WO2004007374A1 - Filtervorrichtung und innenbehälter für eine filtervorrichtung - Google Patents

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WO2004007374A1
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blending
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Bernd Heitele
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Brita Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a filter device for the purification and / or at least partial decarbonization of raw water, with a raw water inlet and a pure water outlet, with a filter section A having a flow channel section and a first filtration section and with a blending section B having a blending valve and a second filtration section a separating device is connected to the raw water inlet and, on the other hand, to the pure water outlet via a connecting device, the two filtration sections being arranged in an inner container.
  • the invention also relates to an inner container for such a filter device.
  • decarbonization filters such as those used for drinks and coffee machines
  • a blending device In particular decarbonization filters, such as those used for drinks and coffee machines, are generally operated with a blending device.
  • These are mostly large appliance water filters, which typically have an inner container with a volume of the order of 1.5 to 25 liters and e.g. are filled with an ion exchange resin or other materials that can remove water, especially carbonate and, if necessary, nitrates, chlorides and sulfates or other substances depending on the type of filter material used.
  • the carbonate hardness of the raw water is not always the same everywhere and everywhere, on the other hand the carbonate hardness is significant Influencing the taste, especially of coffee, it is necessary to blend the filtered water with unfiltered raw water.
  • connection unit for large-scale water filters which has an inlet line leading into the filter and a filtered water outlet line leading out of the filter, a metering valve being provided in a bypass connecting the inlet line and the outlet line a specifically adjustable blending of filtered and unfiltered water in the drain line is permitted.
  • volume flow is always understood to mean the volume flow of a continuous flow.
  • Blending valves are also known which, when adjusted, influence both the filter section and the blending section. Blending valves of this type are mechanically very complex and therefore expensive.
  • a water filter device is known from DE 199 58 648.9, which has a separating device for dividing the raw water flowing in via the inlet into two partial flows. The two sub-streams are routed over partially different filter sections. The ratio of the partial flows can be adjusted via a valve.
  • This filter device should solve the problem that the water removed from the device is not completely decarbonized on the one hand, but on the other hand all other undesirable substances are completely removed from the water.
  • the one partial flow flows through the ion exchange resin commonly used and e.g. Activated carbon and the other partial flow e.g. only the activated carbon.
  • the problem of changing the proportion of waste in relation to the total quantity at low flow rates is not addressed.
  • a combined pressure filter consisting of an upflow and downflow filter is known, in which the filtrate is discharged uniformly from the entire cross-section of the fine-grain filter mass with as little pressure loss as possible without a special removal device.
  • the upward current filter is arranged within the downward current filter.
  • the liquid to be filtered is supplied both from above and from below, with both filtration streams combining in the downflow filter.
  • G is the limit value of the blending condition
  • ⁇ P A O ⁇ A the pressure drop across the filter section A
  • ⁇ p B the pressure drop across the blending section B depending on the volume flows V A , V B in [l / min] of Designate water in sections A and B.
  • the pressure loss function ⁇ p (V) is understood to be the function that describes the pressure drop between the branching points of the distributor and connection device. Throttles or the like possibly arranged in or in front of the distributor device are not taken into account here.
  • the pressure loss functions are additively composed of the corresponding functions of the components arranged in series in sections A and B.
  • the piping of section A is combined to form a flow channel section.
  • Filtration sections are the filters arranged therein determining the flow characteristics and thus the corresponding pressure loss function in this section.
  • the pressure loss function .DELTA.p B can be adjusted to the pressure loss function .DELTA.p A to such an extent that the adjusted proportion of waste remains essentially the same with different volume flows.
  • a proportion of waste X is initially specified, which preferably corresponds to the proportion of waste with which the filter device is usually operated. This proportion of waste is also referred to as the basic design.
  • the flow characteristic of the pressure loss function ⁇ p B (V B ) within this range between Vi and V 2 is influenced in particular by the size of the filter device and here in particular by the volume size of the inner container, so that the position of the second volume flow range within the limits Vi and V 2 can hike.
  • Filter device for volume flows in the second volume flow range has been shown that even with smaller volume flows, i.e. in the range from ⁇ to the beginning of the second volume flow range, the proportion of waste is almost unchanged when the total volume flow changes.
  • the limit value for G is preferably 0.10, in particular 0.05.
  • Preferred values for the width of the second volume flow range are at least 10 l / h, in particular at least 15 l / h.
  • the blending valve and the second filtration section are preferably designed such that the following applies in the second volume flow range: ⁇ p B ⁇ (V B ) ⁇ p B2 (V B ), where ⁇ p B ⁇ (V B ) is the pressure loss function of the blending valve and ⁇ p B2 (V B ) denote the pressure loss function of the second filtration section.
  • the flow characteristic of the second filtration section dominates the flow characteristic of the entire blending section B.
  • the flow areas Q A and Q B , each in m 2 , and the distances h A and h B , each in m, of the first and second filtration sections are preferably designed such that for the pressure loss factors D A and D B , each in kPah / m 2 , of the two filtration sections:
  • S A (h) and S B (h) are in kPah / m 3 the pressure loss coefficients of the filter materials.
  • the distances h A and h B are defined by the filter bed heights.
  • the distance is defined by the wall thickness of the cylinder.
  • the cylinder jacket forms the flow area.
  • the cross-sectional area Q A is preferably in the range from 5 cm 2 to 600 cm 2 and Q B in the range from 1 cm 2 to 300 cm 2 .
  • the pressure loss coefficients are determined by the grain sizes in the case of filter beds and by the pore size in the case of sintered bodies.
  • the grain sizes are preferably in the range from 0.1 to 2 mm, these details relating to the mean value of a normal distribution.
  • Activated carbon is preferably used for the filter bed.
  • the filter material of filter sections A and or B is preferably a filter block, in particular a sintered filter block, with pore sizes in the range from 0.1 to 100 ⁇ m. This information relates to average pore sizes of a normal distribution.
  • filter membranes can also be used.
  • the outlet of the second filtration section preferably opens into the first filtration section.
  • the junction can take place in the area of the second half of the first filtration section.
  • the inner container for such a filter device is characterized in that it has a first filter chamber in which a second filter chamber is arranged, each filter chamber being connected to a partial flow fed in from above and a common collecting chamber with pure water drainage below the filter chambers for collecting the filtered partial flows is arranged.
  • the first filter chamber forms the filtration section of filter section A and the second filter chamber forms the filtration section of the blending section.
  • the two filter chambers are assigned to the two partial flows and can, if necessary, be divided into chamber sections or subchambers. At least one of the two filter chambers is preferably divided into at least two chamber sections in which different filter materials are arranged.
  • Both filter chambers preferably extend to the collecting chamber, which is located above the bottom wall of the inner container, the first filter chamber enclosing the second filter chamber in a ring. This creates a rotationally symmetrical arrangement which allows the liquid of the filter section A and that of the blending section B to be removed centrally, preferably upwards.
  • annular drainage plate with filtrate openings is preferably arranged on the bottom wall of the inner container, which has radially extending collecting channels on the side facing the bottom wall and a cup-shaped insert that extends upward from the drainage plate.
  • Another embodiment essentially provides three nested components which consist of an inner cup, a filter cup and an outer cup. -16/13
  • the pure water drain from the collecting chamber can be arranged on the underside of the inner container.
  • a riser pipe inside the inner container which can preferably be a double-walled pipe through which a partial flow is also supplied to one of the two filter chambers.
  • the double-walled tube is preferably arranged in the cover and can be arranged between the cup-shaped insert or between the inner and outer cups and the cover.
  • the outer tube of the double-walled tube can protrude into the first filter chamber or a corresponding chamber section of the first filter chamber.
  • a volume area of the first filter chamber is shared by the second partial flow.
  • a distributor device is preferably arranged at the lower end of the outer tube, which according to a particular embodiment comprises nozzles distributed over the circumference of the outer tube.
  • the first filter chamber can be filled at least with ion exchange resin, while the second filter chamber is filled with activated carbon, for example.
  • FIG. 1a shows a circuit diagram of a filter device with filter section and blending section, -15/13
  • Figure 1 b is a circuit diagram of a filter device with filter section and blending section according to another
  • FIGS. 2a, b ⁇ p-V diagrams of the individual sections of the filter section A and the blending section B,
  • FIG. 4 is a diagram showing the proportion of waste as a function of the volume flow V
  • FIG. 5 shows a diagram corresponding to FIG. 3a
  • FIG. 6 is a diagram showing the proportion of waste as a function of the volume flow
  • Figure 7 shows a section through the filter device in a schematic
  • FIG. 8 shows a section through the filter device with inserts
  • FIG. 9 shows a section through the filter device according to a further embodiment
  • Figure 10 shows a section through a filter device according to the schematic representation in Figure 1 b. -14/13
  • FIG. 1a The resistance circuit diagram of a filter device 1 is shown in FIG. 1a.
  • a raw water inlet 2 raw water flows into a separation device 3, which divides the raw water into two partial flows.
  • the raw water is fed to a filter section A and a blending section B.
  • the filter section A is composed of a flow channel section 10a, in which a valve symbol is drawn to represent the flow characteristic, and a first filtration section 10b.
  • the blending path B is accordingly composed of a second filtration section 20b and an upstream section, the flow characteristic of which is determined by the blending valve 20a.
  • the two outputs of the filter section A and the blending section B open into a connecting device 4 which is connected to the pure water outlet 5.
  • the pressure drop across the filter device 1 between the branching points 6, 7 is identified by ⁇ p.
  • This value ⁇ p is additively composed of the values ⁇ p A ⁇ and ⁇ p A 2 or ⁇ p B ⁇ and ⁇ p B2 , which denote the corresponding pressure drops at the sections 10a, 10b, 20b and at the blending valve 20a.
  • FIG. 1b shows the resistance circuit diagram of a filter device according to a further embodiment.
  • the blending path B opens into the filtration section 10b, the lower section of which is used by both partial streams and thus also forms the second filtration section 20b.
  • the size of the area of the filtration section used by the second partial flow depends on the arrangement and the pressure conditions, which is explained in more detail in connection with FIG. 10.
  • the pressure drop across the filter device 1 between the branching point 6 and the exit point 7 ' is also identified by ⁇ p.
  • This value ⁇ p is additively composed of the values ⁇ p A1 and ⁇ p A2 or ⁇ p B ⁇ and ⁇ p B2 , which denote the corresponding pressure drops at the sections 10a, 10b, 20b and at the blending valve 20a.
  • FIG. 4 shows the proportion of waste as a function of the volume flow.
  • the basic design was made for a waste proportion of 50%.
  • the proportion of waste should therefore be constant at 0.5 over the entire volume flow range shown and result in a straight line, as is shown by the curve "ideally 50%”.
  • the actual curve "Real Grund 50%” shows a slight deviation of about 4% from this ideal curve for volume flows below 50 I / h, which is significantly better than the corresponding blend curve according to the prior art (curve state of technology target 50%).
  • Adjusting the blending valve to a blending fraction of 30% results in a curve (30% with a basic design of 50%) that increases with small volume flows and shows a deviation from the ideal value 0.3 of approximately 30%. This deviation is still significantly smaller than in the state of the art (state of technology target 30%), where deviations in the proportion of waste of more than 50% occur with small volume flows.
  • FIG. 7 shows a vertical section through a filter device 1.
  • the raw water inlet 2 is shown, which opens into a separation device 3, which divides the raw water supplied into two partial flows.
  • the left partial flow is fed via the flow channel section 10a and the first inlet 11 to the inner container 50, the interior of which is essentially formed by a first filter chamber 54 which forms the filtration section 10b.
  • the raw water flowing in via the flow channel section 10a is distributed between the cover 53 and the filter material of the filter chamber 54 located underneath and penetrates the filter material until it emerges on the underside and is collected in the collecting chamber 57, where it flows through the pure water outlet 5 of the connecting device 4 is dissipated.
  • the first filter chamber 54 encloses a second filter chamber 55, which forms the second filtration section 20b. This is a concentric arrangement, the second filter chamber 55 being enclosed in a ring shape by the first filter chamber 54. Both filter chambers extend into the area of the bottom wall 52, the second filter chamber 55 having a smaller volume than the first filter chamber 54.
  • the second partial flow which is passed through the blending valve 20a, is via the second inlet 21 and the inlet pipe 56 second filter chamber 55 supplied.
  • the water flowing through this second filter chamber 55 is also collected on the underside above the bottom wall 52 in the collecting channel 57 and flows out together with the water flowing out of the first filter chamber 54 through the pure water outlet 5.
  • FIG. 8 shows a schematic vertical section through a filter device 1, which comprises an inner container 50, in which the filtration sections 10b and 20b are essentially accommodated.
  • the raw water inlet 2 opens into one -9/13
  • Separation device 3 in which the incoming raw water is divided into two partial flows.
  • One partial flow is supplied to the first filter chamber 54 in the inner container 50 via the flow channel section 10a.
  • the second partial flow is fed via the blending valve 20a to a double-walled pipe 60 arranged centrally in the inner container 50 and flows through the outer pipe 61a into the second filter chamber 55.
  • the interior of the inner container 50 is formed in the upper region by the first filter chamber 54, which is divided into an upper chamber section 54a and a lower chamber section 54b, in which different filter materials are arranged.
  • the second filter chamber 55 is arranged in the lower region and is enclosed in a ring shape by the first filter chamber 54.
  • a drainage plate 71 which has filtrate openings 72, is arranged at a distance from the bottom wall 52. The filtered water both from the first filter chamber 54 and from the second filter chamber 55 can run downwards in this way and collects between the drainage plate 71 and the bottom wall 52.
  • the filtered water brought together by the filter section A and the blending section B is discharged upward through the common drain formed by the inner pipe 61b and fed to the pure water outlet 5.
  • the second filter chamber 55 is enclosed by a cup-shaped insert 70.
  • the double-walled tube 60 is arranged between this cup-shaped insert 70 and the cover 53.
  • FIG. 9 shows a vertical section through a filter device according to a further embodiment.
  • the filter head 8 can be seen, which has the raw water inlet 2, the separating device 3, the blending valve 20a and the pure water outlet 5.
  • This head 8 is placed on the upwardly projecting double-walled tube 60, which consists of an outer tube 61a and an inner tube 61b.
  • This double-walled tube 60 is fixed in the lid 53 of the inner container 50.
  • a distribution medium in the form of a fleece is arranged below the cover, which also has the task of fixing the ion exchange material located underneath. This makes it possible to operate the filter device 1 not only vertically but also horizontally.
  • the inner cup 100 essentially consists of a cylindrical or conical wall 102 which tapers upwards and engages in the inner tube 61b.
  • the wall 102 goes down into the annular sieve plate 101, which is supported on the bottom wall 52.
  • the inner cup 100 is surrounded by a filter cup 110, which essentially has an inner ring wall 111 and an outer ring wall 112, which are connected to one another via transverse webs 113.
  • the second filter chamber 55 which is filled with granulated activated carbon 82, is formed between the inner ring wall 111 and the cylinder wall 102.
  • the chamber section 54b is formed, which is also filled with granulated activated carbon 82.
  • the granulated activated carbon 82 there is an annular, dense network that serves as a particle filter 83. This particle filter 83 lies directly on the sieve plate 101.
  • An outer cup 120 adjoins at the top, which likewise has an essentially cylindrical wall 122 which tapers upwards and surrounds the outer tube 61b. At the bottom, the wall 122 merges into an annular cap-like cover 121, which overlaps the inner ring wall 111 of the filter cup 110. Below the -7/13
  • Cover 121 can also be provided with a distribution medium 80.
  • a distribution medium 80 is also located on the webs 113.
  • FIG. 10 shows a further embodiment of the filter device 1, which corresponds to the schematic representation of FIG. 1b.
  • the filter chamber 54 is divided into two chamber sections 54a, b.
  • the double-walled pipe 60 conducts the filtered pure water from the collecting chamber 57 upward to the pure water outlet 5 in the inner pipe 61b.
  • the second partial flow is supplied via the annular space between the inner pipe 61b and the outer pipe 61a.
  • the outer tube 61a is conical at the lower end and is closed and there has nozzles 62 distributed over the circumference through which the water of the second partial flow is introduced into the chamber section 54b.
  • the water emerging from the distribution device 63 fills a bell-shaped volume region 55 ′, drawn in dashed lines, within the chamber section 54b, which corresponds to the second filter chamber 55 in FIGS. 8 and 9.
  • a smaller or larger volume area 55 'of the chamber section 54b is claimed.
  • a slight mixing zone can arise, in which the two partial flows can mix, but this is negligible.

Abstract

Es wird eine Filtervorrichtung (1) mit einer Verschneideeinrichtung beschrieben, bei der der Verschnittanteil bei Änderung des Gesamtvolumenstroms weitgehend konstant bleibt. Die Filtervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Druckverlustfunktion Δ pB(VB) definierte Strömungscharakteristik der Komponenten der Verschneidestrecke B an die durch die Druckverlustfunktion Δ pA(VA) definierte Strömungscharakteristik der Komponenten der Filterstrecke A derart angepasst ist, dass für mindestens ein Verschnittanteil X mit X = VB/VA+VB für Volumenströme zwischen V1 = 10 I/h bis V2 = 120 I/h (erster Volumenstrombereich) für mindestens einen zweiten Volumenstrombereich mit einer Breite von mindestens 5 I/h innerhalb des ersten Volumenstrombereichs die Verschnittbedingung gilt: wobei ΔPA(VA) den Druckabfall über die Filterstrecke A und ΔpB(VB) den Druckabfall über die Verschneidestrecke B jeweils in Abhängigkeit von den Volumenströmen VA, VB in [I/min] des Wassers in den Strecken A und B bezeichnen.

Description

Filtervorrichtung und Innenbehälter für eine Filtervorrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung zur Reinigung und/oder mindestens teilweisen Entkarbonisierung von Rohwasser, mit einem Rohwasserzulauf und einem Reinwasserablauf, mit einer einen Strömungskanalabschnitt und einen ersten Filtrationsabschnitt aufweisenden Filterstrecke A und mit einer ein Verschneideventil und einen zweiten Filtrationsabschnitt aufweisenden Verschneidestrecke B, die einerseits über eine Trenneinrichtung mit dem Rohwasserzulauf und andererseits über eine Verbindungseinrichtung mit dem Reinwasserablauf verbunden sind, wobei die beiden Filtrationsabschnitte in einem Innenbehälter angeordnet sind. Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Innenbehälter für eine solche Filtervorrichtung.
Unter den Filtervorrichtungen werden insbesondere Entkarbonisierungsfilter, wie sie für Getränke- und Kaffeeautomaten eingesetzt werden, in der Regel mit einer Verschneideeinrichtung betrieben. Es handelt sich hierbei meist um Großgerätewasserfilter, die typischerweise einen Innenbehälter mit Volumen in der Größenordnung von 1 ,5 bis 25 I aufweisen und z.B. mit einem lonentauscherharz oder anderen Materialien gefüllt sind, die dem Wasser vor allem das Karbonat und bei Bedarf je nach Art des verwendeten Filtermaterials auch Nitrate, Chloride und Sulfate oder andere Substanzen entziehen können.
Da die Karbonathärte des Rohwassers nicht immer und überall gleich groß ist, andererseits aber die Karbonathärte einen wesentlichen Einfluss u.a. auf den Geschmack, insbesondere von Kaffee hat, ist es notwendig, das filtrierte Wasser mit unfiltriertem Rohwasser zu verschneiden.
Aus der DE 196 48 405.7 ist eine Anschlusseinheit für Großgeräte- Wasserfilter bekannt, die eine in den Filter hineinführende Zulaufleitung und eine, gefiltertes Wasser aus dem Filter herausführende Ablaufleitung aufweist, wobei in einem die Zulaufleitung und die Ablaufleitung verbindenden Bypass ein Dosierventil vorgesehen ist, welches eine gezielt einstellbare Verschneidung von gefiltertem und ungefiltertem Wasser in der Ablaufleitung erlaubt.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass derartige Verschneideeinrichtungen den eingestellten Verschnittanteil nur dann gewährleisten können, wenn der Volumenstrom hoch ist, d.h. wenn der Volumenstrom, der auch sehr stark von der Saugleistung des Verbrauchers abhängt, in einem Bereich von beispielsweise 100 bis 300 I/h liegt. Unter Volumenstrom wird immer der Volumenstrom einer kontinuierlichen Strömung verstanden.
Wenn der Volumenstrom gering ist, tritt eine Abweichung von dem über das Verschneideventil eingestellten Wert in der Weise auf, dass der ungefilterte Rohwasseranteil mit abnehmendem Volumenstrom ansteigt. In diesem Fall ist es notwendig, über das Dosierventil eine Korrektur vorzunehmen, was insofern nicht ohne weiteres möglich ist, weil die Abweichung von der eingestellten Verschnittmenge in der Regel nicht bekannt ist.
Weiterhin sind Verschneideventile bekannt, die bei einer Verstellung sowohl die Filterstrecke als auch die Verschneidestrecke beeinflussen. Derartige Verschneideventile sind mechanisch sehr aufwändig und damit teuer. Aus der DE 199 58 648.9 ist eine Wasserfiltervorrichtung bekannt, die eine Trennvorrichtung für die Aufteilung des über den Zulauf einströmenden Rohwassers in zwei Teilströme aufweist. Die beiden Teilströme werden über teilweise unterschiedliche Filterstrecken geführt. Hierbei ist das Verhältnis der Teilströme über ein Ventil einstellbar.
Mit dieser Filtervorrichtung sollte das Problem gelöst werden, dass das der Vorrichtung entnommene Wasser zwar einerseits nicht vollständig entkarbonisiert ist, andererseits jedoch alle anderen unerwünschten Substanzen vollständig aus dem Wasser entfernt sind. Um dies zu erreichen, durchströmt der eine Teilstrom das üblicherweise verwendete lonentauscherharz und z.B. Aktivkohle und der andere Teilstrom z.B. nur die Aktivkohle. Das Problem der Veränderung des Verschnittanteils bezüglich der Gesamtmenge bei geringen Durchflussraten wird jedoch nicht angesprochen.
Aus der DE-AS 15 36 899 ist ein kombinierter Druckfilter aus Aufwärtsstrom- und Abwärtsstrom-Filter bekannt, bei dem das Filtrat mit möglichst kleinem Druckverlust gleichmäßig vom gesamten Querschnitt der Feinkornfiltermasse ohne eine besondere Entnahmevorrichtung abgeführt wird. Hierbei ist der Aufwärtsstromfilter innerhalb des Abwärtsstromfilters angeordnet. Die zu filtrierende Flüssigkeit wird sowohl von oben als auch von unten zugeführt, wobei sich beide Filtrationsströme im Abwärtsstrom-Filter vereinigen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Filtervorrichtung mit einer Verschneideeinrichtung sowie einen Innenbehälter, der Bestandteil der Filtervorrichtung ist, zu schaffen, bei denen der Verschnittanteil bei Änderung des Gesamtvolumenstroms weitgehend konstant bleibt. -22/13
Diese Aufgabe wird mit einer Filtervorrichtung gelöst, bei der die durch die Druckverlust-Funktion ΔpB(VB) definierte Strömungscharakteristik der Komponenten der Verschneidestrecke B an die durch die Druckverlust-Funktion ΔpA(vΑ) definierte Strömungscharakteristik der Komponenten der Filterstrecke A derart angepasst ist, dass für mindestens einen Verschnittanteil X mit X = VB/(VΑ+VB) für Volumenströme zwischen = 10 I/h bis V2 = 120 I/h (erster Volumenstrombereich) für mindestens einen zweiten Volumenstrombereich mit einer Breite von mindestens 5 I/h innerhalb des ersten Volumenstrombereichs die Verschnittbedingung gilt:
Figure imgf000006_0001
wobei G den Grenzwert der Verschnittbedingung, ΔPAO^A) den Druckabfall über die Filterstrecke A und ΔpB(VB) den Druckabfall über die Verschneidestrecke B jeweils in Abhängigkeit von den Volumenströmen VA, VB in [l/min] des Wassers in den Strecken A und B bezeichnen.
Unter der Druckveriustfunktion Δp (V) wird die Funktion verstanden, die den Druckabfall zwischen den Verzweigungspunkten der Verteiler- und Verbindungseinrichtung beschreibt. Eventuell in oder vor der Verteilereinrichtung angeordnete Drosseln oder dergleichen bleiben hierbei außer Betracht.
Die Druckverlustfunktionen setzen sich additiv aus den entsprechenden Funktionen der hintereinander angeordneten Komponenten in den Strecken A und B zusammen. Hierbei wird zur Vereinfachung beispielsweise die Verrohrung der Strecke A zu einem Strömungskanalabschnitt zusammengefasst. In den -21/13
Filtrationsabschnitten sind die darin angeordneten Filter bestimmend für die Strömungscharakteristik und somit für die entsprechende Druckveriustfunktion in diesem Abschnitt.
Es hat sich herausgestellt, dass durch eine Anpassung der Auslegung der Komponenten die Druckveriustfunktion ΔpB an die Druckveriustfunktion ΔpA soweit angeglichen werden kann, dass bei unterschiedlichen Volumenströmen der eingestellte Verschnittanteil im wesentlichen gleich bleibt.
Bei der Auslegung der Komponenten der Strecken A und B wird zunächst ein Verschnittanteil X vorgegeben, der vorzugsweise dem Verschnittanteil entspricht, mit dem die Filtervorrichtung üblicherweise betrieben wird. Dieser Verschnittanteil wird auch als Grundauslegung bezeichnet.
Ferner wird die Auslegung der Komponenten für einen Volumenstrombereich vorgenommen, der bezüglich des Verschnittanteils besonders sensibel reagiert. Es wurde festgestellt, dass es nicht erforderlich ist, bei der Auslegung der Komponenten den gesamten Volumenstrombereich zu berücksichtigen, in dem die Filtervorrichtung eingesetzt werden kann. Es hat sich vielmehr gezeigt, dass für die Auslegung ein erster Volumenstrombereich, der durch die Grenzwerte Vi = 10 I/h und V2 = 120 I/h definiert werden kann, und innerhalb dieses ersten Bereichs wiederum mindestens ein zweiter Volumenstrombereich mit einer Breite von mindestens 5 I/h ausreichend ist. Durch die Größe der Filtervorrichtung und hier insbesondere durch die Volumengröße des Innenbehälters wird vor allem die Strömungscharakteristik der Druckveriustfunktion ΔpB(VB) innerhalb dieses Bereiches zwischen Vi und V2 beeinflusst, so dass die Lage des zweiten Volumenstrombereichs innerhalb der Grenzen Vi und V2 wandern kann. Wenn die Anpassung der Komponenten der -20/13
Filtervorrichtung für Volumenströme im zweiten Volumenstrombereich durchgeführt wurde, hat sich gezeigt, dass auch bei kleineren Volumenströmen, d.h. im Bereich von ^ bis zum Beginn des zweiten Volumenstrombereichs sich der Verschnittanteil bei Veränderung des Gesamtvolumenstroms nahezu nicht ändert.
Vorzugsweise liegt der Grenzwert für G bei 0,10, insbesondere bei 0,05. Bevorzugte Werte für die Breite des zweiten Volumenstrombereichs sind mindestens 10 I/h, insbesondere mindestens 15 I/h.
Vorzugsweise sind das Verschneideventil und der zweite Filtrationsabschnitt derart ausgelegt, dass im zweiten Volumenstrombereich gilt: ΔpBι (VB) < ΔpB2 (VB), wobei ΔpBι (VB) die Druckveriustfunktion des Verschneideventils und ΔpB2 (VB) die Druckveriustfunktion des zweiten Filtrationsabschnittes bezeichnen.
In diesem Fall dominiert die Strömungscharakteristik des zweiten Filtrationsabschnittes die Strömungscharakteristik der gesamten Verschneidestrecke B.
Vorzugsweise geht man bei der Anpassung der Komponenten vom Verschneideventil in vollständig geöffnetem Zustand aus und passt die Strömungscharakteristik ΔpAι(VA) des Strömungskanalabschnitts an die Strömungscharakteristik ΔpB1(VB) des Verschneideventils an.
Die Auslegung der beiden Filtrationsabschnitte wird dann derart aufeinander abgestimmt, dass die Druckverlustfunktionen ΔpA2 (VA) und ΔpB2 (VB) der ersten und der zweiten Filtrationsabschnitte aneinander angenähert sind. -19/13
Vorzugsweise sind die Durchströmungsflächen QA und QB, jeweils in m2, und die Wegstrecken hA und hB, jeweils in m, des ersten und zweiten Filtrationsabschnittes derart ausgelegt, dass für die Druckverlustfaktoren DA und DB, jeweils in kPah/m2, der beiden Filtrationsabschnitte gilt:
Dt = -DB
\-X
wobei
Figure imgf000009_0001
und SA(h) und SB(h) jeweils in kPah/m3 die Druckverlustkoeffizienten der Filtermaterialien sind.
Bei Schüttungen sind die Wegstrecken hA und hB durch die Filterbetthöhen definiert. Bei Sinterblöcken, die beispielsweise zylindrisch mit zentralem Filtratkanal ausgebildet sind und von außen angeströmt werden, wird die Wegstrecke durch die Wandstärke des Zylinders definiert. Der Zylindermantel bildet in diesem Beispiel die Durchströmungsfläche.
Vorzugsweise liegt die Querschnittsfläche QA im Bereich von 5 cm2 bis 600 cm2 und QB im Bereich von 1 cm2 bis 300 cm2.
Die Druckverlustkoeffizienten werden bei Filterschüttungen durch die Korngrößen und bei Sinterkörpern durch die Porengröße bestimmt. Die Korngrößen liegen vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 2 mm, wobei diese Angaben sich auf den Mittelwert einer Normalverteilung beziehen. Vorzugsweise wird für die Filterschüttung Aktivkohle verwendet.
Das Filtermaterial der Filterstrecken A und oder B ist vorzugsweise ein Filterblock, insbesondere ein gesinterter Filterblock, mit Porengrößen im Bereich von 0,1 bis 100 μm. Diese Angaben beziehen sich auf mittlere Porengrößen einer Normalverteilung.
Anstelle von Filterschüttungen oder Sinterblöcken können auch Filtermembrane eingesetzt werden.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, die beiden Filtrationsabschnitte miteinander zu verbinden, um beispielsweise Filtermaterial gemeinsam sowohl für die Strecke A als auch für die Strecke B zu nutzen.
Vorzugsweise mündet der Auslauf des zweiten Filtrationsabschnitts in den ersten Filtrationsabschnitt. Die Einmündung kann im Bereich der zweiten Hälfte des ersten Filtrationsabschnitts stattfinden.
Der Innenbehälter für eine solche Filtervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass er eine erste Filterkammer aufweist, in der eine zweite Filterkammer angeordnet ist, wobei jede Filterkammer an einem von oben zugeführten Teilstrom angeschlossen ist und unterhalb der Filterkammern eine gemeinsame Sammelkammer mit Reinwasserablauf zum Sammeln der gefilterten Teilströme angeordnet ist. Die erste Filterkammer bildet den Filtrationsabschnitt der Filterstrecke A und die zweite Filterkammer bildet den Filtrationsabschnitt der Verschneidestrecke. Durch die Integration der -17/13
zweiten Filterkammer in die erste Filterkammer wird eine platzsparende Anordnung geschaffen.
Die beiden Filterkammern sind den beiden Teilströmen zugeordnet und können gegebenenfalls in Kammerabschnitte oder Unterkammern unterteilt sein. Vorzugsweise ist mindestens eine der beiden Filterkammern in mindestens zwei Kammerabschnitte unterteilt, in denen unterschiedliche Filtermaterialien angeordnet sind.
Es ist außerdem möglich, in der Sammelkammer und/oder im Reinwasserablauf Filtermaterial anzuordnen. Auf diese Weise wird ein gemeinsamer Nachfilter realisiert.
Vorzugsweise erstrecken sich beide Filterkammern bis zur Sammelkammer, die sich über der Bodenwand des Innenbehälters befindet, wobei die erste Filterkammer die zweite Filterkammer ringförmig umschließt. Es wird dadurch eine rotationssymmetrische Anordnung geschaffen, die es erlaubt, die Flüssigkeit der Filterstrecke A und die der Verschneidestrecke B zentral, vorzugsweise nach oben, abzuführen.
Eine derartige Ausführungsform kann mit wenigen Bauteilen kostengünstig ausgeführt werden. Vorzugsweise ist hierzu auf der Bodenwand des Innenbehälters eine ringförmige Drainageplatte mit Filtratöffnungen angeordnet, die auf der der Bodenwand zugewandten Seite radial verlaufende Sammelkanäle und einen sich von der Drainageplatte nach oben erstreckenden becherförmigen Einsatz aufweist.
Eine andere Ausführungsform sieht im wesentlichen drei ineinandergesteckte Komponenten vor, die aus einem Innenbecher, einem Filterbecher und einem Außenbecher bestehen. -16/13
Der Reinwasserablauf aus der Sammelkammer kann an der Unterseite des Innenbehälters angeordnet sein. Für die Abführung des Reinwassers an der Oberseite des Innenbehälters ist es vorteilhaft, im Innern des Innenbehälters ein Steigrohr anzuordnen, das vorzugsweise ein doppelwandiges Rohr sein kann, durch das auch der Zulauf eines Teilstroms zu einer der beiden Filterkammern erfolgt.
Das doppelwandige Rohr ist vorzugsweise im Deckel angeordnet und kann zwischen dem becherförmigen Einsatz bzw. zwischen Innen- und Außenbecher und dem Deckel angeordnet sein.
Das Außenrohr des doppelwandigen Rohres kann in die erste Filterkammer oder eines entsprechenden Kammerabschnitts der ersten Filterkammer ragen. Bei dieser Ausführungsform wird ein Volumenbereich der ersten Filterkammer vom zweiten Teilstrom mitbenutzt. Um das Wasser austragen zu können, ist vorzugsweise am unteren Ende des Außenrohrs eine Verteilereinrichtung angeordnet, die gemäß einer besonderen Ausführungsform über den Umfang des Außenrohrs verteilte Düsen umfasst.
Die erste Filterkammer kann wenigstens mit lonentauscherharz gefüllt sein, während die zweite Filterkammer beispielsweise mit Aktivkohle gefüllt ist.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1a ein Schaltbild einer Filtervorrichtung mit Filterstrecke und Verschneidestrecke, -15/13
Figur 1 b ein Schaltbild einer Filtervorrichtung mit Filterstrecke und Verschneidestrecke gemäß einer weiteren
Ausführungsform,
Figuren 2a,b Δp-V-Diagramme der einzelnen Abschnitte der Filterstrecke A und der Verschneidestrecke B,
Figur 3a,b Δp-V-Diagramme für die gesamte Filterstrecke und die gesamte Verschneidestrecke für einen Verschnittanteil von 50% für verschiedene Volumenstrombereiche,
Figur 4 ein Diagramm, das den Verschnittanteil in Abhängigkeit des Volumenstromes V zeigt,
Figur 5 ein dem Diagramm der Figur 3a entsprechendes
Diagramm für einen Verschnittanteil von 30%,
Figur 6 ein Diagramm, das den Verschnittanteil in Abhängigkeit des Volumenstromes zeigt,
Figur 7 einen Schnitt durch die Filtervorrichtung in schematischer
Darstellung, und
Figur 8 einen Schnitt durch die Filtervorrichtung mit Einsätzen,
Figur 9 einen Schnitt durch die Filtervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform,
Figur 10 einen Schnitt durch eine Filtervorrichtung gemäß der schematischen Darstellung in Figur 1 b. -14/13
In der Figur 1a ist das Widerstands-Schaltbild einer Filtervorrichtung 1 dargestellt. Durch einen Rohwasserzulauf 2 strömt Rohwasser in eine Trenneinrichtung 3, die das Rohwasser in zwei Teilströme aufteilt. Das Rohwasser wird einer Filterstrecke A und einer Verschneidestrecke B zugeführt. Die Filterstrecke A setzt sich aus einem Strömungskanalabschnitt 10a, in dem stellvertretend für die Strömungscharakteristik ein Ventilsymbol eingezeichnet ist, und einem ersten Filtrationsabschnitt 10b zusammen. Die Verschneidestrecke B setzt sich entsprechend aus einem zweiten Filtrationsabschnitt 20b und einem vorgeschalteten Abschnitt zusammen, dessen Strömungscharakteristik durch das Verschneideventil 20a bestimmt wird.
Die beiden Ausgänge der Filterstrecke A und der Verschneidestrecke B münden in eine Verbindungseinrichtung 4, die an den Reinwasserablauf 5 angeschlossen ist.
Der Druckabfall über die Filtervorrichtung 1 zwischen den Verzweigungspunkten 6,7 ist mit Δp gekennzeichnet. Dieser Wert Δp setzt sich additiv aus den Werten ΔpAι und ΔpA2 bzw. ΔpBι und ΔpB2 zusammen, die die entsprechenden Druckabfälle an den Abschnitten 10a, 10b, 20b und am Verschneideventil 20a bezeichnen.
In der Figur 1b ist das Widerstands-Schaltbild einer Filtervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Die Verschneidestrecke B mündet in den Filtrationsabschnitt 10b, dessen unterer Abschnitt von beiden Teilströmen genutzt wird und somit auch den zweiten Filtrationsabschnitt 20b bildet. Wie groß der vom zweiten Teilstrom genutzte Bereich des Filtrationsabschnitts ist, hängt von der Anordnung und den Druckbedingungen ab, was im Zusammenhang mit der Fig. 10 näher erläutert wird. Der Druckabfall über die Filtervorrichtung 1 zwischen dem Verzweigungspunkt 6 und dem Austrittspunkt 7' ist ebenfalls mit Δp gekennzeichnet. Dieser Wert Δp setzt sich additiv aus den Werten ΔpA1 und ΔpA2 bzw. ΔpBι und ΔpB2 zusammen, die die entsprechenden Druckabfälle an den Abschnitten 10a, 10b, 20b und am Verschneideventil 20a bezeichnen.
Die Druckabfälle sind Funktionen vom Volumenstrom, wie dies in den Figuren 2a und 2b für einen Verschnittanteil von 50% im Bereich des ersten Volumenstrombereichs mit vS = 10 I/h bis V2 = 120 I/h dargestellt ist. Bei 50 % Verschnitt teilt sich der Volumenstrom zu gleichen Anteilen in VA und VB auf, so dass die relevanten Bereiche zwischen VAι = 5 I/h bis VA2 = 60 I/h und VB1 = 5 I/h bis VB2 = 60 I/h liegen. Deshalb wurden die Kurven für VA bzw. VB nur im Wertebereich von 0 bis 100 I/h dargestellt. Während die Druckverlustfunktionen ΔpAι(VA) und ΔpBι(VA) eine quadratische Abhängigkeit zeigen, handelt es sich bei den Funktionen ΔpA2( B) und ΔpB2(VB) jeweils um lineare Abhängigkeiten. Diesem Beispiel wurde ein Innenbehälter mit einem Volumen von 10 I zugrundegelegt.
Für VA < 55l/h gilt ΔpA2( A) > ΔpAι(vΑ), d.h. die Filtercharakteristik des ersten Filtrationsabschnitts 10b hat den größeren Einfluss auf die Filtercharakteristik der Gesamtfunktion ΔPA (s. Fig. 2a). Der zweite Volumenstrombereich erstreckt sich in diesem Bereich über den Bereich von Vi = 10 I/h und V2 = 120 I/h. Dies bedeutet, dass die Verschnittbedingung im gesamten Bereich von 10 bis 120 I/h eingehalten wird.
Die aus beiden Funktionen resultierenden Funktionen ΔpB und ΔpA sind in den Figuren 3a,b dargestellt. Die resultierenden Kurven werden oberhalb des Wertes 55 I/h für Strang A und 77 I/h für Strang B im wesentlichen durch die parabelförmige Kurven der Abschnitte 10a, 20a -12/13
bestimmt, während unterhalb dieser Werte die Strömungscharakteristik der Filtrationsabschnitte die dominierende Größe ist. Dies bedeutet, dass das Verschneideventil unterhalb von 77 I/h für Strang B nur noch einen geringen Einfluss auf das Gesamtströmungsverhalten hat.
Beide in den Figuren 3a, b gezeigten Kurven sind nicht deckungsgleich, weil es nicht möglich ist, die Strömungscharakteristika der Verschneidestrecke mit der Strömungscharakteristik der Filterstrecke vollständig in Einklang zu bringen. Dies führt dazu, dass es eine geringfügige Abweichung gibt, die bei kleinen Volumenströmen, wie in Figur 4 dargestellt ist, zu einer vernachlässigbaren Abweichung von der Verschnittsollkurve um 4% führt. Für diesen Verschnittanteil X von 50% wird somit jedoch die Bedingung
Figure imgf000016_0001
eingehalten.
In der Figur 4 sind die Verschnittanteile in Abhängigkeit vom Volumenstrom dargestellt. In dem hier gezeigten Beispiel wurde die Grundauslegung für einen Verschnittanteil von 50% vorgenommen. Idealerweise müsste der Verschnittanteil daher bei 0,5 über den gesamten dargestellten Volumenstrombereich konstant sein und eine Gerade ergeben, wie dies durch die Kurve "ideal 50%" dargestellt wird. Die tatsächliche Kurve "Real Grund 50%" zeigt eine geringfügige Abweichung von etwa 4% von dieser Idealkurve bei Volumenströmen unter 50 I/h, was deutlich besser ist als die entsprechende Verschnittkurve gemäß des Standes der Technik (Kurve Stand Technik Soll 50%). -11/13
Durch eine Verstellung des Verschnittventils auf einen Verschnittanteil von 30% ergibt sich eine Kurve (30% bei Grundauslegung 50%), die bei kleinen Volumenströmen ansteigt und eine Abweichung vom Idealwert 0,3 von etwa 30% zeigt. Diese Abweichung ist immer noch deutlich geringer als beim Stand der Technik (Stand Technik Soll 30%), wo bei kleinen Volumenströmen Abweichungen des Verschnittanteils von mehr als 50% auftreten.
In der Figur 5 sind die Kurven ΔpA und ΔpB für eine Grundauslegung von 30% Verschnittanteil dargestellt. Die Druckveriustfunktion ΔpB zeigt eine geringe Abweichung von der idealen Kurve (Summe B ideal), die dem eingestellten Verschnittanteil von 30% entspricht. Dies führt - wie in der Figur 6 dargestellt ist - zu einer Verschnittanteilskurve, die sich bei größeren Volumenströmen oberhalb der Geraden von 0,3 bewegt und bei einem Volumenstrom < 50 I/h unterhalb dieser idealen Geraden befindet. Die entsprechende Kurve nach dem Stand der Technik (Stand Technik Soll 30%) zeigt einen erheblichen Anstieg bei kleinen Volumenströmen.
Wenn das Verschneideventil weiter geöffnet wird, so dass ein Verschnittanteil von 50% erreicht wird, ergibt sich eine Kurve, die unterhalb des Idealwertes von 0,5 liegt. Die entsprechende Kurve zum Stand der Technik zeigt hier eine Abweichung nach oben, wobei die prozentuale Abweichung deutlich größer ist als bei der erfindungsgemäßen Auslegung.
Mit der erfindungsgemäßen Anpassung der Strömungscharakteristik der Verschneidestrecke B an die Filterstrecke A ist es möglich, die Abweichung bei mindestens einem Verschnittanteil X auch bei kleinen Volumenströmen unter ± 5% zu halten. -10/13
In der Figur 7 ist ein Vertikalschnitt durch eine Filtervorrichtung 1 dargestellt. Im oberen Bereich ist der Rohwasserzulauf 2 dargestellt, der in eine Trenneinrichtung 3 mündet, der das zugeführte Rohwasser in zwei Teilströme aufteilt. Der linke Teilstrom wird über den Strömungskanalabschnitt 10a und den ersten Zulauf 11 dem Innenbehälter 50 zugeführt, dessen Innenraum im wesentlichen durch eine erste Filterkammer 54 gebildet wird, die den Filtrationsabschnitt 10b bildet. Das über den Strömungskanalabschnitt 10a zufließende Rohwasser verteilt sich zwischen dem Deckel 53 und dem darunter befindlichen Filtermaterial der Filterkammer 54 und durchdringt das Filtermaterial, bis es an der Unterseite austritt und dort in der Sammelkammer 57 gesammelt wird, wo es über den Reinwasserablauf 5 der Verbindungseinrichtung 4 abgeführt wird.
Die erste Filterkammer 54 umschließt eine zweite Filterkammer 55, die den zweiten Filtrationsabschnitt 20b bildet. Es handelt sich hierbei um eine konzentrische Anordnung, wobei die zweite Filterkammer 55 ringförmig von der ersten Filterkammer 54 umschlossen wird. Beide Filterkammern erstrecken sich bis in den Bereich der Bodenwand 52, wobei die zweite Filterkammer 55 ein geringeres Volumen aufweist als die erste Filterkammer 54. Der zweite Teilstrom, der über das Verschneideventil 20a geführt wird, wird über den zweiten Zulauf 21 und das Zulaufrohr 56 der zweiten Filterkammer 55 zugeführt. Das durch diese zweite Filterkammer 55 strömende Wasser wird ebenfalls an der Unterseite über der Bodenwand 52 im Sammelkanal 57 gesammelt und fließt zusammen mit dem aus der ersten Filterkammer 54 strömenden Wasser durch den Reinwasserablauf 5 ab.
In der Figur 8 ist ein schematischer Vertikalschnitt durch eine Filtervorrichtung 1 dargestellt, die einen Innenbehälter 50 umfasst, in dem im wesentlichen die Filtrationsabschnitte 10b und 20b untergebracht sind. Der Rohwasserzulauf 2 mündet in eine -9/13
Trenneinrichtung 3, in der das zulaufende Rohwasser in zwei Teilströme aufgeteilt wird. Der eine Teilstrom wird über den Strömungskanalabschnitt 10a der ersten Filterkammer 54 im Innenbehälter 50 zugeführt. Der zweite Teilstrom wird über das Verschneideventil 20a einem doppelwandigen mittig im Innenbehälter 50 angeordneten Rohr 60 zugeführt und strömt durch das Außenrohr 61a bis in die zweite Filterkammer 55.
Der Innenraum des Innenbehälters 50 wird im oberen Bereich durch die erste Filterkammer 54 gebildet, die sich in einen oberen Kammerabschnitt 54a und einen unteren Kammerabschnitt 54b unterteilt, in denen unterschiedliche Filtermaterialien angeordnet sind. Im unteren Bereich ist die zweite Filterkammer 55 angeordnet, die ringförmig von der ersten Filterkammer 54 umschlossen ist. Beabstandet zur Bodenwand 52 ist eine Drainageplatte 71 angeordnet, die Filtratöffnungen 72 aufweist. Das filtrierte Wasser sowohl aus der ersten Filterkammer 54 als auch aus der zweiten Filterkammer 55 kann auf diese Weise nach unten ablaufen und sammelt sich zwischen der Drainageplatte 71 und der Bodenwand 52. Dort werden durch die Drainageplatte 71 Sammelkanäle 73 gebildet, die die Verbindungseinrichtung 4 bilden. Das durch die Filterstrecke A und die Verschneidestrecke B zusammengeführte filtrierte Wasser wird durch den gemeinsamen Abfluss, der durch das Innenrohr 61b gebildet wird, nach oben abgeführt und dem Reinwasserablauf 5 zugeführt. Die zweite Filterkammer 55 wird von einem becherförmigen Einsatz 70 umschlossen. Zwischen diesem becherförmigen Einsatz 70 und dem Deckel 53 ist das doppelwandige Rohr 60 angeordnet.
In der Figur 9 ist ein Vertikalschnitt durch eine Filtervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Im oberen Teil ist der Filterkopf 8 zu sehen, der den Rohwasserzulauf 2, die Trenneinrichtung 3, das Verschneideventil 20a und den Reinwasserablauf 5 aufweist. -8/13
Dieser Kopf 8 wird auf das nach oben vorstehende doppelwandige Rohr 60 aufgesetzt, das aus einem Außenrohr 61a und einem Innenrohr 61b besteht. Dieses doppelwandige Rohr 60 ist im Deckel 53 des Innenbehälters 50 fixiert. Unterhalb des Deckels ist ein Verteilermedium in Form eines Vlieses angeordnet, was auch die Aufgabe hat, dass darunter befindliche lonentauschermaterial zu fixieren. Dadurch wird es möglich, die Filtervorrichtung 1 nicht nur vertikal, sondern auch horizontal zu betreiben.
Im Innenraum sind außer dem doppelwandigen Rohr 60 im Wesentlichen drei Bauteile vorhanden. Der Innenbecher 100 besteht im Wesentlichen aus einer zylindrischen oder konischen Wand 102, die sich nach oben zu verjüngt und in das Innenrohr 61b eingreift. Nach unten geht die Wand 102 in die ringförmige Siebplatte 101 über, die sich auf der Bodenwand 52 abstützt. Der Innenbecher 100 wird von einem Filterbecher 110 umgeben, der im Wesentlichen eine innere Ringwand 111 und eine äußere Ringwand 112 aufweist, die über Querstege 113 miteinander verbunden sind. Zwischen der inneren Ringwand 111 und der Zylinderwand 102 wird die zweite Filterkammer 55 gebildet, die mit granulierter Aktivkohle 82 gefüllt ist. Zwischen der inneren Ringwand 111 und der äußeren Ringwand 112 wird der Kammerabschnitt 54b gebildet, der ebenfalls mit granulierter Aktivkohle 82 gefüllt ist. Unter der granulierten Aktivkohle 82 befindet sich ein ringförmiges dichtes Geflecht, das als Partikelfilter 83 dient. Dieses Partikelfilter 83 liegt unmittelbar auf der Siebplatte 101 auf.
Nach oben schließt sich ein Außenbecher 120 an, der ebenfalls eine im Wesentlichen zylindrische Wand 122 aufweist, die sich nach oben verjüngt und das Außenrohr 61b umgreift. Nach unten geht die Wand 122 in eine ringförmige kappenartige Abdeckung 121 über, die die innere Ringwand 111 des Filterbechers 110 übergreift. Unterhalb der -7/13
Abdeckung 121 kann noch ein Verteilermedium 80 vorgesehen sein. Auch auf den Stegen 113 befindet sich ein Verteilermedium 80.
In der Figur 10 ist eine weitere Ausführungsform der Filtervorrichtung 1 dargestellt, die der schematischen Darstellung der Figur 1b entspricht. Die Filterkammer 54 ist ebenso wie in Figur 8 in zwei Kammerabschnitte 54a,b unterteilt. Das doppelwandige Rohr 60 leitet im Innenrohr 61b das filtrierte Reinwasser von der Sammelkammer 57 nach oben zum Reinwasserablauf 5. Über den Ringraum zwischen dem Innenrohr 61b und dem Außenrohr 61a wird - wie in Figur 8 - der zweite Teilstrom zugeführt. Das Außenrohr 61a ist am unteren Ende kegelförmig ausgebildet und abgeschlossen und weist dort über den Umfang verteilt Düsen 62 auf, durch die das Wasser des zweiten Teilstroms in den Kammerabschnitt 54b eingeleitet wird. Das aus der Verteilereinrichtung 63 austretende Wasser füllt innerhalb des Kammerabschnitts 54b einen gestrichelt eingezeichneten glockenförmigen Volumenbereich 55', der der zweiten Filterkammer 55 in den Fig. 8 und 9 entspricht. Je nach Art, Ausbildung und Anordnung der Düsen 62 sowie in Abhängigkeit des Drucks wird ein kleinerer oder größerer Volumenbereich 55' des Kammerabschnitts 54b beansprucht. Im Übergangsbereich zwischen dem Volumenbereich 55' und dem restlichen Volumenbereich des Kammerabschnitts 54b kann eine geringfügige Mischzone entstehen, in der sich die beiden Teilströme vermischen können, was jedoch vernachlässigbar ist.
-6/13
Bezugszeichen
1 Filtervorrichtung
2 Rohwasserzulauf
3 Trenneinrichtung
4 Verbindungseinrichtung
5 Reinwasserablauf
6 Verzweigungspunkt
7 Verzweigungspunkt
7' Austrittspunkt
8 Filterkopf
A Filterstrecke
B Verschneidestrecke 0a Strömungskanalabschnitt 0b Filtrationsabschnitt 1 erster Zulauf 0a Verschneideventil 0b Filtrationsabschnitt 1 zweiter Zulauf 0 Anschlussarmatur 0 Druckbehälter 0 Kartusche, Innenbehälter 1 Umfangswand 2 Bodenwand 3 Deckel 4 erste Filterkammer 4a,b Kammerabschnitt 5 zweite Filterkammer 5' Volumenbereich 6 Zulaufrohr 7 Sammelkammer 0 doppelwandiges Rohr -5/13
a Außenrohr b Innenrohr
Düse
Verteilereinrichtung becherförmiges Filtergehäuse
Drainageplatte
Filtratöffnungen
Sammelkanal
Verteilermedium lonentauscher granulierte Aktivkohle
Partikelfilter 0 Innenbecher 1 ringförmige Siebplatte 2 Wand
Filterbecher innere Ringwand äußere Ringwand
Querstege 0 Außenbecher 1 ringförmige Abdeckung 2 Wand

Claims

-4/13Patentansprüche
1. Filtervorrichtung zur Reinigung und/oder mindestens teilweisen Entkarbonisierung von Rohwasser, mit einem Rohwasserzulauf und einem Reinwasserablauf, mit einer einen
Strömungskanalabschnitt und einen ersten Filtrationsabschnitt aufweisenden Filterstrecke A und mit einer ein verstellbares Verschneideventil und einen zweiten Filtrationsabschnitt aufweisenden Verschneidestrecke B, die über eine Verteilereinrichtung mit dem Rohwasserzulauf und über eine
Verbindungseinrichtung mit dem Reinwasserablauf verbunden sind, wobei die beiden Filtrationsabschnitte in einem Innenbehälter angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
dass die durch die Druckverlust-Funktion ΔpB(^B) definierte
Strömungscharakteristik der Komponenten der
Verschneidestrecke B an die durch die Druckverlust-Funktion ΔpA(VA) definierte Strömungscharakteristik der Komponenten der Filterstrecke A derart angepasst ist, dass für mindestens einen Verschnittanteil X mit X = Vß/(VA+VB) für Volumenströme zwischen V! = 10 bis V2 = 120 I/h (erster Volumenstrombereich) für mindestens einen zweiten Volumenstrombereich mit einer Breite von mindestens 5 I/h innerhalb des ersten Volumenstrombereichs die Verschnittbedingung gilt:
Figure imgf000024_0001
wobei G den Grenzwert der Verschnittbedingung, ΔpA(VA) den
Druckabfall über die Filterstrecke A und ΔpB(v" B) den Druckabfall über die Verschneidestrecke B jeweils in Abhängigkeit von den -3/13
Volumenströmen VA, VB in [l/min] des Wassers in den Strecken A und B bezeichnen.
2. Filtervorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verschneideventil (20a) und der zweite Filtrationsabschnitt (20b) derart ausgelegt sind, dass im zweiten Volumenstrom bereich gilt: ΔpB1(VB) < ΔpB2(VB), wobei ΔpBι(VB) die Druckveriustfunktion des Verschneideventils (20a) und ΔpB2(v* B) die Druckveriustfunktion des zweiten Filtrationsabschnitts (20b) sind.
3. Filtervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschneideventil (20a) im vollständig geöffneten Zustand eine Strömungscharakteristik ΔpBι(VB) besitzt, die an die Strömungscharakteristik ΔpAι(VA) des Strömungskanalabschnitts (10a) angepasst ist, und
dass die Druckveriustfunktion ΔpA2(VA) und ΔpB2(VB) der ersten und der zweiten Filtrationsabschnitte (10b, 20b) aneinander angepasst sind, wobei die Anpassung von dem gewünschten Verschnitt abhängt.
4. Filtervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchströmungsflächen QA und QB, jeweils in m2, und die Wegstrecken hA und hB, jeweils in m, des ersten und des zweiten Filtrationsabschnitts (10b,20b) derart ausgelegt sind, dass für die Druckverlustfaktoren DA und DB, jeweils in kPah/m3, der beiden Filtrationsabschnitte (10b,20b) gilt:
X
DΛ = Df
\ -X
wobei -2/13
Figure imgf000026_0001
und SA(h) und SB(h), jeweils in kPah/m2, die Druckverlustkoeffizienten der Filtermaterialien sind.
5. Filtervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass QA im Bereich von 5 cm2 bis 600 cm2 und QB im Bereich von 1 cm2 bis 300 m2 liegt.
6. Filtervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial der Filterstrecken A und/oder B eine Filterschüttung mit mittleren Korngrößen im Bereich von 0,1 bis 2 mm ist.
7. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial der Filterstrecken A und/oder B ein Filterblock mit mittleren Porengrößen im Bereich von 0,1 bis 100 μm ist.
8. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslauf des zweiten Filtrationsabschnitts (20b) in den ersten Filtrationsabschnitt (10b) mündet.
9. Filtervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslauf des zweiten Filtrationsabschnitts (20b) im Bereich der zweiten Hälfte des ersten Filtrationsabschnitts (10b) mündet. -1/13
10. Innenbehälter für eine Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er eine erste Filterkammer (54) aufweist, in der eine zweite Filterkammer (55) angeordnet ist, wobei jede Filterkammer (54, 55) an einen von oben zugeführten Teilstrom angeschlossen ist, und unterhalb der beiden Filterkammern (54, 55) eine gemeinsame Sammelkammer (57) mit Reinwasserablauf (5) zum Sammeln der gefilterten Teilströme angeordnet ist.
11. Innenbehälter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden Filterkammern (54, 55) in mindestens zwei Kammerabschnitte (54a, 54b) unterteilt ist, in denen unterschiedliche Filtermaterialien angeordnet sind.
12. Innenbehälter nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Sammelkammer (57) und/oder im Reinwasserablauf (5) Filtermaterial angeordnet ist.
13. Innenbehälter nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich beide Filterkammern (54, 55) bis zur
Sammelkammer (57) erstrecken, wobei die erste Filterkammer (54) die zweite Filterkammer (55) ringförmig umschließt.
14. Innenbehälter nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Bodenwand (52) des
Innenbehälters (50) eine ringförmige Drainageplatte (71) mit Filtratöffnungen (72) angeordnet ist, die auf der der Bodenwand (52) zugewandten Seite radial verlaufende Sammelkanäle (73) und einen sich von der Drainageplatte (71) nach oben erstreckenden becherförmigen Einsatz (70) aufweist. 0/13
15. Innenbehälter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Deckel (50) ein doppelwandiges Rohr (60) angeordnet ist.
16. Innenbehälter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (61a) des doppelwandigen Rohrs (60) in die erste Filterkammer (54) ragt.
17. Innenbehälter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (61a) im Bereich der ersten Filterkammer
(54) eine Verteilereinrichtung (63) zum Austragen des zugeführten Wassers aufweist.
18. Innenbehälter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilereinrichtung (63) über den Umfang des
Außenrohrs (61a) verteilte Düsen (62) umfasst.
19. Innenbehälter nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fiiterkammer (54) wenigstens mit lonentauscherharz gefüllt ist.
20. Innenbehälter nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Filterkammer (55) wenigstens mit Aktivkohle gefüllt ist.
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