EP2986355A2

EP2986355A2 - Filterelemente sowie eine filtervorrichtung mit mindestens einem filterelement

Info

Publication number: EP2986355A2
Application number: EP14730733.4A
Authority: EP
Inventors: Volker Prehn; Manfred Schäftlein
Original assignee: Rauschert Kloster Veilsdorf GmbH
Current assignee: Rauschert Kloster Veilsdorf GmbH
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2016-02-24
Also published as: US20160074795A1; RU2015148949A; RU2680483C2; DE112014001991A5; RU2015148949A3; WO2014169902A2; WO2014169902A3

Abstract

Die Erfindung betrifft Filterelemente (1) aus einem für Permeat durchlässigen Material mit einer Anzahl von Längskanälen (3), das einen Querschnitt aufweist, der ein Segment einer virtuellen rotationssymmetrischen oder einer spiegelsymmetrischen Fläche (4) ist. Die Filterelemente (1) können zu einem Filterelementverbund (10) gefügt sein. Die Filterelemente (1) oder der Filterelementverbund (10) können in einer Filtervorrichtung (11) zur Reinigung oder Trennung eines Mediums (7) verwendet sein. Dichtungen des Filterelementverbunds (10) und / oder der Filtervorrichtung (11) können durch eine Vergussschicht (16), durch Einzeldichtungen (15), deren Form von der Form eines O-Rings abweicht, oder durch Dichtungselemente (17) mit Stegen (17.1) und Durchbrüchen (17.2) gebildet sein.

Description

Filterelemente sowie eine Filtervorrichtung mit mindestens einem Filterelement

Die Erfindung betrifft Filterelemente sowie eine Filtervorrichtung mit mindestens einem Filterelement, wie dies gattungsgemäß aus der DE 600 23 479 T2 bekannt ist.

Zur Filtration insbesondere von Partikeln aus einem partikelhaltigen Strom werden neben anderen Filtertypen auch sogenannte Querstromfilter eingesetzt. Bei diesem Filtertyp tritt mindestens ein Anteil des partikelhaltigen Stroms quer zu dessen ursprünglicher Strömungsrichtung durch Kanalwände des Filters.

Aus der vorgenannten DE 600 23 479 T2 ist eine Querstromfiltervorrichtung bekannt, die zum Empfangen eines Ausgangsmaterials an einem Zuführende und zum Trennen des Ausgangsmaterials in Filtrat und Filterrückstand ausgelegt ist. Dabei ist das Filtrat derjenige Anteil des Ausgangsmaterials, der durch mindestens einen Filter hindurchgetreten ist. Der Filterrückstand ist derjenige Anteil des Ausgangsmaterials, der an dem Filter verbleibt. Aus einer größeren Menge an Filterrückstand kann ein sogenannter Filterkuchen entstehen.

Besondere Anforderungen an Filtervorrichtungen, hier insbesondere an Querstromfiltervorrichtungen, bestehen dann, wenn die Filtervorrichtungen eine bestimmte (Querschnitts-)Größe, z. B. mehrere Zentimeter oder gar mehrere 10 Zentimeter, erreichen. Bei geringen Querschnittsgrößen kann ein Filtrat durch Diffusion und Permeation ein Filterelement innerhalb einer bestimmten Zeitdauer verlassen. Bei hohen Querschnittsgrößen ist es erforderlich, technische Maßnahmen zu ergreifen, um Filtrat auch aus dem Inneren des Filterelements abzuleiten. Solche technischen Maßnahmen können beispielsweise in der Schaffung eines Filtratleitungsnetzwerks bestehen, wie dies in der vorgenannten DE 600 23 479 T2 beschrieben ist.

Die Querstromfiltervorrichtung gemäß der vorgenannten DE 600 23 479 T2 besteht aus mehreren Monolithsegmenten aus porösem Material, die parallel zueinander angeordnet sind. Gegen ein Filtergehäuse, in dem die Querstromfiltervorrichtung untergebracht und gehalten ist, sind die Monolithsegmente (fortan: Filterelemente) durch radiale O-Ringdichtungen abgedichtet. Die Filterelemente weisen in Längsrichtung parallele Durchgangswege (fortan: Kanäle) auf, durch die das zu reinigende Ausgangsmaterial von dem Zuführende in Richtung einer Filterrückstandsendfläche fließen kann. Zwischen den Filterelementen ist eine Zwischensegmentfiltratleitung vorhanden. Diese kann durch einen Abstand der parallel angeordneten Filterelemente geschaffen sein. Die Zwischensegmentfiltratleitung bietet einen niedrigeren Fließwiderstand, als dieser bei einem Durchtritt durch das poröse Material gegeben ist. Innerhalb jedes Filterelements ist mindestens eine Innersegmentfiltratleitung vorhanden. Die Innersegmentfiltratleitung steht mit der Zwischensegmentfiltratleitung in Verbindung oder lenkt auf eine andere Weise Filtrat zu einer Filtratsammelzone. Bei einer Querstromfiltervorrichtung gemäß der vorgenannten DE 600 23 479 T2 sind Endflächen (Stirnflächen) abgedichtet, um einen direkten Durchgang von Filtrat in die Zwischensegmentfiltratleitung zu unterbinden. Ebenfalls abgedichtet sind alle an den Stirnflächen anliegenden offenen Kanäle, um einen direkten Durchgang von Filtrat in die Innersegmentfiltratleitung zu unterbinden. Die Filterelemente können eine bestimmte Querschnittsform, beispielsweise ein Viertel einer Kreisfläche, aufweisen. Durch Zusammensetzen mehrerer Filterelemente kann beispielsweise eine Querstromfiltervorrichtung mit rundem Querschnitt geschaffen werden. Das poröse Material der Filterelemente kann ein keramisches Material wie Cordierit, Tonerde, Mullit, Kieselerde, Zirkonerde, Titandioxid, Spinell, Siliziumkarbid oder Mischungen daraus sein. Die Filterelemente können auch entlang von Abschnitten der Zwischensegmentfiltratleitung zusammengeklebt sein.

Durch die erforderlichen Abdichtungen der Stirnflächen sind allerdings entsprechende Verfahrensschritte bei der Herstellung einer Querstromfiltervorrichtung gemäß der vorgenannten DE 600 23 479 T2 erforderlich. Außerdem ist der Aufbau der Querstromfiltervorrichtung entsprechend komplizierter und teurer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Möglichkeit der Ausführung von Filterelementen vorzuschlagen. Es ist ferner Aufgabe, eine Filtervorrichtung, insbesondere eine Querstromfiltervorrichtung, anzugeben, die mit variablen Abmessungen und Filterleistungen sowie effizient und preisgünstig herstellbar ist. Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.

Die Aufgabe wird daher durch ein Filterelement aus einem für Permeat durchlässigen Material mit einer Anzahl von Längskanälen gelöst, das einen Querschnitt aufweist, der ein Segment einer rotationssymmetrischen oder einer spiegelsymmetrischen Fläche ist.

Werden eine entsprechende Anzahl von erfindungsgemäßen Filterelementen zusammengesetzt, bilden deren Querschnitte (Segmente) zusammen rotationssymmetrische oder spiegelsymmetrische Flächen. Dabei sind Abstände zwischen den Segmenten und abgerundete Kanten und Ecken der Form der Segmente zulässig. Rotationssymmetrische Flächen sind insbesondere Kreise und Kreisringe. Spiegelsymmetrische Flächen sind Flächen mit einer Symmetrieachse, durch welche die Fläche spiegelsymmetrisch geteilt ist. Spiegelsymmetrische Flächen sind insbesondere Ellipsen, Rechtecke oder gleichschenklige Dreiecke.

In den Filterelementen sind Längskanäle (fortan auch kurz: Kanäle) vorhanden. Die Kanäle sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet. In mindestens einer äußeren Oberfläche des Filterelements können Öffnungen zur Ableitung von Filtrat (Permeat) aus dem Filterelement vorhanden sein. Die Begriffe Filtrat und Permeat werden nachfolgend gleichbedeutend für Anteile eines Ausgangsmaterials verwendet, die durch eine Filterschicht, z. B. eine Membran oder eine Kanalwand, hindurchgetreten sind. Die Kanalwand kann als eine Membran ausgebildet sein. Das Ausgangsmaterial ist üblicherweise ein Fluid, ein Gas oder ein Aerosol, in dem Partikel vorhanden sind, die von anderen Anteilen des Ausgangsmaterials getrennt werden sollen. Partikel im Sinne der Beschreibung können auch Moleküle sein. Die Partikel müssen eine feste Form aufweisen oder feste Körper bilden, wobei diese Körper auch einzelne Moleküle sein können.

Die Filterelemente und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind günstig, jedoch nicht ausschließlich zur Filterung von Molekülgrößen bis 450 g/mol und kleiner und damit zur Nanofiltration geeignet. Die Kanäle weisen vorzugsweise freie Durchmesser oder lichte Weiten zwischen 2 und 3,5 mm auf. Günstig sind freie Durchmesser (bei runden Kanalquerschnitten) bzw. lichte Weiten (bei eckigen Kanalquerschnitten) von 2,5 mm. Bei Wasser oder wasserähnlichen Ausgangsmaterialien betragen die freien Durchmesser / lichten Weiten vorzugsweise rund 2 mm oder sind kleiner. Bei viskoseren und hochviskosen Ausgangsmaterialien sind die freien Durchmesser / lichten Weiten vorzugsweise größer als 4 bis größer als 6 mm.

Die Filterelemente können eine Anzahl von Kanälen aufweisen. Beispielsweise kann die Anzahl der Kanäle je Filterelement zwischen 10 und 180 und mehr, z. B. 19 oder 163, betragen.

Die Kanäle können verschiedene Funktionen erfüllen. So können einige Kanäle (Längskanäle) hauptsächlich der Filtration dienen, während andere Kanäle der Ableitung von Filtrat / Permeat (Permeatabgänge, Abführungskanäle) dienen. Kanäle mit verschiedenen Funktionen können in bestimmten Zahlenverhältnissen und / oder in bestimmten räumlichen Anordnungen zueinander in den erfindungsgemäßen Filterelementen vorhanden sein.

Die Kanalwände sind vorzugsweise größer oder gleich 1 mm. Sie sollten einem Druck bis 10 bar, besser noch bis 20 bar, günstigerweise bis zu 40 bar standhalten. Der Druckbereich von rund 10 bar bis 40 bar ist typisch für die Nanofiltration: Abhängig vom verwendeten Material sind auch höhere Drücke möglich.

Die Länge eines Filterelements, damit auch die Länge eines Kanals, beträgt beispielsweise 750 mm. Typisch sind auch Längen von 1000, 1 178, 1200 und 1500 mm. Andere Längen sind je nach Modulkonzept denkbar und realisierbar.

Günstig als Material der Filterelemente ist ein Material, das eine Porosität von ca. 30% und mittlere Porengrößen von 2 bis 12 μιη aufweist. Das Material kann beispielsweise Mullit sein. Außerdem sind andere Materialien wie Aluminiumoxid (AI2O3), andere oxidische Keramiken, Mullite, andere Silikat-Keramiken, Cordierite, Siliziumkarbid (SiC), Titandioxid (TiO₂), Zirkoniumdioxid (ZrO₂) oder andere nicht- oxidische Keramiken sowie Mischkeramiken aus den genannten Verbindungen möglich.

In einem erfindungsgemäßen Filterelement können zwischen den Längskanälen wenigstens über einen Längsabschnitt des Filterelements Materialbereiche vorhanden sein, die von einer Außenwand des Filterelements eine Strecke in das Filterelement reichen, nicht von Längskanälen durchzogen sind und in denen ein Schlitz vorhanden ist, wobei durch den Schlitz keine Längskanäle eröffnet sind. In dieser Ausführung ist vorteilhaft erreicht, dass wenigstens ein Permeatabgang in das Filterelement eingebracht, beispielsweise gesägt, geschnitten oder gefräst ist, ohne dass Längskanäle beschädigt sind. Dadurch erübrigt sich vorteilhaft, dass eröffnete, also angeschnittene oder durchtrennte Längskanäle wieder verschlossen werden müssen. Die Materialbereiche, in welche die Schlitze eingebracht werden können, werden vorzugsweise bereits bei der Herstellung der Filterelemente, beispielsweise beim Extrudieren dieser, erzeugt.

Die erfindungsgemäßen Filterelemente können in einem Filterelementverbund aus mehreren Filterelementen angeordnet sein. Ein solcher Filterelementverbund zeichnet sich dadurch aus, dass die Querschnitte der Filterelemente einander ergänzende Segmente einer rotationssymmetrischen oder einer spiegelsymmetrischen Fläche sind, dass die Filterelemente miteinander gefügt sind, wobei zwischen den Filterelementen ein Abstands der Filterelemente untereinander als Permeatabgänge zur Leitung von aus den Filterelementen als Permeat austretendem Medium vorhanden sind und dass der Querschnitt des Filterelementverbunds die rotationssymmetrische oder die spiegelsymmetrische Fläche ist.

Die Filterelemente können keramisch gefügt sein. Ein keramisches Fügen erfolgt vorzugsweise durch Einbringen eines Schlickers in Abschnitte zwischen die Filterelemente und Sintern der Filterelemente und des Schlickers. Durch den gesinterten Schlicker wird vorzugsweise abschnittsweise eine Sinterscheibe gebildet. Durch die Sinterscheibe sind die Filterelemente über einen Längsabschnitt auf allen Seiten umfangen. Solche Sinterscheiben sind vorzugsweise an Längsabschnitten an den Enden der Filterelemente sowie, vorzugsweise bei Längen der Filterelemente von etwa 500 mm, in deren Mitte vorhanden. Bei Längen der Filterelemente insbesondere über 500 mm können auch weitere Sinterscheiben vorhanden sein.

Dabei werden die Schlitze vorzugsweise vor dem Sintern eingebracht. Es ist auch möglich, die Schlitze nach dem Sintern einzubringen.

Ein erfindungsgemäßer Filterelementverbund ist auch gebildet, wenn die Filterelemente durch eine mechanisch wirkende Vorrichtung, beispielsweise einen Halterahmen, in der oben beschriebenen Weise zueinander angeordnet sind. Beispielsweise kann ein Dichtungselement als ein solcher Halterahmen ausgebildet sein.

Die erfindungsgemäßen Filterelemente erlauben den modularen Aufbau einer Filtervorrichtung, insbesondere einer Querstromfiltervorrichtung für die keramische Membranfiltration. Dabei sind optimierte Filtrationsleistungen erreichbar. Vorteilhaft ist die Möglichkeit zum modularen Aufbau aus einzelnen Filterelementen. Diese können gefügt, beispielsweise keramisch oder mechanisch, sein. Die Filterelemente sind jeweils nicht rotationssymmetrisch. Ein rotationssymmetrischer Querschnitt einer Filtervorrichtung (Gesamtmembran) ergibt sich erst mit der Anordnung einer Anzahl entsprechend geformter Filterelemente. Es sind aber auch andere Querschnitte der Filterelemente, z. B. halbrund, eckig, oval, elliptisch oder unregelmäßig, möglich. Die Filterelemente sind vorzugsweise in einem Gehäuse angeordnet und gehalten.

Die Querschnitte der Filterelemente können beispielsweise auch Viertel, Achtel, Neuntel usw. eines Kreises („Tortenstücke", Segmente) sein. Die Querschnitte können zudem Schlitze, z. B. geschlitzte Halbkreise, aufweisen.

Es ist ferner möglich, dass ein Teil der Segmente einen Kreisring ergeben und ein zentral angeordnetes Segment einen runden Querschnitt aufweist.

Es ergeben sich aus einer solchen Anordnung günstige technische Effekte, die zur Steigerung der Filtrationsleistung führen. Durch die beschriebene Anordnung ist erreicht, dass eine optimierte spezifische Filterfläche (Filterfläche / Volumen der Membran = Volumen des Filterelements) erreicht ist. Außerdem ist eine optimierte Filtratabführung durch eine Realisierung spezieller Abführungskanäle und Abführungsräume geschaffen. Solche Abführungskanäle können zwischen angeordneten und zueinander beabstandeten Filterelementen geschaffen sein.

Die Möglichkeit der modularen Anordnung der Filterelemente ermöglicht eine Optimierung bezüglich der hydraulischen Durchmesser der Kanäle für die Filtration, der Kanäle für die Ableitung des Filtrats, der spezifischen Filterfläche und / oder einer Gesamtfilterfläche.

Bevorzugt ist, dass die Filterelemente mit Dichtungen versehen werden können, deren Außenform nicht rund ist. Vorzugsweise entspricht die Außenform der Dichtungen der Außenform der Filterelemente bzw. der Außenform eines Filterelements im Bereich des Sitzes der Dichtung. Die Dichtungen dienen einer Abdichtung der zu einer Filtervorrichtung angeordneten Filterelemente gegenüber einem Gehäuse der Filtervorrichtung. Außerdem können sie als Abstandshalter der Filterelemente gegeneinander und / oder gegenüber dem Gehäuse fungieren. Durch einen Abstand der Filterelemente zueinander sind vorteilhaft Abführungskanäle zwischen den Filterelementen gebildet. Es können auch Abführungskanäle zwischen mindestens einem Filterelement und einer Innenwand des Gehäuses gebildet sein.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Filterelemente und einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung mit diesen Filterelementen ist, dass keine zusätzlichen keramischen oder anderen Abdichtungen der Abführungskanäle zu dem Ende der Filterelemente erforderlich sind, an denen das Ausgangsmaterial (Medium) zugeführt wird.

Eine Ausführung einer Filtervorrichtung zur Reinigung eines Mediums mit erfindungsgemäßen Filterelementen weist ein Filtergehäuse mit einer Eingangsöffnung zum Einströmen des Mediums in das Filtergehäuse und mindestens einer Ausgangsöffnung zum Ausströmen des Mediums auf. Des Weiteren sind mindestens zwei Filterelemente mit einer Anzahl von Längskanälen vorhanden, wobei die Filterelemente sich ausgehend von der Eingangsöffnung in das Filtergehäuse hinein erstreckend angeordnet sind und je eine Stirnseite der Filterelemente zum Einströmen des Mediums in die Längskanäle der Filterelemente frei bleibt. Die Filterelemente sind mindestens an der Eingangsöffnung durch eine Dichtung abgedichtet und die Filterelemente sind durch die Dichtung gegeneinander und gegen das Filtergehäuse abgedichtet und mit einem Abstand gehalten. Außerdem sind durch die Abstände zwischen den Filterelementen untereinander und zu dem Filtergehäuse Permeatabgänge zur Leitung von aus den Filterelementen als Permeat austretendem Medium in Richtung der mindestens einen Ausgangsöffnung gebildet.

Die Querschnitte der Filterelemente sind vorzugsweise einander ergänzende Segmente einer rotationssymmetrischen oder einer spiegelsymmetrischen Fläche.

Der oben beschriebene Filterelementverbund kann auch in einer Filtervorrichtung verwendet sein. Eine solche Filtervorrichtung zur Reinigung eines Mediums ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass ein Filtergehäuse, aufweisend eine Eingangsöffnung zum Einströmen des Mediums in das Filtergehäuse und mindestens eine Ausgangsöffnung zum Ausströmen des Mediums, vorhanden ist; der Filterelementverbund mindestens an der Eingangsöffnung durch eine Dichtung abgedichtet ist und die Filterelemente des Filterelementverbunds durch die Dichtung gegeneinander und gegen das Filtergehäuse abgedichtet und mit einem Abstand gehalten sind und durch die Abstände zwischen den Filterelementen untereinander und zu dem Filtergehäuse Permeatabgänge zur Leitung von aus den Filterelementen als Permeat austretendem Medium in Richtung der mindestens einen Ausgangsöffnung gebildet sind.

Vorzugsweise ist die Filtervorrichtung so dimensioniert, dass je nach Bedarf verschiedene Filterelemente bzw. Filterelementverbünde in das Filtergehäuse einsetzbar sind.

Die Filtervorrichtungen können eine Dichtung aufweisen, die durch eine Vergussschicht aus einem dichtenden Material gebildet ist.

Die Dichtung kann in weiteren Ausführungen auch durch wenigstens eine Dichtung in Form einer einzelnen Dichtung (Einzeldichtung), beispielsweise in Form einer viertelkreisfömigen Gummidichtung, je Filterelement oder durch ein Dichtungselement hergestellt sein. Die Filterelemente sind dann gegeneinander und gegen das Filtergehäuse mindestens an der Eingangsöffnung durch mehrere Einzeldichtungen oder durch das Dichtungselement abgedichtet und die Filterelemente sind durch die Einzeldichtungen oder durch das wenigstens eine Dichtungselement gegeneinander und gegen das Filtergehäuse mit einem Abstand gehalten. Das Dichtungselement ist ein Halterahmen.

Eine Einzeldichtung oder ein solches Dichtungselement weisen im nicht montierten Zustand die Form des Querschnitts desjenigen Filterelements aufweist, für welches das Dichtungselement vorgesehen ist. Da die Filterelemente in der Regel keinen runden Querschnitt aufweisen, sind die Einzeldichtungen bzw. die Dichtungselemente ebenfalls entsprechend geformt und weichen von der üblichen O- Ringform ab.

Die Einzeldichtung und das Dichtungselement können aus Mischungen mehrerer Kunststoffe, aus einem Mehrkomponentenkunststoffelement oder aus einem Verbundmaterial bestehen. Sie können weiterhin metallische Stützelemente oder Stützelemente aus Kunststoff wie beispielsweise metallische Einlagen oder Einlagen aus Kunststoff aufweisen. Im Fall von Mehrkomponentenkunststoff-Konstruktionen weisen die verschiedenen Kunststoffe vorzugsweise unterschiedliche Härten und Festigkeiten auf.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Dichtungselement dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement ein scheibenförmiges Element mit Stegen und Durchbrüchen ist, wobei durch die Form und Größe der Durchbrüche ein kraft-formschlüssiges Einstecken von Filterelementen in die Durchbrüche ermöglicht ist. So kann das Dichtungselement beispielsweise einen Metallkern aufweisen, der mit Kunststoff umhüllt ist. Durch die äußerste Schicht ist eine Dichtlippe entlang der Innenseiten der Durchbrüche sowie entlang des äußeren Umfangs des Dichtungselements gebildet. Durch eine solche Konstruktion ist vorteilhaft eine hohe Stabilität und Verwindungsfestigkeit des Dichtungselements mit der Abdichtung der Filterelemente untereinander sowie deren Halterung mit einem Abstand zueinander gewährleistet. Durch die Dichtlippe entlang des äußeren Umfangs ist eine Dichtung gegenüber dem Filtergehäuse erreichbar. Sind die Filterelemente in das Dichtelement eingesteckt, liegt ein erfindungsgemäßer Filterelementverbund vor. Die Dichtung wird insbesondere dann durch eine Vergussschicht gebildet, wenn ein Austausch der Filterelemente bzw. des Filterelementverbunds nicht oder selten vorgesehen ist. Sollen die Filterelemente bzw. der Filterelementverbund öfter gewechselt oder kontrolliert werden können, wird die Dichtung vorzugsweise durch ein Dichtelement erreicht, wie diese oben beschrieben ist.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Filterelemente und Filtervorrichtungen mit den Filterelementen angegeben. Hierzu zeigen:

Fig. 1 Querschnitte von vier erfindungsgemäßen Filterelementen,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen

Filterelements,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen

Filterelements,

Fig. 4 einen vergrößerten Schnitt des zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Filterelements gemäß Fig. 3,

Fig. 5 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Filterelementverbunds,

Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Filterelementverbunds,

Fig. 7 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Filterelementverbunds,

Fig. 8 eine Draufsicht auf eine Stirnseite eines ersten Ausführungsbeispiels einer Filtervorrichtung,

Fig. 9 ein erstes Ausführungsbeispiel der Filtervorrichtung,

Fig. 10 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Dichtung und

Fig. 1 1 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Dichtung in Form eines

Dichtungselements mit Stegen.

Die nachfolgenden Abbildungen sind vereinfachend und schematisch dargestellt. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche technische Elemente. In der Fig. 1 sind Querschnitte von vier Filterelementen 1 gezeigt, von denen jedes einen Querschnitt aufweist, der einem Viertel einer virtuellen Fläche 4 in Form eines Kreises entspricht (durch Strichlinie symbolisiert). Die Fläche 4 wird durch die nach außen weisenden Abschnitte der Umfänge der Filterelemente 1 gebildet. Die Filterelemente 1 sind in ihrer Längsrichtung 2, entlang derer hier der Betrachter von Fig. 1 schaut, von Längskanälen 3 durchzogen. Die Längskanäle 3 sind jeweils durch Kanalwände 8 voneinander und gegen eine Umgebung der Filterelemente 1 abgegrenzt. Zwischen den Filterelementen 1 sind Abstände gezeigt, durch die Permeatabgänge 5 gebildet sind. Strömt ein Medium 7 (siehe Fig. 3) in die Längskanäle 3, tritt ein Anteil des Mediums 7 (durch Pfeile symbolisiert) durch die Kanalwände 8 als Permeat (durch Pfeile symbolisiert) entweder durch das poröse Material des Filterelements 1 bis hin zu einer Außenwand des Filterelements 1 und durch die Außenwand oder direkt durch eine außenliegende Kanalwand 8 aus dem Filterelement 1 aus. Dabei gelangt das Permeat in die Permeatabgänge 5. Um die Filterelemente 1 herum ist ein Permeatauffangraum 20 vorhanden, der sich zwischen den Filterelementen 1 und einer Gehäusewand 12.3 (siehe Fig. 9) befindet.

Sind die Filterelemente 1 durch eine Gehäusewand 12.3 (angedeutet, siehe auch Fig. 9) umfangen und ist zwischen den Filterelementen 1 ein Abstand zu dieser Gehäusewand 12.3 vorhanden, ist durch diesen Abstand ebenfalls ein Permeatabgang 5 gebildet.

In der Fig. 2 ist in perspektivischer Draufsicht ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Filterelements 1 gezeigt. Gut zu erkennen sind die Längskanäle 3, die sich in der Längsrichtung 2 durch das Filterelement 1 erstrecken. Der Querschnitt des Filterelements 1 ist ein Viertel einer Fläche 4 in Form eines Kreises (siehe auch Fig. 1 ).

Ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Filterelements 1 ist in Fig. 3 dargestellt. Das Filterelement 1 weist in seiner Außenwand Schlitze 9 auf. In der Fig. 4 ist ein Querschnitt durch das Filterelement 1 auf Höhe der Schlitze 9 gezeigt. Zwischen den Längskanälen 3 ist ein Materialbereich 6 vorhanden, der nicht von Längskanälen 3 durchzogen ist. Der Schlitz 9 reicht durch die Außenwand in den Materialbereich 6, ohne dabei einen der Längskanäle 3 zu eröffnen. Durch Wirkung des Schlitzes 9 ist von jedem der Längskanäle 3 in radialer Richtung ein Permeat in einem Permeatabgang 5 abführbar, nachdem dieses höchstens vier Längskanäle 3 durchströmt hat.

Im Bereich der jeweiligen Enden der Filterelemente 1 ist eine Abdichtung der Außenwand des Filterelements 1 vorhanden, ohne die stirnseitigen Öffnungen der Längskanäle 3 zu verschließen. Diese Abdichtung ist als eine keramische Abdichtung ausgeführt. Durch sie ist der poröse Körper dort seitlich und stirnseitig abgedichtet und es ist gewährleistet, dass das anströmende und zu filtrierende Medium 7 sicher in das Innere der Längskanäle 3 geführt wird.

In weiteren Ausführungen der Filterelemente 1 ist die Abdichtung durch eine Glasoder Kunststoffabdichtung realisiert. Diese stirnseitige, an den Enden der Filterelemente 1 seitlich umlaufende Abdichtung ist typisch für alle Filterelemente 1 .

In weiteren Ausführungen des Filterelements 1 können zwei, drei oder mehr solcher Materialbereiche 6 angrenzend an eine Außenwand vorhanden sein. In jeden Materialbereich 6 kann ein Schlitz 9 eingebracht sein. In weiteren Ausführungen können Schlitze auch nur in einigen der vorhandenen Materialbereiche 6 eingebracht sein.

Materialbereiche 6 und Schlitze 9 können in weiteren Ausführungen angrenzend an verschiedene Außenwände vorhanden sein.

Fig. 5 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel einen Filterelementverbund 10, bei dem vier Filterelemente 1 parallel zueinander und mit einem Abstand zueinander angeordnet sind. Die Querschnitte der Filterelemente 1 sind einander ergänzende Segmente einer virtuellen sowohl rotationssymmetrischen als auch spiegelsymmetrischen Fläche 4 in Form eines Kreises. Die Filterelemente 1 sind miteinander durch Einzeldichtungen 15 (siehe auch Fig. 10) gefügt. Die Abstände der Filterelemente 1 untereinander dienen auch hier als Permeatabgänge 5 zur Leitung von aus den Filterelementen 1 als Permeat austretendem Medium 7. Der Querschnitt des Filterelementverbunds 10 ist die spiegelsymmetrische Fläche 4. In weiteren Ausführungen sind die Filterelemente 1 miteinander durch ein oder mehrere Dichtungselemente 17 (siehe auch Fig. 1 1 ) gefügt.

In der Fig. 6 sind in einem zweiten Ausführungsbeispiel eines Filterelementverbunds 10 sechs Filterelemente 1 gezeigt, deren Querschnitt jeweils ein Sechstel eines Kreisrings bildet. In der Mitte des Filterelementverbunds ist ein zentrales Filterelement 1 .z angeordnet. Die Filterelemente 1 und das zentrale Filterelement 1 .z sind, wie zu Fig. 5 beschrieben, mit Einzeldichtungen 15 versehen. Der Querschnitt des Filterelementverbunds 10 ist die spiegelsymmetrische Fläche 4.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Filterelementverbunds 10 ist in Fig. 7 dargestellt. Die Filterelemente 1 sind keramisch gefügt. Dazu ist an unterschiedlichen Stellen Schlicker zwischen die Filterelemente 1 eingefüllt und gesintert worden. Der gesinterte Schlicker bildet eine die Filterelemente 1 über einen Längsabschnitt auf allen Seiten umfangende Sinterscheibe 21 . Solche Sinterscheiben 21 sind an Längsabschnitten an den Enden der Filterelemente 1 sowie in deren Mitte vorhanden.

Anstelle der genannten Sinterscheibe 21 ist es auch ausreichend, wenn die gegenüberliegenden Flächen der Viertel-Elemente durch Schlicker verbunden werden, ohne dass ein zusätzlicher Rand um die vier hier dargestellten Filterelemente 1 entsteht.

Fig. 8 zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Draufsicht auf eine Eingangsöffnung 12.1 , in der ein Filterelementverbund 10 eingeschoben und mittels eines ersten Flanschs 13 befestigt und im Zusammenwirken mit einem Dichtungselement 17 (siehe auch Fig. 1 1 ) abgedichtet ist.

In der Fig. 9 ist vereinfacht eine Filtervorrichtung 1 1 gezeigt, deren vier Viertelelemente durch eine Vergussschicht 16 untereinander und zu den haltenden Teilen eines Filtergehäuses 12 abgedichtet sind. Die Filtervorrichtung 1 1 weist das Filtergehäuse 12 mit je einer Eingangsöffnung 12.1 und einer Ausgangsöffnung 12.2 in einer Gehäusewand 12.3 auf. Zwischen Eingangsöffnung 12.1 und Ausgangsöffnung 12.2 sind Filterelemente 1 in Form eines Filterelementverbunds 10 angeordnet. Der Filterelementverbund 10 ist von der Gehäusewand 12.3 umfangen.

Der Filterelementverbund 10 ist an der Eingangsöffnung 12.1 fest mit einem ersten Flansch 13 verbunden, über den der Filterelementverbund 10 an dem Filtergehäuse 12 verschraubt ist. Nach einem Lösen der Befestigungsschrauben (angedeutet) ist der gesamte Filterelementverbund 10 durch die Eingangsöffnung 12.1 entnehmbar. Der in das Filtergehäuse 12 eingesetzte Filterelementverbund 10 ist über Schraubverbindungen (angedeutet gezeigt) mit einem zweiten Flansch 14 an der Ausgangsöffnung 12.2 lösbar verbunden. Zwischen dem Filterelementverbund 10 und der Gehäusewand 12.3 ist ein Permeatauffangraum 20 gebildet.

Der Filterelementverbund 10 ist gegenüber der Eingangsöffnung 12.1 abgedichtet. Die Dichtung ist hier als eine Vergussschicht 16 aus einem dichtenden Material ausgebildet.

Eine Einzeldichtung 15, wie diese zu Fig. 5 beschrieben ist und in weiteren Ausführungen des Filterelementverbunds 10 sowie der Filtervorrichtung 1 1 einsetzbar ist, ist beispielhaft in Fig. 10 gezeigt. Die Einzeldichtung 15 ist ein Gummiring mit einem runden Materialquerschnitt und weist eine Form auf, die in der Draufsicht einem Viertel eines Kreises entspricht. Werden vier Filterelemente 1 mit einer solchen Einzeldichtung 15 versehen und ist diese in Längsrichtung 2 bei allen Filterelementen 1 auf der gleichen Position angebracht, bewirken diese vier Einzeldichtungen 15, wenn die Filterelemente 1 in einen Filterelementverbund 10 angeordnet sind, eine Abdichtung zwischen den Filterelementen 1 . Zugleich wird durch die sich gegenseitig mit ihren äußeren Umfängen berührenden Einzeldichtungen 15 ein Abstand zwischen den Filterelementen 1 gesichert.

Die Einzeldichtung 15 kann in ihrer einfachsten Form einen kreisrunden Querschnitt aufweisen, aber in weiteren Ausgestaltungen auch alle weiteren für eine gute Dichtung sinnvollen Querschnitte, wie Vielecke, mit und ohne gesondert ausgebildete Dichtlippen, mit und ohne ausgebildete Dichtdruck verstärkende Nuten, aufweisen. Ein Ausführungsbeispiel eines Dichtungselements 17 ist in der Fig. 1 1 schematisch gezeigt. Das Dichtungselement 17 weist eine kreisrunde Außenform auf, der freie Innenraum des Dichtungselements 17 ist von zwei rechtwinklig aufeinanderstehenden Stegen 17.1 durchzogen und in vier Durchbrüche 17.2 unterteilt, die jeweils ein Viertel des Innenraums betragen. Das Dichtungselement 17 weist einen Kern 19 (in Teilschnitt gezeigt) aus einer Metalleinlage (oder Kunststoffeinlage) auf, die durch Kunststoff umhüllt ist. Entlang der Innenseiten der Durchbrüche 17.2 sind jeweils Dichtungslippen 18 aus einem weichen Material vorhanden. Die äußere Umfangsfläche des Dichtungselements 17 besteht aus einem weichen Kunststoff, durch den eine äußere Dichtungslippe 18 gebildet ist.

Bezugszeichenliste

1 Filterelement

1 .z zentrales Filterelement

2 Längsrichtung

3 Längskanal

4 Fläche

5 Permeatabgang

6 Materialbereich

7 Medium

8 Kanalwand

9 Schlitz

10 Filterelementverbund

1 1 Filtervorrichtung

12 Filtergehäuse

12.1 Eingangsöffnung

12.2 Ausgangsöffnung

12.3 Gehäusewand

13 erster Flansch

14 zweiter Flansch

15 Einzeldichtung

16 Vergussschicht

17 Dichtungselement

17.1 Steg

17.2 Durchbruch

18 Dichtungslippe

19 Kern

20 Permeatauffangraum

21 Sinterscheibe

Claims

Patentansprüche

1 . Filterelement (1 ) aus einem für Permeat durchlässigen Material mit einer Anzahl von Längskanälen (3), das einen Querschnitt aufweist, der ein Segment einer virtuellen rotationssymmetrischen oder einer spiegelsymmetrischen Fläche (4) ist.

2. Filterelement (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Längskanälen (3) wenigstens über einen Längsabschnitt des Filterelements (1 ) Materialbereiche (6) vorhanden sind, die von einer Außenwand des Filterelements (1 ) eine Strecke in das Filterelement (1 ) reichen, die nicht von Längskanälen (3) durchzogen sind und in denen ein Schlitz (9) vorhanden ist, wobei durch den Schlitz (9) keine Längskanäle (3) eröffnet sind.

3. Filterelementverbund (10) aus mehreren Filterelementen (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass

- die Querschnitte der Filterelemente (1 ) einander ergänzende Segmente einer rotationssymmetrischen oder einer spiegelsymmetrischen Fläche (4) sind,

- die Filterelemente (1 ) miteinander gefügt sind, wobei zwischen den Filterelementen (1 ) ein Abstand der Filterelemente (1 ) untereinander als Permeatabgänge (5) zur Leitung eines aus den Filterelementen (1 ) als Permeat austretenden Mediums (7) vorhanden sind und

- der Querschnitt des Filterelementverbunds (10) die rotationssymmetrische oder die spiegelsymmetrische Fläche (4) ist.

4. Filterelementverbund (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterelemente (1 ) keramisch oder durch eine Vergussmasse gefügt sind.

5. Filterelementverbund (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein zentrales Filterelement (1 .z) vorhanden ist, das von den Filterelementen (1 ) umgeben ist, und der Querschnitt des zentralen Filterelements (1 ) von der Form der Querschnitte der umgebenden Filterelemente (1 ) abweicht.

Filtervorrichtung (1 1 ) zur Reinigung oder Trennung eines Mediums (7) mit Filterelementen (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass,

- ein Filtergehäuse (12), aufweisend eine Eingangsöffnung (12.1 ) zum Einströmen des Mediums (7) in das Filtergehäuse (12) und mindestens eine Ausgangsöffnung (12.2) zum Ausströmen des Mediums (7), vorhanden ist,

- mindestens zwei Filterelemente (1 ) mit einer Anzahl von Längskanälen (3) vorhanden sind, wobei die Filterelemente (1 ) sich ausgehend von der Eingangsöffnung (12.1 ) in das Filtergehäuse (12) hinein erstreckend angeordnet sind und je eine Stirnseite der Filterelemente (1 ) zum Einströmen des Mediums (7) in die Längskanäle (3) der Filterelemente (1 ) frei bleibt,

- die Filterelemente (1 ) mindestens an der Eingangsöffnung (12.1 ) mit einer Dichtung versehen sind und die Filterelemente (1 ) durch die Dichtung gegeneinander und gegen das Filtergehäuse (12) abgedichtet und mit einem Abstand gehalten sind und

- durch die Abstände zwischen den Filterelementen (1 ) untereinander und zu dem Filtergehäuse (12) Permeatabgänge (5) zur Leitung von aus den Filterelementen (1 ) als Permeat austretendem Medium (7) in Richtung der mindestens einen Ausgangsöffnung (12.2) gebildet sind.

Filtervorrichtung (1 1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte der Filterelemente (1 ) einander ergänzende Segmente einer rotationssymmetrischen oder einer spiegelsymmetrischen Fläche (4) sind.

8. Filtervorrichtung (1 1 ) zur Reinigung oder Trennung eines Mediums (7) mit einem Filterelementverbund (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass

- der Filterelementverbund (10) mindestens an der Eingangsöffnung (12.1 ) mit einer Dichtung versehen ist und die Filterelemente (1 ) des Filterelementverbunds (10) durch die Dichtung gegeneinander und gegen das Filtergehäuse (12) abgedichtet und mit einem Abstand gehalten sind und

9. Filtervorrichtung (1 1 ) nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung eine Vergussschicht (16) aus einem dichtenden Material ist.

10. Dichtung für eine Filtervorrichtung (1 1 ) nach einem der Ansprüche 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung eine Einzeldichtung (15) ist, die im nicht-montierten Zustand die Form des Querschnitts desjenigen Segments aufweist, für welches die Einzeldichtung (15) vorgesehen ist.

1 1 . Dichtung für eine Filtervorrichtung (1 1 ) nach einem der Ansprüche 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung ein Dichtungselement (17) ist und dass das Dichtungselement (17) ein scheibenförmiges Element mit Stegen (17.1 ) und Durchbrüchen (17.2) ist, wobei durch die Form und Größe der Durchbrüche (17.2) ein kraft-formschlüssiges Einstecken von Filterelementen (1 ) in die Durchbrüche (17.2) ermöglicht ist.

12. Dichtung nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung aus Mischungen oder Verbund mehrerer Kunststoffe oder aus einem Verbundmaterial besteht.

13. Dichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung metallische Stützelemente aufweist.