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Rohrfiltervorrichtung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rohrfiltervorrichtung, bei
der ein relativ langes röhrenförmiges Filter innerhalb eines langen Gehäuses angeordnet
ist und die FlüsQigkeitströmung hauptsächlich in der Längsrichtung der Vorrichtung
vorkommt.
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Ein allgemeines Problem gegenwärtiger Rohrfiltervorrichtungen ist
die nicht optimale Verteilung der Strömung entlang des Filters in Verbindung mit
einem hohen Druckabfall an örtlichen Abschnitten der Filteroberfläche, was zur Folge
hat, daß nur ein Teil der Filteroberfläche vorübergehend verwendet und daß die Trennkapazität
des Filters auf nicht optimale Weise ausgenützt wird. Der hohe örtliche Druckabfall
verursacht auch eine nicht notwendige Beanspruchung des Filters, das sogar beschädigt
werden und das Trennergebnis gefährden kann.
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Um dieses erwähnte Problem zusätzlich zu verdeutlichen, sollen die
Strömungsbedingungen bei konventionellen Rohrfiltern erläutert werden, wobei Bezug
auf Fig. 1 der beigefügten
Zeichnungen genommen wird. Das zu filtrierende
Fluid wird durch einen Einlaß A an einem Ende des äußeren Rohres B eingeführt und
fließt hauptsächlich zum Auslaß D, der sich am entgegengesetzten Ende des äußeren
Rohres befindet. Ein röhrenförmiges Filter C ist innerhalb des äußeren Rohres angeordnet,
wobei das untere Ende des Filters geschlossen und das obere Ende zum Auslaß D hin
geöffnet ist. Nahe am Auslaß A fließt das Fluid mit einer relativ hohen Geschwindigkeit
entlang des Filters, wohingegen die Strömungsgeschwindigkeit nahe dem Auslaß D außerhalb
des Filters gering ist. Demzufolge ist der statische Druck P1 am unteren Ende des
äußeren Rohres gering, wohingegen der entsprechende statische Druck P2 am entgegengesetzten
Ende des äußeren Rohres relativ hoch ist. Gleichzeitig ist die Strömungsgeschwindigkeit
des Filtrats, das innerhalb des Filters strömt, im unteren Abschnitt des Filters
geringer und vergrößert sich in Richtung des Auslasses D. Infolgedessen wird ein
hoher Druckabfall am Filter nahe am Auslaß D erzielt, wohingegen ein niederer Druckabfall
oder häufig sogar eine umgekehrte Strömungsrichtung durch das Filter im unteren
Abschnitt des Filters erhalten wird. Deshalb werden sich Partikel hauptsächlich
im oberen Abschnitt des Filters absetzen, wobei dieser Abschnitt außerdem einer
wesentlich höheren Beanspruchung ausgesetzt ist, als dies bei'gleichmäßiger Verteilung
der gleichen Filtratströmung entlang des gesamten Filters der
Fall
sein würde. Erst wenn der obere Abschnitt des Filters stark verstopft ist, wird
die Filtratströmung durch das Filter sich allmählich nach unten bewegen.
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Diese erwähnten Nachteile treten bei sogenannten nicht regenerierbaren
Filtern auf, die nach einer gewissen Verstopfung oder nach einem neuen Filtrationsgang
ausgewechselt werden, außerdem bei fortlaufend oder teilweise fortlaufend arbeitenden
Rohrfiltern, die möglicherweise nach einem gewissen Verstopfungsgrad rückgespült
werden. Bei Verwendung von nicht regenerierbaren Filtern ist es wichtig, daß die
gesamte Filteroberfläche gleichzeitig ausgenutzt wird, um ein optimales und gleichmässiges
Trennergebnis während einer Arbeitsperiode zu erhalten.
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Außerdem werden bei solchen Prozessen oft billige Filter, wie Filtertücher
aus Gewebe oder nicht gewebtem Fasermaterial verwendet. Solche Materialien sind
oft schwach, und sogar bei Verwendung von Filterstützen können sie als Folge zu
hoher örtlicher Druckbeanspruchungen zerstört werden. Bei Filtern, die für eine
längere Arbeitsperiode verwendet werden, während der Verstopfungen durch periodisches
Rückströmen oder dgl.
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entfernt werden, ist es ebenfalls von großer Bedeutung, daß die gesamte
Filterfläche gleichzeitig ausgenutzt wird, wodurch der Anlagenwirkungsgrad vergrößert
wird und die Perioden zwischen den für die Reinigung notwendigen Arbeitsunterbrechungen
verlängert werden.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Verwirklichung einer Rohrfiltervorrichtung,
in der die Strömung in dem und durch das Filter derart verteilt wird, daß ein größerer
Abschnitt der Filteroberfläche -gleichzeitig ausgenutzt wird und daß über das Filter
größere örtliche Druckabfälle vermieden werden.
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Bei einer Rohrfiltervorrichtung mit einem länglichen Gehäuse, mit
einem Einlaß an einem Ende des Gehäuses und einem Auslaß für das Filtrat am entgegengesetzten
Ende des Gehäuses, und mit einem in dem Gehäuse angeordneten röhrenförmigen Filter,
dessen Achse zur Längsrichtung des Gehäuses im wesentlichen parallel ist, dessen
eine Ende geschlossen ist und dessen andere Ende offen und mit dem Auslaß oder dem
Einlaß verbunden ist, wobei vorzugsweise eine röhrenförmige Filterstütze in dem
Gehäuse auf der Filtratseite des Filters angeordnet ist, wird dieses oben erwähnte
Ziel dadurch erreicht, daß zusätzlich ein röhrenförmiges Element mit einer durchbrochenen
Röhrenwandung im wesentlichen koaxial zu dem Filter angeordnet ist, und daß ein
Zwischenraum zwischem dem Filter und dem Element vorgesehen ist, wobei das Element
so ausgeführt ist, daß es die Filtratströmung im nahe dem Auslaß gelegenen Abschnitt
des Filters in höherem Maße hemmt als im entgegengesetzten Abschnitt des Filters,
um eine gleichmäßigere Verteilung der Strömung über das gesamte Filter zu erzielen.
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Die Erfindung sieht eine längliche Rohrfiltervorrichtung vor, bei
der die erwünschte Durchfluß verteilung des Filtrats durch das Filter mittels eines
Durcilflußverteilungselementes auf der Filtratseite des Filters erhalten wird. Die
Anordnung eines strömungshemmenden Elementes mag zur Erzielung einer solchen Verteilung
ungeeignet erscheinen, aber es ist überraschender Weise herausgefunden worden, daß
solch ein Element nur unwesentlich die gesamte Strömungskapazität der Vorrichtung
verringert. Eine mögliche Erklärung könnte sein, daß die Rückstromeffekte, die eingangs
im Zusammenhang mit den Strömungsbedingungen bei herkömmlichen Rohrfiltern beschrieben
wurden, vollständig oder teilweise verschwunden sind. Weiterhin ist bei Filtrationstests
mit Durchflußverteilungselementen zu Beginn des Tests, als das Filter sauber war,
manchmal eine geringere Widerstandszunahme beobachtet worden. Nach einem kurzen
Zeitraum jedoch, wenn sich einige Verunreinigungen auf dem Filter niedergeschlagen
haben, ist der Unterschied im Widerstand zwischen einer Vorrichtung mit einem Durchflußverteilungselement
und einer entsprechenden herkömmlichen Vorrichtung ohne ein solches Element verringert
oder verschwunden. Einige Testergebnisse haben sogar angezeigt, daß ab einer gewissen
Verstopfung des Filters ein niedrigerer Gesamtwiderstand in einer Vorrichtung mit
einem erz in dungsgemäßen Durchflußverteilungselement erhalten wird als
bei
einer gleichen Vorrichtung ohne ein solches Element. Auf jeden Fall sieht die Erfindung
eine Rohrfiltervorrichtung vor, mittels der ein gleichmäßigeres und besseres Filtrationsergebnis
ermöglicht und eine beträchtlich verkleinerte örtliche Druckbeanspruchung am Filter
erhalten wird, ohne daß Kapazitätsverluste von praktischer Bedeutung auftreten.
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Das erfindungsgemäße Strömungsverteilungselement muß mindestens entlang
dem Abschnitt des Filters wirksam sein, der am nächsten zum Auslaß der Vorrichtung
liegt. Um eine Verteilung der Filtratströmung durch das Filter so gleichmäßig wie
möglich zustandezubringen, ist das Element vorzugsweise so ausgeführt, daß die freie
Filtratstörmung vom Filter zum Auslaß in zunehmend vergrößertem Maße in Richtung
zum Auslaß hin gehemmt wird. Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist das Strömungsverteilungselement entlang des größeren Teils eines länglichen
Rohrfilters angeordnet, so daß die Hemmwirkung auf die Filtratströmung sich in Richtung
auf den Auslaß der Vorrichtung vergrößert.
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Auch wenn eine allmähliche Verringerung der Perforationsfläche des
Strömungsverteilungsrohres zu bevorzugen ist, schließt die Erfindung viele andere
Möglichkeiten ein. Die Erfindungsidee ist die, daß das Strömungsverteilungsrohr
die Filtratströmung
in stärkerem Maße am Ende des Filters nahe
dem Vorrichtungsauslasses und im geringerem Maße am anderen Ende des Filters hemmt.
Die perforierte Fläche des Verteilungsrohres muß nicht notwendigerweise allmählich
vergrößert werden und ebenso muß das Rohr sich nicht entlang des gesamten Filters
erstrecken.
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Beispielsweise umfaßt die Erfindung eine Ausführungsform mit einem
Durchflußverteilungsrohr, das mit gleichmäßig verteilten Perforationen gleichen
Durchmessers versehen ist, das sich vom Filterende des Vorrichtungsauslaßendes bis
zu etwa zwei Dritteln der Filterlänge erstreckt und das an seinem Ende zum Vorrichtungseinlaßende
hin offen ist. In diesem Fall wird die Filtratströmung am Filterende nahe am Vorrichtungsauslaß
erheblich, jedoch am entgegengesetzten Ende überhaupt nicht gehemmt.
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsformen der Erfindung beschrieben,
wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Es zeigt Fig. 1 die grundsätzlichen
Strömungsbedingungen eines herkömmlichen Rohrfilters, Fig. 2 eine Ausführungsform
bei der Filtratströmung in das röhrenförmige Filter hinfließt, und
Fig.
3 eine Ausführungsform, bei der Filtratströmung aus dem röhrenförmigen Filter fließt.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist ein nicht regenerierbares
Filter, innerhalb eines röhrenförmigen Gehäuses angeordnet, in dem die unbearbeitete
Flüssigkeit an der Außenseite des Filters und das Filtrat durch die Filterwand in
das Filter und nach außen durch das offene Ende des Filtertuches fließt.
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Gemäß dieser Ausführungsform wird das Filter an seiner Innenseite
durch eine Filterstütze gehalten. Die Vorrichtung weist folgende Einzelheiten auf:
In einem äußeren Gehäuse 1 mit einem Einlaß 2 und einem Auslaß 3 wird ein tuchähnliches
Filter 4 mittels eines hohlen abdichtenden Stöpsels 5 am Auslaß 3 befestigt. Eine
Filterstütze, die in diesem Fall aus einer Schraubenfeder besteht, ist im Filter
4 vorgesehen. In dem hohlen Stöpsel 5 ist ein zylindrisches Rohr 7 befestigt, das
sich entlang des Hauptabschnittes des Filters 4 innerhalb der Schraubenfeder 6 -erstreckt.
Der Rohrmantel 7 ist mit einer Anzahl von kreisförmigen Löchern 8, 8', 8" etc. versehen,
deren Durchmesser in Richtung des Auslasses 3 abnimmt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich
ist, kann das Rohr 7 auch an dem dem Einlaß 2 zugewandten Ende offen sein, da erfindungsgemäß
die Einlaßfläche am Rohr 7 für das Filtrat an diesem Ende am größten sein soll.
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Bei dieser Ausführungsform, die sich auf eine Rohrfiltervorrichtung
bezieht, die schnell und leicht bei der Reinigung und bei Filterwechsel geöffnet
werden muß, ist das zylindrische Rohr 7 an seinem oberen Ende in geeigneter Weise
an dem abdichtenden Stöpsel 5 befestigt, so daß es mit diesem Verschluß bei einem
Filterwechsel als eine Einheit herausgezogen werden kann. Wie aus Fig. 2 ersichtlich,
ist das Filter 4 um die Feder 6 gewunden und zusammen mit dieser an dem entsprechend
dimensionierten abdichtenden Stöpsel 5 festgeklemmt.
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Bei der nun beschriebenen Ausführungsform kann das Durchflußverteilungsrohr
7 auch für einen anderen Zweck verwendet werden. Durch Einstellen der Länge des
Rohres in der Weise, daß sein unteres Ende in Berührung mit der Endwindung der Feder
6 steht, wobei erstere einen kleineren Durchmesser als der Rest der Feder aufweist,
wird die Feder 6 daran gehindert, in Längsrichtung zusammengepreßt zu werden, und
darüberhinaus wird auch in radialer Richtung eine gewisse Stabilisierung der Filterstütze
und des Filters gegenüber dem Gehäuse 1 erreicht.
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Die Kombination aus Schraubenfeder und Durchflußverteilungsrohr eröffnet
einen sehr wirtschaftlichen Weg, um mittels dieser billigen Elemente gleichzeitig
eine Filterstütze, eine Durchflußverteilung und eine Filterstabilisierung vorzusehen.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde ein zylindrisches
Rohr mit in der Rohrwandung befindlichen Bohrlöchern benutzt. Natürlich kann jedes
röhrenförmige Element zur Durchflußverteilung benutzt werden, vorausgesetzt, daß
die Erfindungsidee, nämlich die Verminderung der Durchfluß fläche in Richtung zum
Vorrichtungsauslaßende befolgt wird. Infolgedessen können die öffnungen ebenso aus
Schlitzen im Rohr bestehen. Ein anderes Beispiel einer erfindungsgemäßen Durchflußverteilungsanordnung
stellt eine Schraubenfeder dar, die eine abnehmende Steighöhe in Richtung zum Auslaßende
der Vorrichtung hin aufweist.
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In der Ausführungsform der Fig. 2 besteht die Filterstütze aus einer
Schraubenfeder, wobei die Ausführungsform der#Filterstütze jedoch für die Erfindung
unwesentlich ist. Infolgedessen müssen das Durchflußverteilungsrohr und die Filterstütze
keine getrennten Bauteile sein, jedoch kann die Filterstütze beispielsweise aus
Flanschen bestehen, die sich vom Rohr aus erstrecken, vorausgesetzt, daß eine verhältnismäßig
freie Filtratströmung zwischen dem Filter und dem Einsatzrohr möglich gemacht wird.
Beispielsweise kann das Durchflußverteilungsrohr, das filterstützende Flansche besitzt,
in einem Stück aus Kunststoff hergestellt werden.
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Von der vorliegenden Erfindungsidee sind auch solche Rohrfiltervorrichtungen
unfaßt, bei denen die Strömungsrichtung umgekehrt ist, d.h. bei denen die unbearbeitete
Flüssigkeit in das röhrenförmige Filter eingeführt wird und das Filtrat durch das
Filter in den Raum zwischen Filter und Gehäuse strömt.
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Solch eine Ausführungsform wird schematisch in Fig. 3 gezeigt.
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Das Durchflußverteilungsrohr wird um das Filter herum angeordnet,
wobei die erfinderische Lehre weiterhin Gültigkeit besitzt, nämlich daß die Durchflußfläche
des Rohres für das Filtrat sich gegen das Auslaßende der Filtervorrichtung verringert.
In dieser Ausführungsform muß natürlich die Filterstütze außerhalb des Filters angeordnet
werden. Da diese Ausführungsform im Prinzip äquivalent ist mit der oben beschriebenen
Ausführungsform, wurden gleiche Einzelheiten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet,
wobei der Buchstabe a hinzugefügt wurde, d.h. la, 2a etc. Die Arbeitsweise dieser
Ausführungsform ist ebenfalls analog der beschriebenen einen Ausführungsform. Infolgedessen
würde, falls das Durchflußverteilungsrohr entfernt würde, der untere Abschnitt des
Filters zunächst einem hohen Druckabfall ausgesetzt werden und eine Verstopfung
würde nur in diesem Abschnitt des Filters auftreten. Das Durchflußverteilungsrohr
dient dem gleichen Zweck wie zuvor, d.h. um die Strömung und die Druckabfälle zu
verteilen, so daß die gesamte wirksame Filterfläche gleichzeitig ausgenutzt wird.