EP1191992A1 - Filtervorrichtung zum filtrieren von fluiden - Google Patents

Filtervorrichtung zum filtrieren von fluiden

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Publication number
EP1191992A1
EP1191992A1 EP00945744A EP00945744A EP1191992A1 EP 1191992 A1 EP1191992 A1 EP 1191992A1 EP 00945744 A EP00945744 A EP 00945744A EP 00945744 A EP00945744 A EP 00945744A EP 1191992 A1 EP1191992 A1 EP 1191992A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
filter
side wall
filter element
filter device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00945744A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Lutz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Albert Handtmann Entwicklungs GmbH
Original Assignee
Albert Handtmann Entwicklungs GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Albert Handtmann Entwicklungs GmbH filed Critical Albert Handtmann Entwicklungs GmbH
Publication of EP1191992A1 publication Critical patent/EP1191992A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D29/00—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor
    • B01D29/01—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor with flat filtering elements
    • B01D29/05—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor with flat filtering elements supported
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D29/00—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor
    • B01D29/76—Handling the filter cake in the filter for purposes other than for regenerating
    • B01D29/80—Handling the filter cake in the filter for purposes other than for regenerating for drying
    • B01D29/82—Handling the filter cake in the filter for purposes other than for regenerating for drying by compression
    • B01D29/824—Handling the filter cake in the filter for purposes other than for regenerating for drying by compression using pistons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D29/00—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor
    • B01D29/88—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor having feed or discharge devices
    • B01D29/90—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor having feed or discharge devices for feeding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D29/00—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor
    • B01D29/88—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor having feed or discharge devices
    • B01D29/92—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor having feed or discharge devices for discharging filtrate

Definitions

  • the invention relates to a filter device for filtering fluids, with at least one filter element which has an interior space delimited by a side wall and a bottom for receiving a filter cake, a feed line for supplying the fluid to be filtered and a discharge line for discharging the filtered Includes fluids.
  • the filter element comprises a pressure stamp acting on the interior for changing the volume of the filter cake, clear and reproducible operating conditions can be created with high throughput rates, and in particular simple automation and versatile use of the device in different areas of application are possible.
  • the invention relates to a filter device for filtering fluids, with at least one filter element, which comprises an interior space delimited by a side wall and a bottom for receiving a filter cake, a feed line for supplying the fluid to be filtered and a discharge line for discharging the filtered fluid
  • Such filter devices are widely known, for example also from PCT / EP92 / 01436. They are used, for example, for sterile filtration in the beverage industry
  • filter elements filter supports
  • filter elements filter supports
  • the object of the present invention is to provide an improved filter device which can be used in many ways
  • the filter element has a pressure stamp that acts on the interior, which can be used, for example, to change the volume, ie to fit a filter cake inside it, the desired contact pressure can be selected in a single filter element, depending on the problem.
  • the pressure stamp must be selected may not necessarily be used to actually exert pressure on a filter cake or the like, but depending on the application may also only be used to limit or adjust the volume of space below, which may be useful, for example, when used as a bioreactor
  • This volume or the contact pressure can thus be selected in particular independently of the presence of filter elements above it. It is therefore also possible per se to use a single filter element according to the invention to implement a functional filter system which also offers a wide variety of other possible uses
  • filter devices according to the invention can also be easily automated by electronically or hydraulically controlling the individual processes, such as precoating, if not working with pre-pressed filter cakes, filtration, cleaning and discharge
  • the device according to the invention can be used in many different ways, depending on the problem, for the area of beverage production, but also for other areas in the food industry, but also in the chemical or pharmaceutical industry
  • filter device is intended not only to mean a filter for filtering an unfiltrate as described above in the prior art, but also, for example, a “reactor” used in the chemical industry, in which no unfiltered material is filtered out, but in a chemical substance (corresponding to the fluid to be filtered) flows into the interior delimited by the pressure stamp and a mass presented there (corresponding to the filter cake) and reacts chemically or biologically with it
  • bioreactor e.g. consisting of an inlet layer, activated carbon layer, outlet layer, is conceivable.
  • Any filter aid can be used and the filter cake does not have to be washed up, but could already be used prefabricated.
  • the use of membranes is also conceivable
  • the filter according to the invention can also be rinsed back or regenerated. Since the filter cake is firmly enclosed, rewinding with a high permissible throughput is possible
  • a filter device enables clear and reproducible operating conditions with high throughput rates, whereby simple automation and a versatile use in different areas of application are possible
  • the filter element advantageously comprises a pressure pad for loading the pressure stamp and a feed line for introducing a propellant into the pressure pad in order to exert a pressure force on the pressure stamp
  • At least one side wall of the pressure pad is essentially formed from an elastic material. Because of the elasticity of the material, the propellant to be filled can be absorbed in different amounts in order to be able to adjust the pressure to be generated within wide limits
  • the lateral wall of the pressure pad is preferably clamped between the pressure stamp and a cover of the associated filter element.
  • This can be achieved, for example, by completely encasing an inner area between the cover and the pressure stamp, and thereby doing so, at least approximately in the form of a cylinder or truncated cone from the wall material is attached to the pressure stamp and the cover, e.g. to an upper clamping element welded to the cover or to a leakage ring, so that the pressure cushion is sealed off from the pressure stamp underneath, so that no motive water can leak out and mix with the filtrate or unfiltrate in this case it is limited by the side wall, at the upper end of which a cover connector can be welded or detachably attached by the pressure plate and the cover
  • the side wall of the pressure pad is advantageously double-walled, that is to say with an inside and outside
  • a large pressure path of the pressure pad can be realized, while at the same time the strength and tightness of the pressure pad can be ensured particularly efficiently.
  • the inner wall can be attached to an upper clamp attached to the cover or the outer wall of the side wall (30, 31 ) of the pressure pad (32) to be clamped on a leakage ring
  • the pressure die can reach an uppermost position, in which the pressure pad is completely retracted, for example to allow a filter aid to float into the interior to produce the filter cake, if, for example, one of the two side walls of the pressure pad is elastically stretchable is then propellant can be poured into the pressure pad in order to move the pressure stamp into a filtration position in which the fluid to be filtered (unfiltrate) is passed through the filter cake.
  • propellant can be poured into the pressure pad in order to move the pressure stamp into a filtration position in which the fluid to be filtered (unfiltrate) is passed through the filter cake.
  • it is particularly easy to drain or suck the propellant water out of the pressure pad to move it back to a top position
  • the outer wall is elastic and the inner wall is inelastic, it is still possible, simply and safely, to absorb the pressure in the filter cake, which increases as the filtration begins, by moving the pressure stamp on the pressure pad without changing the compressive force on the filter cake
  • the side wall of the pressure pad also absorbs disturbing pressure surges and thereby guarantees clearly defined filter ratios D h, although the outer wall is made elastically deformable, the inelastic inner wall causes the pressure stamp to behave like a hard, inelastic piston that can be moved into different positions
  • the material from which the outer wall is formed is, for example, elastic silicone.
  • the inner wall can be realized with a coated fabric or knitted fabric, such as, depending on the need for strength, polyester or Kevlar
  • the wall comprises the inelastic piece, it can be ensured that the wall does not expand under counterpressure, but rather can essentially only be moved in one direction, so that pressure surges can be absorbed without the pressure cushion rebounding.
  • the pressure is distributed approximately uniformly over the entire filter cake area and thus a uniform pressure distribution is achieved over the entire filter cake area
  • silicone for the outer wall is particularly advantageous because silicone - as may be necessary during operation and cleaning / maintenance of the filter device - is resistant to chemicals such as caustic soda, nitric acid, H 2 O 2 and the like.At the same time, it is food-grade and durable also hot steam and hot water at high temperatures
  • this double-walled side wall enables a wide pressure range with a possible internal pressure of 20 bar (with an external pressure of 0 to 10 bar) to be reliably provided by a large adjustment path of the pressure plunger of up to approx. 100 mm, without problems of strength and tightness exist
  • a large adjustment path of the pressure plunger of up to approx. 100 mm
  • the bottom and the side wall of the filter element are detachably connected to one another by virtue of the fact that the bottom, on which the filter cake rests in the interior of the filter element, after the filtering process, e.g. via corresponding fastening and release devices from the rest of the filter element and thus also from the side wall delimiting the filter cake, it is possible to remove the filter cake in a particularly simple manner and to dispose of it dry
  • the pressure pad can move the pressure stamp into a discharge position by further filling with propellant, in which the base is printed on and the filter cake is exposed so that it can be pushed out
  • the bottom and / or the side wall of the at least one filter element can be arranged such that it can be guided in a load frame.
  • both the bottom and the side wall are each connected to the rods of the frame frame via a laterally projecting tab or eyelet element or the like, the bottom and the side wall can easily be guided separately along these rods and thus the above-described process of opening the Filter elements and the pushing out of the filter cake can be accomplished particularly easily.
  • filter elements In order to provide high flow rates and to provide a compact filter device in which the installation height, weight and costs are kept low, several filter elements, e.g. be stacked in the rack. This can e.g. by arranging the individual filter elements one above the other (vertical filter) or side by side (horizontal filter) in a corresponding load frame.
  • the horizontal arrangement has the advantage that the individual filter cakes can be disposed of very easily after the filtration under the influence of gravity.
  • the pressure stamp advantageously comprises a pressure plate and a perforated plate spaced therefrom.
  • the pressure plate can be attached as a tight plate on the side of the pressure stamp facing the pressure pad.
  • the perforated plate serves, among other things, to pass the fluid to be filtered into the filter cake.
  • the perforated plate is generally provided with a fine mesh in order to allow the filter cake to be enclosed and at the same time to allow the unfiltered material to flow through.
  • the supply line for introducing the propellant comprises a propellant channel surrounding the side wall of the filter element. The inflow of the fluid to be filtered and the discharge of the filtrate can also take place via an annular channel
  • the interior and in particular also the filter cake of the filter element is constructed essentially rotationally symmetrically, so that the blowing agent or the unfiltrate from the inlet lines are distributed uniformly over the circumference of the ring channels, for example, directed radially into the interior of the filter element Side can taper evenly
  • the line for supplying and / or discharging the propellant preferably runs through deepening channels in the cover of the filter element or bores in the upper clamping ring (knitted fabric).
  • At least one leakage line leads into the space between the outer and inner wall of the lateral wall of the pressure pad. If the pressure pad leakage undesirably should, due to material fatigue or the like, the propellant fluid that has got into the space emerges through the leakage line can be collected in a collecting container, for example, so that a leak can be recognized immediately and it can still be ensured that the propellant does not contaminate the filtrate or unfiltrate. Furthermore, a second leakage pipe could be installed to rinse the space between the walls The invention is further explained and described below with reference to the exemplary embodiment shown in the drawings
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a side view of a filter device according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a vertical section through a partial area of the filter device according to FIG. 1, the section plane intersecting the longitudinal axis of the leakage pipe 23,
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a vertical section through a partial area of the filter device according to FIG. 1, the leakage pipe not lying in the sectional plane,
  • FIG. 4 shows a section through the partial area of the filter device according to the invention shown in FIG. 2, the pressure stamp being in a precoat position (FIG. 4a), a filtration position (FIG. 4b) or in a discharge position (FIG. 4c)
  • a filter device according to the invention is denoted overall by 1.
  • the filter device 1 comprises a load frame 2, which is essentially axially symmetrical about a central axis M ' vertically guided in the load frame 2
  • the four filter elements 3 are enclosed between an upper and a lower fixing plate 46a, 46b of the load frame 2 and fixed by being pressed together 1 0
  • the filter elements 3 are essentially disc-shaped and essentially rotationally symmetrical about the vertical axis M. Although not limited to this arrangement, the filter elements 3 are arranged in the load frame 2 so that their axis M coincides approximately with the central axis M 'of the frame 2
  • FIG. 1 on the circumference of the frame 2, there is a vertical supply pipe 4 on the left for supplying the liquid to be filtered (unfiltrate) into the individual filter elements 3 and on the right a discharge line 5 for discharging the liquid (filtrate) filtered in the individual filter elements 3 a collecting container, not shown, runs in the front a vertical conduit 47 for supplying and discharging the motive water into and out of the pressure pads 32 of the individual filter elements 3, which are described in more detail below
  • the number of line pipes 4, 5, 47 can be varied depending on the operating requirements, but is limited by the fact that at least one inlet and one outlet pipe for the filtrate / unfiltrate or one line for the motive water should be present
  • individual branch pipes 6 also lead from the outlet pipe 5 or from the driving water line pipe 47 into an outlet ring channel 10 or driving water channel 22 each of a filter element 3.
  • the flow in these branch pipes 6 can in turn can be regulated by a valve element 7 attached in the course of the branch pipes 6
  • the line pipes 4, 5, 47 can be composed separably from individual line pipe sections, which enable line sections belonging to one of the filter elements 3 when opening or closing the filter elements to remove the filter cake individually along the line To be able to move guide rods 49 of the load frame 2
  • a filter element 3 comprises an interior space 15 which is essentially delimited by a cover plate 12, a base 13 and a cylindrical side wall 14.
  • the base 13 is provided with a disk-shaped base plate 16 made of metal, which has a layer of coarse fabric 17, a layer of perforated sheet metal 18 and a layer of fine tissue 19 is covered over the ring-shaped circumferential area of the bottom 13, spaced apart from each other, individual radially extending outlet bores 20 are provided, which lead laterally from the lower layer of coarse tissue (stainless steel mesh) 17 of the bottom 13 into the outlet ring channel 10, which is the side of the filter element 3 surrounds and leads to the discharge pipe 5 shown in Figure 1, the bottom 13 and the outlet ring channel 10 with the circumferentially distributed, radially arranged outlet bores 20 are firmly connected to each other
  • the bottom 13 is detachably connected to the side wall 14 of the associated filter element 3 by pressing all filter elements 3 between the fixing plates 46a, 46b in the load frame 2, it would alternatively also be possible via a snap-in connection 12
  • the inlet ring channel 8 runs around the side wall 14.
  • several inlet openings 21, of which one is shown in the section in FIG. 2 lead radially into the interior 15 of the filter element from the inlet channel 8 3
  • a driving water channel 22 which also runs around the side wall 14. From this driving water channel 22, openings, which are distributed over the circumference, also lead into the interior 15, however, these openings, without being restricted to this arrangement, follow from below reasons described in more detail in different sectional planes than that shown in FIG.
  • a leakage pipe 23 is also passed through openings in two opposite lateral drive water channel walls 24, 25, approximately perpendicular to the circulation of the driving water channel 22 in the area of the section shown in FIG. 2, these leadthrough areas of the leakage pipe 23 being otherwise sealed to the outside
  • the cover connector 50 is welded to the top of the annular side wall 14 and receives the cover 12 via a recess 51 with an associated sealing ring 52 on the top.
  • the clamping element 27 surrounds the central axis M of the filter element 3 in a ring shape.
  • the upper clamping 60 of the circumferential clamping element 27 is on welded to the cover 12 of the filter element 3 in several places.
  • the filter element 3 has only a single leakage pipe 23 on the circumference of the driving water channel 22, so that the clamping element 27 only in the area of the mouth of this leakage pipe 23 has a single, that is to say the through-channel 26 of the leakage ring 61 for a leakage pipe shown in FIG. 2 Alternatively, as already described above, it would also be conceivable to attach further leakage pipes for cleaning the space between the walls
  • an inner elastic side wall 30, 31 of a double-walled pressure pad 32 are fastened to the clamping ring and an outer one to the leakage.
  • the construction of the clamping element 27 is such that the leakage ring 61 is arranged on the upper side of the stop surface 29 of the cover connecting piece 50 and the outer side wall 31 is clamped in between is and furthermore the inner side wall 30 is clamped between the leakage ring 61 and the clamp 60 attached to the cover 12
  • the inner side wall 30 is made of a waterproof coated polyester knit that is inelastic and forms the inner wall of the pressure pad 32.
  • the side wall 31 is the outer wall of the pressure pad 32 and made of elastic silicone
  • the two walls 30 and 31 of the pressure pad 32 are fastened to the entire circumferential area of the annular clamping element 27 and thus completely enclose an inner area of the interior 15.
  • the through-channel 26 of the leakage pipe 61 connected to the leakage pipe 23 opens into the area between the two side walls 30.31 14
  • the pressure plate 34 is part of the pressure stamp 36, which further comprises a perforated plate with a fine tissue coating 38 underneath, spaced apart from the flat pressure plate 34 by a stainless steel grid 40.
  • the stainless steel grid 40 is shaped in such a way that the fluid filled in through the supply openings through between the Perforated plate 37 and the pressure plate 34 existing cavities evenly distributed over the sieve-like surface of the pressure ram 36 can also flow into a central area of the filter element 3 and flow into the area below
  • the perforated plate 37 with the associated fine tissue 38 acts as a circular disk via a fixing and wiping 39 made of plastic, e.g. made of lauramide, tightly fitting the inside of the side wall 14 of the filter element 3.
  • the pressure stamp 36 thus extends over the entire cross section of the interior 15 seen radially, the outer area of the perforated plate with the associated fixing and scraper ring 39 are shaped in such a way that their top side, when the pressure cushion is completely retracted into the uppermost position, presses tightly against the underside of the cover connector 50 formed by the stop surface 29 15
  • spacer blocks (not shown) or the like could also be attached to the top of the pressure plate, which act on the cover when the pressure cushion is completely retracted into the top position. These have in particular the function of bending the pressure cushion when the pressure cushion is completely retracted To prevent pressure stamp
  • filter cake 41 which is firmly and tightly enclosed between the fine tissue 19 of the base 13, the fine tissue 38 of the pressure stamp 36 and the circumferential side wall 14.
  • the filter cake 41 can either be preformed into the interior 15 of the filter element 3 have been introduced, or before carrying out the filtering process by flushing filter aids such as diatomaceous earth or the like through the inlet ring channel 8 into the interior 15 of the filter element 3 only to be produced there
  • FIG. 3 shows a further section through the filter element 3 shown in FIG. 2.
  • the section lies outside the area of the leakage pipe 23 and illustrates in particular that of the driving water pipe 22 sheathing the cover connecting piece 50, a plurality of driving water inlet and outlet passages 42 distributed over the circumference Lead into the interior 15 of the filter element 3 Specifically, such a driving water line lead-through 42 shown in FIG. 3 leads through a recess or through-hole 43 in the cover 12.
  • the driving water line lead-through 42 running through the bore 43 merges into the area of the pressure pad 32
  • a pump source (not shown) can thus be used to fill the pressure cushion 32 in the pressure cushion 32 with high excess pressure, which collects in the area delimited by the lateral inner wall 30 and distributes it approximately evenly above the pressure plate 34 Weight, but in particular the overpressure exerted on the amount of water filled into the pressure pad 32, leads to the filter cake 41 located underneath being able to be pressed by the pressure stamp 36 with a defined force. Furthermore, this can otherwise occur 1 6
  • FIGS. 4a to 4c each show a section through a filter element 3 according to the invention, the section roughly showing the area shown in FIG
  • the filter element 3 is in the precoat position shown in FIG. 4a, in which the pressure pad 32 is fully retracted and is in its uppermost position.
  • This complete retraction of the pressure pad 32 is carried out by negative pressure using a pressure not shown in the drawings Pump source such as a water hydraulic unit, which, for example, generates a negative pressure in the otherwise completely sealed pressure cushion 32 through the previously described motive water pipes 47, 22, 42. Since the pressure cushion 32 strikes the stop surface 29 of the cover connector 50 in this position, this precoat position can then the middle of the filter to produce the filter cake 41 in the interior 15 through the supply pipes 4, 8, 21 washed up
  • the fluid to be filtered can now be poured into the interior 15 of the filter via the inlet ring channel 8.
  • the unfiltered material filled into the interior 15 radially from different sides is distributed approximately uniformly over the entire area of the filter between the pressure plate 34 and perforated plate 37 or fine mesh 38 given cavities and penetrates through the sieve-like fabric into the filter cake 41 enclosed below, passes through this and t ⁇ tt in a filtered state in the area of the bottom 17
  • the filtered liquid is discharged via the outlet bore 20, the outlet channel 10 and the discharge pipe 5 into a collecting container
  • the bottom is moved into the operating position shown in FIG. 4c.
  • the bottom 13 with the associated outlet ring channel 10 is detached from the side wall 14 of the filter element 13.
  • the connection between the bottom 13 and the side wall is made after the filtration 14 by pushing apart the Fixie ⁇ latten 46a, 46b and the bottom 13 of the filter element 3 printed by increasing the pressure as soon as the filter cake 41 is completely free it can be pushed out through the opening 45 between the bottom 13 and the underside of the side wall 14
  • the bottom 13 of the lowermost filter element 3 is printed on and its filter cake 41 is pushed out.
  • the rest of this lowermost element 3 can then be pushed downwards again so that it is flush with the bottom 13, for example Push buttons connects This is done via the pressure stamp which, as before, with the lowest, now with the second lowest element, over the filter cake, the bottom and thus the rest of the lower element moves lid and side wall go from the bottom element, bottom and filter cake go down together from the bottom bottom.
  • the device according to the invention is very versatile.It can not only be used to filter unfiltrate in the food industry, but can also be used in the chemical industry, for example for reaction filtration or as a bioreactor.
  • the individual filter elements such as in the described embodiment, only to be connected in parallel with one another. Additionally or alternatively, at least some filter elements could also be connected in series, so that the output of one filter element is connected to the input of another filter element. It is also possible, unlike above, to describe the unfiltrate via the Ring channel 10, which then becomes the "inlet ring channel", and to be discharged via the ring channel 8

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Filtration Of Liquid (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung zum Filtrieren von Fluiden, mit mindestens einem Filterelement, das einen von einer Seitenwand und einem Boden begrenzten Innenraum zur Aufnahme eines Filterkuchens, eine Zuleitung zum Zuführen des zu filtrierenden Fluids und eine Ableitung zum Ableiten des filtrierten Fluids umfasst. Dadurch, dass das Filterelement einen den Innenraum beaufschlagenden Druckstempel zur Veränderung des Volumens des Filterkuchens umfasst, können eindeutige und reproduzierbare Betriebsverhältnisse bei hohen Durchlaufleistungen geschaffen werden und insbesondere ist auch eine einfache Automatisierung und eine vielseitige Verwendung der Vorrichtung in verschiedenen Anwendungsgebieten möglich.

Description

(BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, Zur Erklärung der Zweibuchstaben-Codes, und der anderen SN, TD, TG). Abkürzungen wird auf die Erklärungen ("Guidance Notes on Codes and Abbreviations") am Anfang jeder regulären Ausgabe
Veröffentlicht: der PCT-G zette verwiesen.
— Mit internationalem Recherchenbericht.
— Vor Ablauf der für Änderungen der Ansprüche geltenden Frist, Veröffentlichung wird wiederholt, falls Änderungen eintreffen.
(57) Zusammenfassung: Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung zum Filtrieren von Fluiden, mit mindestens einem Filterelement, das einen von einer Seitenwand und einem Boden begrenzten Innenraum zur Aufnahme eines Filterkuchens, eine Zuleitung zum Zuführen des zu filtrierenden Fluids und eine Ableitung zum Ableiten des filtrierten Fluids umfasst. Dadurch, dass das Filterelement einen den Innenraum beaufschlagenden Druckstempel zur Veränderung des Volumens des Filterkuchens umfasst, können eindeutige und reproduzierbare Betriebsverhältnisse bei hohen Durchlaufleistungen geschaffen werden und insbesondere ist auch eine einfache Automatisierung und eine vielseitige Verwendung der Vorrichtung in verschiedenen Anwendungsgebieten möglich. Filtervorrichtung zum Filtrieren von Fluiden
Die Erfindung betrifft eine Filtervorπchtung zum Filtrieren von Fluiden, mit mindestens einem Filterelement, das einen von einer Seitenwand und von einem Boden begrenzten Innenraum zur Aufnahme eines Filterkuchens, eine Zuleitung zum Zufuhren des zu filtrierenden Fluids und eine Ableitung zum Ableiten des filtrierten Fluids umfasst
Solche Filtervorπchtungen sind vielfach, z B auch aus der PCT/EP92/01436, bekannt Sie werden beispielsweise zur sterilen Filtration in der Getrankeindustne verwendet
Zum Aufbau eines Filterturmes werden dabei mehrere Filterelemente (Filtertrager) derart aufeinander gestapelt, dass eine am Boden ausgebildete Anpressplatte eines oberen Filterelementes in den Filterraum eines darunterliegenden Filterelementes zum Verpressen des dort befindlichen Filterkuchens eingreift
Zwar erlauben diese bekannten Filtervorπchtungen ein genaues und einfaches Einstellen der Verpresskraft des Filterkuchens, allerdings kann es sich in manchen Fallen wegen der Stapelung der einzelnen Filterelemente in vertikaler Richtung als Nachteil herausstellen, dass die Gewichtskraft der oberen auf die unteren Filterelemente wirkt, so dass es eventuell zu geringfügigen Abweichungen in der Veφresskraft im untersten Element kommen konnte
Weiterhin ist es bei diesen bekannten Vornchtungen nicht ohne weiteres möglich, den Verpressdruck in den einzelnen ubereinandergestapelten Filterelementen individuell und insbesondere auch abweichend voneinander einzustellen und eine Automatisierung der bekannten Vorrichtungen ist auch eher schwer durchfuhrbar
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung dann, eine verbesserte Filtervorπchtung zur Verfugung zu stellen, die vielseitig verwendbar ist
Gelost wird diese Aufgabe durch eine Filtervornchtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 Vorteilhafte Ausfuhrungsformen sind Gegenstand von Unteranspruchen Dadurch, dass das Filterelement einen den Innenraum beaufschlagenden Druckstempel aufweist, der z B zur Veränderung des Volumens, d h Veφressung eines in ihm liegenden Filterkuchens dienen kann, kann in einem einzelnen Filterelement, je nach Problemstellung, die dort gewünschte Anpresskraft gewählt werden Der Druckstempel muss allerdings nicht unbedingt zur tatsächlichen Druckausübung auf einen Filterkuchen oder dgl verwendet werden, sondern kann je nach Einsatz auch lediglich zur Begrenzung bzw Einstellung des darunter egenden Raumvolumens eingesetzt werden, was z B bei einer Verwendung als Bioreaktor nutzlich sein kann
Dieses Volumen oder die Anpresskraft ist damit insbesondere unabhängig von dem Vorhandensein daruberliegender Filterelemente wahlbar Es kann deshalb an sich auch mit nur einem einzigen erfindungsgemaßen Filterelement ein funktionsfähiges Filtersystem realisiert werden, das darüber hinaus auch noch verschiedenste andere Einsatzmoglichkeiten bietet
Im Gegensatz dazu müssen bei den bekannten Vorrichtungen mehrere Filterelemente ubereinandergestapelt werden, weil zum Verpressen eines Filterkuchens ein oberes Filterelement in den Filterraum eines darunterliegenden Filterelementes eingreifen muss
Weiterhin ist es möglich, wesentlich genauer die Kraft einzustellen, mit der die Filterkuchen in den einzelnen Filterelementen veφresst werden, da in jedem einzelnen Filterelement ein zugehöriger Druckstempel vorhanden ist, so dass die Kraft des Zusam- menpressens in jedem einzelnen Filterelement individuell und insbesondere auch abweichend voneinander mit großer Genauigkeit eingestellt werden kann
Ein weiterer besonderer Vorteil der erfindungsgemaßen Filtervorrichtungen besteht dann, dass sie außerdem einfach automatisiert werden kann, indem die einzelnen Vorgange wie Anschwemmung - wenn nicht ohnehin mit vorgepressten Filterkuchen gearbeitet wird - Filtration, Reinigung und Austrag elektronisch oder hydraulisch gesteuert werden Die erfindungsgemaße Vorπchtung kann sehr vielseitig je nach Problemstellung für den Bereich der Getrankeherstellung, aber auch für andere Bereiche in der Lebensmittelindustrie, aber auch in der chemischen oder pharmazeutischen Industπe eingesetzt werden
Somit soll mit dem Begriff der "Filtervomchtung" nicht nur ein wie oben beim Stand der Technik beschriebener Filter zur Filtration eines Unfiltrats gemeint sein, sondern beispielsweise auch ein in der chemischen Industπe verwendeter "Reaktor", in dem kein Ausfiltrieren eines Unfiltrats stattfindet, sondern in dem ein chemischer Stoff (entsprechend dem zu filtrierenden Fluid) in den vom Druckstempel begrenzten Innenraum und eine dort vorgelegte Masse (entsprechend dem Filterkuchen) fließt und mit dieser chemisch oder biologisch reagiert
Auch die Verwendung als Bioreaktor, z.B. bestehend aus Einlaufschicht, Aktivkohle- schicht, Auslaufschicht, ist denkbar.
Es kann jedes beliebige Filterhilfsmittel verwendet werden und der Filterkuchen muß auch nicht extra angeschwemmt werden, sondern konnte bereits vorgefertigt eingesetzt werden Auch ist die Verwendung von Membranen denkbar
Der erfindungsgemaße Filter ist ferner ruckspuibar bzw regenerierbar. Da der Filterkuchen fest eingeschlossen ist, ist das Rückspulen mit hohem zulassigen Durchsatz möglich
Zusammenfassend ermöglicht eine erfindungsgemaße Filtervomchtung eindeutige und reproduzierbare Betπebsverhaltnisse bei hohen Durchlaufleistungen, wobei eine einfache Automatisierung und eine vielseitige Verwendung in verschiedenen Anwendungsgebieten möglich ist Vorteilhafterweise umfasst das Filterelement ein Druckkissen zum Beaufschlagen des Druckstempels und eine Zuleitung zum Einleiten eines Treibmittels in das Druckkissen, um eine Druckkraft auf den Druckstempel auszuüben
Dies ermöglicht es, einen definierten Druck auf den im Filterelement verschiebbaren Druckstempel auszuüben, indem beispielsweise bevorzugt Wasser als Treibmittel in das oberhalb des Druckstempels und diesen beaufschlagende Druckkissen unter Druck eingespeist wird Durch einfaches Zu- und Ableiten bzw Absaugen des Wassers kann somit auf einfache und genaue Weise der vom Druckstempel auf den Filterkuchen ausgeübte Druck eingestellt werden Alternativ kann insbesondere bei kleineren Filtervorπchtungen auch Luft als Treibmittel verwendet werden
In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform ist zumindest eine seitliche Wandung des Druckkissens im Wesentlichen aus einem elastischen Mateπal gebildet Aufgrund der Elastizität des Materials kann das ms Druckkissen zu füllende Treibmittel in unterschiedlich großen Mengen aufgenommen werden, um dadurch den zu erzeugenden Druck in weiten Grenzen einstellen zu können
Bevorzugt ist die seitliche Wandung des Druckkissens zwischen dem Druckstempel und einem Deckel des zugehörigen Filterelementes eingespannt Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass mindestens eine Bahn aus dem Wandungsmate- πal etwa zylinder- oder kegelstumpfformig einen inneren Bereich zwischen Deckel und Druckstempel vollständig ummantelt und dabei so am Druckstempel und am Deckel wie z B an einem am Deckel angeschweißten oberen Klemmelement oder an einem Leckagering befestigt ist, dass das Druckkissen zum darunterliegenden Druckstempel hin abgedichtet ist, damit kein Treibwasser auslaufen und sich mit dem Filtrat bzw Un- filtrat mischen kann Das Druckkissen ist in diesem Fall also durch die Seitenwand, an dessen oberem Ende ein Deckelverbindungsstuck angeschweißt bzw losbar angebracht sein kann durch die Druckplatte und den Deckel begrenzt
Um das Druckkissen in hohem Masse funktionssicher zu verwirklichen, ist die seitliche Wandung des Druckkissens vorteilhafterweise doppelwandig, d h , mit Innen- und Au- ßenwand ausgestaltet In diesem Fall kann ein großer Veφressweg des Druckkissens realisiert werden, wobei gleichzeitig besonders effizient die Festigkeit und Dichtigkeit des Druckkissens gesichert werden kann In diesem Fall kann die Innenwand an einem obereren am Deckel befestigten Klemmπng bzw die Außenwand der seitlichen Wandung (30,31 ) des Druckkissens (32) an einem Leckagering eingeklemmt sein
Durch Unterdruck, kann der Druckstempei in eine oberste Position gelangen, in der das Druckkissen vollständig eingefahren ist, um z B ein Anschwemmen eines Filtπerhilfs- mittels in den Innenraum zur Herstellung des Filterkuchens zu ermöglichen Wenn z B eine der beiden seitlichen Wandungen des Druckkissens elastisch dehnbar ist, kann anschließend Treibwasser in das Druckkissen eingefüllt werden, um den Druckstempel in eine Filtrationsposition zu bewegen, in der das zu filtrierende Fluid (Unfiltrat) durch den Filterkuchen geleitet wird In dieser Ausfuhrungsform kann schließlich besonders einfach durch Ableiten bzw Absaugen des Treibwassers aus dem Druckkissen, dieses wieder definiert in eine oberste Position zuruckzubewegt werden
Insbesondere, wenn die Aussenwand elastisch und die Innenwand unelastisch ist, ist es weiterhin einfach und sicher möglich, den bei beginnender Filtration ansteigenden Druck im Filterkuchen durch ein Verschieben des Druckstempels vom Druckkissen aufzunehmen, ohne dass die Veφresskraft auf den Filterkuchen sich ändert Außerdem kann die unelastische Seitenwandung des Druckkissens auch störende Druck- stosse aufnehmen und garantiert dadurch eindeutig definierte Filtπerverhaltnisse D h , obwohl die Aussenwand elastisch verformbar verwirklicht ist, bewirkt die unelastische Innenwand, dass sich der Druckstempel wie ein harter, unelastischer, in unterschiedliche Stellungen bewegbarer Kolben verhält
Als Material, aus dem die Außenwand gebildet wird, kommt z B elastisches Silikon in Frage Die Innenwand kann mit einem beschichteten Gewebe bzw Gestrick, wie z B , je nach Festigkeitsbedarf, Polyestergestπck oder Kevlargestπck, verwirklicht werden
insbesondere dadurch, dass die Wandung das unelastische Gestπck umfasst, kann sichergestellt werden, dass die Wandung sich bei Gegendruck nicht ausdehnt, sondem sich im Wesentlichen nur in eine Richtung bewegen laßt, so dass Druckstoße aufgenommen werden können ohne dass das Druckkissen zurückfedert Zudem wird dadurch der Druck über die gesamte Filterkuchenflache in etwa gleichmäßig verteilt und so eine gleichmäßige Druckverteilung über die gesamte Filterkuchenfläche erzielt
Die Verwendung von Silikon für die Aussenwandung ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil Silikon - wie beim Betrieb und der Reinigung/Wartung der Filtervomchtung notwendig sein kann- gegen Chemikalien wie Natronlauge, Salpetersaure, H2O2 und dergl bestandig ist Gleichzeitig ist sie lebensmitteltauglich und hält auch Heißdampf und Heißwasser bei hohen Temperaturen aus
Weiterhin ermöglicht diese doppelwaπdige Seitenwandung, dass ein weiter Druckbereich mit einem möglichen Innendruck von 20 bar (bei einem Außendruck von 0 bis 10 bar) durch einen großen Verstellweg des Druckstempels von bis zu ca 100 mm sicher bereitgestellt werden kann, ohne dass Festigkeits- und Dichtigkeitsprobleme bestehen Selbstverständlich ist eine Steigerung dieser Werte bei Bedarf vorstellbar
In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform sind der Boden und die Seitenwand des Filterelementes losbar miteinander verbunden Dadurch, dass der Boden, auf dem der Filterkuchen im Innenraum des Filterelementes ruht, nach dem Filtervorgang z B über entsprechende Befestigungs- und Losevomchtungen von dem Rest des Filterelementes und damit auch von der den Filterkuchen begrenzenden Seitenwand gelost werden kann, ist es möglich, den Filterkuchen auf besonders einfache Weise zu entfernen und trocken zu entsorgen
Dazu kann, bei gelöster Befestigung zwischen Boden und Seitenwand, das Druckkissen den Druckstempel durch weiteres Einfüllen von Treibmitteln in eine Austrageposition verschieben, in der der Boden aufgedruckt und der Filterkuchen freigelegt wird, so dass dieser ausgeschoben werden kann
Um hohe Laufleistungen zu erreichen und um ein einfaches und schnelles Austauschen des Filterkuchens in einem Filterelement zu erlauben, kann der Boden und/oder die Seitenwand des mindestens einen Filterelementes in einem Lastrahmengestell führbar angeordnet sein. Sind z.B. sowohl der Boden als auch die Seitenwand jeweils über ein seitlich vorstehendes Laschen- oder Ösenelement oder dergl. mit den Stangen des Rahmeπgestells verbunden, können der Boden und die Seitenwand separat voneinander entlang dieser Stangen einfach geführt und somit der vorhergehend beschriebene Vorgang des Öffnens der Filterelemente und des Ausschiebens des Filterkuchens besonders leicht bewerkstelligt werden.
Um hohe Durchflussleistungen und um eine kompakte Filtervorrichtung bereitzustellen, bei der die Einbauhöhe, das Gewicht und die Kosten gering gehalten sind, können ohne weiteres mehrere Filterelemente z.B. in dem Rahmengestell gestapelt angeordnet werden. Dies kann z.B. durch Anordnen der einzelnen Filterelemente übereinander ( vertikaler Filter ) oder nebeneinander ( horizontaler Filter ) in einem entsprechenden Lastrahmengestell erfolgen. Die horizontale Anordnung hat den Vorteil, dass sich dabei die einzelnen Filterkuchen nach der Filtration sehr einfach unter Schwerkrafteinfluss entsorgen lassen.
Vorteilhafterweise umfasst der Druckstempel eine Druckplatte und beabstandet davon ein Lochblech. Um das mit Treibwasser zu füllende Druckkissen zum Filterkuchen hin abzudichten, kann die Druckplatte als dichte Platte auf der dem Druckkissen zugewandten Seite des Druckstempels angebracht sein. Das Lochblech dient unter anderem zur Durchleitung des zu filtrierenden Fluids in den Filterkuchen. Das Lochblech ist dabei im Allgemeinen mit einem Feingewebe versehen, um ein Einschließen des Filterkuchens und gleichzeitig noch ein Durchströmen des Unfiltrats zu ermöglichen.
Wenn im Hohlraum zwischen Druckplatte und Lochblech ein Edelstahlgitter angebracht ist, ist eine Kraftübertragung von der Druckplatte auf das Lochblech und damit auf den darunterliegenden Filterkuchen einfach möglich, ohne dass sich der Hohlraum wesentlich verformt, der eine gleichmäßige Verteilung des Unfiltrats über die gesamte Oberfläche des Filterkuchens ermöglicht. Damit das Treibwasser gleichmäßig verteilt in das Druckkissen zulaufen kann, umfasst die Zuleitung zum Einleiten des Treibmittels einen die Seitenwand des Filterelementes umgebenden Treibmittelπngkanal Auch der Zulauf des zu filtπerende Fluids und der Ablauf des Filtrats kann jeweils über einen Ringkanal erfolgen
Im Allgemeinen, aber nicht beschrankt darauf, ist der Innenraum und insbesondere auch der Filterkuchen des Filterelementes im Wesentlichen rotationssymmetrisch aufgebaut, so dass über am Umfang der Ringkanale gleichmaßig verteilte, z B radial in den Innenraum des Filterelements gerichtete Zulaufleitungen das Treibmittel bzw das Unfiltrat von der Seite her gleichmäßig zulaufen können
Bevorzugt verlauft die Leitung zum Zu- und/oder Ableiten des Treibmittels durch Ver- tiefungungskanale in dem Deckel des Filterelementes oder Bohrungen im oberen Klemmring (Gestrick)
Um den notwendigen Innendruck von bis zu 20 bar, aber auch den notwendigen Unterdruck zum vollständigen Einfahren des Druckkissens in die Anschwemmposition zu erzeugen, ist die seitliche Wandung des Druckkissens abdichtend sowohl an der Druckplatte als auch am Deckel befestigt In diesem Fall kann das Treibmittel über im Deckel erzeugte Vertiefungen in das Druckkissen gelangen oder über Bohrungen im oberen Klemmring (Gestrick)
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform fuhrt in den Zwischenraum zwischen Außen- und Innenwand der seitlichen Wandung des Druckkissens mindestens eine Leckage- leitung Wenn aufgrund von Materialermüdung oder dergl die Dichtigkeit des Druckkissens unerwunschterweise doch nachlassen sollte, tritt die in den Zwischenraum gelangte Treibflussigkeit durch die Leckageleitung aus Diese laßt sich zum Beispiel in einem Auffangbehaiter sammeln, so dass eine undichte Stelle sofort erkannt wird und es trotzdem sichergestellt werden kann, dass das Treibmittel nicht das Filtrat bzw Unfiltrat kontaminiert Weiterhin konnte noch ein zweites Leckagerohr zum Spulen de Raumes zwischen den Wandungen angebracht sein Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in den Zeichnungen dargestellten Aus- fuhrungsbeispiels weiter erläutert und beschπeben
Dabei zeigt
Figur 1 in schematischer Darstellung eine seitliche Ansicht einer erfindungsgemäßen Filtervomchtung,
Figur 2 in schematischer Darstellung einen vertikalen Schnitt durch einen Teilbereich der Filtervomchtung nach Figur 1 , wobei die Schnittebene die Langsachse des Leckagerohrs 23 schneidet,
Figur 3 in schematischer Darstellung einen vertikalen Schnitt durch einen Teilbereich der Filtervomchtung nach Figur 1 , wobei das Leckagerohr nicht in der Schnittebene liegt,
Figur 4 einen Schnitt durch den in Figur 2 dargestellten Teilbereich der erfindungsgemaßen Filtervomchtung, wobei sich der Druckstempel in einer Anschwemmposition (Figur 4a), einer Filtrationsposition (Figur 4b) bzw in einer Austrageposition (Figur 4c) befindet
In Figur 1 ist eine erfindungsgemaße Filtervomchtung insgesamt mit 1 bezeichnet Die Filtervorπchtung 1 umfasst ein Lastrahmengestell 2, das um eine Mittelachse M' im wesentlichen achsialsymetπsch ist In dem Rahmengestell 2 sind vier Filterelemente 3 ubereinandergestapelt und über nicht dargestellte Fuhrungselemente an über den Umfang verteilten Lastrahmenrohren 49 in dem Lastrahmen 2 vertikal fuhrbar eingesetzt In dem im Figur 1 dargestellten Zustand sind die vier Filterelemente 3 zwischen einer oberen und einer unteren Fixierplatte 46a, 46b des Lastrahmens 2 eingefasst und durch Zusammendrucken fixiert 1 0
Die Filterelemente 3 sind im Wesentlichen scheibenförmig und um die senkrechte Achse M in wesentlichen rotationssymetπsch ausgebildet Obwohl nicht auf diese Anordnung beschrankt, sind die Filterelemente 3 im Lastrahmengestell 2 so angeordnet, dass ihre Achse M etwa mit der Mittelachse M' des Rahmengestells 2 zusammenfallt
Der besseren Anschaulichkeit halber ist in Figur 1 der linke Bereich des untersten Filterelementes 3 in einer schematischen Schnittansicht freigelegt, so dass der an sich von außen nicht sichtbare innere Aufbau eines Filterelementes 3 zu erkennen ist Genauer wird auf den inneren Aufbau im Folgenden noch bei der Beschreibung der Figuren 2 und 3 eingegangen
Am Umfang des Rahmengestells 2, in dem die Filterelemente 3 gestapelt sind, jeweils um 45° in Bezug auf die Mittelachse M des Rahmengestells 2 gedreht, beabstandet voneinander mehrere etwa vertikal verlaufende Leitungsrohre 4,5,47 angebracht, die jeweils zu den einzelnen Filterelementen 3 abzweigen und mit diesen verbunden sind
In Figur 1 sind am Umfang des Rahmengestells 2 links ein vertikal verlaufendes Zulei- tungsrohr 4 zur Zuleitung der zu filtrierenden Flüssigkeit (Unfiltrat) in die einzelnen Filterelemente 3 und rechts eine Ableitung 5 zur Ableitung der in den einzelnen Filterelementen 3 filtrierten Flüssigkeit (Filtrat) in einen nicht dargestellten Auffangbehalter dargestellt Vorne lauft ein vertikales Leitungsrohre 47 zur Zu- und Ableitung des Treibwassers in die und aus den nachfolgend noch genauer beschriebenen Druckkissen 32 der einzelnen Filterelemente 3
Die Anzahl der Leitungsrohre 4, 5, 47 kann je nach Betriebsanforderung vaπiert werden, ist allerdings dadurch beschrankt, dass mindestens jeweils ein Zu- und ein Ableitungsrohr für das Filtrat/Unfiltrat bzw eine Leitung für das Treibwasser vorhanden sein sollte
Von dem etwa vertikal verlaufenden Zuleitungsrohr 4, das mit einer nicht dargestellten Quelle zur Zulieferung des Unfiltrats verbunden sind, gehen jeweils hoπzontal beabstandet voneinander vier Abzweigungsrohre 6 ab, die über ein Ventileiement 7 in 11
den nachfolgend noch genauer beschπebenen Einlaufπngkanal 8 eines der Filterelemente 3 fuhren Wie von den Zuleitungsrohren 4 fuhren auch vom Ableitungsrohr 5 bzw vom Treibwasserleitungsrohr 47 einzelne Abzweigungsrohre 6 in einen Auslaufringkanal 10 bzw Treibwasserπngkanal 22 jeweils eines Filterelementes 3 Der Durch- fluss in diesen Abzweigungsrohren 6 kann wiederum durch ein im Verlauf der Abzweigungsrohre 6 angebrachtes Ventilelement 7 geregelt werden
Wie durch die Linien 48 in Figur 1 angedeutet, können die Leitungsrohre 4, 5, 47 trennbar aus einzelnen Leitungsrohrabschnitten zusammengesetzt sein, die ermöglichen, die jeweils zu einer der Filterelemente 3 gehoπgen Leitungsabschnitte beim Öffnen oder Schließen der Filterelemente zum Herausnahme der Filterkuchen einzeln entlang der Fuhrungsstangen 49 des Lastrahmens 2 verschieben zu können
Mit Hilfe von Figur 2 wird im Folgenden der innere Aufbau der in dem Rahmengestell 2 nach Figur 1 ubereinandergestapelten Filterelemente 3 näher beschπeben
Ein Filterelement 3 umfasst dabei einen im Wesentlichen durch eine Deckelplatte 12, einen Boden 13 und eine zylinderformige Seitenwand 14 begrenzten Innenraum 15 Der Boden 13 ist dabei mit einer scheibenförmigen Basisplatte 16 aus Metall versehen, die mit einer Lage Grobgewebe 17, einer Lage Lochblech 18 und einer Lage Feingewebe 19 bedeckt ist Über den ringförmigen Umfangsbereich des Bodens 13 verteilt sind beabstandet voneinander einzelne radial verlaufende Auslaufbohrungen 20 angebracht, die seitlich von der unteren Lage Grobgewebe (Edelstahlgitter) 17 des Bodens 13 in den Auslaufringkanal 10 fuhren, der die Seite des Filterelementes 3 umgibt und zu dem in Figur 1 dargestellten Ableitungsrohr 5 fuhrt Der Boden 13 und der Auslaufringkanal 10 mit den am Umfang verteilten, radial angeordneten Auslaufbohrungen 20 sind dabei miteinander fest verbunden
Wahrend bei der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausfuhrungsform der Boden 13 durch Zusammenpressen aller Filterelemente 3 zwischen den Fixierplatten 46a,46b im Lastrahmen 2 losbar mit der Seitenwand 14 des zugehoπgen Filterelementes 3 abdichtend verbunden ist, wäre es alternativ auch möglich über eine Rastverbindungs- 12
element oder dergl den Boden losbar mit der Seitenwand 14 des Filterelementes 3 zu verbinden ohne ein Zusammenpressen aller Filterelemente 3 zu erfordern
In einem oberen Bereich des Filterelementes 3 umlauft der Einlaufringkanal 8 die Seitenwand 14 Wie vom Auslaufringkanal 10 führe auch vom Einlaufππgkanal 8 wiederum am Umfang verteilt mehrere Zuleitungsoffnungen 21 , von denen in dem Schnitt in Figur 2 eine dargestellt ist, radial in den Innenraum 15 des Filterelementes 3 Direkt oberhalb des Einlaufringkanals 8 ist ein ebenfalls die Seitenwand 14 umlaufender Treibwasser- πngkanal 22 angeordnet Von diesem Treibwasserπngkanal 22 fuhren ebenfalls wiederum über den Umfang verteilt Offnungen in den Innenraum 15, allerdings hegen diese Offnungen, ohne auf diese Anordnung beschrankt zu sein, aus nachfolgend noch genauer beschriebenen Gründen in anderen Schnittebenen als der in Figur 2 dargestellten
Etwa senkrecht zur Umlaufπchtung des Treibwasserπngkanals 22 im Bereich des in Figur 2 dargestellten Schnitts ist zudem ein Leckagerohr 23 durch Offnungen in zwei gegenüberliegenden seitlichen Treibwasserπngkanalwandungen 24, 25 hindurchge- fuhrt, wobei diese Durchfuhrungsbereiche des Leckagerohres 23 ansonsten nach außen hin abgedichtet sind
Das in Figur 2 nicht abgebildete Ende des Leckagerohrs 23 fuhrt dabei nach außen zu einem nicht dargestellten Auffangbehalter und das andere Ende, wie in Figur 2 dargestellt, mundet im Innenraum 15 des Filterelements in einen hohlen Durchgangskanal 26, der durch ein von der Seitenwand nach Innen vorstehendes Deckelverbindungsstuck 50 hindurchläuft
Das Deckelverbindungsstuck 50 ist an der Oberseite der ringförmigen Seitenwand 14 angeschweißt und nimmt über eine Vertiefung 51 mit zugehörigem Dichtring 52 auf der Oberseite den Deckel 12 auf Das Klemmelement 27 umlauft ringförmig die Mittelachse M des Filterelementes 3 Der oberer Klemmπng 60 des umlaufende Klemmelement 27 ist an mehreren Stellen an den Deckel 12 des Filterelementes 3 angeschweißt Durch den Klemmring 60 gehen die Schrauben der Schraubverbindung 28, mit der der Le- 13
ckageπng 61 angeschraubt ist Obwohl die Schraubverbindungen bevorzugt in einer anderen Ebene als die Durchgangsbohrung 26 hegen, ist der besseren Anschaulichkeit halber eine solche Schraubverbindung 28 im Schnitt der Figur 2 dargestellt ist
Die Unterseite des Deckelverbindungsstuck 50 bzw des Klemmelementes 27 wird durch die etwa senkrecht zur Seitenwand 14 sich erstreckende Anschlagflache 29 gebildet Obwohl nicht auf diese Ausfuhrungsform beschrankt, weist das Filterelement 3 am Umfang des Treibwasserπngkanals 22 nur eine einzige Leckagerohrleitung 23 auf, so dass das Klemmelement 27 auch nur im Bereich der Mundung dieses Leckagerohrs 23 einen einzigen, also den in Figur 2 dargestellten Durchgangskanal 26 des Leckagerings 61 für ein Leckagerohr hat Alternativ wäre, wie vorgehend bereits beschneben, auch das Anbringen weiterer Leckagerohre zur Reinigung des Raumes zwischen den Wandungen denkbar
Weiterhin sind am Klemmring eine innere und am Leckagenng eine äußere elastische Seitenwand 30, 31 eines doppelwandigen Druckkissens 32 befestigt Der Aufbau des Klemmelements 27 ist der, dass auf der Oberseite der Anschlagflache 29 des Deckelverbindungsstuck 50 der Leckagering 61 angeordnet und dazwischen die äußere Seitenwand 31 eingeklemmt ist und weiterhin zwischen Leckagering 61 und dem am Deckel 12 befestigten Klemmπng 60 die innere Seitenwand 30 eingeklemmt ist
Die innere Seitenwand 30 ist dabei aus einem wasserdichten beschichteten Polyestergestrick hergestellt, das unelastisch ist und die Innenwand des Druckkissens 32 bildet Die Seitenwandung 31 ist die Außenwand des Druckkissens 32 und aus elastischem Silikon hergestellt
Die beiden Wandungen 30 und 31 des Druckkissens 32 sind über den gesamten Umfangbereich des ringförmigen Klemmelementes 27 an diesem befestigt und umschließen somit vollständig einen inneren Bereich des Innenraumes 15 Der mit dem Leckagerohr 23 verbundene Durchgangskanal 26 des Leckageπngs 61 mundet in den Bereich zwischen den beiden Seitenwandungen 30,31 14
Der dem am Klemmelement 27 befestigten Ende gegenüberliegende Endbereich dieser beiden Seiteπwandungen 30, 31 ist zwischen der Oberseite einer ebenen Druckplatte 34 und einem darauf befestigten Klemmπng 35 eingespannt Die beiden Klemmringe 35 sind ringförmig geformt und verlaufen auf der Oberflache der Druckplatte 34 um die Mittelachse M des Filterelementes 23 herum, wobei sie an verschiedenen Stellen des Ringumlaufes durch Schraubverbindungen in einem abdichtenden Sinne mit der Druckplatte 34 verbunden sind Der Klemmnng 35, an der die äußere Wandung 31 des Druckkissens 32 eingespannt ist, ist hierbei radial weiter außen gelegen als der Klemmnng 35 der Innenwand 30 des Druckkissens 32
Durch den Verlauf der Innen- und der Aussenwandung 30, 31 zwischen Deckelplatte 12 und Druckplatte 34 ist somit ein etwa kegelstumpfformig innerer Bereich des Innenraumes 15 gegeben, der im Wesentlichen das Druckkissen 32 bildet
Die Druckplatte 34 ist dabei ein Teil des Druckstempels 36, der weiterhin noch durch ein Edelstahlgitter 40 beabstandet von der ebenen Druckplatte 34 ein Lochblech mit einer darunterliegenden Feingewebebeschichtung 38 umfasst Das Edelstahlgitter 40 ist dabei so geformt, dass das durch die Zuleitungsoffnungen eingefüllte Fluid durch zwischen dem Lochblech 37 und der Druckplatte 34 vorhandene Hohlräume über die siebartige Flache des Druckstempels 36 verteilt gleichmaßig auch in einen mittleren Bereich des Filterelementes 3 fließen und in den darunterliegenden Bereich einströmen kann
Das Lochblech 37 mit zugeordnetem Feingewebe 38 beaufschlagt als kreisförmige Scheibe über eine einen Fixier- und Abstreifnng 39 aus Kunststoff, z B aus Lauramid dicht anliegend die Innenseite der Seitenwandung 14 des Filterelementes 3 Der Druckstempel 36 erstreckt sich somit über den gesamten Querschnitt des Innenraumes 15 Der radial gesehen äußere Bereich des Lochblechs mit zugehörigem Fixier- und Abstreifring 39 sind dabei so geformt, dass deren Oberseite bei vollständig in die o- berste Position eingefahrenem Druckkissen die durch die Anschlagflache 29 gebildete Unterseite des Deckelverbindungsstuck 50 dichtanliegend beaufschlagen 15
Zur sicheren Fixierung des Druckstempels in der obersten Position konnten zusatzlich noch auf der Oberseite der Druckplatte nicht dargestellte Distanzklotze oder dergl befestigt sein die bei vollständig in die oberste Position eingefahrenem Druckkissen den Deckel beaufschlagen Diese haben insbesondere auch die Funktion, bei vollständig eingefahrenem Druckkissen ein Durchbiegen des Druckstempels zu verhindern
Unterhalb des Druckstempels 36 befindet sich ein Filterkuchen 41 , der zwischen dem Feingewebe 19 des Bodens 13, dem Feingewebe 38 des Druckstempels 36 und der umlaufenden Seitenwand 14 fest und dicht eingeschlossen ist Der Filterkuchen 41 kann dabei entweder bereits vorgeformt in den Innenraum 15 des Filterelements 3 eingebracht worden sein, oder vor der Durchfuhrung des Filtervorgangs durch Anschwemmen von Filterhilfsmitteln, wie Kieselgur oder dergl durch den Einlaufringkanal 8 in den Innenraum 15 des Filterelementes 3 dort erst hergestellt werden
In Figur 3 ist ein weiterer Schnitt durch das in Figur 2 dargestellte Filterelement 3 abgebildet Der Schnitt liegt außerhalb des Bereichs des Leckagerohres 23 und veranschaulicht insbesondere, dass von der das Deckelverbindungsstuck 50 ummantelnden Treibwasserπngleitung 22 mehrere, über den Umfang verteilte Treibwasserzu- und - ableitungsdurchfuhrung 42 ins Innere 15 des Filterelementes 3 fuhren Im Speziellen fuhrt eine solche in Figur 3 abgebildete Treibwasserleitungsdurchfuhrung 42 dabei durch eine Vertiefung bzw Durchbohrung 43 im Deckel 12 Die durch die Bohrung 43 verlaufende Treibwasserleitungsdurchfuhrung 42 mundet dabei in den Bereich des Druckkissens 32
Über den Treibwasserπngkanal 22 kann somit mittels einer nicht dargestellten Pumpquelle über die einzelnen Treibwasserleitungsdurchfuhrungen 42 in das Druckkissen 32 Wasser als Treibmittel mit hohem Überdruck eingefüllt werden, welches sich in dem durch die seitliche Innenwand 30 begrenzten Bereich sammelt und oberhalb der Druckplatte 34 etwa gleichmäßig verteilt Das Gewicht, insbesondere aber der ausgeübte Überdruck der in das Druckkissen 32 eingefüllten Wassermenge fuhrt dazu, dass der darunter befindliche Filterkuchen 41 mit einer definierten Kraft durch den Druckstempel 36 verpresst werden kann Weiterhin kann das sich in dem ansonsten 1 6
vollständig abgedichteten Druckkissen 32 ansammelnde Wasser durch die Treibwas- serleitungen 47 22, 42 mittels Unterdruckerzeugung auch wieder abgesaugt werden
Im Folgenden wird der Betπeb einer erfindungsgemaßen Filtervorrichtung 1 mit Hilfe der Figuren 4a bis c weiter erläutert In den Figuren 4a bis 4c ist jeweils ein Schnitt durch ein erfinduπgsgemaßes Filterelement 3 dargestellt, wobei der Schnitt etwa den in Figur 2 dargestellten Bereich zeigt
Zu Beginn eines Filtervorganges befindet sich das Filterelement 3 in der in der Figur 4a dargestellten Anschwemmposition, in der das Druckkissen 32 voll eingefahren ist und sich in seiner obersten Position befindet Dieses vollständige Einfahren des Druckkissens 32 erfolgt dabei durch Unterdruck mittels einer in den Zeichnungen nicht dargestellten Pumpquelle wie ein Wasserhydrauhk-Aggregat, das z B durch die vorhergehend beschriebenen Treibwasserleitungen 47, 22, 42 in dem ansonsten vollständig abgedichteten Druckkissen 32 einen Unterdruck erzeugt Da in dieser Position das Druckkissen 32 die Anschlagflache 29 des Deckelverbindungsstucks 50 beanschlagt, kann in dieser Anschwemmposition dann das Filterhiifsmitte! zur Erzeugung des Filterkuchens 41 im Innenraum 15 durch die Zuleitungsrohre 4, 8, 21 angeschwemmt werden
Anschließend wird über den Treibwasserπngkanal 22 Treibwasser in das Druckkissen 32 eingelassen Aufgrund des Druckes, mit dem das Wasser eingefüllt wird, verschiebt sich der Druckstempel 36 nach unten und veφresst somit den Filterkuchen 41 mit einer definierten Kraft
In der in Figur 4b dargestellten Filtrationsposition kann über den Einlaufringkanal 8 nun das zu filtrierende Fluid in den Innenraum 15 des Filters eingefüllt werden Dabei verteilt sich das radial von verschiedenen Seiten über die Zuleitungsoffnungen 21 in den Innenraum 15 eingefüllte Unfiltrat etwa gleichmäßig über die gesamte Flache der zwischen Druckplatte 34 und Lochblech 37 bzw Feingewebe 38 gegebenen Hohlräume und dringt durch das siebartige Gewebe in den darunter eingeschlossenen Filterkuchen 41 ein, durchlauft diesen und tπtt in gefiltertem Zustand im Bereich des Bodens 17
13 wieder aus dem Filterkuchen 41 heraus Die filtrierte Flüssigkeit wird über die Auslaufbohrung 20, den Auslaufππgkanal 10 und das Ableitungsrohr 5 in einen Auffangbe- halter abgeleitet
Falls z B durch Materialermüdung bedingt, Flüssigkeit in den Zwischenraum von Außenwandung 31 und Innenwandung 30 des Druckkissens 32 gelangen sollte, kann dieses durch die Leckageleitung 23 abgeleitet und in einem Auffangbehalter aufgesammelt werden, so dass eine unbedingt notwendige Trennung zwischen Treibwasser und Filtrat bzw Unfiltrat gewährleistet bleibt und gleichzeitig ein undichte Stelle sofort erkannt werden kann
Nach Beendigung des Filtervorganges wird der Boden in den in Figur 4c dargestellten Betπebszutand gefahren In dieser Austrageposition ist der Boden 13 mit zugeordnetem Auslaufringkanal 10 von der Seitenwand 14 des Filterelementes 13 abgelost Um dies zu bewerkstelligen, wird nach der Filtration die Verbindung zwischen Boden 13 und Seitenwand 14 durch auseinanderschieben der Fixieφlatten 46a, 46b gelost und der Boden 13 des Filterelementes 3 durch weitere Druckerhohung aufgedruckt Sobald der Filterkuchen 41 vollständig frei egt kann er durch die nun vorhandene Öffnung 45 zwischen Boden 13 und der Unterseite der Seitenwand 14 ausgeschoben werden
Sind mehrere Filterelemente 3 in einem Rahmengestell 2 ubereinandergestapelt angeordnet und sowohl der Boden 13 mit Auslaufringkanal 10 als auch die Seitenwand 14 jedes einzelnen Filterelementes 3 z B durch Laschenvorπchtungen mit dem Rahmengestellt jeweils vertikal verschiebbar verbunden, kann dabei folgendermaßen vorgegangen werden
Zuerst wird, wie mit Hilfe von Figur 4c vorgehend beschπeben, der Boden 13 des untersten Filterelementes 3 aufgedruckt und dessen Filterkuchen 41 ausgeschoben Anschließend kann der Rest dieses untersten Elementes 3 wiederum soweit nach unten geschoben werden, dass er sich mit dem Boden 13 z B durch verTasten verbindet Dies geschieht über den Druckstempel der nun wie zuvor beim untersten, nun beim zweituntersten Element über dessen Filterkuchen den Boden und somit den Rest des unteren Elementes verschiebt Vom untersten Element gehen Deckel und Seitenwand, vom zweituntersten Der Boden und Filterkuchen zusammen nach unten So kann auch der Filterkuchen dieses zweituntersten Elementes ausgeschoben und evtl gewechselt werden Schließlich wird der Vorgang mit den daruberliegenden Filterelementen wiederholt Da, wie anhand von Figur 1 beschπeben, die einzelnen zu je einem Filterelement gehörigen Abschnitte der Leitungsrohre 4,5,47 voneinander getrennt werden können, ist der vorhergehend beschriebene Vorgang problemlos möglich
Somit besteht der Vorteil, dass zum Auswechseln der Filterkuchen in den einzelnen gestapelten Filterelementen 3 aufgrund der entlang einer vertikalen Achse verschiebbar befestigten Fitlerelementbestandteile nur ein freier Zwischenraum entsprechend etwa der Dicke eines einzigen Filterkuchens 41 bereitgestellt werden muss Die Einbauhohe der erfindungsgemaßen Filtervomchtung kann also gering gehalten werden
Wenn die einzelnen Filterelemente nicht - wie dargestellt - als Vertkalfilter, sondern als Hoπzontalfilter gestapelt sind, ergibt sich der besondere Vorteil, dass die Entsorgung der Filterkuchen besonders einfach ist
Wie bereits erwähnt, ist die erfindungsgemaße Vorrichtung sehr vielseitig einsetzbar Sie kann nicht nur zur Filterung von Unfiltrat in der Lebensmittehndustne , sondern kann auch in der chemischen Industrie beispielsweise zur Reaktionsfiltration oder als Bioreaktor verwendet werden So ist zum Beispiel nicht unbedingt notwendig, die einzelnen Filterelemente wie bei der beschπebenen Ausfuhrungsform ausschließlich parallel miteinander zu verbinden Zusätzlich oder alternativ konnten auch zumindest einige Filterelemente seriell miteinander verbunden werden, so dass der Ausgang des einen Filterelements mit dem Eingang eines anderen Filterelements verbunden ist Auch ist es möglich, anders als oben beschreiben das Unfiltrat über den Ringkanal 10, der dann zum " Einlaufringkanal " wird, zuzuführen und über den Ringkanal 8 abzuleiten

Claims

19Patentansprüche
1 Filtervomchtung (1) zum Filtrieren von Fluiden, mit mindestens einem Filterelement (3), das einen von einer Seitenwand (14) und einem Boden (13) begrenzten Innenraum (15) zur Aufnahme eines Filterkuchens (41), eine Zuleitung (4, 8, 21) zum Zufuhren des zu filtrierenden Fluids und eine Ableitung (5,10,20) zum Ableiten des filtrierten Fluids umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Filterelement (3) einen den Innenraum (15) beaufschlagenden Druckstempel (36) aufweist
2 Filtervomchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (3) ein Druckkissen (32) zum Beaufschlagen des Druckstempels (36) und eine Leitung (47, 22, 42) zum Zu- und/oder Ableiten eines Treibmittels in das Druckkissen (32) umfasst, um eine Druckkraft auf den Druckstempel (36) auszuüben
3 Filtervorπchtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel im wesentlichen Wasser oder Luft ist
4 Filtervomchtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine seitliche Wandung (31) des Druckkissens (32) im wesentlichen aus einem elastischen Material gebildet ist
5 Filtervomchtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass 20
die seitliche Wandung (30,31) des Druckkissens (32) zwischen dem Druckstempel (36) und einem Deckel (12) des Filterelements (3,3') eingespannt ist.
6. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die seitliche Wandung (30,31) des Druckkissens (32) doppelwandig ausgestaltet ist.
7. Filtervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand bzw. die Außenwand der seitlichen Wandung (30,31) des Druckkissens (32) an einem obereren Klemmring bzw. an einem Leckagering eingeklemmt sind.
8. Filtervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand (31) der seitlichen Wandung (30,31) des Druckkissens (32) im wesentlichen aus Silikon und die Innenwand (30) der seitlichen Wandung (30,31) des Druckkissens (32) im wesentlichen aus einem beschichteten Gewebe oder beschichteten Gestrick gebildet ist.
9. Filtervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (13) und die Seitenwand (14) des Filterelements (3) lösbar miteinander verbunden sind.
10. Filtervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Boden (13) und/oder die Seitenwand (14) des mindestens einen Filterelements (3) in einem Lastrahmengestell (2) führbar angeordnet ist.
11. Filtervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 21
mehrere Filterelemente (3) übereinander gestapelt oder nebeneinander angeordnet
12 Filtervomchtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Druckstempel (36) eine Druckplatte (34) und beabstandet davon ein Lochblech (37) umfasst
13 Filtervorπchtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckstempel (36) weiterhin einen seitlichen Fixier- und Absteifring (39) umfasst
14 Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberseite der Seitenwand (14) ein Deckelverbindungsstuck (50) angebracht ist.
15 Filtervomchtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (47, 22, 42) zum Zu- und/oder Ableiten des Treibmittels einen das Deckelverbindungsstuck (50) des Filterelements (3) umgebenden Treibmittelπngkanal (22) und/oder die Zuleitung (4, 8, 21) zum Zufuhren des zu filtrierenden Fluids einen die Seitenwand (14) des Filterelements (3) umgebenden Einlaufringkanal (8) umfasst
16 Filtervomchtung nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (47, 22, 42) zum Zu- und/oder Ableiten des Treibmittels durch eine Vertiefung (43) in dem Deckel (12) des Filterelements (3) verlauft oder durch Bohrungen im oberen Klemmnng
17 Filtervomchtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass 22
in den Zwischenraum der Außen- und der Innenwand (30,31) der seitlichen Wandung des Druckkissens (32) mindestens eine Leckageleitung (23) führt.
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