DE69105802T2 - Verstärkte Hülsenanordnung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verstärkte Hülsenanordnung, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich zur Verwendung bei der Gasfiltration.
• Durch die jüngere Umwelt-Gesetzgebung werden in verstärktem Maße dem zugelassenen Pegel an teilchenförmigem Material (wie z.B. Ruß, Pauch und Staub-Teilchen), welches mit Gasen, die zur Atmosphäre hin abgelassen werden, ausgestoßen werden kann, erhebliche Grenzen gesetzt. Ein typischer maximal zugelassener Feststoffgehalt beträgt 250 mg pro Kubikimeter Luft, obwohl in manchen Ländern geringere Grenzen, wie z.B. 100 mg pro Kubikimeter, vorgeschrieben sind. Es besteht jedoch ein Erfordernis, dazu in der Lage zu sein, in verstärktem Maße strengeren Schadstoffemissions-Normen zu genügen.
• Um Teilchen aus dem Gas zu entferuen, werden Einrichtungen wie z.B. Kraftwerke, Fabrikationsanlagen, Verbrennungsöfen usw. mit Beutelfiltern oder Sackfiltern ausgerüstet, welche das Feststoff-Material herausfiltern und sammeln. Eine spezielle Konstruktion benutzt Filtergewebe, welches zu rohrförmigen vertikalen Hülsen geformt ist. Das zu filternde Gas wird sodann durch die Hülsen entweder von der Innenseite oder der Außenseite geschickt. Das an den Filtersäcken oder Filterbeuteln gesammelte Feststoff-Material kann sodann periodisch dadurch entfernt werden, daß auf mechanische Art und Weise geschüttelt wird oder daß ein Rück- oder Gegendruck auf die Hülsen aufgebracht wird, um das Material abzulösen, welches herabfällt und sodann aufgesammelt wird. Gemäß einer besonderen Filterausführungsform veiläuft das zu filternde Gas innerhalb der Filter-Hülse nach oben. Wenn sich Feststoff-Material auf dem Filter aufbaut, wird dieses entweder dadurch gereinigt, daß ein Reinigungsluft-Gegendruck auf die Außenseite der Hülse angewendet wird, oder dadurch, daß ein reduzierter Druck auf die Innenseite der Hülse aufgebracht wird, derart, daß die Hülse teilweise kotlabiert und daß verursacht wird, daß das Feststoff-Nlaterial abgelöst wird. Jedoch ist es von Wichtigkeit, daß der Hülse nicht ein vollständiges Kollabieren
• - eine hohle Hülse, die aus einem nicht-starren Folienmaterial geformt ist;
• - ein starres inneres Träger-Ringelement, das um die Innenseite der Hülse herum angeordnet ist; und
• - ein äußeres Klemmbefestigungselement, welches um die Außenseite der Hülse herumgeklemmt ist,
• sind aus der US-A-3 243 940 oder der US-A-3 241 297 bekannt.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Befestigen der Träger-Ringe an der hohlen Filterhülse zu verbessern.
• Die vorliegende Erfindung führt zu einer verstärkten Hülsen-Anordnung von der gerade wie oben erläuterten Art, insbesondere zur Verwendung bei der Gasfiltration, welche Hülsenanordnung dadurch gekennzeichnet ist, daß das äußere Klemmbefestigungselement einen Querschnitt aufweist, welcher einen kanalförmigen Querschnittsabschnitt oder -bereich umfaßt, der den inneren Träger-Ring in der Betriebslage in einer solchen Art und Weise umklammert, daß die Elemente die Hülse ergreifen und an dieser sicher angeordnet sind.
• Die hohle Hülse kann aus irgendeinem gewebten oder nicht-gewebten Material ausgebildet sein, welches für die hier in Rede stehende Anwendung geeignet ist. Während die vorliegende Erfindung in erster Linie zur Anwendung auf dem Gebiet der Filtration vorgesehen ist, kann sie ferner allgemeine Anwendung dort finden, wo eine Hülse aus einem nicht starren Material offenzuhalten ist, wie z.B. bei einer Rutsche oder Schurre. Für Filirations-Anwendungen ist das Material in bevorzugter Weise eine gasdurchlässige Filtrations-Membrane, wie z.B. ein expandiertes Fluorkohlenstoff-Polymer, insbesondere PTFE. Um strukturelle Festigkeit zu ergeben, kann die Filter-Membrane, beispielsweise durch Laminierung oder unmittelbare Ablagerung, auf einem gewebten oder nicht-gewebten Substrat getragen sein, das z.B. aus Glasfasern, aus einem nicht-rostendem Stahl oder aus einem Polymer (wie z.B. einem und ein hierdurch bewirktes Verhindern der Luftströmung und der Entfernung der Feststoffe erlaubt werden sollte. Um das Zusammendrücken oder den Kollaps der Hülse zu verhindern, werden Ringe um die Außenseite der Filter-Hülse herum mit regelmäßigen Intervallen entlang ihrer Lange angenäht. In typischer Weise messen derartige Filter 5 bis 12 m in der Lange und weisen Ringe auf, die in ungefähr 1 m-Abständen angenäht sind.
• Die zu filternden Gase sind oft auf relativ hohen Temperaturen, beispielsweise bei 150 bis 300ºC, und sie können korrodierende Gase, wie z.B. Schwefeloxide und Stickstoffoxide enthalten. Das zum Ausbilden der Filterhülse verwendete Material muß daher so ausgewählt werden, daß es den Bedingungen, denen man begegnet, standhält. Ein insbesondere geeignetes Material ist ein expandiertes Polytetrafluorethylen (PTFE)-Material, das unter dem eingetragenen Warenzeichen GORE- TEX erhältlich ist. Die Expansion des Materials führt zu einer sehr kleinen Porengröße, die dazu fähig ist, Teilchen im Submikron-Größenbereich herauszufiltern. Ebenfalls ist PTFE dazu in der Lage, hohen Temperaturen und korrodierenden Gasen standzuhalten. In üblicher Weise werden PTFE-Filter auf einem gewebten oder nicht-gewebtem Trägermaterial getragen.
• Jedoch, während das PTFE-Filtermaterial selbst dazu in der Lage oder befähigt ist, nahezu alle Teilchen auszufiltern, ist dem Wirkungsgrad des Gesamtfilters durch die Tatsache eine Begrenzung auferlegt, daß die tragenden Ringe an Ort und Stelle angenäht werden. Die Löcher, die durch den Nähvorgang hergestellt werden, werden allmählich vergrößert aufgrund der Spannung auf das Filtergewebe und der ziehenden und schneidenden Wirkung des Nähgarnes. Dies führt zu verhältnismäßig großen Löchern, welche es kleinen Teilchen erlauben, zu entweichen, und bildet ferner Schwachstellen in dem Filter, was zu mechanischen Defekten führt.
• Verstärkte Hülsenanordnungen, welche umfassen:
• Fluorkohlenstoff-Polymer, einem Polyester, einem Polyamid oder einem Polypropylen), oder aus Kohlenstoff-Faser gebildet ist. Das besondere Substrat-Material wird im allgemeinen in Abhängigkeit von der Temperatur und der Korrosionswirkung des zu filternden Gases ausgewählt werden. Polymere Substrat-Materialien umfässen Füller, wie z.B. Kohlenstoff, um antistatische Eigenschaften zu ergeben.
• Das starre innere Träger-Ringelement ist im allgemeinen von einer kreisförmigen oder ovalen Gestalt, und es ist in typischer Weise aus einer Inert-Legierung, wie z. B. einem nicht-rostenden Stahl, ausgebildet.
• Das äußere Klemmbefestigungselement ist im allgemeinen von derselben Gestalt wie das ringförmige Element und ist aus demselben Material ausgebildet, um Belastungen zu venneiden, die sich aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnung ergeben.
• Das Trägerringelement und das Klemmbefestigungselement weisen ineinander eingreifende Querschnitts-Gestaltungen auf, in der Weise, daß sie, wenn das Klemmbefestigungselement um den Trägerring herum geklammert ist, miteinander verriegelt werden. In einer Ausführungsform ist der Ring von einem kreisförmigen Querschnitt und das Klemmbefestigungselement weist einen kanalförmigen Querschnitt auf; oder umgekehrt. In einer anderen Ausführungsform weisen beide ineinander eingreifende kanalförmige Querschnitte auf.
• Um den Bereich der Klemmbefestigung zu vergrößern, kann ein Paar von Ringen mit kreisförmigem Querschnitt Seite an Seite verwendet werden; obwohl dies die Anordnung ein wenig schwieriger macht. Jedoch weist in einer bevorzugten Ausführungsform der innere Ring einen ovalen Querschnitt auf (wobei die lange Achse des Ovals in Achsrichtung der hohlen Hülse verläuft) und das Klemmbefestigungselement weist einen entsprechenden oval gefonnten Kanal auf. Dieser ovale Querschnitt ergibt einen großen Kontaktbereich für die Klemmbefestigung und reduziert ebenfalls den Winkel, um welchen das Hülsenmaterial gebogen wird; beide von diesen unterstützen die Vermeidung einer Beschädigung des Hülsenmaterials.
• Das äußere Klemmbefestigungselement ist im allgemeinen von einer variablen Umfangslänge, so daß es um den Trägerring herum dicht angezogen werden kann. Folglich kann das Klemmbefestigungselement mit einer Schraubenklemme oder einer Bandschelle zu einem dichten Anziehen des Klemmbefestigungselements versehen sein. Es sind jedoch viele zweckmäßige Arten und Weisen eines dichten Anziehens des Klemmbefestigungselementes im Stand der Technik bekannt.
• Um zu verhindern, daß Knitter (oder Falten oder Kniffe) in der Filter- Hülse erzeugt werden, was zu einem vorzeitigen Defekt (oder Versagen oder Ausfall) führen könnte, ist es von Wichtigkeit, daß das Element sicher an Ort und Stelle festgeklemmt oder festgeklammert werden sollte, und zwar in üblicher Weise unter rechten Winkeln zu der Längserstreckung der hohlen Hülse. Um ein Abscheuern oder Abreiben des Filtermaterials zu verhindern, kann es wünschenswert sein, Schichten aus polymerem Material zwischen die Elemente und die Filter-Hülse zu setzen.
• Die verstärkte Hülsen-Anordnung ist insbesondere zum Ausbilden von Hochleistungs-Filtern brauchbar, insbesondere dann, wenn sie in Verbindung mit Filtermembranen aus expandiertem PTFE verwendet wird, und sie vermeidet durch das Stiche-Machen beim Nähen entstehende Löcher ("stitching holes") um die Trägerringe herum. Derartige Filter können zum Entfernen von Teilchen mit Größen im Mikronbereich aus Rauchgas von kohlebeheizten Kesseln verwendet werden, bevor das Gas durch katalytische Konverter zum Entfernen von Schwefeloxiden und Stickstoffoxiden hindurchgeschickt wird. Derartige Teilchen würden sonst dazu neigen, die Katalysator-Materialien zu deaktivieren.
• Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nunmehr lediglich im Rahmen eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigen:
• Fig. 1 eine teilweise Querschnittsansicht einer verstärkten Hülsenanordnung für die Gasfiltration;
• Fig. 2 eine Seitenansicht einer Bandschelle zum dichten Anziehen oder Festziehen eines äußeren Klemmbefestigungselementes; und
• Fig. 3 einen teilweisen Schnitt einer weiteren Ausführungsform, bei welcher der Trägerring von einem ovalen Querschnitt ist.
• Wie in Fig. 1 dargestellt, umfaßt die Anordnung eine hohle Hülse 2, die aus einem gasdurchlässigen Filtergewebe gebildet ist. Ein kreisförmiges verstärkendes Trägerringelement 4 von einem kreisförmigen Querschnitt ist innerhalb der Hülse mit Hilfe eines äußeren Klemmbefestigungselementes 6 von einem kanalförmigen Querschnitt festgeklemmt, welches mit dem inneren Trägerring-Element in Eingriff gelangt, wobei es die Hülse ergreift und das Ring-Element sicher an Ort und Stelle festlegt.
• Das Filter-Gewebe, aus welchem die Hülse in dem vorliegenden Beispiel ausgebildet ist, weist ein aus einem Glasfasergewebe bestehendes Trägergewebe auf, auf dessen Innenseite eine dünne durchlässige Membrane laminiert ist, die aus einem expandierten PTFE ausgebildet ist (das unter der eingetragenen Schutzmarke GORE-TEX erhältlich ist), welches sehr kleine Poren enthält, die ausreichend sind, um Feststoffteilchen von einer Partikelgröße bis herab zu Submikron-Größenordnungen zu entfernen. Im Gegensatz zu anderen Filtergeweben neigt die Membrane aus expandiertem PTFE dazu, Feststoffteilchen an deren Oberfläche zurückzuhalten, was die spätere Entfernung des angesammelten Feststoffmaterials erleichtert. Darüber hinaus weist PTFE hervorragende Temperatureigenschaften sowie hervorragende Eigenschaften chemischer Beständigkeit auf.
• Das innere Trägerringelement 4 ist in üblicher Weise aus einem nichtrostenden Stahl ausgebildet und hat die Wirkung, die Hülse offenzuhalten, insbesondere während mit Umkehr-Luftstrom arbeitenden Reinigungsoperationen. Das kanalförmige Klemmbefestigungselement 6 ist ebenfalls aus nicht-rostendem Stahl ausgebildet, um etwaige unterschiedlichen Ausdehnungs-Effekte zu minimieren. Alternativ hierzu kann das Klemmbefestigungselement aus einem Metall ausgebildet sein, welches einen geringfügig niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten aufweist, so daß ein Ansteigen in der Temperatur dazu neigen würde, das Klemmbefestigungselement um den Ring herum dicht anzuziehen. Im allgemeinen könnte die Filter-Hülse annähernd 10 m in der Länge betragen und mit inneren Trägerringelementen versehen sein, welche mit gegenseitigen Zwischenabständen von annähernd 1 m entlang der Längserstreckung der Filter-Hülse an Ort und Stelle festgeklemmt sind.
• Fig. 2 zeigt eine typische Bandschelle 8 zum dichten Anziehen des äußeren Klemmbefestigungselementes 6 um das innere Trägerringelement 4 herum. Jedoch werden viele alternative Arten und Weisen zum Festziehen oder dichten Anziehen des Klemmbefestigungselementes für den Fachmann offensichtlich sein. Das Klemmbefestigungselement 6 weist zwei sich gegenseitig überlappende, relativ zueinander gleitbare Enden 10, 12 auf. Ein Paar von gegenseitig beabstandeten Haken 14, 15 ist an dem einen Ende 12 vorgesehen und an diesem, beispielsweise mit Hilfe von Nieten, befestigt. Ein eine Endstellung aufweisendes Schellen- Organ 16 ist an dem anderen Ende 10 angebracht. Die Schelle umfaßt einen Körper 18, der in dreh- oder schwenkbarer Weise an dem Ende 10 bei dem Dreh- oder Schwenkpunkt 20 über ein Basiselement befestigt ist. Eine Öse 22 mit einem Miuelabschnitt 23 in der Form eines Federringes ist an einem Ende in dreh- oder schwenkbarer Weise an dem Körper 18 befestigt und an dem anderen Ende über den Haken 14 oder 15 gehakt, wodurch die zwei Enden des Klemmbefestigungselementes miteinander befestigt werden. Die Schelle ist in der verriegelten Stellung mit Hilfe einer selbstschneidenden Schraube 24 gesichert, welche durch eine Bohrung in einem Verlängerungsabschnitt 26 des Körpers hindurchgeht und in eine Gewindebohrung in einer schrägen Lasche 28 hineingeschraubt ist, welche als ein Verlängerungsabschnitt der Basisplatte ausgebildet ist.
• Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform, bei welcher das Trägerring- Element 34 von einem ovalen Querschnitt ist, um den Festklemmbereich für ein gegebenes Gewicht des Ringes zu maximieren. Das Klemmbefestigungselement 36 weist einen komplementären Kanal-Abschnitt auf. Der ovale Querschnitt reduziert den Winkel der Berührung des Hülsen- Materials, wenn die Hülse während mit Gegen- oder Rückdruck arbeitenden Reinigungsoperationen abgeblasen oder ausgeblasen wird, und trägt dazu bei, die Möglichkeit einer Beschädigung der Filter-Hülse zu minimieren.
• Zwischen das ovale Trägerring-Element 34 und das Klemmbefestigungselement 36 ist eine Filzschicht 40 gesetzt, die aus PTFE gebildet ist, welche dazu beiträgt, die Filter-Hülse gegen Abrieb oder gegen Einschneiden durch das Klemmbefestigungselement zu schützen. Der Filz verläuft um das Klemmbefestigungselement und die Bandschelle herum, so daß er diese einschließt, und die zwei Ränder sind miteinander entlang einer Naht 42 vernäht. Ein Umschließen des Klemmbefestigungselements und der Bandschelle auf diese Art und Weise trägt dazu bei, eine Beschädigung benachbarter Filter-Hülsen während der Installation zu vermeiden.
• Die verstärkte Hülsenanordnung kann wie folgt aufgebaut werden. Die hohle Hülse des Filtermaterials wird gestreckt und es werden Positionen für die Trägerring-Elemente auf deren Außenseite markiert. Sodann werden die Ringe einzeln eingesetzt und eine Lage aus polsterndem Filz wird um den Ring herum auf die Außenseite der Hülse angeordnet. Ein Klemmbefestigungselement wird sodann um deren Äußeres herum geklammert, wobei dafür Sorge getragen wird, daß die Ringe an Ort und Stelle unter rechten Winkeln zu der Längserstreckung der hohlen Hülse befestigt sind. Um das Klemmbefestigungselement örtlich festzulegen, wird die Bandschelle gelöst und die Enden des Klemmbefestigungselements werden leicht auseinandergezogen, um es dem Klemmbefestigungselement zu ermöglichen, um den Trägerring herum aufgeschoben zu werden. Die Enden werden sodann zusammengezogen und die Öse 22 wird über den Haken 14 gehakt. Der Körper wird nach unten geschwenkt oder gedreht, um die in Fig. 2 gezeigte Position zu erreichen.
• Die Längs-Spannung auf die hohle Filter-Hülse wird gelockert, sobald alle Ringe an Ort und Stelle festgeklemmt worden sind, und die Hülse nimmt die entspannte Position an, wie in Fig. 1 gezeigt. Wenn sich das Material, das zwischen dem Ring und dem Klemmbefestigungselement eingeklemmt ist, entspannt, wird der durch das Hülsen-Material auf das Klemmbefestigungselement ausgeübte, radial nach auswärts gerichtete Druck ebenfalls reduziert, so daß ein Grad von Spiel auftreten kann. Dies kann dadurch abgenommen werden, daß die Bandschelle aufgemacht oder gelöst wird, daß die Öse weiter angezogen und über den hinteren Haken 15 gehakt wird. Die Schraube 24 wird sodann mit der Lasche 28 verschraubt (oder vernietet), um die Schelle in ihrer verriegelten Stellung zu halten.
• Das Filter wird wie folgt betrieben. Ein mit Teilchen beladenes Gas wird zur Innenseite der Hülse durch das untere Ende geschickt, während das obere Ende geschlossen ist. Reinluft verläuft durch die Hülse, während die Feststoffteilchen auf der Innenseite der Hülse festgehalten werden. Wenn das Druckgefälle durch das Filter bis zu einem vorgegebenen Pegel ansteigt, dann wird das Filter durch Erzeugen eines teilweisen Unterdrucks auf der Innenseite der Hülse, um die Luft nach rückwärts durch die Hülse zu ziehen, gereinigt. Dies kollabiert teilweise die Hülse, wodurch verursacht wird, daß die Feststoffteilchen abgelöst werden und nach unten durch die Mitte der Hülse fallen, um gesammelt zu werden. Die inneren Trägerring-Elemente 4 verhindern einen totalen Kollaps der Hülse, wobei sie stets einen mittleren Luftstrom-Raum entlang der gesamten Länge der Filter-Hülse lassen.

Claims (6)

1. Eine verstärkte Hülsenanordnung, insbesondere zur Verwendung bei der Gasfiltration, welche aufweist:

eine hohle Hülse (2), die aus einem nicht starren Folienmaterial geformt ist;

ein starres, inneres Träger-Ringelement (4, 34), welches um die Innenseite der Hülse herum angeordnet ist;

ein äußeres Klemmbefestigungselement (6, 36), welches um die Außenseite der Hülse herum geklemmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Klemmbefestigungselement einen Querschnitt aufweist, welcher einen kanalförmigen Querschnittsabschnitt umfaßt, der den inneren Träger-Ring in der Betriebslage in einer solchen Art und Weise umklammert, daß die Elemente die Hülse ergreifen und an dieser sicher angeordnet sind.

2. Eine Anordnung gemäß Anspruch 1, bei welcher das Hülsenmaterial eine Folie aus porösem expandiertem Polytetrafluorethylen umfaßt.

3. Eine Anordnung gemäß Anspruch 2, bei welcher die poröse expandierte Polytetrafluorethylen-Folie auf ein Substratmaterial geschichtet ist.

4. Eine Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das Trägerring-Element (34) von einem ovalen Querschnitt ist.

5. Eine Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, welche ein Paar von Seite an Seite angeordneten Trägerring-Elementen umfaßt, von denen ein jedes von kreisförmigem Querschnitt ist.

6. Eine Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das äußere Klemmbefestigungselement über seinen Umfang diskontinuierlich ist und mit Klammer-Mitteln (8) zum dichten Anziehen