die Analyse wurde von dem VKI-Institut durchgeführt und durch die DANAK-Reg.-Nr. 26 an einem Mastersizer(S long bed Version 2.18)-Gerät von Malvem Instruments Ltd., in DK zertifiziert.
Eine zweite Ausführungsform eines Filtergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 3 dargestellt. Das Gerät von 3 umfasst ein Fasergehäuse 3 mit Rohrform. Der äußere Teil des Fasergehäuses 301 ist hierbei aus wasserdichtem Material gefertigt, welches über die gesamte Gehäuselänge massiv ist und ein Faserbündel 302 umgibt. Das Faserbündel 302 umfasst mehrere Fasern, die sich in dem Fasergehäuse 301 in der Längsrichtung erstrecken. Für diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Innenteil des Fasergehäuses 301 ein Kompressionsmittel 303 in der Form einer Kompressionsmembran, Keil oder Balg, die an einem Ort innerhalb des Fasergehäuses 301 angeordnet ist und die Fasern 302 umgibt. Das Kompressionsmittel besteht aus einem flexiblen Material und ist durch Lager- und Abdichtringe 303 und Lagerbolzen 305 abdichtend mit der Innenwand des Gehäuses 301 verbunden. Eine hydraulische Einlass-/Auslassöffnung 306 ist in dem Gehäuse 303 angebracht, um einen hydraulischen Druck bereitzustellen und/oder zu steuern, wodurch die Kompressionsmittel 303 gegen das Faserbündel 302 komprimiert wird.
In der dargestellten Ausführungsform weist das Fasergehäuse 301 ein Einlassende 307 und ein Auslassende 308 auf, und die Fasern 302 haben freie Faserenden an dem Auslassende 308. An dem Einlassende 307 sind die Fasern an einen Faserkopf 309 befestigt, und es wird vorgezogen, dass die Fasern 302 mittels Epoxid an den Faserkopf 309 festgeleimt sind. Das Faserbündel 30 sollte im Wesentlichen gleichmäßig beabstandet werden, wenn es in dem Epoxid des Faserkopfes 309 angeordnet wird, um eine Reihe von im Wesentlichen gleich beabstandeten Zwischenräumen zu erhalten, die Fließkanäle definieren. Ein oder mehrere Flüssigkeitseinlässe können an oder um das Einlassende 307 des Fasergehäuses 301 angeordnet sein, wodurch eine Flüssigkeit in das Fasergehäuse 301 geleitet werden kann. Das Fasergehäuse 301 weist einen oder mehrere Flüssigkeitsauslässe an dem Auslassende 308 auf, wodurch die Flüssigkeit aus dem Fasergehäuse 301 entfernt werden kann. Der Faserkopf 309 wird an ein Faserkopflager 310 befestigt, welches an dem Fasergehäuse 301 befestigt ist, und die Flüssigkeit kann von dem Einlass/den Einlässen durch das Lager 310 entlang des Faserkopfes 309 durchgeleitet werden und dann in das Faserbündel 302 entlang der Außenseite des Bündels 302 eintreten. Wenn eine Flüssigkeit in das Faserbündel 302 eingeführt wird, können die Fasern gegen das Fasergehäuse und die Kompressionsmittel 303 gepresst werden, wodurch die Flüssigkeit durch die zwischen den Fasern vorgesehenen Zwischenräume vor dem Verlassen des Fasergehäuses 301 durch den/die Flüssigkeitsauslass/Flüssigkeitsauslässe durchgeleitet werden muss.
Der Faserkopf 309 kann an dem Lager 301 über einen Kopfbolzen 311 mit einer auf einem Spülring 313 lagernden Spülmutter 312 befestigt werden. Ein Freiraum ist um den Kopfbolzen 311 innerhalb des Lagers vorgesehen und ein Spülraum ist zwischen dem Lager 310 und dem Faserkopf 309 vorgesehen. Es wird vorgezogen, dass ein Ring, der einen turbulenten Flüssigkeitsstrom bereitstellen soll, wie beispielsweise während eines Spülprozesses, an der Innenwand des Gehäuses 301 angeordnet ist.
Es wird vorgezogen, dass der Spülring 313 eine variable Dicke oder Höhe aufweist und dass die Spülmutter 312 so bemessen ist, das sie zu der variablen Höhe des Spülrings passt. Wenn der Faserkopf 309 also gedreht oder verdreht wird, beispielsweise während eines Spülprozesses, kann der Faserkopf 309 vor und zurück in die Gegenrichtung zum Lager 310 bewegt werden. Der Faserkopf 309 kann aufgrund eines turbulenten Flüssigkeitsstroms, welcher durch den Ring 314 bereitgestellt werden kann, verdreht werden.
Das Fasergehäuse 301 und das Lager 310 werden für das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel aus rostfreiem Stahl gefertigt, während das Kompressionsmittel 303 aus einem flexiblen Material gefertigt sein kann, wie beispielsweise weiches PVC, flexibles PVC oder Gummi. Der Innendurchmesser des Faserkopfes 309 und des Faserbündels 302 kann etwa 76 mm betragen. In einer Ausführungsform sind die Fasern Hohlfasern aus Nylon mit einer Länge von etwa 400 mm und einem Faserdurchmesser von etwa 6 mm. Die Gesamtlänge des Fasergehäuses 301 kann 500 mm betragen. Massive Fasern können ebenfalls eingesetzt werden, und in einer Ausführungsform werden massive Fasern mit einem Durchmesser von 2,5 mm benutzt.
Es versteht sich, dass der Hauptvorteil des Filtergeräts gemäß der vorliegenden Erfindung in der Möglichkeit liegt, die Fasern durchzuspülen, wenn der Druck auf den Fasern gelöst wird. Der Durchspülvorgang kann entweder ein Vorwärts-Durchspülvorgang oder ein Rückwärts-Durchspülvorgangsein. Ein System, das in der Lage ist, einen Vorwärts-Durchspülvorgang durchzuführen, wird in 4 gezeigt, die ein Blockschaltbild ist, das ein das Filtergerät aus 3 verwendendes System zeigt.
In dem System von 4 weist das Filtergerät 401 ein Filtergehäuse 402 mit hydraulischer Einlass-/Auslassöffnung 403 auf, welche zu Kompressionsmitteln innerhalb des Gehäuses zum Komprimieren des Faserbündels innerhalb des Fasergehäuses 402. Eine Flüssigkeit oder ein Gas kann zu einem bestimmten Druck über die Öffnung 40 eingeführt werden, um die Fasern zu komprimieren. Das Gerät 401 weist ferner ein Flüssigkeitseinlassende 404 und ein Flüssigkeitsauslassende 405 zur Verbindung jeweils mit den Flüssigkeitseinlass- und -auslassrohren 406, 407.
Das System von 4 umfasst ferner einen Behälter für ungefilterte Flüssigkeit 408 mit einem Rohr 409, das über ein Flüssigkeitsventil 410 mit der Einlassseite einer Pumpe 411 zum Bereitstellen eines vorbestimmten Flüssigkeitsdrucks verbunden ist. Wenn das Flüssigkeitsventil 410 offen ist, wird das Rezirkulations-Ventil 413 geschlossen und die Pumpe 411 eingeschaltet, die Flüssigkeit wird an der Auslassseite der Pumpe 411 zu einem bestimmten Druck bereitgestellt.
Von der Auslassseite der Pumpe 411 führt ein Rohr 414 die Flüssigkeit durch ein Ventil 415 zu dem Flüssigkeitseinlassrohr 406. Vor dem Ventil 415 ist ein Rohr 416 an das Rohr 414 über ein Kompressionsventil 417 verbunden, wobei der Auslass des Ventils 417 mit der Öffnung 403 verbunden ist. Die Öffnung 403 ist auch mit einem externen Steuer rohr 418 über ein externes Steuerventil 419 und an ein Rohr 420 über ein Dekomprimierungsventil 421 verbunden. Das Rohr 420 ist mit einem Einspritzer 422 verbunden.
Der Auslass des Einspritzers 422 führt zu einem Behälter 423 zum Auffangen von gefilterten Partikeln oder Ablagerungen, die aus dem Fasergehäuse 402 während eines Durchspülprozesses entfernt worden sind. Das Flüssigkeitsauslassrohr 407 ist weiterhin mit dem Einspritzer 422 über ein Rohr 424 und ein Vorwärts-Durchspülventil 425 verbunden. Das Flüssigkeitsauslassrohr 407 ist mit einem Rohr 426 verbunden, welches die gefilterte Flüssigkeit über ein Ventil 427 zu einem Behälter 428 für gefilterte Flüssigkeit führt.
Die Kompression der Fasern kann extern durch Einstellen des Hydraulikdrucks über das externen Steuerrohr und -ventil 419 gesteuert werden. Bei Betrieb in diesem Modus sind die Ventile 417 und 421 geschlossen. Wenn das Kompressionsmittel dekomprimiert wird, kann das Dekomprimieren über das Ventil 419 oder eine Öffnung des Dekomprimierungsventils stattfinden. Es ist jedoch bevorzugt, dass das Ventil 419 geschlossen ist und dass der Kompressionsdruck über das Kompressionsventil 417 gesteuert wird. Hierbei werden die Ventile 415, 413, 419 und 421 geschlossen, während Ventil 410 und 417 geöffnet sind und unbehandelte Flüssigkeit durch die Pumpe 411 über das Rohr 416 in das Kompressionsmittel über die Öffnung 403 gepumpt wird. Wenn ein gewünschter Druck erreicht ist, wird Ventil 417 geschlossen und das System kann für den Normalbetrieb verwendet werden.
Während des Normalbetriebs sind die Ventile 413, 417, 419, 421 und 424 geschlossen, während die Ventile 410, 415 und 427 geöffnet sind. Die Pumpe 414 liefert einen vorbestimmten Flüssigkeitseinlassdruck. Dieser Druck kann beispielsweise bis zu 20 bar betragen, wie bis zu 10 bar, wie im Bereich von 5 bis 10 bar, oder wie im Bereich von 4 bis 6 bar. Wenn der Prozess für einige Zeit gelaufen ist, müssen die Fasern innerhalb des Fasergehäuses 402 möglicherweise gespült werden.
Wenn eine Verwendung mit Vorwärtsspülen gewünscht wird, kann die Pumpe 411 ausgestellt werden, die Ventile 410, 415 und 427 sind geschlossen und die Ventile 413, 417 und 419 werden geschlossen gehalten, das Dekompressionsventil 421 und das Vorwärts-Durchspülventil 425 sind geöffnet, dann werden die Ventile 410, 415 geöffnet und die Pumpe 411 wird wieder angestellt. Dies leitet ungefilterte Flüssigkeit vorwärts durch die Fasern, während zugleich die Fasern dekomprimiert werden, indem der Einspritzer 422 die Kompressionsflüssigkeit über das Dekompressionsventil 421 ableitet. Die Durchspül- und Kompressionsflüssigkeit wird über den Einspritzer 422 zu dem Abfall- oder Ablagerungsbehälter 423 geführt.
Es versteht sich, dass es auch innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegt, ein System entsprechend 4 zum Filtern einer Flüssigkeit bereitzustellen, wobei das System automatisch durch einen Computer betrieben wird, wie beispielsweise einer programmierbaren Logiksteuerung, PLC. Hierbei kann der Computer programmiert werden, um die Pumpe 411 zu steuern und die Ventile, zu bestimmten Zeitintervallen aktiv oder nicht aktiv zu sein.
Während die Erfindung insbesondere mit Bezug auf besondere Ausführungsformen beschrieben wurde, wird Fachleuten klar sein, dass die Erfindung nur durch den Schutzbereich der folgenden Ansprüche beschränkt ist.

Claims

Gerät zum Filtern einer Flüssigkeit, umfassend: ein Fasergehäuse, das ein Einlass-Ende mit mindestens einem Einlass und ein Auslass-Ende mit mindestens einem Auslass aufweist, wobei das Fasergehäuse eine äußere Begrenzung umschließt und definiert für mehrere Fasern, die sich längs in dem Fasergehäuse zwischen dem Einlass-Ende und dem Auslass-Ende erstrecken, wobei zwischen den Fasern sich längs erstreckende Zwischenräume geschaffen sind und die Zwischenräume mehrere Fließkanäle für die Flüssigkeit definieren, wobei mindestens ein Teil des Fasergehäuses aus einer flexiblen Membran geformt ist, die die Fasern umgibt, und ein Kompressionsmittel bereitgestellt ist, um einen Druck auf die äußere Oberfläche der flexiblen Membran zu erzeugen und somit die Fasern in radialer Richtung an mindestens einem Ort entlang der Länge der Fasern zusammenzupressen, und wobei der Abstand zwischen dem Einlass-Ende des Fasergehäuses und dem Ort der Kompression der Fasern mindestens 25 % der Gesamtlänge des Fasergehäuses beträgt.
Gerät zum Filtern einer Flüssigkeit, umfassend: ein Fasergehäuse, das ein Einlass-Ende mit mindestens einem Einlass und ein Auslass-Ende mit mindestens einem Auslass aufweist, wobei das Fasergehäuse eine äußere Begrenzung umschließt und definiert für mehrere Fasern, die sich längs in dem Fasergehäuse zwischen dem Einlass-Ende und dem Auslass-Ende erstrecken, wobei zwischen den Fasern sich längs erstreckende Zwischenräume geschaffen sind und die Zwischenräume mehrere Fließkanäle für die Flüssigkeit definieren, wobei mindestens ein Teil des Fasergehäuses aus einer flexiblen Membran geformt ist, die die Fasern umgibt, und ein Kompressionsmittel bereitgestellt ist, um einen Druck auf die äußere Oberfläche der flexiblen Membran zu erzeugen und somit die Fasern in radialer Richtung an mindestens einem Ort entlang der Länge der Fasern zusammenzupressen, und wobei die Fasern an dem Einlass-Ende des Fasergehäuses an einem Endstück des Fasergehäuses befestigt sind.
Gerät nach Anspruch 1, worin die Fasern an dem Einlass-Ende des Fasergehäuses an einem Endstück des Fasergehäuses befestigt sind.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Kompressionsmittel so eingerichtet ist, dass es den Druck auf mindestens einen Teil oder einen Abschnitt der äußeren Oberfläche der flexiblen Membran erzeugt, wobei der Druckteil oder -abschnitt eine Ausdehnung in der Längsrichtung der Fasern aufweist, die weniger als die Gesamtlänge der Fasern in dem Fasergehäuse beträgt oder die weniger als 0,6 mal die Gesamtlänge der Fasern in dem Fasergehäuse beträgt.
Gerät zum Filtern einer Flüssigkeit, umfassend: ein Fasergehäuse, das ein Einlass-Ende mit mindestens einem Einlass und ein Auslass-Ende mit mindestens einem Auslass aufweist, wobei das Fasergehäuse eine äußere Begrenzung umschließt und definiert für mehrere Fasern, die sich längs in dem Fasergehäuse zwischen dem Einlass-Ende und dem Auslass-Ende erstrecken, wobei zwischen den Fasern sich längs erstreckende Zwischenräume geschaffen sind und die Zwischenräume mehrere Fließkanäle für die Flüssigkeit definieren, wobei mindestens ein Teil des Fasergehäuses aus einer flexiblen Membran geformt ist, die die Fasern umgibt, und ein Kompressionsmittel bereitgestellt ist, um einen Druck auf die äußere Oberfläche der flexiblen Membran zu erzeugen und somit die Fasern in radialer Richtung an mindestens einem Ort entlang der Länge der Fasern zusammenzupressen, wobei das Kompressionsmittel so eingerichtet ist, dass es den Druck auf mindestens einen Teil oder einen Abschnitt der äußeren Oberfläche der flexiblen Membran erzeugt, wobei der Druckteil oder -abschnitt eine Ausdehnung in der Längsrichtung der Fasern aufweist, die weniger als die Gesamtlänge der Fasern in dem Fasergehäuse beträgt oder die weniger als 0,6 mal die Gesamtlänge der Fasern in dem Fasergehäuse beträgt.
Gerät nach Anspruch 5, worin der Abstand zwischen dem Einlass-Ende des Fasergehäuses und dem Ort der Kompression der Fasern mindestens 25 % der Gesamtlänge des Fasergehäuses beträgt.
Gerät nach Anspruch 5 oder 6, worin die Fasern an dem Einlass-Ende des Fasergehäuses an einem Endstück des Fasergehäuses befestigt sind.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Fasern am Einlass-Ende des Fasergehäuses an das Endstück oder an ein Halterungsteil angeleimt sind, wobei das Halterungsteil an dem Endstück angeordnet ist.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Mittel zur Kompression so eingerichtet ist, dass der von ihm erzeugte Druck variiert, um somit den Gesamtquerschnitt der Fließkanäle an dem Ort zu variieren und um die minimale Größe der Partikel, die durch die Fasern gefiltert werden, zu variieren.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Abstand zwischen dem Einlass-Ende des Fasergehäuses und dem Ort der Kompression der Fasern mindestens 33 % der Gesamtlänge des Fasergehäuses beträgt.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Abstand zwischen dem Einlass-Ende des Fasergehäuses und dem Ort der Kompression der Fasern mindestens 40 % der Gesamtlänge des Fasergehäuses beträgt.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Abstand zwischen dem Einlass-Ende des Fasergehäuses und dem Ort der Kompression der Fasern mindestens 50 % der Gesamtlänge des Fasergehäuses beträgt.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Abstand zwischen dem Einlass-Ende des Fasergehäuses und dem Ort der Kompression der Fasern mindestens 55 % der Gesamtlänge des Fasergehäuses beträgt.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Abstand zwischen dem Einlass-Ende des Fasergehäuses und dem Ort der Kompression der Fasern mindestens 60 % der Gesamtlänge des Fasergehäuses beträgt.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Abstand zwischen dem mindestens einen Einlass und dem Ort der Kompression der Fasern zwischen 5 cm und 100 cm beträgt, wie z.B. zwischen 10 cm und 90 cm, wie z.B. zwischen 20 cm und 80 cm, wie z.B. zwischen 30 cm und 50 cm, wie z.B, etwa 40 cm.
Gerät nach einem der Ansprüche 1–14, worin der Abstand zwischen dem mindestens einen Einlass und dem Ort zwischen 5 cm und 80 cm beträgt, wie z.B. zwischen 10 cm und 60 cm, wie z.B. zwischen 15 cm und 30 cm, wie z.B. etwa 20 cm.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin nur ein Teil des Fasergehäuses in der Längsrichtung der Fasern aus einer flexiblen Membran geformt ist und worin das Kompressionsmittel so eingerichtet ist, dass es den Druck auf im Wesentlichen die gesamte Außenoberfläche des flexiblen Membranteils des Fasergehäuses erzeugt.
Gerät nach einem der Ansprüche 4–17, worin die Ausdehnung des Druckstücks oder -abschnitts in der Längsrichtung der Fasern weniger als 0,5 mal die Gesamtlänge der Fasern in dem Fasergehäuse beträgt, wie z.B. weniger als 0,4 mal, wie z.B. weniger als 0,2 mal oder wie z.B. weniger als 0,1 mal.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Fasergehäuse die Form eines rohrartigen Elements hat.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin wenigstens ein Teil des Fasergehäuses eine Querschnittsform aufweist, die im Wesentlichen gleich einer Form ist, die aus einer Gruppe gewählt ist, die umfasst: einen Kreis, ein Oval, eine Ellipse, die Form eines Tropfens und ein Polygon.
Gerät nach Anspruch 20, worin das Polygon aus einer Gruppe gewählt ist, die umfasst: ein Dreieck, ein Rechteck, ein Fünfeck, ein Sechseck, ein Siebeneck und ein Achteck.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Kompressionsmittel so eingerichtet ist, dass es den Druck auf ein Stück oder einen Abschnitt der Außenoberfläche der flexiblen Membran erzeugt, wobei das Stück oder der Abschnitt mindestens teilweise einen Außenumfang der Membran bedecken.
Gerät nach Anspruch 22, worin das Druckstück oder der -abschnitt einen Außenumfang der Membran teilweise bedecken.
Gerät nach Anspruch 23, worin das Druckstück oder der -abschnitt weniger als 90 % eines Außenumfangs der Membran bedecken, wie z.B. weniger als 80 %, wie z.B. weniger als 70 %, wie z.B. weniger als 60 %, wie z.B. weniger als 50 %, wie z.B. weniger als 40 %, wie z.B. weniger als 30 % oder wie z.B. weniger als 20 %.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Druck auf die Außenoberfläche der flexiblen Membran durch ein oder mehr, im Wesentlichen feste(s) Kompressionselement(e) ausgeübt wird, das/die Kontakt mit der Außenoberfläche hat.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Ort, an dem die Fasern zusammengepresst werden, ein vorbestimmter Ort ist.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Kompressionsmittel eine Schelle umfasst.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Kompressionsmittel mindestens zwei Blöcke umfasst, die auf gegenüberliegenden Seiten der flexiblen Membran positioniert sind, um die Fasern von zwei Seiten zusammenzupressen.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Kompressionsmittel hydraulische Mittel zur Erzeugung eines Drucks umfasst.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Kompressionsmittel so eingerichtet ist, dass die mehreren Fasern in einer radialen Richtung mit einem Druck zwischen 5–20 bar zusammengepresst werden.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Fasergehäuse im Wesentlichen in seiner gesamten Länge aus einer flexiblen Membran geformt ist.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Fasergehäuse aus einem Material hergestellt ist, das aus einer Gruppe gewählt ist, die umfasst: PE (Polyethylen), weiches PVC, Nylon, Teflon und EPDM-Gummi.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Fasergehäuse in einem Halterungselement angeordnet ist.
Gerät nach Anspruch 33, worin das Halterungselement aus einem im Wesentlichen festen Material hergestellt ist.
Gerät nach Anspruch 34, worin das Halterungselement aus rostfreiem Stahl hergestellt ist.
Gerät nach einem der Ansprüche 33–35, worin das Halterungselement eine oder mehr Öffnungen aufweist, um es dem Kompressionsmittel zu ermöglichen, einen Druck auf die Außenoberfläche der flexiblen Membran des Fasergehäuses zu erzeugen.
Gerät nach Anspruch 36, worin das Halterungselement zwei Öffnungen aufweist, um es dem Kompressionsmittel zu ermöglichen, einen Druck auf die Außenoberfläche der flexiblen Membran des Fasergehäuses zu erzeugen.
Gerät nach einem der Ansprüche 33–37, worin das Halterungsteil als rohrartiges Element geformt ist.
Gerät nach einem der Ansprüche 33–38, worin das Halterungselement einen Einlass aufweist, der abdichtend mit dem Einlass-Ende des Fasergehäuses verbunden ist, und einen Auslass, der abdichtend mit dem Auslass-Ende des Fasergehäuses verbunden ist.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Abstand zwischen dem mindestens einen Einlass und dem mindestens einen Auslass zwischen 10 cm und 200 cm beträgt, wie z.B. zwischen 30 und 150 cm, wie z.B. zwischen 40 und 80 cm.
Gerät nach einem der Ansprüche 1–39, worin der Abstand zwischen dem mindestens einen Einlass und dem mindestens einen Auslass zwischen 10 cm und 60 cm be trägt, wie z.B. zwischen 20 und 40 cm, wie z.B. etwa 30 cm.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner Mittel zur Aufrechterhaltung einer Längsspannung in den Fasern umfasst.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Innendurchmesser des Fasergehäuses zwischen 1 cm und 20 cm beträgt, wie z.B. zwischen 2 cm und 15 cm, wie z.B. zwischen 3 cm und 10 cm, wie z.B. zwischen 4 cm und 8 cm, wie z.B. etwa 5 cm.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Fasern nicht durchlässig sind.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Fasern fest sind.
Gerät nach einem der Ansprüche 1–44, worin die Fasern hohl und/oder durchlässig sind.
Gerät nach Anspruch 46, worin die hohlen Fasern an Faser-Enden geschlossen sind, die in demselben Ende des Fasergehäuses angeordnet sind wie ein Einlass in das Fasergehäuse.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Fasern Polyesterfasern oder Nylonfasern umfassen.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Fasern transparente Fasern umfassen.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Fasern, an ihren jeweiligen Enden, an einem Ende Fasergehäuses befestigt sind.
Gerät nach Anspruch 50, worin die Fasern mittels Epoxyd an den Endstücken angeleimt sind.
Gerät nach einem der Ansprüche 1–49, worin die mehreren Fasern ein Faserbündel umfassen, das so gebogen ist, dass eine daraus resultierende Länge des gebogenen Faserbündels etwa zwischen 1/3 und 2/3 der Länge der nicht-gebogenen Fasern beträgt.
Gerät nach Anspruch 52, worin die Länge des gebogenen Faserbündels etwa die Hälfte der Länge der nichtgebogenen Fasern beträgt.
Gerät nach Anspruch 52 oder 53, wobei das gebogene Endstück des gebogenen Faserbündels in dem Auslass-Ende des Fasergehäuses angeordnet ist.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Kompressionsmittel so eingerichtet ist, dass es die Fasern an mehreren Orten entlang der Länge der Fasern zusammenpresst.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das/die Kompressionsmittel eines oder mehr Kompressionselement(e) mit nicht-flexiblem/n und/oder flexiblem/n Stück(en) umfasst/umfassen.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Fasergehäuse aus wasserdichtem Material hergestellt ist.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Fasern einen im Wesentlichen runden Querschnitt mit einem Durchmesser von höchstens 5 mm aufweisen, wie z.B. höchstens 2 mm, wie z.B. im Bereich von 0,001–1 mm, wie z.B. im Bereich von 0,01–0,5 mm.
System zum Filtern einer Flüssigkeit, wobei das System umfasst: ein Filtergerät nach einem der Ansprüche 1–58, Mittel zum Durchleiten einer zu filternden Flüssigkeit durch die Fließkanäle der zusammengepressten Fasern, und Mittel zum Erhalten der Fasern in einem zusammengepressten Zustand, während die Flüssigkeit durch die Fließkanäle geleitet wird.
System nach Anspruch 59, wobei das System ferner umfasst: Mittel zum Lösen des Drucks auf die Außenoberfläche der flexiblen Membran, womit die Fasern in einem nicht zusammengepressten Zustand hinterlassen werden, Mittel zum Durchleiten einer Flüssigkeit und/oder eines Gases durch die nicht zusammengepressten Fasern in einer Richtung vom Einlass zum Auslass oder in entgegengesetzte Richtung, um das Gerät vorwärts oder rückwärts durchzuspülen.
System nach Anspruch 60, worin die Flüssigkeit, die durch die nicht zusammengepressten Fasern geleitet werden soll, um die Fasern durchzuspülen, ungefilterte Flüssigkeit ist.
System nach Anspruch 60 oder 61, worin das Mittel zur Kompression der Fasern, das Mittel zum Lösen des Drucks, das Mittel zum Durchleiten von Flüssigkeit durch die zusammengepressten Fasern und das Mittel zum Durchleiten einer Flüssigkeit und/oder eines Gases durch die nicht zusammengepressten Fasern, um die Fa sern des Gerätes durchzuspülen, Computer-gesteuert sind.
Verfahren zum Filtern von Flüssigkeiten durch ein Gerät oder System nach einem der Ansprüche 1–62, wobei das Verfahren umfasst: – Durchleiten der Flüssigkeit durch das Gerät, – Zusammenpressen der Fasern in einer radialen Richtung an einem Ort entlang der flexiblen Membran, um die Gesamtquerschnittsfläche der Fasern und somit die Querschnittsfläche der Fließkanäle zu verringern, wobei die Querschnittsflächen der Fließkanäle zu dem Ort hin allmählich kleiner wird, und – Aufrechterhaltung des Drucks auf die Fasern, während die Flüssigkeit durch die Fließkanäle durchgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 63, wobei das Verfahren ferner das Senden von ultraviolettem Licht durch die Fasern umfasst, um Bakterien und/oder Viren in den gefilterten Partikeln mit ultraviolettem Licht abzutöten.
Verfahren zum Durchspülen eines Gerätes oder Systems nach einem der Ansprüche 1–62, umfassend die Schritte des: – Lösens des Drucks auf die Fasern und – Durchleitens einer Flüssigkeit oder eines Gases durch die nicht zusammengepressten Fasern.
Verfahren nach Anspruch 65, worin die Flüssigkeit oder das Gas die nicht zusammengepressten Fasern in einer Richtung vom Einlass zum Auslass oder in entgegengesetzter Richtung durchfließt, um das Gerät vorwärts oder rückwärts durchzuspülen.
Verfahren nach Anspruch 66, worin die Flüssigkeit, die durch die nicht zusammengepressten Fasern geleitet werden soll, um die Fasern durchzuspülen, ungefilterte Flüssigkeit ist.