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Technisches
Feld
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen hinsichtlich Porengröße regulierbaren
Filter, einen in Wasser suspendierten Stoff zu entfernen, und insbesondere
einen hinsichtlich Porengröße regulierbaren Filter,
der geeignet ist, eine Filterschicht (21a) zu bilden, indem
ein Filtermaterial (21) mit einer guten Expansions- und
Kontraktionseigenschaft mit einem radialförmigen Filtermaterialhalter
(23) und einem unteren Filtermaterialhalter (24)
verbunden ist, die mit einem bestimmten Abstand einander gegenüberliegen, so
dass eine Verringerung der Porengrößen derart möglich ist,
dass das von dem oberen Filtermaterialhalter (23) und dem
unteren Filtermaterialhalter (24) aufgenommene Filtermaterial
(21) auf einer zentralen Schaftwelle gelegenes, perforiertes
Rohr (22) basierend auf einer Rotationsrichtung und einem
Rotationswinkel einer Drehwelle gewunden wird, wobei das Filtermaterial
eine bestimmte Zugkraft aufnimmt und in einer zentralen Richtung
entlang des oberen Filtermaterialhalters (23) und des unteren
Filtermaterialhalters (24) bewegt wird. Auf diese Weise
ist eine Vergrößerung der
Porengrößen durch
Rückführung des
Filtermaterials (21) in seinen ursprünglichen Zustand möglich. Auf
diese Weise ist es möglich,
einen einfacheren Filter- und Waschbetrieb einzurichten.
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Hintergrundtechnologie
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Wie
in der 1 gezeigt ist, weist ein konventioneller Filter
auf: eine Frischwasser-Zufuhrleitung (2), eine Nutzwasser-Abflussleitung
(7), eine Waschwasser-Zufuhrleitung (6), eine
Abflussleitung (1) und eine aus Filtermaterialien gebildete
Filterschicht (4). Eine Luft-Zufuhrleitung (5)
und ein Druckeinstell- und Luftauslass-Ventil (8) sind
weiterhin zur Einrichtung eines einfacheren Waschbetriebs vorgesehen.
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Der
Betrieb des zuvor genannten Filters teilt sich in einen Filterprozess
und einen Waschprozess.
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Bei
dem Filterprozess strömt
Frischwasser mit einem suspendierten Stoff in einen Filter, wodurch
Nutzwasser entsteht, aus dem ein suspendierter Stoff gefiltert wird.
Bei dem Filterprozess sind zusätzlich
die Poren in der Filterschicht des Filters darauf ausgerichtet,
in dem Frischwasser gehaltene suspendierte Stoffe aufgrund komplizierter
Mechanismen aufzunehmen. Diese Mechanismen sind zum Beispiel Massentrennung,
Abscheidung, Trägheitskollision,
Blockieren, Absorption, Kohäsionsmethoden,
um dadurch reines Wasser als Abwasser zu erhalten.
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Da
der Filterprozess kontinuierlich durchgeführt wird, füllen die suspendierten Stoffe
die in der Filterschicht geformten Poren auf und der Filterwiderstand
wird erhöht.
Wenn der Filterwiderstand ein vorbestimmtes Maß überschreitet, wird der Filterprozess nicht
durchgeführt.
Zu diesem Zeitpunkt wird zur Eliminierung der in den Poren angefüllten suspendierten
Stoffe das Waschen durchgeführt,
indem reines Waschwasser und Luft zugeführt werden. Zu diesem Zeitpunkt
wird die Leistungsfähigkeit
des Filters ermittelt, basierend auf: einem Eliminierungsverhältnis der
suspendierten Stoffe, einer Filterrate, einer Filterdauer, der Menge
von Waschwasser, einer Waschfrequenz, einer Waschzeit, etc.
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Als
Filtermaterialien, die sich in der Filterschicht anfüllen, ist
anorganisches gekörntes
Material wie Sand, Anthrazit, Kohle, etc. bekannt. Die zuvor genannten
Filtermaterialien können
einfach erhalten werden und sind geeignet, Partikel mit einer Größe herauszufiltern,
die kleiner ist als die Größe der von den
Filterstoffen geformten Poren. Da jedoch innerhalb der von den zuvor
genannten Filtermaterialien gebildeten Filterschicht ein Filterraum
zur Filterung von suspendierten Materialien auf einen Oberflächenbereich
begrenzt ist, erhöht
sich schnell der Filterwiderstand aufgrund des Schließens der
Poren. Deshalb muss der umgekehrte Waschprozess regelmäßig durchgeführt werden.
Um das zuvor genannte Problem, dass die suspendierten Stoffe hauptsächlich in
einem Oberflächenbereich
aufgenommen werden, zu überwinden,
wurde ein Filter entwickelt, in dem die Filterschicht als Doppelschicht
oder Mehrfachschicht ausgebildet ist. Bei dem zuvor genannten Filter
ist jede Schicht aus Filtermaterialien gebildet, die unterschiedliche
Korndurchmesser und -dichten aufweisen und sind die Schichten nicht
eigens voneinander getrennt. Wenn der Waschprozess kontinuierlich
durchgeführt
wird, sind daher die Grenzen zwischen benachbarten Schichten unbestimmt.
Es ist daher unmöglich,
einen angestrebten Zweck zu implementieren. Bei der Verwendung von
gekörntem
Filtermaterial kommt hinzu, dass Filtermaterialien während des
umgekehrten Waschprozesses verloren werden können.
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Kürzlich ist
zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit
des Filters ein Filter (Patent Nr. 10-0241198) mit einem Fasermaterial
als Filtermaterial verwendet worden. In diesem Fall ist ein Fasermaterial
an einem unteren Abschnitt des Filters angebracht. Der Druck der
Frischwasserzufuhr setzt das Filtermaterial unter Druck und der
Druck von Luft und Waschwasser dehnt das Filtermaterial. Da bei
diesem Filter eine einzelne Filterschicht verwendet wird und der
Bedruckungsgrad des Filtermaterials von dem Druck der Frischwasserzufuhr
bestimmt wird, ist der Raum für das
Auffangen von suspendierten Stoffen klein, so dass sich die Zeitdauer
für das
Filtern verringert und die Frequenz des Waschbetriebs erhöht wird.
Und es ist nicht einfach, mit dem Qualitätswechsel des einströmenden Wassers
zurechtzukommen.
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Zusätzlich ist
es schwierig, die Qualität
und die Wassermenge einzustellen. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden,
ist ein Permanentfilter (Offenlegung Nr. 1999-030247) entwickelt
worden, der eine variable Filterschicht mit einem Kolben verwendet. Da
bei diesem Filter der Druckaufbau und Druckabbau des Filtermaterials
durch einen Kolben in der vertikalen Richtung erfolgt, können sich
die Filtermaterialien bei einer Verwendung dieses Filters über eine längere Zeit
verheddern, so dass die Filtermaterialien während des Waschbetriebs nicht
voll wiederhergestellt werden können
und es unmöglich
ist, einen angestrebten Waschbetrieb zu einzurichten.
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Nach
einem weiteren Filter (Patent Nr. 1997-0007944) ist das Filtermaterial
zwischen einer bewegbaren kreisförmigen
Platte und einer fixierten kreisförmigen Platte in einer konzentrischen
Form installiert. Bei Drehungen der bewegbaren kreisförmigen Platte
wird das Filtermaterial mit Druck beaufschlagt. Jedoch ist an diesem
Filter nachteilig, dass die nahe der kreisförmigen Platten gelegenen Filtermaterialien
nicht mit Druck beaufschlagt werden und die bewegbare kreisförmige Platte
in die Richtung der fixierten kreisförmigen Platte bewegt wird,
um eine Druckbeaufschlagung zu erreichen, ohne dass das Filtermaterial
eine Zugkraft aufnimmt. In diesem Fall ist der Filterbereich im
Vergleich zu der Größe des Filterrohrs
(2) zu gering. Zudem ist es unmöglich, einen Filterbetrieb
mit Druckbeaufschlagung zu implementieren, da die Drehwelle durch
das Filterrohr (2) bewegt wird.
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Die
US 4 299 699 offenbart eine
Halterungsvorrichtung, bei der eine zylindrische Anordnung von Fadensegmenten
spiralförmig
zusammengezogen werden können,
um als Filtrations- oder als koaleszierende Medien zu wirken oder
die bei einer zurücklaufenden
Strömung
gelöst
werden können,
um die Freigabe von verstopfendem Material zu bewirken.
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Die
US 1 375 628 offenbart eine
Filtermedium-Anordnung mit einem länglichen perforierten Rohr,
mit einer rohrförmigen
Filterschicht, die das perforierte Rohr umgibt und aus einer Mehrzahl
sich entlang des Rohrs erstreckenden Fasern zusammengesetzt ist,
und mit einem Paar von ringförmigen Stützvorrichtungen,
von denen jede mit jeweils einem von den zwei gegenüberliegenden
Enden jeder Faser verbunden ist. Wenn die drehbare Stützvorrichtung
in einer Richtung gedreht wird, werden die Fasern spiralförmig um
das perforierte Rohr gewunden, wodurch die Weite der Zwischenräume zwischen
diesen reduziert wird und umgekehrt.
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Offenbarung
der Erfindung
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Dem
gemäß ist es
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen hinsichtlich Porengröße regulierbaren
Filter bereitzustellen, der die im Stand der Technik auftretenden
Probleme überwindet
und geeignet ist, die Filtergeschwindigkeit und eine Filterdauer
zu optimieren, bei einer Verringerung der Waschfrequenz und des
Waschwasserbedarfs einen suspendierten Stoff effektiv aus Wasser
zu filtern und den Wasserverarbeitungsbetrieb zu vereinfachen.
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Um
diese Aufgaben zu lösen,
ist ein hinsichtlich Porengröße regulierbarer
Filter vorgesehen, bei dem die radialförmigen Filtermaterialhalter,
die von einer Drehwelle oder einer fixierten welle aufgenommen mit
einer bestimmten Entfernung einander gegenüberliegen, bei dem die mit
guten Expansions- und
Kontraktionseigenschaften ausgestatteten Filtermaterialien zur Bildung
einer Filterschicht mit beiden Filtermaterialhaltern verbunden sind,
bei dem die an dem Filtermaterialhalter hängenden Filtermaterialien basierend
auf einer Rotationsrichtung und einem Rotationswinkel der Drehwelle
um das perforierte Rohr gewunden werden und entlang der Filtermaterialhalter
basierend auf einer Zugkraft in eine zentrale Richtung bewegt werden,
um dadurch die Porengröße zu verringern
und den angestrebten Filterbetrieb einzurichten, und bei dem die
Porengrößen auf
ihren ursprünglichen
Zustand durch Zurückführung des
Filtermaterials vergrößert werden,
um den umgekehrten Waschbetrieb einzurichten.
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Da
insbesondere die nahe den Filtermaterialhaltern gelegenen Filtermaterialien
entlang der Filtermaterialhalter in die zum Zentrum hinführende Richtung
bewegt werden können,
ist es aufgrund des perforierten Rohrs möglich, eine einheitlich Porengröße aufrecht
zu erhalten. Außerdem
ist es möglich, abhängig vom
Abstand von dem perforierten Rohr die Porengrößen durch Änderung der Längen der
Filtermaterialien zu ändern,
indem die inneren und äußeren Seiten
der Filterschicht getrennt und die Arten des Filtermaterials geändert werden.
Es ist möglich, den
Filter-Querschnittsbereich zu maximieren und den Waschvorgang während der
Wiederholung der Druckbeaufschlagung und des Lösens des Filtermaterials durchzuführen. Daher
ist es möglich,
die in der konventionellen Technik auftretenden Probleme zu überwinden.
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Da
die Filtermaterialien unter Verwendung eines Handgriffs gedreht
und gequetscht werden, ist es zudem möglich, sogar unter Aufbringung
einer geringeren Kraft dasselbe Maß an Druckbeaufschlagung auszuführen als
bei einem Verfahren, bei dem die Filtermaterialien unter Verwendung
eines Kolbens mit Druck beaufschlagt werden. Die Filtermaterialien
halten auch bei einer langen Benutzungszeit einen vollkommen entspannten
Zustand aufrecht, wodurch ein sauberer Zustand derselben erreicht wird.
Da der Filter-Querschnittsbereich nach der vorliegenden Erfindung
im Vergleich mit dem Stand der Technik einem Oberflächenbereich
des perforierten Rohrs entspricht, bei dem der Filter-Querschnittsbereich
des Filters auf dem vertikalen Querschnitt des Filterrohrs (2)
begrenzt ist, kann der Filter-Querschnittsbereich vergrößert werden,
indem die Durchmesser des perforierten Rohrs vergrößert und
die Höhe
des Filterrohrs (2) ohne Vergrößerung des Querschnittsbereichs
des Filterrohrs (2) vergrößert werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung wird mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
besser verstanden, die nur zum Zwecke der Veranschaulichung beigefügt sind
und deshalb die vorliegende Erfindung nicht begrenzen, wobei:
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1 eine
Ansicht eines konventionellen Filters ist;
-
2 eine
Ansicht eines einstufigen Filters mit verstellbarer Porengröße (Anspannungszustand des
Filtermaterials) nach der vorliegenden Erfindung;
-
3 eine
Ansicht eines einstufigen Filters mit verstellbarer Porengröße (Entspannungszustand des
Filtermaterials) nach der vorliegenden Erfindung; und
-
4 eine
Darstellung eines zweistufigen Filters mit verstellbarer Porengröße nach
der vorliegenden Erfindung.
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1
- 1
- Waschwasser-Auslassleitung
- 2
- Frischwasser-Zufuhrleitung
- 3
- Filterhauptkörper
- 4
- Filterschicht
- 5
- Waschwasser-Luft-Zufuhrleitung
- 6
- Waschwasser-Zufuhrleitung
- 7
- Prozessverbraucher-Auslassleitung
- 8
- Luft-Auslassventil
-
2,3,4
- 1
- Frischwasser-Zufuhreinheit
- 11
- Frischwasser-Zufuhrleitung
- 11a
- Frischwasser-Zufuhrventil
- 12
- obere
Waschwasser-Auslassleitung
- 12a
- oberes
Waschwasser-Auslassventil
- 13
- oberer
Flansch
- 14
- Sicherheitsventil
- 15
- Filtermaterial-Abgangsverhinderungsring
- 2
- Filterrohr
- 21
- Filtermaterial
- 21a
- Filterschicht
- 22
- perforiertes
Rohr
- 22a
- Befestigungsring
des perforierten Rohrs
- 23
- oberer
Filtermaterialhalter
- 24
- unterer
Filtermaterialhalter
- 25
- obere
Drehwelle
- 26
- Dichtungsabschnitt
der oberen Drehwelle
- 27
- Lagerung
der oberen Drehwelle
- 28
- oberer
Handgriff
- 28a
- Fixierstift
des oberen Handgriffs
- 29
- unterer
Handgriff
- 29a
- Fixierstift
des unteren Handgriffs
- 3
- Nutzwasser-Abführventil
- 31
- Prozessverbraucher-Auslassleitung
- 31a
- Nutzwasser-Abführleitung
- 32
- Waschwasser-Zufuhrleitung
- 32a
- Waschwasser-Zufuhrventil
- 33
- unterer
Flansch
- 34
- Wasch-Luftzufuhrleitung
- 34a
- Wasch-Luftzufuhrventil
- 34b
- Wasch-Luftauslass
- 35
- untere
Waschwasser-Auslassleitung
- 35a
- unteres
Waschwasser-Auslassventil
- 36
- untere
Drehwelle
- 37
- Abdichtungsabschnitt
der unteren Drehwelle
- 38
- Aufnahme
der unteren Drehwelle
- 39
- Lagerung
der unteren Drehwelle
-
Beste Ausführungsform
der Erfindung
-
2 ist
eine Darstellung eines einstufigen Rotationsfilters mit regulierbarer
Pore nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wie in dieser gezeigt, ist eine Frischwasser-Zufuhreinheit (1),
eine Filterschicht (21a) und ein Nutzwasser-Auslassabschnitt
(3) von einer Umfangsrichtung des Filterrohrs (2)
in eine Richtung zum Zentrum hin eingerichtet. In einem oberen Flansch
(13) des Filterrohrs (2) ist ein Loch gebildet,
in das eine obere Drehwelle (25) eingesetzt ist und ein
Loch ist gebildet, das einen Dichtungsabschnitt (26) der
oberen Drehwelle aufnimmt, um zu verhindern, dass Wasser durch einen Spalt
zwischen dem oberen Drehschaft (25) und dem oberen Flansch
(13) fließt.
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Eine
Leitung ist zur Aufnahme eines Sicherheitsventils (14)
und zur Implementierung einer Druckmesseinrichtung angeschweißt. Eine
perforierte Leitung (22) führt durch einen unteren Flansch
(33) des Filterrohrs (2) und ist daran geschweißt und eine Leitung
ist zur Verbindung der Wasch-Luft-Zufuhrleitung (34) angeschweißt. Eine
Seite der oberen Drehwelle (25) ist mit dem oberen Handgriff
(28) verbunden und der obere Filtermaterialhalter (23)
ist an einer äußeren Seite
der anderen Seite derselben in einer radial verlaufenden Richtung
zum Aufhängen
des Filtermaterials (21) aufgenommen.
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Der
untere Filtermaterialhalter (24) zum daran Aufhängen des
Filtermaterials (21) ist radialförmig an das perforierte Rohr
(22) geschweißt,
dass an den unteren Flansch (33) des Filterrohrs (2)
geschweißt ist,
um dadurch Filtermaterial (21) daran aufzuhängen, und
ein Ende des perforierten Rohrs (22) ist in die untere
Drehwelle (36) eingesetzt. Zu diesem Zeitpunkt ist der
mehrfache Porenabschnitt des perforierten Rohrs (22) nur
zwischen beiden Filtermaterialhaltern gelegen.
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Der
obere Filtermaterialhalter (23), der an der oberen Drehwelle
(25) angebracht ist, wird in derselben Richtung wie die
obere Drehwelle (25) gedreht. Da der an dem perforierten
Rohr (22) angebrachte untere Filtermaterialhalter (24)
fixiert ist, wird der untere Filtermaterialhalter (24)
nicht gedreht. Wenn daher die obere Drehwelle (25) rotiert
wird, wird das an dem oberen und dem unteren Filtermaterialhalter
aufgehängte
Filtermaterial (21) auf das in einem mittleren Abschnitt
gelegene perforierte Rohr (22) gewunden und nimmt eine
Zugkraft auf. Da die Filtermaterialhalter in einer radialen Richtung
verlaufen, werden die Filtermaterialien (21) in eine auf
die Mitte gerichtete Richtung bewegt, so dass die zwischen den Filtermaterialien
(21) gebildeten Poren an allen Stellen der Filterschicht
(21a) verkleinert werden. Zugleich müssen die Filtermaterialien
(21) länger
als der Abstand zwischen dem oberen und unteren Filtermaterialhalter
eingerichtet sein, so dass die Filtermaterialien (21) um
das perforierte Rohr (22) voll gewunden werden und eine
Zugkraft aufnehmen können.
Das Filtermaterial (21), das einen geringeren Durchmesser
hat, wird zuerst in den oberen und den unteren Filtermaterialhalter
eingesetzt und das äußere Filtermaterial
(21) muss eine größere Länge aufweisen,
um dadurch eine Doppelschicht-Filterfunktion
zu gewährleisten.
Nachdem das Filtermaterial (21) aufgenommen worden ist,
wird ein Filtermaterial-Abgangverhinderungsring
(15) an den Enden des oberen und unteren Filtermaterialhalters
eingesetzt, um ein Entweichen des Filtermaterials (21)
zu verhindern.
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In
dem nach dem vollständigen
Waschen der Filterschicht (21a) durchgeführten Filterprozess
wird das Filtermaterial (21) neben dem perforierten Rohr (22)
durch Drehung des oberen Handgriffs (28) in einem Zustand
mit Druck beaufschlagt, bei dem nur das Nutzwasser-Auslassventil
(31a) und das Frischwasser-Zufuhrventil (11a)
geöffnet
sind, und der obere Handgriff (28) wird mit dem Fixierstift
(28a) des oberen Handgriffs fixiert, wodurch das Frischwasser fließt und gefiltert
wird. Bei der kontinuierlichen Durchführung des Filterprozesses werden
die suspendierten Stoffe in der Filterschicht (21a) im
Filter vermehrt und der Filterwiderstand wird größer. Da sich die Auslassgeschwindigkeit
des Nutzwassers verringert und der Druck vergrößert, werden die aufgefangenen
suspendierten Stoffe zusammen mit dem Nutzwasser ausgelassen. Wenn
zu diesem Zeitpunkt die Auslassgeschwindigkeit des Nutzwassers unter
einem vorbestimmten Wert oder wenn der Druck des Filterrohrs (2)
höher als
ein vorgegebener Wert ist, oder wenn die Wasserqualität unter
ein angestrebtes Maß fällt, wird
der Filterbetrieb gestoppt und die Routine in den Waschprozess übergeführt.
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Der
Waschprozess kann mit einem automatischen oder manuellen Verfahren
durchgeführt
werden. Das Frischwasser-Zufuhrventil (11a) und das Nutzwasser-Auslassventil
(31a) werden geschlossen und das untere Waschwasser-Auslassventil
(35a), das Wasch-Luftzufuhrventil (34a) und das
Waschwasser-Zufuhrventil
(32a) werden sequentiell geöffnet und die verbleibenden
Ventile geschlossen. Danach wird der Fixierstift (28a)
des Handgriffs entfernt und der obere Handgriff (28) in
der entgegengesetzten Richtung gedreht, um auf diese Weise das Filtermaterial
(21) zu lösen.
Dann wird der obere Handgriff (28) in beiden Richtungen
gedreht, um dadurch das Filtermaterial (21) zu waschen.
Die Druckbeaufschlagungs- und Entspannungsmaßnahmen werden in wiederholter
Weise durchgeführt,
wie es bei dem Waschen von Kleidung in fließendem Wasser geschieht, um
dadurch die in dem Inneren der Filterschicht (21a) aufgefangenen
suspendierten Stoffe zu entfernen. Das verschmutzte Waschwasser
wird über
die untere Waschwasser-Auslassleitung (35) ausgelassen.
Der Filterprozess wird gestartet, wenn festgestellt wird, dass die
in der Filterschicht (21a) aufgefangenen suspendierten
Stoffe vollständig
entfernt worden sind.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Wie
zuvor beschrieben sind die Filtermaterialhalter an der Drehwelle
oder der fixierten Welle in dem Filterrohr radialförmig, einander
mit einer bestimmten Entfernung gegenüberliegend installiert. Die
Filtermaterialien haben jeweils gute Expansions- und Kontraktionseigenschaften
und sind miteinander verbunden, um dadurch eine Filterschicht zu
bilden. Die Filtermaterialien, die an den Filtermaterialhaltern aufgehängt sind,
werden auf das perforierte Rohr gewunden, das in der zentralen Welle
gelegen ist, wobei dies in der Rotationsrichtung und einem Rotationswinkel
per Drehwelle geschieht, so dass eine bestimmte Zugkraft aufgenommen
wird und die Filtermaterialien in die zum Zentrum gerichtete Richtung entlang
der Filtermaterialhalter bewegt werden. Deshalb ist es nach der
vorliegenden Erfindung möglich, die
Porengrößen zu verringern
und dadurch einen angestrebten Filterbetrieb zu implementieren.
Auch ist es möglich,
die Porengrößen durch
Wiederherstellung der Filtermaterialien in ihre ursprünglichen
Zustände
zu vergrößern, wodurch
der umgekehrte Waschbetrieb implementiert wird. Bei der vorliegenden
Erfindung ist es möglich,
auf einfache Weise die in einer bestimmten Lösung suspendierten Stoffe verschiedener
Größen zu trennen
und zu entfernen. Auch ist es möglich,
auf einfache Weise die in der Filterschicht aufgefangenen suspendierten
Stoffe zu trennen. Der Filter nach der vorliegenden Erfindung ist
zu dem Zweck entworfen, einen maximalen Bereich der Filterschicht
zu erhalten, und die Waschfrequenz und die Waschwasser-Mengen bedeutend
zu verringern. Der Filter mit regulierbarer Porengröße nach
der vorliegenden Erfindung kann auf einem praktischen Filter angewandt
werden.