EP4263017A2 - Verfahren zur reinigung eines filtermoduls und filtermodul zu dessen durchführung - Google Patents

Verfahren zur reinigung eines filtermoduls und filtermodul zu dessen durchführung

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Publication number
EP4263017A2
EP4263017A2 EP21840627.0A EP21840627A EP4263017A2 EP 4263017 A2 EP4263017 A2 EP 4263017A2 EP 21840627 A EP21840627 A EP 21840627A EP 4263017 A2 EP4263017 A2 EP 4263017A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filter
filter head
axis
fluid
head
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP21840627.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Heinz
Sven Reiter
Wolfgang Wehmeyer
Gerhard Wiesen
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.)
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Original Assignee
Fresenius Medical Care Deutschland 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 Fresenius Medical Care Deutschland GmbH filed Critical Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Publication of EP4263017A2 publication Critical patent/EP4263017A2/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/02—Membrane cleaning or sterilisation ; Membrane regeneration
    • B01D65/027—Cleaning of other parts of the apparatus than the membrane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/21—Specific headers, end caps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2321/00—Details relating to membrane cleaning, regeneration, sterilization or to the prevention of fouling
    • B01D2321/20—By influencing the flow

Definitions

  • the invention relates to a method for cleaning a filter module and a filter module for carrying it out.
  • filter modules In order to maintain continuous filter operation despite the occasional failure of a filter, several filter modules can be used in parallel, which feed the filtrate into a central collection line. As a result, the amount of filtrate can be increased at the same time.
  • Various filter systems are known which, for example, filter fluids for industrial purposes and drain the filtered fluid again.
  • a filter system is disclosed, for example, in WO 2013/048801 A1.
  • This includes a filter module assembly comprising a container with a filter cartridge disposed therein and a collector coupled to one end of the container, the head including a housing with an open top end and a bottom end and an end cap.
  • the filter module assembly allows for a manifold assembly used to transfer liquids to and from a To promote filter system that includes several such modules. Disadvantages of existing solutions for filter cleaning, however, are that they are based on the principle of backwashing, i.e. the complex reversal of the flow direction and the use of filtrate for rinsing the filter against the main filter direction. To do this, the filtering process must be interrupted and contaminated fluid must be removed and disposed of. These complex cleaning steps reduce the efficiency of the filter process and increase the costs of the filter process.
  • the object of the invention is to provide a cleaning method and a filter module for carrying it out, with which the filter module can be cleaned efficiently and cost-effectively.
  • the fluid to be filtered is preferably a liquid, in particular water.
  • the first, second and third axes referred to below are arranged such that the second axis is perpendicular to the first axis and the third axis is perpendicular to both the first axis and the second axis at the same time.
  • a method according to the invention for cleaning a filter module using a filter module has the following steps. First, a filter module having a filter head with two filter head openings is provided. Fluid is then directed into the filter head via a first filter head opening. A part of the fluid is then led out of the filter head via a second filter head opening.
  • the method is characterized in that after fluid has been fed into the filter head, the fluid is partially swirled in the filter head.
  • the turbulence of the fluid in the filter head results in the advantage that an intensive fluid flow is developed in a large part of the filter head, as a result of which the dead volume is minimized. This is accompanied by the fact that deposits of foreign particles are minimized.
  • By directing a portion of the fluid out of the filter head existing in the fluid is eliminated Foreign particles are continuously guided out of the filter head. This also minimizes the deposit and accumulation of foreign particles.
  • the fluid can be conducted with the aid of fluid lines.
  • the movement of the fluid can be generated, for example, with the help of a pump for liquids and with the help of a compressor for gases.
  • the line control can take place, for example, with the aid of valves and/or a valve device with a control unit.
  • the designations first filter head opening and second filter head opening belonging to the filter head openings relate only to the method step carried out with the respective filter head opening. It is therefore also possible to arrange the filter module in such a way that the previously second filter head opening is now used as the first filter head opening and vice versa.
  • the turbulence of the fluid in the filter head can essentially take place continuously about an axis of rotation parallel to the third axis. Accordingly, a flow that is essentially constant within a plane spanned by the first axis and the second axis is generated.
  • the fluid it is possible for the fluid to be swirled in such a way that a flow or partial flow is formed in which the fluid is also moved along the third axis.
  • Such turbulence makes it possible to also remove foreign particles that have settled on the ends of the filter head located along the third axis.
  • the turbulence of the fluid to take place in such a way that smaller, discontinuous turbulences are formed in the flow edge region, ie on the wall of the filter head. With such turbulence, foreign particles are more effectively prevented from accumulating on the wall of the filter head.
  • a targeted turbulence of the fluid in the filter head can be achieved by any flow-changing structural geometry elements. These can be changes in cross section, corners or edges, for example. Suitable structural geometry elements can be round, rounded off or pointed, for example.
  • the amount of turbulence in the fluid can also be controlled with the general flow rate, i.e. with the rate at which fluid is supplied. With an increase in the flow velocity, a more intensive turbulence of the fluid can be achieved and vice versa.
  • foreign particles are also removed from the filter head by the linear flow of the fluid.
  • the linear part of the flow and its turbulent part have a mutually complementary or synergistic effect. For example, foreign particles that are present in the turbulent part of the flow can merge into the linear part and thus be continuously guided out of the filter head.
  • the filter module also has a filtrate area and before part of the fluid is routed out of the filter head via a second filter head opening, another part of the fluid is routed from the filter head into the filtrate area.
  • the fluid after the fluid has been directed into the filter head via a first filter head opening and before the fluid is swirled in the filter head, the fluid is accelerated along a path connecting the filter head openings.
  • the path on which the acceleration takes place can be a straight line.
  • any form of path is suitable which at least does not adversely counteract acceleration. Accordingly, among other things, elliptical or hyperbolic path shapes and other continuous curves are also suitable.
  • the acceleration of the fluid can be caused, among other things, geometrically, for example by a narrowing of the cross section or by an increase in pressure, for example by means of a pump or by means of a compressor.
  • the filter head parts are said to be impermeable to fluids if they are absolutely tight, but also if they are essentially—that is, almost—tight.
  • first and second belonging to the filter head parts only refer to a sequence used in the method step carried out. It is therefore also possible to carry out the method in such a way that the formerly second filter head part is now used as the first filter head part and vice versa.
  • the filter module also has a second filter head with two filter head openings, while fluid is conducted into the first filter head via a first filter head opening, fluid is conducted into the second filter head via a first filter head opening of the second filter head, after fluid is passed through a first filter head orifice is directed into the second filter head is partially swirled in the second filter head, and while a portion of the fluid is directed out of the first filter head via a second filter head orifice, a portion of the fluid is directed out of the second filter head via a second filter head orifice of the second filter head led out.
  • the part of the fluid that is routed out of a filter head is routed back into a filter head via a first filter head opening after it has been routed out.
  • the fluid can be returned to the filter head from which it was previously discharged.
  • a second filter module having a filter head with two filter head openings is provided. Furthermore, after part of the fluid has been led out of a filter head of the first filter module via a second filter head opening, the fluid led out of a filter head of the first filter module is led into the filter head of the second filter module via a first filter head opening of the filter head of the second filter module. The fluid is then partially swirled in the filter head of the second filter module. Subsequently, part of the fluid over a second filter head opening of the filter head of the second filter module led out of the filter head of the second filter module.
  • the fluid after the fluid has been routed out of the filter head of the second filter module, it is routed back into a filter head via a first filter head opening.
  • the second filter module also has a second filter head with two filter head openings and, after part of the fluid has been routed out of a filter head of the first filter module via a second filter head opening, the fluid routed out of a filter head of the first filter module is routed through a first filter head opening of the second filter head of the second filter module passed into the second filter head of the second filter module. Thereafter, the fluid is partially swirled in the second filter head of the second filter module. A portion of the fluid is then directed out of the second filter head of the second filter module via a second filter head opening of the second filter head of the second filter module. Subsequently, after the fluid has been conducted out of the second filter head of the second filter module, it is again conducted via a first filter head opening into a filter head.
  • a further aspect of the invention relates to a filter module having a filter head with two filter head openings.
  • the filter module is characterized in that a first Filter head opening and a second filter head opening are arranged in series along a first axis, the first axis passing through the center point of the first filter head opening and through the center point of the second filter head opening.
  • the filter module is further characterized in that an inner filter head cross-section perpendicular to the first axis along the first axis increases starting from the first filter head opening first along the second axis and then decreases along the second axis up to the second filter head opening.
  • the filter module is further characterized in that the filter head is closed at its ends located along the second axis and at a first of its two ends located along the third axis, and the filter head at a second of its ends located along the third axis opening.
  • first and second associated with the filter head openings and other components only relate to an arrangement of the respective filter head opening or component. It is therefore also possible to arrange the filter module in such a way that the formerly second filter head opening is now used as the first filter head opening and vice versa. In further configurations, it is also possible for a filter module to have a plurality of first filter head openings or first components of the same type and a plurality of second filter head openings or second components of the same type. This increases the flexibility of the filter head and it can be used more universally for a larger number of different filter and filter cleaning processes.
  • the filter module is aligned in such a way that the first axis and the second axis lie in a substantially horizontal plane.
  • the statements along an axis or in a plane mean that these are arranged or aligned with or without a spacing parallel to the reference axis or reference plane.
  • Parallel means essentially parallel, with a maximum deviation of 10%.
  • This deviation can be continuous, ie in the sense of an angular deviation. However, it can also be discontinuous, ie partially smaller or larger.
  • the opening arranged at a second end of the filter head located along the third axis can extend completely over the entire cross-section parallel to the plane spanned by the first axis and the second axis. However, the opening can also only extend over parts of the cross section mentioned.
  • the opening is particularly preferably designed in such a way that the fluid, when it is conducted via the opening from the filter head into a filtrate area, is only introduced into the filter elements, ie no unfiltered fluid is conducted past the filter element.
  • This can be achieved in particular in that the opening is adapted to the attached filter element or the attached filter elements.
  • the filter head can have multiple openings.
  • the inner edge of the filter head runs partially elliptically in the plane spanned by the first axis and the second axis.
  • An elliptical shape or curve is defined in relation to the inner edge of the filter head described above and in relation to other shapes or curves described below as any shape or curve that has radial, toroidal and/or elliptical parts. This also includes shapes and curves that deviate slightly from the ideal geometric shapes or curves.
  • part of the flow is laminar. In this way, a continuous inflow and outflow of fluid is made possible.
  • the filter head cross-section decreases along the first axis first along the second axis before it increases along the second axis.
  • the fluid is allowed to be accelerated before a part thereof is swirled.
  • the described reduction in the size of the filter head cross section and also other reductions in size described below can be continuous, but also have a partial enlargement as long as the entrance cross-sectional area is larger than the exit cross-sectional area.
  • the inner edge of the filter head runs partially elliptically in the plane spanned by the first axis and the second axis in the region of the reduction in the filter head cross section, which takes place before the enlargement of the cross section taking place along the second axis.
  • the elliptical shape is defined according to the definition above.
  • the filter head cross section first decreases along the first axis starting from the first filter head opening along the third axis and then increases up to the second filter head opening along the third axis.
  • the described enlargement of the filter head cross section and also further enlargements thereof described below can run continuously, but also have a partial reduction as long as the inlet cross-sectional area is smaller than the outlet cross-sectional area.
  • the inner edge of the filter head is partially elliptical in the region of the reduction taking place along the third axis.
  • part of the flow is laminar. In this way, a continuous inflow and outflow of fluid is made possible.
  • the filter head also has two filter head parts, the filter head parts each extending from the first filter head opening to the second filter head opening reach, and the filter head parts are fluid-tightly separated from one another along the first axis between the first filter head opening and the second filter head opening.
  • the fluid-impermeable separation can be formed, among other things, by means of separate separating elements, but also by corresponding bulges, projections or walls of the filter head.
  • the filter module also has a filtrate area, the filtrate area being connected to the filter head at the second end of the filter head located along the third axis.
  • the filtrate area can have one filter element or several filter elements. These are preferably membrane filters and particularly preferably hollow fiber membrane filters.
  • the filter module in the context of filter cleaning processes, it is also possible to use it for the filtration of fluids.
  • the filter module also has a second filter head equivalent to the first filter head, the filtrate region being connected to the second filter head at the second end of the second filter head located along the third axis.
  • a second filter head equivalent to a first filter head is preferably similar and more preferably identical to the first filter head.
  • the second end of the second filter head, located along the third axis, corresponds to the end having the opening.
  • the closed end of the filter head is dome-shaped along the third axis.
  • the closed end of the filter head is also considered to be dome-shaped if only parts of it are designed as a dome or as part of a dome. Any curved shape with a single vertex is considered dome-shaped.
  • a further aspect of the invention relates to a filter module arrangement consisting of at least two filter modules.
  • the filter module arrangement is characterized in that the filter modules are arranged one behind the other and connected to one another in such a way that fluid can first be routed into a filter head of a first filter module and then into a filter head of a second to n-th filter module.
  • FIG. 1a shows a schematic representation of a filter module arrangement according to the invention for cleaning a filter module as a sectional view in a plane spanned by a first axis and a second axis.
  • FIG. 1b shows a schematic representation of a method according to the invention for cleaning a filter module as a sectional view in a plane spanned by a first axis and a third axis.
  • FIG. 2a shows a schematic representation of a filter head of a filter module according to the invention with flow lines as a sectional view in a plane spanned by a first axis and a second axis.
  • FIG. 2b shows the filter head shown in FIG. 2a with two filter head parts and with flow lines.
  • FIG. 2c shows the filter head shown in FIG. 2a with two filter head parts and with filter head cross sections.
  • FIG. 3a shows a schematic representation of a filter head of a filter module according to the invention with flow lines as a sectional view in a plane spanned by a first axis and a third axis.
  • FIG. 3b shows the filter head shown in FIG. 3a with filter head cross sections.
  • FIG. 4a shows a schematic representation of a filter module according to the invention in a plane spanned by a first axis and a third axis.
  • FIG. 4b shows a schematic representation of a filter module arrangement according to the invention in a plane spanned by a first axis and a third axis.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a filter head of a filter module according to the invention as a sectional view in a plane spanned by a second axis and a third axis.
  • FIG. 1a shows a filter module arrangement 300 according to the invention as a sectional view in a plane spanned by the first axis 410 and the second axis 420.
  • Two filter heads 210 arranged one behind the other with respect to the first axis 410 are shown, each belonging to separate filter modules 200 .
  • the fluid flow is represented by the arrows running through the filter heads 210 .
  • the main flow 130 which is represented by horizontal arrows, runs along the first axis 410.
  • each Eddy flow 140 represented by an elliptical, closed arrow.
  • the turbulent flows 140 each rotate about an axis of rotation parallel to the third axis 430--shown for example in FIG. 1b.
  • FIG. 1b shows a method according to the invention for cleaning a filter module 100 as a sectional view in a plane spanned by the first axis 410 and the third axis 430.
  • Three filter modules 200 are shown, each of which has two filter heads 210 and a filtrate area 220 , both filter heads 210 being connected to the filtrate area 220 .
  • the fluid 110 is first divided. Then part of the fluid 110 is routed into the first filter head 210 of the first filter module 200 and another part of the fluid 110 is routed into the second filter head 210 of the first filter module 200 .
  • a further portion of the fluid 110 is conducted from the first filter head 210 and the second filter head 210 of the first filter module 200 to the first filter head 210 and the second filter head 210 of the second filter module 200, respectively, and then to the first filter head 210 and the second Filter head 210 of the third filter module 200 passed.
  • From the filter heads 210 of the first filter module 200, second filter module 200 and third filter module 200 another further part of the fluid 110 is conducted into the filtrate area 220 in each case. Subsequently, the other further parts of the fluid 110 are each brought together in the filtrate areas 220 and led out of the filtrate areas 220 .
  • the other further parts of the fluid 110 led out of the filtrate regions 220 are brought together as filtrate 120 outside of the filter modules 200 and then fed back to the beginning of the process as recirculation 150 .
  • the first filter heads 210 may be the top filter heads 210 along the third axis 430 . Accordingly, the filter heads 210 located below along the third axis 430 would be the second filter heads 210. However, the opposite case is also possible.
  • a filter head 210 of the filter module arrangement 300 shown in FIG. 1a is shown schematically as a sectional view in a plane spanned by the first axis 410 and the second axis 420. Flow lines are also shown entering the filter head 210 along the first axis 410 first via a first filter head opening 212 and then exiting the filter head 210 substantially via a second filter head opening 212 .
  • the turbulent flows 140 already shown in FIG. 1a are also shown in FIG. 2a.
  • the filter head 210 shown in FIG. 2a is shown in FIG. 2b.
  • two filter head parts 214 are shown which are separated from one another in a fluid-tight manner.
  • the turbulent flows 140 already shown in FIG. 2a remain essentially unaffected by the separation of the filter head 210, whereas the main flow 130 is weakened by the reduction in the flow area, which is represented by a correspondingly reduced number of flow arrows.
  • the filter head 210 shown in FIG. 2a is shown in FIG. 2c.
  • Five filter head cross-sections 211 are shown in succession along the first axis 410, which are shown in FIG represent inner dimensions parallel to the second axis 420 through the plane spanned by the first axis 410 and the second axis 420 .
  • the filter head cross section 211 first decreases along the first axis 410 and then increases. In this way, a larger third filter head cross section 211 is achieved than at the first end of the filter head 210 along the first axis 410.
  • the filter head cross section 211 then decreases again and ultimately increases again.
  • the first and last filter head cross section 211 and the second and fourth filter head cross section 211 are each of the same size.
  • a filter head 210 is shown schematically as a sectional view in a plane spanned by the first axis 410 and the third axis 430.
  • the filter head 210 is first reduced along the first axis 410 and then enlarged again along the third axis 430, which is shown in FIG. 3b with three corresponding filter head cross sections 211.
  • the reduction and the enlargement each take place in the region of the filter head 210 which is at the top with respect to the third axis 430 and each run essentially elliptically.
  • the flow lines begin at the first filter head opening 212 along the first axis 410 and extend to the second filter head opening 212 along the first axis 410.
  • the flow lines follow the outer edge of the filter head 210, i.e. are corresponding bulged downward with respect to the third axis 430 . This deflection of the flow lines from a straight line is attenuated downwards with respect to the third axis 430 .
  • FIG. 4a shows a filter module 200 according to the invention in a plane spanned by the first axis 410 and the third axis 430.
  • the filter module 200 has two filter heads 210 which are each connected to a filtrate area 220 .
  • FIG. 4b shows a filter module arrangement 300 according to the invention in a plane spanned by the first axis 410 and the third axis 430.
  • This consists of three filter modules 200, as shown in FIG. 4a and arranged one behind the other along the first axis 410.
  • the header areas 210 of the second filter module 200 are also connected to the header areas 210 of the third filter module 200, respectively. with the inside
  • the method shown in FIG. 1b for cleaning a filter module 100 can be carried out.
  • FIG. 5 shows a filter head 210 of a filter module 200 according to the invention as a sectional view in a plane spanned by the second axis 420 and the third axis 430.
  • the filter head 210 has an opening 216 at the bottom end along the third axis 430 .
  • the opening 216 extends completely over the end of the filter head 210 which is spanned by the second axis 420 and is the lower end with respect to the third axis 430.
  • a circular filter head opening 212 arranged centrally with respect to the second axis 420 is also shown.

Landscapes

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Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zur Reinigung eines Filtermoduls mittels eines Filtermoduls aufweisend die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Filtermoduls aufweisend einen Filterkopf mit zwei Filterkopföffnungen; Leiten von Fluid über eine erste Filterkopföffnung in den Filterkopf; und Leiten eines Teils des Fluids über eine zweite Filterkopföffnung aus dem Filterkopf heraus. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass nachdem Fluid über eine erste Filterkopföffnung in den Filterkopf (210) geleitet wurde, im Filterkopf das Fluid teilweise verwirbelt wird.

Description

Verfahren zur Reinigung eines Filtermoduls und Filtermodul zu dessen Durchführung
Gebiet der Erfindung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung eines Filtermoduls und ein Filtermodul zu dessen Durchführung.
Stand der Technik:
Filtereinrichtungen zum Filtern von Fluiden, bei denen zu filterndes Fluid - dieses wird im Folgenden als Rohfluid bezeichnet - zum Filter geführt wird, weisen insbesondere im Dauerbetrieb folgenden Nachteil auf. In Bereichen, in denen die Zuführströmung weniger stark ausgeprägt ist - diese werden im Folgenden als Totvolumina bezeichnet - kommt es vermehrt zur Ablagerung von Fremdpartikeln. Diese Ablagerungen werden prinzipbedingt mit fortschreitendem Filterprozess durch weitere Fremdpartikel vergrößert, wodurch auch das Totvolumen vergrößert wird. Weiterhin wird auch der Filtereingang mit Fremdpartikeln zugesetzt. Dadurch wird der Filterprozess zunehmend erschwert und letztlich ineffizient. Durch Reinigung der Filtereinrichtungen können die Fremdpartikelablagerungen entfernt werden. Um dem entgegenzuwirken und für industrielle Zwecke hinsichtlich größtmöglicher Maschinennutzeffekte einen kontinuierlichen Filterbetrieb darstellen zu können, ist es vorteilhaft, Filterreinigungszeiten zu minimieren. Um einen kontinuierlichen Filterbetrieb trotz gelegentlichen Ausfalls eines Filters aufrechtzuerhalten, können mehrere Filtermodule parallel eingesetzt werden, die Filtrat in eine zentrale Sammelleitung speisen. Dadurch kann gleichzeitig die Filtratmenge erhöht werden. Es sind verschiedene Filtersysteme bekannt, die beispielsweise für industrielle Zwecke Fluide filtern und das gefilterte Fluid wieder ableiten. Ein solches Filtersystem ist beispielsweise in WO 2013/048801 A1 offenbart. Dieses umfasst eine Filtermodulanordnung, die einen Behälter mit einer darin angeordneten Filterpatrone und einen mit einem Ende des Behälters gekoppelten Sammler umfasst, wobei der Kopf ein Gehäuse mit einem offenen oberen Ende und einem unteren Ende sowie eine Endkappe enthält. Ein Abschnitt, der auf eine komplementäre Struktur passt, die durch das Innere des gesamten offenen oberen Endes des Gehäuses definiert ist, so dass er entfernbar mit dem Gehäuse und der Endkappe in Eingriff kommt, definiert einen Durchgang, durch den Flüssigkeit aus dem Behälter herausfließen kann. Die Filtermodulanordnung ermöglicht eine Verteileranordnung, die verwendet wird, um Flüssigkeiten zu und von einem Filtersystem zu fördern, das mehrere solcher Module umfasst. Nachteile bestehender Lösungen zur Filterreinigung sind jedoch, dass diese auf dem Prinzip des Rückspülens basieren, also dem aufwendigen Umkehren der Strömungsrichtung und der Verwendung von Filtrat zum Spülen der Filter entgegen der Hauptfilterrichtung. Dazu muss der Filterprozess unterbrochen werden und es muss verunreinigtes Fluid entfernt und entsorgt werden. Durch diese aufwendigen Reinigungsschritte werden die Effizienz des Filterprozesses verringert und die Kosten des Filterprozesses gesteigert.
Darstellung der Erfindung:
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Reinigungsverfahren und ein Filtermodul zu dessen Durchführung bereitzustellen, mit dem das Filtermodul effizient und kostengünstig gereinigt werden kann. Das zu filternde Fluid ist dabei bevorzugt eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein Filtermodul nach Anspruch 10 gelöst. Weitere die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten. Die abhängigen Ansprüche können in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden.
Die erste, zweite und dritte Achse, auf die im Folgenden Bezug genommen wird, sind derart angeordnet, dass die zweite Achse senkrecht zu der ersten Achse angeordnet ist und die dritte Achse gleichzeitig senkrecht zu der ersten Achse und zu der zweiten Achse angeordnet ist.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Reinigung eines Filtermoduls mittels eines Filtermoduls weist die folgenden Schritte auf. Zuerst wird ein Filtermodul aufweisend einen Filterkopf mit zwei Filterkopföffnungen bereitgestellt. Dann wird Fluid über eine erste Filterkopföffnung in den Filterkopf geleitet. Anschließend wird ein Teil des Fluids über eine zweite Filterkopföffnung aus dem Filterkopf herausgeleitet. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass nachdem Fluid in den Filterkopf geleitet wurde, im Filterkopf das Fluid teilweise verwirbelt wird. Durch die Verwirbelung des Fluids im Filterkopf resultiert der Vorteil, dass in einem großen Teil des Filterkopfes eine intensive Fluidströmung ausgeprägt wird, wodurch das Totvolumen minimiert wird. Damit geht einher, dass Ablagerungen von Fremdpartikeln minimiert werden. Durch das Herausleiten eines Teils des Fluids aus dem Filterkopf heraus werden in dem Fluid vorhandene Fremdpartikel kontinuierlich mit aus dem Filterkopf herausgeleitet. Dadurch wird ebenfalls die Ab- und Anlagerung von Fremdpartikeln minimiert.
Die Leitung des Fluids kann im einfachsten Fall mit Hilfe von Fluidleitungen erfolgen. Die Bewegung des Fluids kann beispielsweise für Flüssigkeiten mit Hilfe einer Pumpe und für Gase mit Hilfe eines Kompressors erzeugt werden. Die Leitungssteuerung kann beispielsweise mit Hilfe von Ventilen und/oder einer Ventileinrichtung mit Steuereinheit erfolgen. Die zu den Filterkopföffnungen gehörenden Bezeichnungen erste Filterkopföffnung und zweite Filterkopföffnung beziehen sich lediglich auf den mit der jeweiligen Filterkopföffnung ausgeführten Verfahrensschritt. Es ist daher ebenso möglich, das Filtermodul derart anzuordnen, dass die vormals zweite Filterkopföffnung nun als erste Filterkopföffnung verwendet wird und umgekehrt.
Die Verwirbelung des Fluids im Filterkopf kann im Wesentlichen kontinuierlich um eine zur dritten Achse parallelen Rotationsachse erfolgen. Demnach wird eine im Wesentlichen innerhalb einer durch die erste Achse und zweite Achse aufgespannten Ebene stetige Strömung erzeugt. Darüber hinaus ist es möglich, dass die Verwirbelung des Fluids auch derart erfolgt, dass sich eine Strömung beziehungsweise Teilströmung ausbildet, bei der Fluid auch entlang der dritten Achse bewegt wird. Bei einer derartigen Verwirbelung wird es ermöglicht, auch solche Fremdpartikel zu entfernen, die sich an entlang der dritten Achse befindlichen Enden des Filterkopfes abgesetzt haben. Es ist auch möglich, dass die Verwirbelung des Fluids derart erfolgt, dass im Strömungsrandbereich, also an der Wand des Filterkopfes kleinere, unstetige Verwirbelungen ausgebildet werden. Bei einer derartigen Verwirbelung werden Fremdpartikel stärker daran gehindert, sich an der Wand des Filterkopfes anzulagern.
Eine gezielte Verwirbelung des Fluids im Filterkopf kann durch jegliche strömungsverändernde Strukturgeometrieelemente erreicht werden. Diese können beispielsweise Querschnittsänderungen, Ecken oder Kanten sein. Geeignete Strukturgeometrieelemente können beispielsweise rund, abgerundet oder spitz sein.
Die Stärke der Verwirbelung des Fluids kann auch mit der allgemeinen Strömungsgeschwindigkeit, also mit der Rate, mit der Fluid zugeführt wird, gesteuert werden. Mit einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit kann eine intensivere Verwirbelung des Fluids erreicht werden und anders herum. Neben dem Entfernen von Fremdpartikeln durch das Verwirbeln des Fluids, werden Fremdpartikel auch durch die lineare Strömung des Fluids aus dem Filterkopf ausgetragen. Der lineare Teil der Strömung und deren verwirbelter Teil wirken sich gegenseitig ergänzend beziehungsweise synergistisch. So können beispielsweise Fremdpartikel, die in dem verwirbelten Teil der Strömung vorhanden sind, in deren linearen Teil übergehen und damit kontinuierlich aus dem Filterkopf herausgeleitet werden.
In einer Ausgestaltung weist das Filtermodul ferner einen Filtratbereich auf und es wird vor dem Herausleiten eines Teils des Fluids über eine zweite Filterkopföffnung aus dem Filterkopf ein anderer Teil des Fluids vom Filterkopf in den Filtratbereich geleitet.
Demnach wird es ermöglicht, neben dem Reinigen des Filtermoduls, dieses auch für die Filtration von Fluid zu verwenden.
In einer Ausgestaltung wird nachdem das Fluid über eine erste Filterkopföffnung in den Filterkopf geleitet wurde und vor der Verwirbelung des Fluids im Filterkopf, das Fluid entlang eines die Filterkopföffnungen verbindenden Weges beschleunigt.
Demnach wird eine intensive Verwirbelung des Fluids ermöglicht.
Der Weg, auf dem die Beschleunigung stattfindet, kann im einfachsten Fall eine Gerade sein. Darüber hinaus sind jegliche Wegformen geeignet, die einer Beschleunigung zumindest nicht nachteilig entgegenwirken. Dementsprechend sind unter anderem auch elliptische oder hyperbolische Wegformen und andere stetige Kurven geeignet.
Die Beschleunigung des Fluids kann unter anderem geometrisch, beispielsweise durch eine Querschnittsverengung oder durch eine Erhöhung des Drucks, beispielsweise mittels einer Pumpe beziehungsweise mittels eines Kompressors verursacht werden.
In einer Ausgestaltung weist der Filterkopf ferner zwei fluidundurchlässig voneinander getrennte Filterkopfteile auf und wird während Fluid über eine erste Filterkopföffnung in den Filterkopf geleitet wird, Fluid sowohl in ein erstes Filterkopfteil als auch in ein zweites Filterkopfteil geleitet.
Demnach wird eine Vielzahl von weiteren Reinigungs- und Filtrationsschritten ermöglicht. Als erfindungsgemäß fluidundurchlässig gelten die Filterkopfteile unter anderem dann, wenn sie absolut dicht sind, aber auch dann, wenn sie im Wesentlichen - also nahezu - dicht sind.
Die zu den Filterkopfteilen gehörenden Bezeichnungen erstes und zweites beziehen sich lediglich auf eine im ausgeführten Verfahrensschritt angewandte Reihenfolge. Es ist daher ebenso möglich, das Verfahren derart auszuführen, dass das vormals zweite Filterkopfteil nun als erstes Filterkopfteil verwendet wird und umgekehrt.
In einer Ausgestaltung weist das Filtermodul ferner einen zweiten Filterkopf mit zwei Filterkopföffnungen auf, wird während Fluid über eine erste Filterkopföffnung in den ersten Filterkopf geleitet wird, Fluid über eine erste Filterkopföffnung des zweiten Filterkopfes in den zweiten Filterkopf geleitet, wird das Fluid nachdem Fluid über eine erste Filterkopföffnung in den zweiten Filterkopf geleitet wird, in dem zweiten Filterkopf teilweise verwirbelt, und wird, während ein Teil des Fluids über eine zweite Filterkopföffnung aus dem ersten Filterkopf herausgeleitet wird, ein Teil des Fluids über eine zweite Filterkopföffnung des zweiten Filterkopfes aus dem zweiten Filterkopf herausgeleitet.
Demnach wird eine Vielzahl von weiteren Reinigungs- und Filtrationsschritten ermöglicht.
In einer Ausgestaltung wird der aus einem Filterkopf herausgeleitete Teil des Fluids nach dem Herausleiten wieder über eine erste Filterkopföffnung in einen Filterkopf geleitet. Im einfachsten Fall kann dabei das Fluid als Rückführung wieder dem Filterkopf zugeführt werden, aus dem es zuvor herausgeleitet wurde.
Demnach wird es ermöglicht, das Fluid nachdem es zur Reinigung und/oder als Rohfluid zur Filtration verwendet wurde, erneut zur Reinigung und/oder als Rohfluid zur Filtration zu verwenden.
In einer Ausgestaltung wird während ein erstes Filtermodul aufweisend einen Filterkopf mit zwei Filterkopföffnungen bereitgestellt wird, ein zweites Filtermodul aufweisend einen Filterkopf mit zwei Filterkopföffnungen bereitgestellt. Weiter wird nachdem ein Teil des Fluids über eine zweite Filterkopföffnung aus einem Filterkopf des ersten Filtermoduls herausgeleitet wurde, das aus einem Filterkopf des ersten Filtermoduls herausgeleitete Fluid über eine erste Filterkopföffnung des Filterkopfes des zweiten Filtermoduls in den Filterkopf des zweiten Filtermoduls geleitet. Danach wird im Filterkopf des zweiten Filtermoduls das Fluid teilweise verwirbelt. Anschließend wird ein Teil des Fluids über eine zweite Filterkopföffnung des Filterkopfes des zweiten Filtermoduls aus dem Filterkopf des zweiten Filtermoduls herausgeleitet.
Demnach wird es ermöglicht, Fluid durch zwei oder mehr als zwei Filtermodule hintereinander zu führen. Auf diese Weise wird es ermöglicht, dasselbe Fluid mehrfach zur Reinigung und/oder als Rohfluid zur Filtration zu verwenden.
In einer Ausgestaltung wird das Fluid nachdem es aus dem Filterkopf des zweiten Filtermoduls herausgeleitet wurde, wieder über eine erste Filterkopföffnung in einen Filterkopf geleitet.
Demnach wird es ermöglicht, das Fluid, nachdem es zur Reinigung und/oder als Rohfluid zur Filtration verwendet wurde, erneut zur Reinigung und/oder als Rohfluid zur Filtration zu verwenden. Diese erneute Verwendung bereits verwendeten Fluids in einer Rückführung kann beliebig oft hintereinander stattfinden. Mit jeder erneuten Rückführung steigt der Gehalt an Fremdpartikeln in dem zugeführten Fluid. Zur Gewährleistung der notwendigen Prozessstabilität kann es daher notwendig sein, einen Teil des Fluids mit hoher Konzentration an Fremdpartikeln abzulassen, also zu entsorgen. Damit steigt der Anteil an frisch zugeführtem Fluid, wodurch der Anteil an Fremdpartikeln sinkt.
In einer Ausgestaltung weist das zweite Filtermodul ferner einen zweiten Filterkopf mit zwei Filterkopföffnungen auf und wird, nachdem ein Teil des Fluids über eine zweite Filterkopföffnung aus einem Filterkopf des ersten Filtermoduls herausgeleitet wurde, das aus einem Filterkopf des ersten Filtermoduls herausgeleitete Fluid über eine erste Filterkopföffnung des zweiten Filterkopfes des zweiten Filtermoduls in den zweiten Filterkopf des zweiten Filtermoduls geleitet. Danach wird das Fluid in dem zweiten Filterkopf des zweiten Filtermoduls teilweise verwirbelt. Dann wird ein Teil des Fluids über eine zweite Filterkopföffnung des zweiten Filterkopfes des zweiten Filtermoduls aus dem zweiten Filterkopf des zweiten Filtermoduls herausgeleitet. Anschließend wird das Fluid, nachdem es aus dem zweiten Filterkopf des zweiten Filtermoduls herausgeleitet wurde, wieder über eine erste Filterkopföffnung in einen Filterkopf geleitet.
Demnach wird es ermöglicht, dass mehrere Filterköpfe des zweiten Filtermoduls parallel am Verfahren beteiligt sind.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Filtermodul aufweisend einen Filterkopf mit zwei Filterkopföffnungen. Das Filtermodul ist dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Filterkopföffnung und eine zweite Filterkopföffnung entlang einer ersten Achse hintereinander angeordnet sind, wobei die erste Achse durch den Mittelpunkt der ersten Filterkopföffnung und durch den Mittelpunkt der zweiten Filterkopföffnung verläuft. Das Filtermodul ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass sich ein senkrecht zu der ersten Achse befindender, innerer Filterkopfquerschnitt entlang der ersten Achse beginnend von der ersten Filterkopföffnung zuerst entlang der zweiten Achse vergrößert und dann bis zu der zweiten Filterkopföffnung entlang der zweiten Achse verkleinert. Das Filtermodul ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkopf an seinen sich entlang der zweiten Achse befindenden Enden und an einem ersten seiner sich entlang der dritten Achse befindenden zwei Enden geschlossen ist, und der Filterkopf an einem zweiten seiner sich entlang der dritten Achse befindenden Enden eine Öffnung aufweist.
Demnach wird es ermöglicht, das oben stehende Verfahren zur Reinigung eines Filtermoduls mittels eines Filtermoduls durchzuführen.
Die zu den Filterkopföffnungen und weiteren Komponenten gehörenden Bezeichnungen erste und zweite beziehen sich lediglich auf eine Anordnung der jeweiligen Filterkopföffnung beziehungsweise Komponente. Daher ist es ebenso möglich, das Filtermodul derart anzuordnen, dass die vormals zweite Filterkopföffnung nun als erste Filterkopföffnung verwendet wird und umgekehrt. In weiteren Ausgestaltungen ist es auch möglich, dass ein Filtermodul mehrere erste Filterkopföffnungen beziehungsweise erste gleichartige Komponenten und mehrere zweite Filterkopföffnungen beziehungsweise zweite gleichartige Komponenten aufweist. Damit wird die Flexibilität des Filterkopfes erhöht und er kann universeller für eine größere Anzahl verschiedener Filter- und Filterreinigungsprozesse eingesetzt werden.
In einer Ausgestaltung ist das Filtermodul derart ausgerichtet, dass die erste Achse und die zweite Achse in einer im Wesentlichen horizontalen Ebene liegen.
Die Angaben entlang einer Achse oder in einer Ebene bedeuten hinsichtlich der Anordnung und der Ausrichtung von Komponenten des Filtermoduls, dass diese mit oder ohne Abstand parallel zur Bezugsachse beziehungsweise Bezugsebene angeordnet beziehungsweise ausgerichtet sind. Parallel bedeutet im Wesentlichen parallel, mit einer Abweichung von maximal 10 %. Diese Abweichung kann kontinuierlich sein, also im Sinne einer Winkelabweichung. Sie kann aber auch diskontinuierlich sein, also partiell kleiner beziehungsweise größer sein. Die an einem zweiten sich entlang der dritten Achse befindenden Ende des Filterkopfes angeordnete Öffnung kann vollständig über den gesamten zu der durch die erste Achse und zweite Achse aufgespannten Ebene parallelen Querschnitt reichen. Die Öffnung kann aber auch nur über Teile des genannten Querschnitts reichen. Besonders bevorzugt ist die Öffnung derart ausgebildet, dass das Fluid, wenn es über die Öffnung vom Filterkopf in einen Filtratbereich geleitet wird, ausschließlich in Filterelemente eingetragen wird, also kein Fluid ungefiltert neben dem Filterelement vorbei geleitet wird. Das kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Öffnung an das angegliederte Filterelement beziehungsweise die angegliederten Filterelemente angepasst ist. Es ist auch möglich, das Filterelement beziehungsweise die Filterelemente dicht mit der Öffnung zu verbinden, beispielsweise durch eine abgedichtete lösbare Verbindung, wie eine Schraubverbindung oder durch das Eingießen des Filterelementes beziehungsweise der Filterelemente in die Öffnung. Es ist auch möglich, dass der Filterkopf mehrere Öffnungen aufweist.
In einer Ausgestaltung verläuft in der durch die erste Achse und die zweite Achse aufgespannten Ebene die Innenkante des Filterkopfes teilweise elliptisch.
Eine elliptische Form beziehungsweise ein elliptischer Verlauf ist in Bezug auf die oben beschriebene Innenkante des Filterkopfes und in Bezug auf weitere im Folgenden beschriebene Formen beziehungsweise Verläufe definiert als jegliche Form beziehungsweise jeglicher Verlauf, die beziehungsweise der radiale, toroidale und/oder elliptische Teile aufweist. Darunter sind auch Formen und Verläufe zu verstehen, die von den geometrischen Idealformen beziehungsweise Idealverläufen geringfügig abweichen.
Demnach wird es ermöglicht, dass ein Teil der Strömung laminar verläuft. Auf diese Weise wird ein kontinuierlicher Zu- und Abfluss von Fluid ermöglicht.
In einer Ausgestaltung verkleinert sich der Filterkopfquerschnitt entlang der ersten Achse vor seiner entlang der zweiten Achse stattfindenden Vergrößerung zuerst entlang der zweiten Achse.
Demnach wird es ermöglicht, dass das Fluid, bevor ein Teil dessen verwirbelt wird, beschleunigt wird.
Die beschriebene Verkleinerung des Filterkopfquerschnittes und auch weitere im Folgenden beschriebene Verkleinerungen dessen können kontinuierlich verlaufen, aber auch partiell eine Vergrößerung aufweisen, solange die Eingangsquerschnittsfläche größer ist, als die Ausgangsquerschnittsfläche.
In einer Ausgestaltung verläuft die Innenkante des Filterkopfes in der durch die erste Achse und die zweite Achse aufgespannten Ebene im Bereich der Verkleinerung des Filterkopfquerschnittes, die vor der entlang der zweiten Achse stattfindenden Vergrößerung dessen stattfindet, teilweise elliptisch. Die elliptische Form ist nach entsprechender, oben stehender Definition definiert.
Demnach wird es ermöglicht, dass die Strömung im Wesentlichen entlang der Hauptströmungsrichtung beschleunigt wird.
In einer Ausgestaltung verkleinert sich der Filterkopfquerschnitt zuerst entlang der ersten Achse beginnend von der ersten Filterkopföffnung entlang der dritten Achse und vergrößert sich dann bis zu der zweiten Filterkopföffnung entlang der dritten Achse vergrößert.
Die beschriebene Vergrößerung des Filterkopfquerschnittes und auch weitere im Folgenden beschriebene Vergrößerungen dessen können kontinuierlich verlaufen, aber auch partiell eine Verkleinerung aufweisen, solange die Eingangsquerschnittsfläche kleiner ist, als die Ausgangsquerschnittsfläche.
Demnach wird es ermöglicht, die Größe der Querschnittsfläche des Filterkopfes im beschriebenen Bereich im Wesentlichen unverändert zu belassen, also eine Verkleinerung entlang der einen Achse durch eine Vergrößerung entlang einer anderen Achse auszugleichen. Dadurch wird bei der Verwendung des Filtermoduls die Fluidgeschwindigkeit nicht beeinflusst. Auf diese Weise wird die Einbringung von Verwirbelungen begünstigt.
In einer Ausgestaltung verläuft die Innenkante des Filterkopfes im Bereich der entlang der dritten Achse stattfindenden Verkleinerung teilweise elliptisch.
Demnach wird es ermöglicht, dass ein Teil der Strömung laminar verläuft. Auf diese Weise wird ein kontinuierlicher Zu- und Abfluss von Fluid ermöglicht.
In einer Ausgestaltung weist der Filterkopf ferner zwei Filterkopfteile auf, wobei die Filterkopfteile jeweils von der ersten Filterkopföffnung bis zu der zweiten Filterkopföffnung reichen, und die Filterkopfteile entlang der ersten Achse zwischen der ersten Filterkopföffnung und der zweiten Filterkopföffnung fluidundurchlässig voneinander getrennt sind. Die fluidundurchlässige Trennung kann unter anderem mittels separater Trennelemente, aber auch durch entsprechende Ausbauchungen, Vorsprünge oder Wände des Filterkopfes ausgebildet sein.
Demnach wird es ermöglicht, die oben beschriebenen, auf fluidundurchlässige Filterkopfteile bezogenen Ausgestaltungen des Verfahrens zur Reinigung eines Filtermoduls mittels eines Filtermoduls durchzuführen. Die entsprechend beschriebenen Definitionen und technischen Effekte treffen hier ebenfalls zu.
In einer Ausgestaltung weist das Filtermodul ferner einen Filtratbereich auf, wobei der Filtratbereich an dem sich entlang der dritten Achse befindenden zweiten Ende des Filterkopfes mit dem Filterkopf verbunden ist. Der Filtratbereich kann ein Filterelement beziehungsweise mehrere Filterelemente aufweisen. Diese sind bevorzugt Membranfilter und besonders bevorzugt Hohlfasermembranfilter.
Demnach wird es ermöglicht, neben der Verwendung des Filtermoduls im Rahmen von Filterreinigungsverfahren, dieses auch für die Filtration von Fluiden zu verwenden.
In einer Ausgestaltung weist das Filtermodul ferner einen zum ersten Filterkopf äquivalenten zweiten Filterkopf auf, wobei der Filtratbereich an dem sich entlang der dritten Achse befindenden zweiten Ende des zweiten Filterkopfes mit dem zweiten Filterkopf verbunden ist. Ein zu einem ersten Filterkopf äquivalenter zweiter Filterkopf ist dem ersten Filterkopf bevorzugt ähnlich und besonders bevorzugt identisch. Das sich entlang der dritten Achse befindende zweite Ende des zweiten Filterkopfes, entspricht dem die Öffnung aufweisenden Ende.
Demnach wird es ermöglicht, über mehrere Filterköpfe desselben Filtermoduls Fluid in denselben Filtratbereich zu leiten.
In einer Ausgestaltung ist entlang der dritten Achse das geschlossene Ende des Filterkopfes kuppelförmig ausgebildet.
Als kuppelförmig gilt das geschlossene Ende des Filterkopfes auch dann, wenn nur Teile dessen als Kuppel beziehungsweise als Teil einer Kuppel ausgebildet sind. Als kuppelförmig gelten alle gewölbten Formen mit einem einzelnen Scheitelpunkt. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Filtermodulanordnung bestehend aus zumindest zwei Filtermodulen. Die Filtermodulanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Filtermodule derart hintereinander angeordnet und miteinander verbunden sind, dass Fluid zuerst in einen Filterkopf eines ersten Filtermoduls und anschließend in einen Filterkopf eines zweiten bis n-ten Filtermoduls leitbar ist.
Demnach wird es ermöglicht, mehrere Filtermodule hintereinander anzuordnen.
Kurze Beschreibung der Figuren:
Figur 1a zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Filtermodulanordnung zur Reinigung eines Filtermoduls als Schnittansicht in einer durch eine erste Achse und eine zweite Achse aufgespannten Ebene.
Figur 1b zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Reinigung eines Filtermoduls als Schnittansicht in einer durch eine erste Achse und eine dritte Achse aufgespannten Ebene.
Figur 2a zeigt eine schematische Darstellung eines Filterkopfes eines erfindungsgemäßen Filtermoduls mit Strömungslinien als Schnittansicht in einer durch eine erste Achse und eine zweite Achse aufgespannten Ebene.
Figur 2b zeigt den in Figur 2a dargestellten Filterkopf mit zwei Filterkopfteilen und mit Strömungslinien.
Figur 2c zeigt den in Figur 2a dargestellten Filterkopf mit zwei Filterkopfteilen und mit Filterkopfquerschnitten.
Figur 3a zeigt eine schematische Darstellung eines Filterkopfes eines erfindungsgemäßen Filtermoduls mit Strömungslinien als Schnittansicht in einer durch eine erste Achse und eine dritte Achse aufgespannten Ebene.
Figur 3b zeigt den in Figur 3a dargestellten Filterkopf mit Filterkopfquerschnitten.
Figur 4a zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Filtermoduls in einer durch eine erste Achse und eine dritte Achse aufgespannten Ebene. Figur 4b zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Filtermodulanordnung in einer durch eine erste Achse und eine dritte Achse aufgespannten Ebene.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Filterkopfes eines erfindungsgemäßen Filtermoduls als Schnittansicht in einer durch eine zweite Achse und eine dritte Achse aufgespannten Ebene.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen:
Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich veranschaulichend. Der Klarheit halber sind in den Figuren zur Bezeichnung ähnlicher Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet. Es ist festzustellen, dass einige Schritte innerhalb eines Verfahrens in anderer Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern.
In Figur 1 a ist eine erfindungsgemäße Filtermodulanordnung 300 als Schnittansicht in einer durch die erste Achse 410 und die zweite Achse 420 aufgespannten Ebene schematisch dargestellt. Es sind zwei in Bezug auf die erste Achse 410 hintereinander angeordnete Filterköpfe 210 dargestellt, die jeweils zu separaten Filtermodulen 200 gehören. Mittels der durch die Filterköpfe 210 verlaufenden Pfeile wird die Fluidströmung dargestellt. Entlang der ersten Achse 410 verläuft die Hauptströmung 130, die durch horizontale Pfeile dargestellt ist. Entlang der zweiten Achse 420, abseits der Hauptströmung 130 und in den Bereichen des Filterkopfes 210, die durch die entlang der zweiten Achse 420 stattfindende Vergrößerung und anschließende Verkleinerung des Filterkopfquerschnittes 211 , was in Figur 2c dargestellt ist, entstehen beziehungsweise wieder verschwinden, sind jeweils eine Wirbelströmung 140 mittels eines elliptischen, geschlossenen Pfeils dargestellt. Die Wirbelströmungen 140 rotieren jeweils um eine zu der - beispielsweise in Figur 1 b dargestellten - dritten Achse 430 parallelen Rotationsachse.
In Figur 1 b ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Reinigung eines Filtermoduls 100 als Schnittansicht in einer durch die erste Achse 410 und die dritte Achse 430 aufgespannten Ebene schematisch dargestellt. Es sind drei Filtermodule 200 dargestellt, die jeweils zwei Filterköpfe 210 und einen Filtratbereich 220 aufweisen, wobei jeweils beide Filterköpfe 210 mit dem Filtratbereich 220 verbunden sind. Das Fluid 110 wird zuerst geteilt. Anschließend wird ein Teil des Fluids 110 in den ersten Filterkopf 210 des ersten Filtermoduls 200 geleitet und ein anderer Teil des Fluids 110 in den zweiten Filterkopf 210 des ersten Filtermoduls 200 geleitet. Ein jeweils weiterer Teil des Fluids 110 wird jeweils von dem ersten Filterkopf 210 und dem zweiten Filterkopf 210 des ersten Filtermoduls 200 jeweils zu dem ersten Filterkopf 210 und dem zweiten Filterkopf 210 des zweiten Filtermoduls 200 geleitet und danach jeweils zu dem ersten Filterkopf 210 und dem zweiten Filterkopf 210 des dritten Filtermoduls 200 geleitet. Aus den Filterköpfen 210 des ersten Filtermoduls 200, zweiten Filtermoduls 200 und dritten Filtermoduls 200 wird jeweils ein anderer weiterer Teil des Fluids 110 in den Filtratbereich 220 geleitet. Anschließend werden die anderen weiteren Teile des Fluids 110 jeweils in den Filtratbereichen 220 zusammengeleitet und aus den Filtratbereichen 220 herausgeleitet. Die aus den Filtratbereichen 220 herausgeleiteten anderen weiteren Teile des Fluids 110 werden als Filtrat 120 außerhalb der Filtermodule 200 zusammengeleitet und anschließend als Rückführung 150 wieder dem Verfahrensbeginn zugeführt. Die ersten Filterköpfe 210 können die entlang der dritten Achse 430 oben liegenden Filterköpfe 210 sein. Dementsprechend wären die entlang der dritten Achse 430 unten liegenden Filterköpfe 210 die zweiten Filterköpfe 210. Es ist aber auch der entgegengesetzte Fall möglich.
In Figur 2a ist ein Filterkopf 210 der in Figur 1a dargestellten Filtermodulanordnung 300 als Schnittansicht in einer durch die erste Achse 410 und die zweite Achse 420 aufgespannten Ebene schematisch dargestellt. Es sind ebenfalls Strömungslinien dargestellt, die entlang der ersten Achse 410 zuerst über eine erste Filterkopföffnung 212 in den Filterkopf 210 eintreten und dann im Wesentlichen über eine zweite Filterkopföffnung 212 aus dem Filterkopf 210 austreten. Die bereits in Figur 1a dargestellten Wirbelströmungen 140 sind in Figur 2a ebenfalls dargestellt.
In Figur 2b ist der in Figur 2a dargestellte Filterkopf 210 dargestellt. Zusätzlich sind zwei Filterkopfteile 214 dargestellt, die fluidundurchlässig voneinander getrennt sind. Die bereits in Figur 2a dargestellten Wirbelströmungen 140 bleiben von der Trennung des Filterkopfes 210 im Wesentlichen unbeeinflusst, wohingegen die Hauptströmung 130 durch die Verkleinerung des Strömungsbereiches abgeschwächt wird, was durch eine entsprechend verringerte Anzahl an Strömungspfeilen dargestellt wird.
In Figur 2c ist der in der Figur 2a dargestellte Filterkopf 210 dargestellt. Entlang der ersten Achse 410 sind aufeinanderfolgend fünf Filterkopfquerschnitte 211 dargestellt, die in der durch die erste Achse 410 und die zweite Achse 420 aufgespannten Ebene zur zweiten Achse 420 parallele, innere Abmaße darstellen. Entlang der ersten Achse 410 verkleinert sich der Filterkopfquerschnitt 211 zuerst um sich anschließend zu vergrößern. Dabei wird ein größerer dritter Filterkopfquerschnitt 211 erreicht, als am entlang der ersten Achse 410 ersten Ende des Filterkopfes 210. Anschließend verkleinert sich der Filterkopfquerschnitt 211 wieder und vergrößert sich letztlich wieder. Der erste und letzte Filterkopfquerschnitt 211 sowie der zweite und vierte Filterkopfquerschnitt 211 sind jeweils gleich groß.
In Figur 3a ist ein Filterkopf 210 als Schnittansicht in einer durch die erste Achse 410 und die dritte Achse 430 aufgespannten Ebene schematisch dargestellt. Entlang der ersten Achse 410 wird der Filterkopf 210 entlang der dritten Achse 430 zuerst verkleinert und anschließend wieder vergrößert, was in Figur 3b mit drei entsprechenden Filterkopfquerschnitten 211 dargestellt ist. Die Verkleinerung und die Vergrößerung finden jeweils im hinsichtlich der dritten Achse 430 oben liegenden Bereich des Filterkopfes 210 statt und verlaufen jeweils im Wesentlichen elliptisch. Die Strömungslinien beginnen an der entlang der ersten Achse 410 ersten Filterkopföffnung 212 und reichen bis zu der entlang der ersten Achse 410 zweiten Filterkopföffnung 212. Im hinsichtlich der dritten Achse 430 oberen Bereich des Filterkopfes 210 folgen die Strömungslinien der Außenkante des Filterkopfes 210, sind also entsprechend in Bezug auf die dritte Achse 430 nach unten hin ausgebaucht. Diese Auslenkung der Strömungslinien von einer Geraden wird hinsichtlich der dritten Achse 430 nach unten hin abgeschwächt.
In Figur 4a ist ein erfindungsgemäßes Filtermodul 200 in einer durch die erste Achse 410 und die dritte Achse 430 aufgespannten Ebene schematisch dargestellt. Das Filtermodul 200 weist zwei Filterköpfe 210 auf, die jeweils mit einem Filtratbereich 220 verbunden sind.
In Figur 4b ist eine erfindungsgemäße Filtermodulanordnung 300 in einer durch die erste Achse 410 und die dritte Achse 430 aufgespannten Ebene schematisch dargestellt. Diese besteht aus drei - wie in Figur 4a dargestellten und entlang der ersten Achse 410 hintereinander angeordneten - Filtermodulen 200. Die Kopfbereiche 210 des ersten Filtermoduls 200 sind jeweils mit den Kopfbereichen 210 des zweiten Filtermoduls 200 verbunden. Darüber hinaus sind die Kopfbereiche 210 des zweiten Filtermoduls 200 auch jeweils mit den Kopfbereichen 210 des dritten Filtermoduls 200 verbunden. Mit der in Figur 4b dargestellten Filtermodulanordnung 300 kann das in Figur 1 b dargestellte Verfahren zur Reinigung eines Filtermoduls 100 durchgeführt werden.
In Figur 5 ist ein Filterkopf 210 eines erfindungsgemäßen Filtermoduls 200 als Schnittansicht in einer durch die zweite Achse 420 und die dritte Achse 430 aufgespannten Ebene schematisch dargestellt. Der Filterkopf 210 weist an dem sich entlang der dritten Achse 430 unten befindenden Ende eine Öffnung 216 auf. Die Öffnung 216 reicht vollständig über das durch die zweite Achse 420 aufgespannte und hinsichtlich der dritten Achse 430 untere Ende des Filterkopfes 210. Es ist weiterhin eine kreisrunde und hinsichtlich der zweiten Achse 420 mittig angeordnete Filterkopföffnung 212 dargestellt.
Gleichwohl zumindest eine bevorzugte Ausführungsform in der vorangegangenen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen dargestellt wurde, existiert eine große Anzahl an Variationen. Die bevorzugten Ausführungsformen sind nur Beispiele und dienen nicht dazu, den Schutzbereich, die Anwendbarkeit oder die genaue Ausgestaltung zu beschränken. Vielmehr stellen die Darstellung der Erfindung sowie die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen für den Fachmann eine nützliche Anleitung zur Implementierung mindestens einer Ausführungsform bereit. Dabei können verschiedene Änderungen in der Form und Funktion der beschriebenen Merkmale vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich der Ansprüche und deren Äquivalente zu verlassen.
Bezuqszeichenliste:
100 Verfahren zur Reinigung eines Filtermoduls
110 Fluid
120 Filtrat
130 Hauptströmung
140 Wirbelströmung
150 Rückführung
200 Filtermodul
210 Filterkopf
211 Filterkopfquerschnitt
212 Filterkopföffnung
214 Filterkopfteil
216 Öffnung 220 Filtratbereich
300 Filtermodulanordnung
410 Erste Achse
420 Zweite Achse 430 Dritte Achse

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Reinigung eines Filtermoduls (100) mittels eines Filtermoduls (200) aufweisend die folgenden Schritte:
(i) Bereitstellen eines Filtermoduls (200) aufweisend einen Filterkopf (210) mit zwei Filterkopföffnungen (212);
(ii) Leiten von Fluid (110) über eine erste Filterkopföffnung (212) in den Filterkopf (210); und
(iii) Leiten eines Teils des Fluids (110) über eine zweite Filterkopföffnung (212) aus dem Filterkopf (210) heraus dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt (ii) im Filterkopf (210) das Fluid (110) teilweise verwirbelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermodul (200) ferner einen Filtratbereich (220) aufweist, und vor Schritt (iii) ein anderer Teil des Fluids (110) vom Filterkopf (210) in den Filtratbereich (220) geleitet wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt (ii) und vor der Verwirbelung des Fluids (110) im Filterkopf (210) das Fluid (110) entlang eines die Filterkopföffnungen (212) verbindenden Weges beschleunigt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkopf (210) ferner zwei fluidundurchlässig voneinander getrennte Filterkopfteile (214) aufweist, und während Schritt (ii) Fluid (110) sowohl in ein erstes Filterkopfteil (214) als auch in ein zweites Filterkopfteil (214) geleitet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermodul (200) ferner einen zweiten Filterkopf (210) mit zwei Filterkopföffnungen (212) aufweist, während Schritt (ii) Fluid (110) über eine erste Filterkopföffnung (212) des zweiten Filterkopfes (210) in den zweiten Filterkopf (210) geleitet wird, nach Schritt (ii) das Fluid (110) in dem zweiten Filterkopf (210) teilweise verwirbelt wird, und während Schritt (iii) ein Teil des Fluids (110) über eine zweite Filterkopföffnung (212) des zweiten Filterkopfes (210) aus dem zweiten Filterkopf (210) herausgeleitet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der während Schritt (iii) aus einem Filterkopf (210) herausgeleitete Teil des Fluids (110) nach Schritt (iii) wieder Schritt (ii) zugeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass während Schritt (i) ein zweites Filtermodul (200) aufweisend einen Filterkopf (210) mit zwei Filterkopföffnungen (212) bereitgestellt wird, nach Schritt (iii) das aus einem Filterkopf (210) des ersten Filtermoduls (200) herausgeleitete Fluid (110) über eine erste Filterkopföffnung (212) des Filterkopfes (210) des zweiten Filtermoduls (200) in den Filterkopf (210) des zweiten Filtermoduls (200) geleitet wird, danach im Filterkopf (210) des zweiten Filtermoduls (200) das Fluid (110) teilweise verwirbelt wird, und anschließend ein Teil des Fluids (110) über eine zweite Filterkopföffnung (212) des Filterkopfes (210) des zweiten Filtermoduls (200) aus dem Filterkopf (210) des zweiten Filtermoduls (200) herausgeleitet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7 in Kombination mit Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (110) nachdem es aus dem Filterkopf (210) des zweiten Filtermoduls (200) herausgeleitet wurde, wieder Schritt (ii) zugeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 5 oder nach einem der Ansprüche 6-8 in Kombination mit Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Filtermodul (200) ferner einen zweiten Filterkopf (210) mit zwei Filterkopföffnungen (212) aufweist, nach Schritt (iii) das aus einem Filterkopf (210) des ersten Filtermoduls (200) herausgeleitete Fluid (110) über eine erste Filterkopföffnung (212) des zweiten 19
Filterkopfes (210) des zweiten Filtermoduls (200) in den zweiten Filterkopf (210) des zweiten Filtermoduls (200) geleitet wird, danach in dem zweiten Filterkopf (210) des zweiten Filtermoduls (200) das Fluid (110) teilweise verwirbelt wird, dann ein Teil des Fluids (110) über eine zweite Filterkopföffnung (212) des zweiten Filterkopfes (210) des zweiten Filtermoduls (200) aus dem zweiten Filterkopf (210) des zweiten Filtermoduls (200) herausgeleitet wird, und anschließend das Fluid (110) nachdem es aus dem zweiten Filterkopf (210) des zweiten Filtermoduls (200) herausgeleitet wurde, wieder Schritt (ii) zugeführt wird.
10. Filtermodul (200) aufweisend einen Filterkopf (210) mit zwei Filterkopföffnungen (212) dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Filterkopföffnung (212) und eine zweite Filterkopföffnung (212) entlang einer ersten Achse (410) hintereinander angeordnet sind, wobei die erste Achse (410) durch den Mittelpunkt der ersten Filterkopföffnung (212) und durch den Mittelpunkt der zweiten Filterkopföffnung (212) verläuft, sich ein senkrecht zu der ersten Achse (410) befindender, innerer Filterkopfquerschnitt (211) entlang der ersten Achse (410) beginnend von der ersten Filterkopföffnung (212) zuerst entlang einer zweiten Achse (420) vergrößert und dann bis zu der zweiten Filterkopföffnung (212) entlang der zweiten Achse (420) verkleinert, wobei die zweite Achse (420) senkrecht zu der ersten Achse (410) ausgerichtet ist, der Filterkopf (210) an seinen sich entlang der zweiten Achse (420) befindenden Enden und an einem ersten seiner sich entlang einer dritten Achse (430) befindenden zwei Enden geschlossen ist, wobei die dritte Achse (430) gleichzeitig senkrecht zu der ersten Achse (410) und senkrecht zu der zweiten Achse (420) ausgerichtet ist, und der Filterkopf (210) an einem zweiten seiner sich entlang der dritten Achse (430) befindenden Enden eine Öffnung (216) aufweist.
11. Filtermodul (200) nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass in der durch die erste Achse (410) und die zweite Achse (420) aufgespannten Ebene die Innenkante des Filterkopfes (210) teilweise elliptisch verläuft. 20 Filtermodul (200) nach einem der Ansprüche 10 oder 11 dadurch gekennzeichnet, dass sich der Filterkopfquerschnitt (211 ) entlang der ersten Achse (410) vor seiner entlang der zweiten Achse (420) stattfindenden Vergrößerung zuerst entlang der zweiten Achse (420) verkleinert. Filtermodul (200) nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkante des Filterkopfes (210) in der durch die erste Achse (410) und die zweite Achse (420) aufgespannten Ebene im Bereich der Verkleinerung, die vor der entlang der zweiten Achse (420) stattfindenden Vergrößerung stattfindet, teilweise elliptisch verläuft. Filtermodul (200) nach einem der Ansprüche 10-13 dadurch gekennzeichnet, dass sich der Filterkopfquerschnitt (211 ) entlang der ersten Achse (410) beginnend von der ersten Filterkopföffnung (212) zuerst entlang der dritten Achse (430) verkleinert und dann bis zu der zweiten Filterkopföffnung (212) entlang der dritten Achse (430) vergrößert. Filtermodul (200) nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkante des Filterkopfes (210) im Bereich der entlang der dritten Achse (430) stattfindenden Verkleinerung teilweise elliptisch verläuft. Filtermodul (200) nach einem der Ansprüche 10-15 dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkopf (210) ferner zwei Filterkopfteile (214) aufweist, wobei die Filterkopfteile (214) jeweils von der ersten Filterkopföffnung (212) bis zu der zweiten Filterkopföffnung (212) reichen, und die Filterkopfteile (214) entlang der ersten Achse (410) zwischen der ersten Filterkopföffnung (212) und der zweiten Filterkopföffnung (212) fluidundurchlässig voneinander getrennt sind. Filtermodul (200) nach einem der Ansprüche 10-16 dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermodul (200) ferner einen Filtratbereich (220) aufweist, wobei der Filtratbereich (220) an dem sich entlang der dritten Achse (430) befindenden zweiten Ende des Filterkopfes (210) mit dem Filterkopf (210) verbunden ist. 21 Filtermodul (200) nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermodul (200) ferner einen zum ersten Filterkopf (210) äquivalenten zweiten Filterkopf (210) aufweist, wobei der Filtratbereich (220) an dem sich entlang der dritten Achse (430) befindenden zweiten Ende des zweiten Filterkopfes (210) mit dem zweiten Filterkopf (210) verbunden ist. Filtermodul (200) nach einem der Ansprüche 10-18 dadurch gekennzeichnet, dass entlang der dritten Achse (430) das geschlossene Ende des Filterkopfes (210) kuppelförmig ausgebildet ist. Filtermodulanordnung (300) bestehend aus zumindest zwei Filtermodulen (200) nach einem der Ansprüche 10-19 dadurch gekennzeichnet, dass die
Filtermodule (200) derart hintereinander angeordnet und miteinander verbunden sind, dass Fluid (110) zuerst in einen Filterkopf (210) eines ersten Filtermoduls (200) und anschließend in einen Filterkopf (210) eines zweiten bis n-ten Filtermoduls (200) leitbar ist.
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