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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Beutelfiltervorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1. Eine solche Beutelfiltervorrichtung wird eingesetzt,
um vorzugsweise feste Teilchen, z. B. Staub, Sand oder Pollen, aus
einem Gasstrom abzuscheiden. Der Filter ist z. B. einsetzbar in
einer Lüftungsanlage,
in einem Verbrennungsmotor oder in Verbindung mit industrieller
Filterung von Gasen.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein
Beutelfilter wird gewöhnlich
aus mehreren, passend verbundenen Filtertaschen gebildet, und diese
wiederum aus passendem Filtermaterial gebildet. Die verbundenen
Filtertaschen sind für
gewöhnlich
in einem einfachen Rahmen befestigt und bilden dadurch einen nutzbaren
Filter. Die Anzahl der Filtertaschen im Filter wird üblicherweise
auf Basis des Anwendungsgebiets des Filters und der Durchflussrate
der Gase durch den Filter bestimmt.
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Darüber hinaus
bezieht sich die Erfindung auf die Probleme, die als Konsequenz
für den
Filter aus der Aufnahme und dem Benetzen durch Flüssigkeiten
aus einem durch den Filter strömenden
Gas entstehen können.
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Stand der Technik
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Beutelfilter
zur Abscheidung von vorzugsweise festen Teilchen aus einem Gasstrom
werden entweder alleine oder in Kombination mit anderen Filtern
oder Vorrichtungen, z. B. einem Tropfenabscheider oder einem Zyklonabscheider
benutzt. Ein derartiger Beutelfilter kann aus Glasfasermaterial
oder aus synthetischem Material gebildet sein, wobei das Filtermaterial
gewebt oder ungewebt sein kann. Zur Luftreinhaltung werden Beutelfilter
aus synthetischem ungewebtem Material bevorzugt.
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Ein
Beutelfilter kann aus einem oder mehreren Materialien bestehen.
Der Beutelfilter kann aus Lagen erstellt sein, jede Lage gebildet
aus einem homogenen Material mit bestimmten Eigenschaft, die gewünschten
Eigenschaften des Beutelfilters zusammengesetzt aus den Eigenschaften
der Lagenmaterialien miteinander. Alternativ kann der Beutelfilter
eine progressive Struktur besitzen, bei der sich die Eigenschaften
des Beutelfilters fortschreitend und entsprechend durch die Filterwandung ändern, z.
B. indem das Filtermaterial durch die schrittweise abnehmende Porengröße in der
Durchflussrichtung eines Gasstromes gebildet wird, so dass der Beutelfilter
zunehmend dichter wird und damit zunehmend kleinere Partikel auffangen
kann.
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In
der Luftreinhaltung wird ein derartiger Beutelfilter normalerweise
in oder nahe an einem Lufteinlass positioniert, wobei der Beutelfilter
in vielen Fällen
gleich hinter einer Vorrichtung, z. B. einem Tropfenabscheider,
angeordnet ist, die vorgesehen ist um Wasser abzuscheiden, das zusammen
mit der Luft in den Lufteinlass gesogen wurde. Derartiges Wasser
entsteht zum Beispiel aus Regenwasser, Nebel oder Gischt. In einer
Anordnung bestehend aus einem Tropfenabscheider und einem nachgeschalteten
Beutelfilter wird das meiste Wasser von der Luft im Tropfenabscheider
abgeschieden, wohingegen ein geringfügiger Anteil des Wassers dem
Luftstrom weiter in den Beutelfilter folgt. Ohne Tropfenabscheider
erhält
der Beutelfilter eine verhältnismäßig größere Menge
an Wasser als im Falle eines unter entsprechenden Bedingungen benutzen
Tropfenabscheiders. In beiden Fällen
empfängt
der Beutelfilter Luft, die Wasserteilchen in Form von Tröpfchen unterschiedlicher
Größe enthält. Mit
einer entsprechenden Methode, mit der der Beutelfilter feste Teilchen einer
bestimmten Größe einfängt, könnte er
Wassertröpfchen
einer bestimmten Größe auffangen.
Das verursacht, dass der Beutelfilter von Wasser benetzt, ggf. einer
anderen Flüssigkeit,
die im Gasstrom vorhanden sein könnte,
und der Beutelfilter ggf. im Ganzen oder teilweise in Anwesenheit
von Wasser und/oder anderen Flüssigkeiten
durchtränkt
wird.
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In
starkem Nebel zum Beispiel wird die atmosphärische Luft große Mengen
Wasser in Form von winzigen Wassertröpfchen von 30 Mikrometer Größe oder
kleiner enthalten und diese Wassertröpfchen sind nur teilweise im
Tropfenabscheider abgeschieden worden. Dadurch wird eine große Menge an
Tröpfchen
weiter in einen nachgeschalteten Beutelfilter befördert, in
welchem eine große
Menge von Tröpfchen
der Größe 1 Mikrometer
und darüber
absorbiert oder gestoppt werden und bei welchem der Grad der Benetzung
vom Filtertyp und seinem Aufbau abhängt. Im Beutelfilter aufgefangenes
Wasser kann den Beutelfilter allmählich durchdringen und an der
durchflusssauberen Seite des Beutelfilters austreten, woraufhin
etwas von dem Wasser in Form von Wassertröpfchen vom Luftstrom gefangen
und weiter hinein getragen werden kann. Eine übliche Methode, um solche Wassertröpfchen im
Luftstrom davon abzuhalten weiter, beispielsweise in eine Lüftungsanlage
in einem Gebäude,
getragen zu werden, ist es, einen Tropfenabscheider unmittelbar
nach dem Beutelfilter zu positionieren, in diesem Fall werden zwei Tropfenabscheider
und ein zwischengeschalteter Beutelfilter benutzt.
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Beutelfilter
für die
Benutzung in Gasströmen, außer von
Luftströmen,
ggf. in Kombination mit einem oder mehr Tropfenabscheidern und/oder
einer anderen Apparatur für
die Aufbereitung von strömenden
Gas, können
in entsprechender Weise von im Gasstrom vorhandenen Flüssigkeiten
benetzt werden, woraufhin die Flüssigkeit
oder Flüssigkeiten
ggf. den Beutelfilter durchdringen und weiter stromab im Gasstrom
getragen werden können.
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Nachteile am Stand der Technik
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Es
gibt mehrere Nachteile bei derartigen Beutelfiltern und wo ein derartiger
Beutelfilter ggf. allein oder in Kombination zum Beispiel mit ein
oder mehreren Tropfenabscheidern und/oder einer anderen Apparatur
für die
Aufbereitung von einem strömenden
Gas verwendet wird.
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Aufgrund
der Gravitation werden in ausreichender Menge von einem Beutelfilter
absorbiertes oder eingefangenes Wasser oder flüssige Partikel in den unteren
Bereich des Beutelfilters gesogen und schließlich durch einen Bodenbereich
des Beutelfilters. Die Flüssigkeit
könnte
dann stromab von der sauberen Seite des Beutelfilters heraustropfen
und ggf. wieder vom Gasstrom erfasst werden. Außerdem könnte das Gas Flüssigkeitstropfen
enthalten, die so klein sind, dass sie nicht im Beutelfilter aufgefangen
werden. Relativ große
aus dem Beutelfilter sickernde Tropfen können in einem möglichen
nachgeschalteten Tropfenabscheider aufgefangen und abgeleitet werden.
Jedoch sind viele von diesen Tröpfchen
und die durch den Beutelfilter ungehindert durchfliegenden Tröpfchen sehr
klein, üblicherweise kleiner
als 30 Mikrometer. Diese Tröpfchen
werden nur zum Teil von einem nachgeschalteten Tropfenabscheider
erfasst, wobei die verbleibenden Tröpfchen im Gasstrom weiter transportiert
werden.
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In
einer Lüftungsanlage
kann das zum Beispiel unerwünschte
Effekte hervorrufen, da Wassertröpfchen,
die den Beutelfilter durchdringen, oft mit Salz gesättigt sind,
ggf. Bakterien enthalten oder andere Fremdstoffe, und diese Substanzen
werden dabei weiter in die Lüftungsanlage
transportiert, ggf. die Umgebung dabei nachteilig beeinflussend,
mit der die Luft in Kontakt gerät.
Derartige Fremdstoffe können
sich ggf. auf einer oder mehreren Stellen in der Lüftungsanlage
absetzen, zum Beispiel in einem nachgeschalteten Tropfenabscheider
oder in einem Tropfbereich unterhalb oder rundum den Beutelfilter. Mit
möglicher nachfolgender
Trocknung können
solche Ablagerungen losgelöst
und vom Luftstrom weiter transportiert werden. Andernfalls können sich
derartige Ablagerungen mit der Zeit ansammeln und ggf. die dem Beutelfilter
nachgeschalteten Apparaturen oder Teile der Lüftungsanlage blockieren oder
weniger effektiv funktionieren lassen.
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Wassertröpfchen,
die den unteren Teil und Bodenbereich eines Beutelfilters durchdringen
und aus dem Beutelfilter heraustropfen, können oft zu groß sein,
um vom Luftstrom durch den Beutelfilter mitgerissen zu werden, oder
die Wassertröpfchen können sich
in einem Bereich um den Beutelfilter mit weniger Luftströmung befinden,
so dass die Wassertröpfchen
auf ein Bett tropfen und ggf. abgeleitet werden. Das Fehlen von
Abflußmöglichkeiten,
wie eventuell unzureichende Abflussmöglichkeit, können zu Feuchtigkeitsschäden oder
Verfaulung in der Lüftungsanlage
oder anderweitig in der Umgebung führen.
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Tröpfchen von
einer aus einem Beutelfilter heraussickernden Flüssigkeit werden oft in einem Tropfenabscheider
oder einer ähnlichen
nachgeschalteten Apparatur und in der Nähe des besagten Filters beseitigt.
In den Fällen,
in denen eine solche Anordnung nötig
ist, um eine gewünschte
Aufbereitung eines strömenden
Gases zu veranlassen, steigen die Installationskosten, da diese
Anordnung mehr Ausstattung und Platz beansprucht als eine Anordnung,
in der der Beutelfilter die letzte Stufe in der Gasaufbereitung
bildet. Außerdem
läßt ein Tropfenabscheider
oder eine ähnliche
dem besagten Beutelfilter nachgeschaltete Apparatur den Gesamtdruckabfall
im Gasstrom der Anlage steigen, was die laufenden Kosten der Anlage
im Vergleich zu einer Anlage, bei der der Beutelfilter die letzte
Stufe im Gasaufbereitungsprozess bildet, erhöht.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen Beutelfilter mit einer
Vorrichtung bereitzustellen, die die Ansammlung und Ableitung von
Flüssigkeitsteilchen
aus einem Gasstrom, der durch den Beutelfilter fließt, erlaubt,
so dass die Flüssigkeitsteilchen
von der Durchdringung und dem Heraussickern aus der durchflusssauberen
Seite des Beutelfilters abgehalten werden. Dabei werden die oben
erwähnten
Nachteile vermieden oder reduziert.
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Lösung
der Aufgabe
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Wie
ersichtlich aus dem kennzeichnenden Teil des vorliegenden, unabhängigen Anspruchs, wird
die Aufgabe gelöst,
indem in einem Bereich des Beutelfilters als Ganzes oder in einer äußeren Filterschicht
das Filtermaterial aus einem flüssigkeitsdichten
Material hergestellt ist. Wenn der Beutelfilter benutzt wird, wird
dieser Bereich von einem unteren Bereich gebildet, der in seiner
Fortsetzung einen dazu angeordneten Bodenbereich des gleichen Filters
aufweist, so dass sich aufgrund der Gravitation eine von einem durch
den Beutelfilter strömenden
Gas getrennte Flüssigkeit
schließlich
in diesem Bodenbereich ansammelt und ggf. durch den Bodenbereich abgeleitet
werden kann. Der Bodenbereich des Beutelfilters ist ggf. mit einem
Flüssigkeitsauslass
ausgestattet oder hergestellt, der vorzugsweise an der tiefsten
Stelle liegt. Flüssigkeit,
die sich im Beutelfilter angesammelt hat, kann zum Beispiel durch
ein Abflussrohr oder einen ähnlichen
Abflussapparat abgeleitet werden. Alternativ kann die Flüssigkeit
durch den Bodenbereich und nach draußen durch den offenen Gaseinlass
des Beutelfilters abgeleitet werden, die aufgrund der Gravitation
dem Gasstrom durch Beutelfilter entgegen fließt und die Flüssigkeit,
die sich in einem Bereich mit normalerweise wenig Gasströmung um
den Beutelfilter herum befindet. Der Beutelfilter ist vorzugsweise
aus einem synthetischen und ungewebten Material gebildet.
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Die
Sammlung von z. B. Wasser im Beutelfilter kann effizienter gestaltet
werden, indem das ganze Filtermaterial oder Teile davon wasserabstoßend hergestellt
wird/werden, terminologisch hydrophob genannt. Das kann erreicht
werden mittels entsprechender chemischer Behandlung des Filtermaterials, die
Porenwände
des Filtermaterials werden auf diese Art und Weise imprägniert und
hydrophob gemacht. Das verursacht, dass Oberflächenspannungen zwischen Wasserteilchen
und den Porenwänden
des Filtermaterial abnehmen, dass Wasserteilchen in geringerem Masse
an den Porenwänden
haften, die sich dabei einfacher vom Filtermaterial ablösen, dass
sich mehr Wasserteilchen leichter mit größeren Wassertropfen zusammenschließen, dass
größere Wassertropfen
leichter nach unten gezogen werden und sich aufgrund der Gravitation
im unteren Bereich und dem Bodenbereich des Beutelfilters sammeln.
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In
einem geschichteten Beutelfilter ist es am geeignetsten für die Sammlung
zum Beispiel von Wasser aus dem Luftstrom durch einen Filter, dass die
letzte Durchflussfilterschicht hydrophob hergestellt worden ist,
wohingegen es in einem Beutelfilter mit progressiver Struktur am
geeignetsten ist, wenn ein nachgelagerter Filterteil hydrophob gemacht
worden ist. Dabei kann das meiste Wasser in vorgelagerten Filterschichten
oder Filterbereichen absorbiert werden, wohingegen nachgelagerte
Filterschichten oder Filterbereiche das Wasser davon abhalten durchzusickern,
die Filterschichten oder Filterbereiche erlauben jedoch gleichzeitig,
dass Luft durch den Beutelfilter hindurch strömen kann.
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Wenn
derartige flüssigkeitsabweisende
Beutelfilter für
andere Gase als Luft benutzt werden, und wenn sich die abgeschiedene
Flüssigkeit,
ggf. Flüssigkeiten,
von Wasser unterscheiden, muss alles oder Teile des Filtermaterials
flüssigkeitsabweisend für die Flüssigkeit
oder Flüssigkeiten
sein, die mit einem derartigen Beutelfilter in Kontakt geraten.
Das kann zum Beispiel durch entsprechende chemische Behandlung des
Filtermaterials erreicht werden, was bei Benutzung zu einer effizienteren
Abscheidung von Flüssigkeiten
im Beutelfilter führt.
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Vorteile der Erfindung
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Die
Erfindung hat den Effekt, dass die Flüssigkeitsteilchen, die im Gasstrom
vorhanden und im Beutelfilter eingefangen und konzentriert sind,
sich im unteren Bereich und Bodenbereich des Beutelfilters sammeln
können,
ohne gleichzeitig durch den Beutelfilter zu strömen und aus der sauberen Seite des
Beutelfilters heraussickern können,
und dass Flüssigkeit
effektiv aus dem Bodenbereich des Beutelfilters, zum Beispiel durch
Ablaufrohre oder Ablaufkanäle,
abgleitet werden kann, so dass Flüssigkeitströpfchen keinen der oben genannten
Nachteile an der Anlage und der Umgebung verursachen.
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Kurze Beschreibung der Figuren und Zeichnungen
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Im
folgenden Teil der Beschreibung und den Bezügen auf die 1–5 wird
eine nicht einschränkende
exemplarische Ausführungsform
der Erfindung gezeigt, wobei ein bestimmtes Bezugszeichen sich dabei
auf das gleiche Detail in allen Zeichnungen bezieht, in denen dieses
Detail dargestellt ist.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Beutelfilters, der exemplarische
Beutelfilter ist aus sechs Filtertaschen gebildet, die einen dazu
angeordneten rechteckigen Rahmen aufweisen, wobei ein unterer Bereich
des Beutelfilters in der Zeichnung zwischen zwei gegenläufigen Pfeilen
dargestellt ist, und ein Bodenbereich des Beutelfilters mit einer äußeren Filterschicht
ausgestattet ist, die aus einem wasserdichten Material gebildet
ist;
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2 zeigt
eine Ansicht einer vertikalen Luftaufbereitungsanlage, von der stromauf
gelegenen Seite der Anlage gesehen, wobei die besagte Anlage in
der Durchflußrichtung
durch einen Tropfenabscheider und eine nachfolgende Filtervorrichtung gebildet
wird, und eine Schnittlinie III-III, vgl. 3, und eine
Schnittlinie IV-IV, vgl. 4, in der Zeichnung abgebildet
ist;
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3 zeigt
einen horizontalen Schnitt der Luftaufbereitungsanlage, entlang
der Schnittlinie III-III gesehen, vgl. 2;
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4 zeigt
einen vertikalen Schnitt durch die Luftaufbereitungsanlage, entlang
der Schnittlinie IV-IV gesehen, vgl. 2, in der
zwei von insgesamt vier Beutelfiltern gezeigt ist, und in der der
untere Bereich jedes Beutelfilters in der Zeichnung zwischen gegenläufigen Pfeilen
dargestellt ist, und ein Bodenbereich in Fortsetzung zum unteren
Bereich mit einer äußeren Filterschicht
ausgestattet ist, die aus einem wasserdichten Material gebildet
ist, wobei der Bodenbereich des unteren Beutelfilters mit einem
Flüssigkeitsauslass
an seiner tiefsten Stelle ausgestattet ist, durch die Wasser ausgelassen
werden kann, wobei die obereren Beutelfilter in der Filtervorrichtung jedoch
auch mit entsprechenden Flüssigkeitsauslässen ausgestattet
sind, die nicht in der Zeichnung dargestellt sind, und die Zeichnung
außerdem
einen Schnittkreis V, vgl. 5, zeigt;
und
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5 zeigt
einen vergrößerten vertikalen Schnitt,
wie durch den Schnittkreis V in 4 gezeigt,
die Zeichnung zeigt jedoch nur einen von den Beutefiltern der Luftaufbereitungsanlage.
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Beschreibung einer exemplarischen Ausführungsform
der Erfindung
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Apparaturen
und/oder Anordnungen, die nicht direkt die Erfindung selbst betreffen,
aber andererseits als notwendige Annahmen zum Beispiel für eine Lüftungsanlage
gelten, werden in der folgenden exemplarischen Ausführung nicht
spezifiziert oder in weiteren Details beschrieben. In einer Lüftungsanlage
können
derartige Apparaturen zum Beispiel Kanäle, Rohre, Ventile und Klappen,
Anschlüsse,
Luftauslässe
und Kontrollsysteme umfassen.
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Die
exemplarische Ausführungsform
betrifft einen Luftfilter 10 in Form eines Beutelfilters 12,
zusammengesetzt aus sechs verbundenen Filtertaschen 14,
jede mit einem Einlass 15 für Luft, mit einem dazu angeordneten,
rechteckigen Rahmen 16, wobei das Filtermaterial im unteren
Bereich 18, in 1 dargestellt zwischen gegenläufigen Pfeilen, und
in einem Bodenbereich 19 angeordnet als Fortsetzung des
unteren Bereiches 18 mit einer äußeren Filterschicht 20 ausgestattet
ist, die aus einem wasserfesten Material hergestellt ist. 1 zeigt
auch Mithilfe von gewellten Pfeilen eine Strömungsrichtung für den Luftstrom
durch den Beutelfilter 12.
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2 zeigt
eine Luftaufbereitungsanlage 22 von der stromauf gelegenen
Seite gesehen. Die Anlage 22 weist einen dazu angeordneten
Rahmen 24 auf, der Rahmen 24 weist äquidistante
Löcher 26 für die Befestigung
des Rahmens 24 und der Luftaufbereitungsanlage 22 an
eine umliegende Wand oder ähnliches
auf.
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3 zeigt
einen horizontalen Schnitt durch die gleiche Luftaufbereitungsanlage 22,
wie in 2 angezeigt, gewellte Pfeile in der Zeichnung
deuten die Strömungsrichtung
der Luft an. Der erste Schritt der Luftaufbereitung in der Anlage 22 wird
in einem Tropfenabscheider 30 durchgeführt. Der Tropfenabscheider 30 besteht
aus einer Anzahl von vertikalen, profilierten Abscheideelementen 32 in
gleichem Abstand voneinander, so dass sich zwischen den Abscheideelementen 32 ein
Strömungskanal 34 ausbildet,
der Tropfenabscheider 30 besteht aus mehreren dieser Strömungskanäle 34.
Ein derartiger Tropfenabscheider 30 ist ferner in NO 302337
beschrieben. Ohne jegliche weitere Beschreibung der Funktion des
Tropfenabscheiders 30 werden die meisten Tröpfchen einer
bestimmten Größe, die
den Tropfenabscheider 30 durchströmen, vom Luftstrom abgeschieden
und können
dann abgelassen werden. Die Luft mit möglichen festen Teilchen und
kleinen Wassertröpfchen
gehen weiter in die zweite Luftaufbereitungsstufe in der Anlage 22.
Diese Luftaufbereitungsstufe wird ausgebildet von einer Filteranordnung 36, bestehend
auf vier Luftfiltern 10, parallel aneinander montiert,
wobei nur zwei von den vier Luftfiltern 10 in 3 dargestellt
sind. Jeder Filterrahmen 16 ist gleich hinter dem Tropfenabscheider 30 plaziert,
die gezeigten Filterrahmen 16 sind beispielsweise durch Schrauben 38 befestigt.
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4 zeigt
einen vertikalen Schnitt durch die gleiche Luftaufbereitungsanlage 22,
wie in 2 und 3 gezeigt; gewellte Pfeile in
der Zeichnung markieren die Strömungsrichtung
der Luft. Die Luft strömt durch
den Tropfenabscheider 30 in die gleich dahinter befindliche
Filteranordnung 36, wo die meisten der festen Teilchen
und der verbleibenden Wassertröpfchen
einer bestimmten Größe eingefangen
werden. Das verursacht eine Konzentration von Wasser in jedem Beutelfilter 12 der
Anordnung 36, und Wasser ein Absinken von aufgrund der
Gravitation zu einem unteren Bereich 18 und einem Bodenbereich 19 in
der Fortsetzung des unteren Bereiches 18, wobei zwei von
insgesamt vier dieser unteren Bereiche 10 in 4 zwischen
gegenläufigen
Pfeilen gezeigt sind. In jedem Beutelfilter 12 sind der
untere Bereich 18 und der Bodenbereich 19 gemäß der Erfindung ausgestattet
mit einer äußeren Filterschicht,
die aus einem wasserdichten Material gebildet ist. In einer tiefsten
Stelle im Bodenbereich 19 ist jeder Beutelfilter 12 mit
einem Flüssigkeitsauslass 39 ausgestattet, an
dem dann ein Ablaufrohr 40 ein gemeinsamer Abflusskanal 42,
dem Boden der Luftaufbereitungsanlage 22 folgend und dann
ein Auslassrohr 44 befestigt sind, durch die das Wasser
abgeleitet wird. Wasser, das durch jeden Beutelfilter 12 abläuft, wird
dabei gesammelt und vom Bodenbereich 19 abgelassen, anstatt
dass es durchsickert und aus der sauberen Seite des Beutelfilters 12 tropft.
In 4 und 5 ist eine derartige Abflussvorrichtung
vereinfacht für
einen der unteren Beutelfilter 12 dargestellt.
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5 zeigt
einen vergrößerten Schnitt
V aus 4, die in 5 gezeigten
Details sind darüber
hinaus identisch zu den in 4 gezeigten
Details. Die Ablaufrichtung des Wassers, nach der Sammlung im Bodenbereich 19,
ist in 4 und 5 durch Pfeile veranschaulicht,
die in Strömungsrichtung
des Wassers zeigen.
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In
der Praxis müssen
die Größen und
Anordnungen des unteren Bereiches 18, des Bodenbereiches 19 und
der äußeren Filterschichten 20 für die fragliche
Luftaufbereitungsanlage 22 angepasst werden, die Zeichnungen
zeigen nur ein nicht-einschränkendes
Beispiel einer derartigen Anordnung.