FI67490B - Filtreringsenhet - Google Patents

Description

67490

SUODATINYKSIKKÖ - FILTRERINGSENHET

Tämän keksinnön kohteena on suodatinyksikkö, joka käsittää suodatinkaIvo n, kalvoa vasten sijoitetun tukipinnan, kanavan, jota myöten suodatettava neste on syötettävissä kalvon toiselle puolelle, sekä kanavan, jota myöten suodatettu neste on poistettavissa kalvon vastakkaiselta puolelta, ja jossa tukipinnassa on kalvoa tukevia harjanteita sekä niiden välisiä uria, joiden kautta neste pääsee suodatuksen yhteydessä siirtymään kalvon suuntaisesti.

Laboratoriomittakaavassa suoritettava manuaalinen suodatus tapahtuu yleensä suodatinsuppiloi 1 la tms. astioilla, joissa käytettävät suodatinpaperit tai -kalvot ovat kertakäyttöisiä. Mainittujen astioiden ohella käytössä on suodatinyksiköitä, joissa suodatinka1vo on sijoitettu kahden vastakkaisen vaakasuoran tukielimen väliin ja joissa suodatettava neste on tuotavissa kalvon toiselle puolelle ja kalvon läpi suotautu-nut neste on poistettavissa kalvon vastakkaiselta puolelta. Mainitut tukielimet ovat useimmissa tapauksissa verkkoja tai ritilöitä, joiden tarkoituksena on antaa suodatinkalvolle mahdollisimman tasainen tuki ilman, että ne millään tavoin estäisivät nesteen suotautumista kalvon läpi.

Eräässä tunnetussa suodatinyksikössä on suodatinkalvo tuettu kalvoa vasten sijaitsevaan tukipintaan, johon on muodostettu spiraalimainen ura, joka alkaa pinnan keskeltä ja johtaa sen reunalle. Tässä suodatinyksikössä tukipinnan keskeltä suodatinkalvolle tuotu suodatettava neste levittäytyy spiraalimaista uraa myöten kalvon koko pinta-alalle samalla kun nestettä suotautuu kalvon läpi sen vastakkaiselle puolelle. Ratkaisun epäkohtana on kuitenkin se, että pitkän ja kapean spiraalimaisen uran virtausvastus on suuri, minkä johdosta koko suodatinyksikön suodatusteho on huono.

2 67490

Mainituissa tunnetuissa suodatinyksikäissä on yhteistä se, että niissä käytetään kertakäyttöisiä suodatinkaIvoja.

Kalvojen halpuuden vuoksi tätä ei ole pidetty kovin merkittävänä epäkohtana, mutta kuitenkin on todettava, että kalvon vaihtaminen kunkin suodatuskerran jälkeen muodostaa ylimääräisen, aikaa vievän työvaiheen. Lisäksi on viime aikoina syntynyt tarve aikaansaada laitteistoja, jotka suorittavat suodatuksen automaattisesti, ja tällaisissa suodatinkalvon automaattisen vaihdon toteuttaminen johtaisi aivan ilmeisesti kohtuuttoman monimutkaisiin konstruktioihin. Näin ollen on olemassa tarve muodostaa suodatinyksikkö, jossa suodatinkal-vo olisi suodatuskertojen välillä puhdistettavissa ja joka siten soveltuisi erityisesti automaattisesti toimivan suo-datuslaitteiston osaksi.

Teollisten, massamittakaavassa tapahtuvien suodatusprosessi-en yhteydessä tunnetaan suodatinkankaan ns. vastavirtapesun periaate, mikä tarkoittaa sitä, että suodatinkangas puhdistetaan suodatuksen jälkeen kankaan läpi vastakkaiseen suuntaan johdetun pesunesteen avu 1la.. Nykyiset laboratoriomittakaavassa tapahtuvaan suodatukseen tarkoitetut suodatinyksi-köt on kuitenkin konstruoitu niin, ettei tällainen vasta-virtapesu ole niissä mahdollista. Vaikka pesuneste joissakin tapauksissa voitaisiinkin johtaa vastavirtaan suodatinkalvon läpi, ei tällä kuitenkaan aikaansaataisi kalvon riittävää puhdistumista.

Tämän keksinnön tarkoituksen on muodostaa ratkaisu, joka poistaa edellä esitetyt tunnettujen suodatinyksikköjen epäkohdat ja joka lisäksi mahdollistaa sellaisen suodatinyksikön konstruoimisen, jossa suodatinkalvo on kunkin suodatuksen jälkeen puhdistettavissa suodatukseen nähden vastakkaiseen suuntaan johdetun pesunesteen avulla. Tunnusomaista keksinnönmukaisel-le suodatinyksikölle on se, että tukipinta, jota vasten kalvo sijaitsee, on varustettu rinnakkaisilla harjanteilla sekä niiden välisillä urilla, jotka lähtevät pinnan keskiosasta säteettöisesti eri suuntiin ja johtavat pinnan reunalle sillä tavoin kaarevina, että vierekkäisten harjanteiden keskinäinen etäisyys on olennaisesti vakio tukipinnan koko alueella.

3 67490

Keksinnön mukaisen suodatinyksikön tukipinnalle on ominaista se, että tukipinta tukee suodatinkalvoa yhdenmukaisesti tuki-pinnan koko harjanteilla ja urilla varustetulla alueella. Sillä, että harjanteet ja niiden väliset urat ovat suhteellisen lyhyitä ja niiden lukumäärä on suuri, on samalla aikaansaatu hyvä suodatusteho, mikä perustuu siihen, että suodatettava neste jakautuu samanaikaisesti kaikkiin rinnakkaisiin uriin, jotka levittävät sen tehokkaasti suodatinkalvon koko pi nta-ala 1 le.

Toteutettaessa suodatinyksikköä, jossa suodatinkalvo on mahdollista puhdistaa, tulee yksikköön kuulua kaksi tukipintaa, jotka sijaitsevat suodatinkalvon eri puolilla ja joista kumpikin on varustettu rinnakkaisilla, pinnan keskiosasta sen reunalle johtavilla kaarevilla harjanteilla sekä niiden välisillä urilla. Tällöin sekä suodatinkaIvo 11 e tuotu suodatettava neste että suodatinkalvon vastakkaiselle puolelle suodatuksen jälkeen tuotu pesuneste saadaan urien kautta leviämään tehokkaasti suodatinkalvon koko pinta-ala 1le. Nimenomaan pesunesteen tehokas levitys kalvolle on edellytyksenä sille, että nesteen aikaansaatava kalvon vastavirtapesu onnistuu.

Syöttö- ja poistokanavat on keksinnön mukaisessa suodatinyk-sikössä edullisimmin sijoitettu siten, että yhden kanavan pää sijaitsee tukipinnan keskellä suodatinkalvon toisella puolella ja toisen kanavan pää sijaitsee tukipinnan reunalla suodatinkalvon vastakkaisella puolella. Tällöin periaatteessa kumpi tahansa näistä kanavista voi toimia suodatettavan nesteen syöttökanavana toisen kanavan toimiessa vastaavasti suodatetun nesteen poistokanavana, joskin luontevin ratkaisu on se, että nesteen syöttö tapahtuu tukipinnan keskelle ja poisto tapahtuu tukipinnan reunalta. Mikäli suodatinyksikkö käsittää kaikkiaan neljä syöttö- ja poistokanavaa, jotka on sijoitettu siten, että suodatinkalvon kummallakin puolella yhden kanavan pää sijaitsee tukipinnan keskellä ja toisen kanavan pää tukipinnan reunalla, voidaan periaatetta, jonka mukaan neste siirtyy suodatinkalvon keskeltä kohti sen reunaa, soveltaa sekä suodatusvaiheessa että sitä seuraavassa kalvon puhdistuksessa.

4 67490

Keksinnön mukainen suodatinyksiKkö, jossa suodatinkaIvo on puhdistettavissa, soveltuu au tomaat t isesti toimiviin laitteistoihin, jotka suorittavat toistuvia suodatuksia, joiden tarkoituksena on nesteen puhdistaminen kiinteistä epäpuhtauksista. Kysymykseen tulevat erityisesti automaattiset analysaattorit, joita käytetään esim. fermentaatioprosessin seurantaan tai jäteveden puhdistuksen valvontaan. Ensinmainitussa tapauksessa suodatusten tarkoituksena on hiivojen ym. biomassan poistaminen fermenta atio1iuosnäytte istä ennen näytteiden kemiallisen koostumuksen analysointia, ja viimeksi mainitussa suodatuksella poistetaan jätevesi näytteistä bakteerit, sienet ja levät ennen fotometristä ravinteiden ja toksisten aineiden pitoisuuksien mittaamista.

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin esimerkin avulla viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa

Kuvio 1 esittää erästä keksinnönmukais ta suodatinyksikköä sivulta nähtynä ja osaksi leikattuna,

Kuvio 2 esittää suuremmassa mittakaavassa osaa kuvion 1 mukaiseen suodatinyksikköön kuuluvista tukipinnoista sekä niiden välissä sijaitsevasta suodatinkalvosta ja

Kuvio 3 esittää kuvion 1 mukaisen suodatinyksikön osaa tuki- pintoineen sekä tukipintaa vasten sijaitsevaa suodatin-kalvoa päältä nähtynä.

Kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukainen suodatinyksikkö, joka muodostuu kahdesta toisiaan vasten sijoitetusta runko-osasta 1, jotka on kiinnitetty kolmen kiinnitysruuvin 2 avulla toinen toisiinsa. Kiinnitysruuveja 2 varten muodostettujen aukkojen 3 sijaintia lukuunottamatta osat 1 ovat keskenään identtiset. Mainittujen aukkojen 3 sijainti on nähtävissä kuviossa 3.

Suodatettavan nesteen syöttämiseksi suodatinyksikköön ja suodatetun nesteen poistamiseksi siitä, samoin kuin pesunesteen johtamiseksi vastaavalla tavalla yksikön läpi on kumpikin yksikön runko-osista 1 varustettu nesteen syöttö- ja poistokanavilla. Kum- 5 67490 massakin osassa 1 on kaksi kanavaa, joista toisen (viitenumero 4 kuviossa 1) pää sijaitsee osan keskellä ja toisen (viitenumero 5 kuviossa 1) pää sijaitsee lähellä osan reunaa. Kanavan 4 pää on muodostettu kapeaksi, pystysuunnassa katsottuna pyöreää kiinteää osaa 6 ympäröiväksi rengasmaiseksi raoksi 7, jonka kautta kanava 4 on yhteydessä runko-osien 1 väliseen tilaan Θ, jossa suodatus tapahtuu. Kanava 5 puolestaan päättyy kapeaan, kanavien 4 ja 5 keskinäistä välimatkaa vastaavalla säteellä runko-osan 1 keskustan ympäri kiertävään uraan 9, jonka kautta kanava 5 ja runko-osien välinen tila 8 ovat yhteydessä toisiinsa ja joka useimmissa tapauksissa toimii suodatinyksiköstä poistettavan nesteen kokoo-jaurana. Yksikkö on nimittäin tarkoitettu käytettäväksi pääasiassa siten, että runko-osien 1 keskellä sijaitsevat kanavat 4 toimivat nesteen syöttökanavina ja runko-osien reunoilla sijaitsevat kanavat 5 nesteen poistokanavina, joskin kanavien käyttö toisinkin on täysin mahdollista, kuten jäljempänä lähemmin selostetaan.

Suodati nyksikön..runko-osien 1 väliin jäävä kapea tila. 8, joka toimii suodatustilana, rajoittuu runko-osien vastakkaisiin pintoihin sekä tilaa ympäröivääntiivisterenkaaseen 10. Tilaan 8 on sijotettu suodatinkalvo 11, joka voi olla esim. polyesteriä, poly-karbonaattia, nylonia tai teflonia, joilla suodatus on suoritettavissa steriilisti. Runko-osien 1 tilaan 8 rajoittuvat pinnat on kanavan 4 päässä olevan raon 7 ja kanavaan 5 liittyvän uran 9 välillä muodostettu suodatinkalvoa 11 tukeviksi tukipinnoiksi 12, joiden rakenne on nähtävissä kuvioista 2 ja 3. Tukipinnat 12 käsittävät kuvion 3 mukaisesti rinnakkaisia harjanteita 13 sekä niiden välisiä uria 14, jotka lähtevät pinnan keskiosasta raon 7 kohdalta säteettäisesti eri suuntiin ja johtavat pinnan reunalle päättyen uraan 9. Harjanteet 13 sekä niiden väliset urat 14 on muodostettu sillä tavoin kaareviksi, että vierekkäisten harjanteiden etäisyys on vakio tukipintojen 12 koko alueella. Tämä merkitsee sitä, että tukipintojen harjanteet 13 tukevat suodatinkalvoa 11 tasaisesti sen koko tukipintoja vasten olevalla pinta-alalla. Sillä, että tukipinnat 12 ovat pyöreitä, on edelleen aikaansaatu se, että pinnoissa olevat harjanteet 13 ja urat 14 ovat kaikki keskenään yhtä pitkiä ja neste saadaan siten levittäytymään urien kautta tasaisesti suodatinkalvolle 11. Kuviosta 2 on vielä nähtä- 67490 vissä se, että tukipintojen 12 välinen etäisyys on jonkin verran suurempi kuin suodatinkalvon 11 paksuus. Tällöin kalvo 11 nojaa suodatuksen aikana siihen tukipintaan, joka sijaitsee suotautu-missuunnassa katsottuna kalvon takapuolella, ja kalvon etupuolella kalvon ja tukipinnan välille jää rako 15, joka mahdollistaa nesteen virtauksen paitsi pitkin uria 14 myös jossain määrin harjanteiden 13 ohi urasta toiseen.

Käytettäessä edellä mainittuja, steriilin suodatuksen mahdollistavia suodatinkalvomateriaaleja voi tukipinnassa 12 olevien vierekkäisten harjanteiden 13 keskinäinen etäisyys olla korkeintaan 2,0 mm, ja mieluimmin ko. etäisyys on välillä 0,5-1,0 mm. Tukipinnan 12 halkaisija on tällöin sopivimmin suuruusluokkaa 4-5 cm, jolloin pinnan harjanteet ja urat eivät muodostu liian pitkiksi ja suodatinyksikkö sopii kokonsa puolesta analyyttisessä mittakaavassa tapahtuvaan suodatukseen.

Kuvion 1 mukaista suodatinyksikköä voidaan käyttää esim. siten, että suodatettava neste tuodaan yksikön ylempään runko-osaan 1 kuuluvaa kanavaa 4 myöten runko-osien väliseen :suodatustilaan Θ, jossa se levittäytyy suodatinkalvon 11 sille alueelle, joka sijaitsee tukipintoja 12 vasten. Nesteen sisältämä kiintoaines pidättyy suodatinkalvoon 11 samalla kun neste suotautuu kalvon läpi joutuen alemman runko-osan tukipinnassa oleviin uriin. Nämä urat siirtävät nesteen alemman runko-osan kokoojauraan 9, josta neste poistuu mainitun osan kanavaan 5. Edellytyksenä suodatuksen tapahtumiselle kuvatulla tavalla on se, että mainittujen kanavien 4 ja 5 välillä vallitsee paine-ero ja muut yksikköön kuuluvat kanavat on suljettu. Suodatinyksikön puhdistaminen seuraavaa suoda-tuskertaa varten voi tämän jälkeen tapahtua sulkemalla mainitut suodatuksessa käytetyt kanavat sekä avaamalla yksikön tähän asti suljettuina olleet kanavat ja johtamalla niiden kautta yksikön läpi pesunestettä. Pesuneste johdetaan siten yksikköön alemman runko-osan kanavasta 4 ja poistetaan suodatinkalvon 11 läpi kulkeneena ylemmän runko-osan kanavaan 5. Jotta suodatinkalvossa oleva sakka saataisiin varmasti irtoamaan, on puhdistusvaiheessa aiheellista käyttää suhteellisen korkeaa, suodatuksessa käytettyyn paineeseen verrattuna ainakin 10-kertaista painetta (esim. 1-2atm-J*

Lisäksi on mahdollista tehostaa puhdistusta paineilmalla, jonka voidaan antaa virrata ainoastaan suodatinkalvon ohi, esim. ylem män runko-osan kanavasta 4 saman osan kanavaan 5.

7 67490 Tässä yhteydessä on huomattava, että yllä esitetty muodostaa ainoastaan erään esimerkin keksinnön mukaisen suodatinyksikön käytöstä. Niinpä on täysin mahdollista, että nesteen syöttökana-vina käytetään sekä suodatus- että puhdistusvaiheessa tukipintojen reunoilla sijaitsevia kanavia 5 ja poistokanavina tukipintojen keskellä sijaitsevia kanavia 4. Mahdollista on sekin, että esim. suodatusvaiheessa käytetään pelkästään tukipintojen keskellä sijaitsevia kanavia 4 tai pelkästään tukipintojen reunoilla sijaitsevia kanavia 5. Suodatinyksikköön kuuluvat kanavat antavat ylipäätään varsin runsaasti erilaisia mahdollisuuksia suodatus- ja puhdistusvaiheiden toteuttamiselle.

Kuten edellä olevasta on käynyt selville, on keksinnössä keskeisenä seikkana samansuodatinkalvon jatkuva käyttö toistuvissa suodatuksissa. Kuitenkin käytettävät kalvomateriaalit ovat sellaisia, ettei niiden kestävyys ole rajaton, ja käytännössä kalvo joudutaan kulumisen johdosta vaihtamaan muutaman sadan suodatuskerran välein. Kalvon vaihto tapahtuu yksinkertaisesti irroittamalla suodatinyk-sikön kiinnitysruuvit 2, jolloin runko-osien välinen suodatustila 8 avautuu.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön erilaiset sovellutukset eivät rajoitu edellä esitettyihin esimerkkeihin vaan voivat vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (9)

67490

1. Suodatinyksikkö, joka käsittää suodatinkalvon (11], kalvoa vasten sijoitetun tukipinnan (12), kanavan (4,5), jota myöten suodatettava neste on syötettävissä kalvon toiselle puolelle, sekä kanavan (4,5), jota myöten suodatettu neste on poistettavissa kalvon vastakkaiselta puolelta, ja jossa tukipinnassa on kalvoa tukevia harjanteita (13) sekä niiden välisiä uria (14), joiden kautta neste pääsee suodatuksen yhteydessä siirtymään kalvon suuntaisesti, tunnettu siitä, että tuki-pinta (12) on varustettu rinnakkaisilla harjanteilla (13) sekä niiden välisillä urilla (14), jotka lähtevät pinnan keskiosasta säteettäisesti eri suuntiin ja johtavat pinnan reunalle sillä tavoin kaarevina, että vierekkäisten harjanteiden keskinäinen etäisyys on olennaisesti vakio tukipinnan koko alueella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suodatinyksikkö, tunnet-t u siitä, että tukipinta (12) ja sitä vasten sijaitseva suo-datinkalvo (11) ovat pyöreitä ja että tukipinnassa olevat harjanteet (13) ja urat (14) lähtevät pinnan keskeltä siten, että ne ovat kaikki keskenään yhtä pitkiä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen suodatinyksikkö, tunnettu siitä, että suodatinyksikköön kuuluu kaksi tu-kipintaa (12), jotka sijaitsevat suodatinkalvon (11) eri puolilla ja joista kumpikin on varustettu rinnakkaisilla, pinnan keksiosasta sen reunalle johtavilla kaarevilla harjanteilla (13) sekä niiden välisillä urilla (14).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen suodatinyksikkö, tunnet-t u siitä, että tukipintojen (12) välinen etäisyys on suurempi kuin suodatinkalvon (11) paksuus, jolloin kalvo nojaa suodatuksen aikana siihen tukipintaan, joka sijaitsee suotautumissuun-nassa katsottuna kalvon takapuolella. 67490

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen suodatinyksikkö, tunnettu siitä, että syöttö- ja poistokanavat on sijoitettu siten, että yhden kanavan (4) pää sijaitsee tukipinnan (12) keskellä suodatinkalvon (11) toisella puolella ja toisen kanavan (5) pää sijaitsee tukipinnan reunalla suodatinkalvon vastakkaisella puolella, jolloin kumpi tahansa näistä kanavista voi toimia suodatettavan nesteen syöttökanavana toisen kanavan toimiessa suodatetun nesteen poistokanavana.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen suodatinyksikkö, tunnet-t u siitä, että suodatinyksikkö käsittää kaikkiaan neljä syöttö- ja poistokanavaa (4,5), jotka on sijoitettu siten, että suodatinkalvon (11) kummallakin puolella yhden kanavan (4) pää sijaitsee tukipinnan (12) keskellä ja toisen kanavan (5) pää tukipinnan reunalla, että tukipinnoissa olevat harjanteet (13) ja urat (14) alkavat tukipintojen keskellä olevien kanavien päiden kohdilta ja että harjanteet ja urat päättyvät tukipintojen reunoilla pintojen ympäri kiertäviin nestettä kokoaviin tai levittäviin kokoojauriin (9), joihin tukipintojen reunoilla olevat kanavien päät on liitetty.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen suodatinyksikkö, tunnettu siitä, että suodatinyksikkö on muodostettu suljetuksi kokonaisuudeksi, jossa suodatinkalvo (11) on kunkin suodatuksen jälkeen puhdistettavissa suodatukseen nähden vastakkaiseen suuntaan johdetun pesunesteen avulla.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen suodatinyksikkö, tunnettu siitä, että tukipinnassa (12) olevien vierekkäisten harjanteiden (13) keskinäinen etäisyys on korkeintaan 2,0 mm, sopivimmin 0,5-1,0 mm, ja että suodatinkalvo (11) on polyesteriä, polykarbonaattia, nylonia tai teflonia, jolla suodatus on suoritettavissa steriilisti.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen suodatinyksikkö, tunnettu siitä, että suodatinyksikkö on tarkoitettu analyyttisessä mittakaavassa tapahtuvaan suodatukseen. 1 ' ! PATENTKRAV 674 90