DE3805361A1

DE3805361A1 - Integralfilter fuer fluide aus mehreren ineinander geschachtelten filterelementen mit unterschiedlichem rueckhaltevermoegen und gehaeuse dafuer

Info

Publication number: DE3805361A1
Application number: DE3805361A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr Hoffmann; Joachim Stinzendoerfer
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1987-02-20
Filing date: 1988-02-20
Publication date: 1988-09-01

Description

Die Erfindung betrifft Integralfilter mit spezifischer und gestufter Abscheidecharakteristik für Fluidinhaltsstoffe nach dem Obergegriff des Hauptanspruches und ein Filtergehäuse dafür.

Bei Kraftstoff- und Ölfiltern ist es bekannt (DE-OS 31 03 723, DE-OS 28 40 117 und US-PS 42 53 954), Zwischenräume zwischen Filterelementen anzuordnen, um in einer ersten Filterstufe abgetrennte Stoffe, z. B. Wasser oder ein Erstfiltrat aus dem Zwischenraum abzuführen.

Die Begriffe Filtereinheit, Filterelement (Basis-Filterelement, Groß-Filterelement), Filtergehäuse und Filtervorrichtung werden im Text zum Stand der Technik gemäß folgender Definitionen verwendet:

Die Summe der filterwirksamen Einzelschichten, einschließlich der Schutzfilterschichten (Schutz bei Verarbeitung und während des Einsatzes im Gerät) und Drainageschichten, eines individuellen Filterelementes wird im Folgenden FILTEREINHEIT genannt.

Eine mit Sicherheitsgliedern (z. B. Rückstausicherung und Kern bei Filterkerzen) ausgerüstete Filtereinheit, die so verarbeitet (z. B. Verguß der Stirnseiten, Anbringen von Adaptern) wurde, daß sie direkt (als Basis-Filterelement) oder nach Zusammenfügen mehrerer Basis-Filterelemente zu Groß-Filterelementen in ein Filtergehäuse filtrationswirksam eingesetzt werden kann, wird im Folgenden FILTERELEMENT genannt.

Eines oder mehrere Filterelemente werden in einem FILTERGEHÄUSE eingesetzt und parallel geschaltet beschrieben.

In einer Filtrationsvorrichtung werden z. B. mehrere Filtergehäuse in Serie geschaltet. Mit entsprechenden Armaturen, Peripheriegeräten und Medien- und Energiequellen wird der Filtrationsprozeß gesteuert.

Bei der Erfindung handelt es sich z. B. um integrierte rohrförmige Filterelemente für die Filtration der verschiedensten Fluide (Flüssigkeiten und/oder Gase mit diversen Inhaltsstoffen; von der echten über kolloidalen Lösung über die Suspension, die Emulsion, das Aerosol, den Rauch usw. bis hin zum Flüssigkeits- oder Gasgemisch).

Bei bekannten Filterelementen ist das Filtrationsziel jeweils die Separation aller oder bestimmter Inhaltsstoffe des Fluids. Je nach Anwendung sind das Permeat (Filtrat) oder das Retentat (Konzentrat) oder auch beide von Interesse.

Die Qualität und Quantität der Abscheidung steht im direkten Zusammenhang mit den eingesetzten Filtermedien und Filtrationsmethoden.

Die Filtermedien können adsorptiv, absorptiv, elektrochemisch, chemisch, katalytisch und mechanisch (Tiefen-, Siebwirkung) wirken. Solche Filtermedien gibt es heute in vielfältiger Verwendungsform als Pulver, Granulat, Stapelfaser oder monofiles Fasergewirr, Fäden, Planfilter (Rundfilter, Bögen, Rollenware), Filtermatten, Filterschichten und gesinterte, gefräste oder anders erzeugte Filtrationskörper.

Man unterscheidet weiterhin zwischen Tiefenfiltern und Siebfiltern. Erstere sind dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschlußgröße nicht absolut betrachtet wird und physikalische Parameter die Separationsqualität entscheidend beeinflussen. Zu den klassischen Siebfiltern zählen neben definierten Geweben (im Gegensatz zu Vliesen) die sogenannten Membranfilter der Abscheidequalität von Mikrofiltern, Ulfrafiltern und Filter für die Reverse Osmose. Zur Klasse der "dichten" Membranfilter zählen Filter zur Gastrennung, Pervaporation, Ionenaustauschmembranen und dergleichen.

Die Verwendung dieser Filtermedien hat in den letzten Jahren sprunghaft zugenommen. Dies gilt insbesondere für die Gruppe der Membranfilter, die heute so stabil hergestellt und verarbeitet werden können, daß Filterelemente mit ausreichender Filterfläche realisiert werden und in Modulbauweise zu größerflächigen Systemen vereinigt werden können. Diese werden häufig in Kombination mit Tiefenfiltersystemen eingesetzt, wobei in den meisten Fällen die Tiefenfilter in der oder den Vorfiltrationsstufen eingesetzt werden und die Aufgabe haben, das Fluid so vorzureinigen, daß die Sicherheitsstufe(n) bzw. Endfiltrationsstufe(n) wirtschaftlich eingesetzt werden können.

Durch gestufte und spezifische Vorfiltration und entsprechender Stufung in der Endfiltration läßt sich die Standzeit (Durchflußleistung bis zur irreversiblen Verblockung) und somit die Wirtschaftlichkeit des Gesamtfiltrationssystems anwendungsgezogen optimieren. Der Einsatzbereich der oben angesprochenen Filterelemente ist sehr weit gestreut. Die sind unerläßlich in der pharmazeutischen, der Elektro- und Halbleiterindustrie, der Biotechnologie, der Medizintechnik, der chemischen Industrie, der Energie liefernden Industrie, beim Umweltschutz und in der Lebensmittelindustrie (Molkereien, Getränke, Lebensmittelgrundstoffe).

Derartige rohrförmige Filterelemente, auch im Fachbereich als Filterkerzen bezeichnet, sind in den verschiedensten Ausführungsformen, in plissierter, gewickelter Form mit den verschiedensten gestuften mehrlagigen Filtermaterialien bekannt. Die nachfolgend aufgeführten Druckschriften zum Stand der Technik bilden Beispiele für derartige Filterkerzen:

DE-OS 19 50 068
US-PS 34 52 877
DE-AS 10 29 345
DE-OS 33 18 940
DE-OS 26 45 634
GB-OS 21 52 471

Bei der spezifischen Vorfiltration oder gestuften Filtration wird heute so verfahren, daß verschiedene Filtrationsstufen diskontinuierlich oder kontinuierlich hintereinandergeschaltet werden. So wird zum Beispiel bei der Herstellung von Wein häufig eine Grob- oder Feinseparation mittels Zentrifuge und ein diskontinuierliche Weinschönung durchgeführt und anschließend der Wein über einen sogenannten Schichtenfilter (offenes System mit Schichtenfilterplatten in einer Schichtenfilterpresse oder geschlossenes System mit lampionförmig angeordneten "Tellern" aus Schichtenfiltereinheiten) filtriert bevor die sogenannte End- bzw. Sterilfiltration über Membranfilterkerzen erfolgt. Durch unterschiedliche Dimensionierung der in Serie geschalteten Gehäuse und Variation der Gehäusebestückung kann die Anzahl der jeweils notwendigen Filtereinheiten aufeinander abgestimmt werden.

Der Nachteil derartiger spezifischer und gestufter Filtration ist zum einen die Diskontinuität und zum anderen die System- und Verfahrensvielfalt die eine Vielzahl von Geräten, insbesondere Filtergehäusen, die die diversen Filterelemente aufnehmen, erfordert. Mit jedem zusätzlichen Gerät bzw. Gehäuse erhöht sich nicht nur der Platzbedarf sondern erhöhen sich vor allem die Investitionskosten für Geräte, Armaturen und Peripheriegeräte sowie die Kosten für die Bedingung und Wartung (Rüstzeiten, Zeitbedarf für Spülen, Benetzen, Prüfen, Sterilisieren, Reinigen). Die Gefahr von Sekundärkontamination und Prozeßstörungen und damit verbundenen Produktverlusten und/oder Produktschädigungen wächst überproportional.

Ein erster Versuch, die spezifische und gestufte Filtration wirtschaftlicher zu machen, sind z. B. Filterkerzen in deren Filtereinheit Tiefenfilter vor Membranfilter mehrlagig, flächig übereinander angeordnet sind und/oder Membranfilter mit verschiedener Abscheidecharakteristik (Porengröße, Cut-Off) in Serie innerhalb eines Elementes angeordnet werden.

Ein Nachteil dieser Lösung ist z. B. im Falle von Plissierungen, daß die diversen filterwirksamen Schichten einer Filtereinheit immer im Verhältnis 1 : 1 zusammenwirken. Entsprechend schwierig ist es, Filtermedien zu finden, die eine optimale Ausnutzung der Filterkapazität (alle Schichten blockieren gleichermaßen) erlaubt. Zum anderen ist die Anzahl der maximal integral zusammenwirkenden Schichten schon rein fertigungstechisch begrenzt. Mit der Zahl der in einer Filtereinheit zusammenwirkenden Filterschichten wächst weiterhin das Risiko, daß bei Prüfung der Filterwirksamkeit des Filterelementes bereits ein kleiner Defekt einer einzelnen Filterschicht wertvolles, an sich integeres Material, verworfen werden muß. Weiterhin wird es mit zunehmender Anzahl der filterwirksamen Komponenten immer schwieriger, die Wirksamkeit der Einzelkomponente im Verband der fertigen Filtereinheit zu überprüfen und die Prüfergebnisse zu interpretieren.

Am Beispiel plissierte Membranfilter kann diese Prüfproblematik erläutert werden.

Mikrofiltersysteme insbesondere zur Sterilfiltration werden vor und nach der Filtration sog. Integritätstests unterworfen, die die Filtrationssicherheit sicherstellen sollen. Hierzu gehören der Bubble-Point bzw. Blasendrucktest, der Druckhaltetest und der Diffusionstest. Diese Tests korrelieren mit destruktiven Belastungstests, den sog. Bacteria-Challenge-Tests, bei denen mit standardisierten Testkeimen nach standardisierter Testmethode die Leistungsfähigkeit von Membranfiltern bzw. Membranfilterprodukten festgestellt wird.

Trotz Automatisierung dieser physikalischen Integritätsprüfungen birgt diese Art der Prüfung erhebliche Unsicherheiten. Diese Unsicherheit wächst überproportional mit der Vergrößerung der Filterfläche.

Große (individuell prüfbare) Filterflächen werden heute dadurch erzeugt, daß kleine Basiselemente individuell geprüft und dann axial zu größeren Einheiten vereinigt (verschweißt, verklebt, dichtend gesteckt...) werden. Diese Groß-Filtereinheiten werden erneut einer Prüfung unterworfen. Defekt geprüfte bzw. nicht funktionsfähige Filtereinheiten werden verworfen.

Eine weitere Flächen(Leistungs-)vergrößerung erfolgt durch Parallelschalten mehrerer solcher Groß-Filtereinheiten (z. B. Mehrfachkerzen) in Großgehäusen.

Abgesehen von dem großen Prüfaufwand ist der große Nachteil dieser Konzeption, daß trotz Automatisierung nur eine Kollektivmessung durchgeführt wird, d. h. zwischen individuellen Defekten einzelner Filterelemente in einem Groß- bzw. Mehrfachgehäuse kann ebensowenig unterschieden werden wie zwischen individuellen Defekten einzelner Basiselemente aus denen ein Groß-Filterelement zusammengesetzt ist. Bei großen Flächen wird, abgesehen davon, daß bereits bei niedrigen Ausschußraten die Wirtschaftlichkeit nicht mehr gegeben ist, zumindest für den Druckhalte- und Diffusionstest eine Interpretation des Testergebnisses immer schwieriger und kritischer.

Bei diesen Methoden wird das Volumen des durch die Filtereinheit des zu testenden Filterelements diffundierenden Testgases bzw. der dadurch verursachte Druckabfall auf der Anströmseite bestimmt. Das erlaubte Diffusions-Volumen wächst theoretisch proportional mit der Filterfläche. Die Praxis zeigt aber, daß dieses Diffusionsvolumen auch durch andere Parameter wesentlich beeinflußt wird. Hierzu gehören Temperatur, Schicktdicke, Benetzungsverhalten, die chemische Natur der Filtermedien, die chemische Natur der Medien mit der die Filtereinheit verarbeitet wird. Das Diffusionsvolumen setzt sich also aus den unterschiedlichsten Anteilen zusammen. Während durch echte Defekte hervorgerufende Diffusion aufgrund der Größenordnung bei kleinflächigen Systemen eindeutig erkannt werden können, ist dies bei großflächigen Systemen nicht mehr möglich, da erlaubte Diffusion und durch geringe aber schädliche Defekte hervorgerufene Diffusion von gleicher Größenordnung sind. Dies ist auch der Grund dafür, daß eine visuelle Bestimmung des Blasen-Punktes bei Großgehäusen äußerst schwierig ist.

Es kann festgestellt werden, daß sich alle Vorschläge, Filterelemente in einem Großgehäuse individuell und wirtschaftlich zu prüfen, nicht durchgesetzt haben.

Bei nicht bestandenem Integritätstest und nach Betriebsstörungen während der Produktion (Filtration) ist es deshalb häufig nötig, die Funktionsfähigkeit der einzelnen Filterelemente zu prüfen. Hierzu müssen meist die Filtergehäuse entleert, die Filterelemente ausgebaut und einzeln geprüft werden. Mit der Zahl der Filtergehäuse wächst natürlich der Zeit-, Personal- und Kostenaufwand und gleichermaßen die Menge an Produktverlust und die Gefahr der Produktbeschädigung und Sekundärkontamination.

Ein weiterer Nachteil von in verschiedenen Gehäusen in Serie geschalteten Filtereinheiten bekannter Art ist, daß bei Ausfall oder Defekt nur eines vorgeschalteten Elements häufig das gesamte nachgeschaltete Filtergehäuse in Mitleidenschaft gezogen wird, d. h. alle Elemente dieses Gehäuses verblocken vorzeitig.

Große Filterflächen werden heute immer unerläßlicher, wenn die Filtration als Separationsmethode wirtschaftlich bzw. konkurrenzfähig bestehen will.

Neben der Abscheidequalität bestimmen drei Kriterien die Wirtschaftlichkeit und Sicherheit von Filtrationssystemen:

- Standzeit
- Durchfluß pro Fläche und Zeit
- Prüfbarkeit

Der Problemkreis Prüfbarkeit ist mehrfach beschrieben worden.

Weiterhin wurde der Problemkreis Standzeit eingehend erläutert. Anzumerken bleibt hier, daß heute vermehrt versucht wird "blockierte" bzw. nicht mehr filterwirksame Filtereinheiten zu regenerieren. Dies geschieht z. B. durch Einsatz chemischer Reinigungsmittel, der natürlich durch die chemische Kompatibilität des Systems limitiert ist sowie durch Spülvorgänge mit wirksamen Spülmedien in oder entgegen der Filtrationsrichtung.

Die Nachteile der Spülmethoden liegen darin, daß bei Spülung in Filtrationsrichtung nachgeschaltete Filtereinheiten oder Vorrichtungen ungebühr belastet werden können, wenn nicht apparativ aufwendig und meist auch kostspielig By-Pass-Leitungen installiert werden. Andererseits birgt die Rückspülung (entgegen der Filtrationsrichtung) immer die Gefahr einer Zerstörung des Filterelementes. Dies ist besonders kritisch an der Endstelle und sollte vor allem vermieden werden können, wenn die Endstelle selbst nicht verblockt ist sondern ein vorgeschaltetes Filterelement, welches nicht individuell angesteuert werden kann.

Der Problemkreis Durchfluß pro Zeit und Fläche ist natürlich auch an die Abscheidecharakteristik, die Prüfproblematik und Standzeitproblematik gekoppelt. Meist wird diese Problematik durch hohe frei zugängliche Fläche bei entsprechender Dimensionierung und Gestaltung von Zu- und Abläufen sowie der Strömungsführung gelöst. Im Falle der Gasfiltration heißt dies bei handelsüblichen Filterkerzen vergrößerter Kerninnendurchmesser (Flächenverlust!) und viele Einzeleinheiten geringer Bauhöhe (Prüfbarkeit, Gerätekosten!) auf einer Gehäuseebene.

Der Nachteil dieser Problemlösung ist kongruent zu den obigen Ausführungen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln die Nachteile der bekannten Filtereinheiten bzw. Filterelemente zu beseitigen, d. h. für die spezifisch abgestufte Filtration (Mehrfachfiltration) einen kompakten, den vorgegebenen Filtrationsraum in einem umgegebenden Gehäuse gut ausnutzenden und die verwendeten Filtermaterialien optimal nutzendes Integralfilter zu schaffen, welches gezielte Problemlösungen erlaubt, wirtschaftlich herstellbar und bedienungsfreundlich ist, ohne daß durch die Lösung der vorgenannten Teilaufgaben der Integralfilter gegenüber gängigen Individual-Filter- elementen nach dem Stand der Technik eine Verschlechterung bezüglich seiner möglichen Prüfbarkeit nach den verschiedensten Prüfkriterien erfährt und ohne daß eine Verschlechterung der Versorgungs- und Entsorgungsmöglichkeiten des Integralfilters damit erkauft wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst, indem nämlich mindestens zwei Filterelemente mit ihren Durchmessern so abgestuft sind, daß der vom Rohrmantel umschlossene Hohlraum des jeweils größeren Filterelementes (Hauptfilterelement) zur Aufnahme mindestens eines kleineren Filterelementes (Subfilterelement) dient und mindestens eines dieser mehreren Filterelemente ein auf Integrität geprüftes oder prüfbares Filterelement (Integritätsfilter) bildet. Dies bedeutet, daß ein vom Innenmantel umschlossener Hohlraum zur Aufnahme mindestens eines eigenständigen Grund-Filterelementes dient, welches die nächstfolgende oder parallel geschaltete Filterstufe bildet.

Durch die Anordnung eines Filterelementes in dem Filterelement läßt sich der Flächenbedarf der unterschiedlich gearteten und unterschiedlich teueren Filterelemente dem tatsächlichen Bedarf bei der Filtration der verschiedensten Medien anpassen und zwar durch Kombination verschiedener standardisierter Baueinheiten. Da die Filterelemente in den einzelnen Filterstufen funktionsmäßig eigenstandige Elemente bilden, können diese auch eigenständig beim Hersteller und auch beim Benutzer innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses in situ z. B. auf Integrität geprüft werden, wenn entweder der Zwischenraum zwischen zwei Filterelementen oder der innere Hohlraum individuell angesteuert bzw. angeströmt und die Druckverhältnisse stromaufwärts oder stromabwärts kontrollierbar sind oder bestimmte Filterschichten so geschaltet sind, daß auch nachgeschaltete oder vorgeschaltete Elemente individuell prüfbar werden. Dabei ist es von Vorteil und ausreichend, daß innerhalb der verschiedenen Filtrationsstufen lediglich die Filterelemente einer Filtrationsstufe, vorzugsweise die sogenannte Sicherheits-Filtrationsstufe (Integritätsfilter) und hierbei flächenmäßig kleinste Filterelement, geprüft werden. Der Ausschuß und Prüfaufwand kann durch Prüfung vor dem Zusammenbau erheblich verringert werden. Durch Integration diverser spezifisch und abgestuften Filterelemente zu einem Integralfilter ist auch die Handhabung beim Ein- und Ausbau in umgebene Großgehäuse aus Edelstahl vereinfacht.

Der Erfindungsgedanke ist in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 schematisch einen Vertikalschnitt durch ein Filtergehäuse mit eingesetztem Integralfilterelement nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Variante dazu,

Fig. 3 in schematisch vereinfachter Darstellung einen Vertikalschnitt durch ein Filtergehäuse mit einem Integralfilter aus vier Einzelfilterelementen in Parallel- und Reihenschaltung der Filterelmente,

Fig. 4 in entsprechender Darstellung ein Gehäuse mit Integralfilter aus vier Einzelfilterelementen in Reihenschaltung der Filterelemente,

Fig. 5 bis 16 in schematiscch und vereinfachter Darstellung Querschnitte durch verschiedene Filterkombinationen bezügliche der Anzahl von Filterstufen, Geometrien, Material und Filtertypen und

Fig. 17 bis 33 schematische Vertikalschnitte durch Gehäuse und Integralfilter in mehreren Varianten für verschiedene Anwendungsfälle.

Ein für den Einsatz in der Getränkeindustrie unter Verwendung des erfindungsgemäßen Integralfilters F geeigneten Gehäuse aus Edelstahl besteht gemäß Fig. 1 aus der Gehäusebasis 1 mit drei Anschlüssen A 1, A 2, A 3 für die Versorgung und Entsorgung des auf Gehäusebeinen 5 abgestützten Gehäuses 1 bis 12. Das glockenförmige Gehäuseoberteil 2 mit einem Verstärkungskranz 8 ist unter Zwischenlage von elastischen O-Ringdichtungen 23 mit Hilfe von über den Umfang verteilt angeordneten Spannelementen 6 dichtend mit der Gehäusebasis 1 verbunden. Das Gehäuseoberteil 2 hat an seiner höchsten Stelle einen Entlüftungsstutzen 10 mit einer Ventilanordnung 11. Das Gehäuseoberteil 2 kann mit Hilfe der Handgriffe 12 nach Lösen der Spannelemente 6 ganz von der Gehäusebasis 1 entfernt werden, so daß für die Bestückung und Entfernung des Integralfilters F die Gehäusebasis 1 auch von innen her frei zugänglich ist. Der zentral angeordnete Anschluß A 2 geht in eine Gehäusedurchbrechung über, die den eigentlichen Sterilraum 14 bildet und der nachfolgend näher beschriebene Integralfilter F greift mit einem Verbindungsadapter 27 mit Stutzen 15 mittels O-Ringdichtungen 23 in diese Gehäusedurchbrechung ein. Mehrere über den Umfang der Gehäusebasis 1 angeordnete Verriegelungselemente 7 können mit Verriegelungsnasen 30 am Verbindungsadapter 27 in Eingriff gebracht werden, so daß der Integralfilter F insgesamt in axialer Richtung verriegelt ist und gegen einen Rückstau aus den Anschlüssen A 2 bis A 3 gesichert ist. Das Gehäuse 1, 2 hat z. B. einen Innendurchmesser von 317 mm und eine Innenhöhe von etwa 1300 mm, so daß ein Integralfilter von 260 mm Durchmesser und 1050 mm Länge im Gehäuse positioniert werden kann.

Die beiden Filterkerzen K 1 und K 2 sind bezüglich ihrer Grundelemente mit Ausnahme ihrer Größe und Filtermaterialien im wesentlichen aus einander entsprechenden Bauelementen aufgebaut. Jede der beiden Filterkerzen K 1 und K 2 besteht aus einem ringförmigen, im Querschnitt U-förmigen Stirnadapter 21, 21′ bzw. 20, 31, 20′, 31′ dem eigentlichen rohrförmigen Filterelementen F 1 bzw. F 2 die an den Stirnseiten mittels Dichtungsmittel 22 mit den Stirnadaptern 21, 21′ und 20, 31, 20′, 31′ leckdicht verbunden sind. Gitterförmige bzw. perforierte äußere Sicherungsglieder 24 bzw. 24′ und innere Sicherungsglieder 25 bzw. 25′ geben den Filterkerzen K 1 bzw. K 2 bzw. den entsprechenden Filterelementen F 1, F 2 die nötige radiale und axiale Stabilität für die Druck- und Zugbelastungen, die während der Prüfung und während des Filtrationsvorganges im Gehäuse 1, 2 auftreten. Diese perforierten Sicherungsglieder 24, 24′ bilden aber auch bei engster Anordnung der integrierten Filterkerze in sich strömungstechnisch Zwischenräume Z, (Z 1-Z 4), die sich mit Fluid (Gas oder Flüssigkeit) während des Betriebes der Filtereinheit füllen.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der Stirnadapter 20, 31 der äußeren Filterkerze K 1 zweiteilig aufgebaut, d. h. der ringförmige Stirnadapter 20 ist mit Hilfe einer aufgeschweißten Verschlußplatte 31 oder mit Hilfe eines Verschlußadapters oberseitig verschlossen. Das Verschlußelement 31 (Verschlußadapter) kann auch als Einfüllöffnung für nicht dargestellte Filterhilfsmittel dienen, welche in den Zwischenraum Z 1 zwischen der Filterkerze K 1 und K 2 einlagerbar sind. Entsprechend hat der Stirnadapter 20′ ein Verschlußelement 31′.

Die beiden Filterkerzen K 1 und K 2 können natürlich dieselbe Bauhöhe und eine gemeinsame Verschlußplatte 31 haben, wobei auch hier Zentrierungselemente und Nuten für die Aufnahme von Schweiß- oder Klebemittel die Montage und Integration erleichtern.

Der Anschlußadapter 27 hat auf seiner den Filterkerzen K 1, K 2 zugewandten Oberseite ein Zentrierungselement 29, das in den Zwischenraum Z 1 hinreicht und die Zentrierung und Montage der Filterkerzen K 1, K 2 mit dem Verbindungsadapter 27 erleichtert. Die Stirnadapter 21, 21′ werden durch Klebung, Spiegelschweißung oder Ultraschallschweißung in der bei 28 angedeuteten Zone mit dem Anschlußadapter 27 leckdicht verbunden, so daß in den Trübraum 13 des Gehäuses über den Anschluß A 1 eingeführtes Fluid bestimmungsgemäß nur durch das Filterelement F 1 in den Zwischenraum Z 1 und von dort aus durch das Filterelement F 2 in den Kern 14 ′ und von dort aus in den Sterilraum 14 dringen kann. Anstelle der dauerhaften Verbindung ist auch eine Verbindung durch Adapter mit O-Ringdichtungen möglich.

Zur Versorgung und Entsorgung des Zwischenraumes Z 1 zwischen der Filterkerze K 1 und K 2 mit Prüfmedien (Gas oder Flüssigkeit), Spülmedien, Reinigungsmedien, Sterilisationsmedien, Filterhilfsmitteln ist dieser Zwischenraum Z 1 mittels eines Adapterstutzens 32 mit dem Anschluß A 3 verbunden. Sämtliche Anschlüsse bzw. Zuleitungen sind üblicherweise mit Absperrventilen 11 ausgestattet, um eine individuelle Regelung zu ermöglichen.

Für bestimmte Einsatzfälle bei der Filtration von Flüssigkeiten kann es notwendig sein, den Zwischenraum Z 1 in den Trübraum 13 zu entgasen. Zu diesem Zweck ist in dem Verschlußelement 31 ein hydrophober Belüftungsfilter B 1 angeordnet oder das Filterelement weist einen hydrophoben, gasdurchlässigen Flächenanteil auf.

Will man auf den relativ groß gehaltenen Zwischenraum Z 1 verzichten, so können unter Verwendung modifizierter Stirnadapter 20, 31, 21 die Filterkerze K 2 direkt mit dem Adapter der Filterkerze K 1 leckdicht verbunden werden. Dabei kann entweder die Plissierhöhe des Filterelementes F 1 oder F 2, daß heißt die Faltentiefe und damit die Filterfläche vergrößert werden, so daß sich die Außenfläche des Filterelementes F 2 unter Wegfall seines äußeren Sicherungsgliedes 24′ direkt an das innere Sicherungsglied 25 der Filterkerze K 1 anlegen kann. Die Einzelprüfbarkeit vor und nach dem Zusammenbau der Filterkerze K 2 bleibt dennoch voll erhalten, da ein kleinerer Freiraum durch die perforierten Stützglieder 24, 25 selbst erhalten bleibt.

Die in Fig. 2 dargestellte Variante entspricht im Aufbau der Ausführung nach Fig. 1. Abweichend ist der Anschluß A 3 des Gehäuses in Form eines Rohres 17 in einem Freiraum zwischen Integralfilter F und Innenseite des Gehäuseoberteils 2 bis in dessen oberen Freiraum geführt und mit einem flexiblen Rohrstück 17′ und Kupplungsstück 18 mit einem Adapterstutzen 32′ des Integralfilters F lösbar verbunden. Dieser kann bei abgenommenem Oberteil 2 über eine Art Bajonettverschluß 7, 30 mit der Gehäusebasis 1 verriegelt und mit dem Kupplungsstück 18 verbunden werden.

Die Filterkerze K 1 ist in sich aus zwei plissierten Filterelementen F 1 etwa gleicher großer Filterfläche aufgebaut. Der dabei gebildete Zwischenraum Z ist in dieser Ausführungsform nicht separat ansteuerbar.

Die in Fig. 3 schematisch dargestellte Filtervorrichtung aus Gehäuse und Integralfilter F entspricht sinngemäß der Vorrichtung wie sie in Fig. 1 dargestellt und beschrieben ist. Entsprechende Teile sind mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Es handelt sich hierbei um eine vier mechanisch miteinander verbundenen und zu einer Einheit integrierten Filterkerzen K 1 bis K 4 mit den Filterelementen F 1-F 4, welche paarweise strömungstechnisch in Reihe geschaltet sind und beide Paare strömungstechnisch parallel geschaltet sind. Es handelt sich hierbei um einen Integralfilter F, welcher bevorzugt für die Gasfiltration einsetzbar ist und zwar im Hinblick auf eine geringe Anzahl von Filterstufen jedoch mit Bedart an großer Filterfläche.

Auch hier können selbstverständlich die Filterkerzen K 1 bis K 4 dieselbe Bauhöhe haben, um den zur Verfügung stehenden Raum optimal auszunutzen. Diese zeichnerische Darstellung wurde lediglich zur Verdeutlichung der verschiedenen Variationsmöglichkeiten gewählt. Die Filterkerzen K 2 und K 3 sind dabei die auf Integrität geprüften bzw. in situ prüfbaren Elemente, wenn wie dargestellt überströmt wird.

Auch die Zwischenräume Z 1 bis Z 3 werden bezüglich ihrer Größe nach filtrationstechnischen Erfordernissen gewählt.

Die sinngemäß aufgebaute Filtervorrichtung mit Integralfilter F gemäß Fig. 4 zeigt ein Integralfilter F aus vier ineinander gesteckten Filterkerzen K 1 bis K 4, welche strömungstechnisch in Reihe geschaltet sind, wobei die Zwischenräume Z 1 bis Z 3 und der Hohlkern 14′ über den Anschlußadapter 27 durch Anschlüsse A 1 bis A 5 mit Medien der verschiedensten Art versorgbar und entsorgbar und filtrationstechnisch ansteuerbar sind.

Alle in den Fig. 1 bis 4 durch Pfeile angegebenen Strömungsrichtungen sind selbstverständlich entsprechend den jeweiligen Filtrations- und Prüfbedingungen umkehrbar bzw. frei wählbar. Bedarfsweise können die Zwischenräume Z 1 bis Z 3 und weitere durch Belüftungsfilter B 1 gemäß Fig. 1 entlüftet und durch Rohranschlüsse 17, 17′ angesteuert werden, so daß auch eine gewisse axiale Überströmung erreicht werden kann. Der umlaufende Zwischenraum Z kann mit einem oberen und einen in Umfangsrichtung versetzt angeordneten Anschluß ausgestattet sein, so daß ein Art Tangentialströmung des eingebrachten Mediums erzwungen wird. Durch spiralförmige Strömungsleiter, die auch als Abstandshalter wirken können, kann diese Strömungsführung noch verstärkt werden - siehe Fig. 27 und Fig. 31 bis 33.

Großgehäuse zur Aufnahme von mehr als einem Filterelement sind bekannt z. B. durch DE-PS 33 35 938. Zur Aufnahme eines Integralfilters nach Fig. 1 ist der Anschluß A 3 für den Adapteranschluß 32 durch den Sterilraum bis auf die Außenseite des Gehäuses hindurch geführt. Die Kerzenstutzen 15 aller Filterkerzen münden im gemeinsamen Sterilraum. Jeder Integralfilter F ist daher über den zugeordneten Stutzen A 3, 32 und Zwischenraum Z 1 ansteuerbar.

Die in den Fig. 5 bis 16 schematisch dargestellten Querschnitte der einzelnen Filterkerzen sind konstruktiv analog dem vorstehend beschriebenen Integralfilter F gemäß Fig. 1 bzw. den beschriebenen Modifikation aufgebaut. Fig. 5 und 6 zeigen dabei Stufungen bezüglich der Kerzendurchmesser. Fig. 7 und 8 zeigen Varianten bezüglich mehrerer Filtrationsstufen. Fig. 9 und 10 zeigen Variationen innerhalb einer Filterstufe bezüglich der Anordnung mehrerer identischer Filterkerzen. Fig. 11 zeigt Variationen mehrerer Filterstufen bezüglich der Filtermaterialien. Fig. 12 und 13 zeigen mehreckige Rohrmäntel in plissierter Form. Fig. 14 und 16 zeigen Varianten bezüglich der Abstimmung von Fläche und Filtermaterial in den verschiedenen Stufen. Gleichermaßen betreffen die Varianten Filterkerzen mit verschiedenen Materialien in den einzelnen Filterstufen, mit verschiedenen Filtermaterialkombinationen in einzelnen Filterstufen, mit verschiedenen Porengrößen und geprüfter oder ungeprüfter Filterelemente (Integritätsfilter) in der letzten Stufe.

Die in den Fig. verwendeten Kurzbezeichnungen haben die nachfolgende Bedeutung.

Fig. 5 K 1 - (Filter)-Kerze 1 und
Fig. 6 K 2 - Kerze 2
Fig. 7 TF - Tiefenfilter
Fig. 8 K 3 - Kerze 3
Fig. 9 K 2 a - Kerze 2a innerhalb einer Stufe
Fig. 10 K 2 b - Kerze 2b; K 2 c - Kerze 2c; FH - Filterhilfsmittel im Zwischenraum Z
Fig. 7 TF-M Tiefen-Filter-Material in Zwischenraum Z 1
Fig. 9, 10 FH Filterhilfsmittel
Fig. 11 K 1 TF - Kerze 1, Tiefen-Filter; TF-M 1 - Tiefen-Filter-Material 1; K 2 TF - Kerze 2, Tiefen-Filter; TF-M 2 - Tiefen-Filter-Material 2; K 3 MF - Kerze 3, Membran-Filter
Fig. 14 TF I - Tiefen-Filter I und
Fig. 15 TF II - Tiefen-Filter II
Fig. 16 TF/MF I - Tiefen-Filter/Membran-Filter I geprüft; TF/MF II grob Tiefen-Filter/Membran- Filter II grob

Wie die systematische Aufgliederung, die keinen Anspruch auf Vollständigkeit erhebt, zeigt, sind mit der Erfindung die verschiedensten Kombinationen der heute auf dem Markt befindlichen Filtermaterialien und zukünfiger Filtermaterialien möglich. Die innerste Filterkerze kann auch aus einem Bündel von Kapillarmembranen, die mit entsprechenden stirnseitigen Adaptern ausgestattet sind, gebildet sein.

Die Begriffe Tiefenfilter, Membranfilter, Ultrafilter, Mikrofilter haben die in der Fachliteratur definierte Bedeutung. Unter Filterhilfsmittel sind insbesondere Kieselgur, Perlite, Asbest, Zellstoff, Ionenaustauschmedien, Trockenmittel, katalytisch wirkende Medien und Aktivkohle zu verstehen.

Unter Wirkstoffen und katalytischen Stoffen sind auch Hefen und andere Mikroorganismen sowie den jeweiligen speziellen Filtrationsprozeß fördernde Stoffe zu verstehen, die entweder in den Zwischenraum Z 1 zwischen zwei Filterkerzen eingelagert werden oder aber zwischen zwei Filterschichten einer Filterkerze oder als Immobilien innerhalb einer Filtermembran angeordnet sind und den Filtrationsprozeß günstig beeinflussen.

Nachfolgend sind einige praktische Ausführungsbeispiele für spezielle Probenlösungen beschrieben.

Beispiel 1

Die Anordnung der beschriebenen Kerze entspricht Fig. 1. Die Radien- und Flächenverhältnisse lassen sich mit Fig. 5 beschreiben.

Es handelt sich um einen Integralfilter F zur Herstellung von partikel- und kolloidarmen Wasser geringer Leitfähigkeit, wie es z. B. im Labor, in der chemischen Industrie und als Vorstufe in der Halbleiterindustrie benötigt wird. K 1 enthält z. B. Filterschichten aus Glasfaserfiltern zur Abscheidung von Kolloiden.

Der Zwischenraum Z 1 ist gefüllt mit einem Ionenaustauscher- Medium (FH), das applikationsspezifisch wählbar ist. Eine In-Situ-Regeneration ist ebenso möglich, wie der Austausch über den Anschluß A 3.

K 2 wirkt als Partikelfänger und enthält Polypropylen- Filter-Vliese.

K 1 und K 2 können vor dem Zusammenbau individuellen Prüfungen unterzogen werden.

Beispiel 2

Die Anordnung der beschriebenen Kerze entspricht Fig. 1. Die Radien- und Flächenverhältnisse lassen sich mit Fig. 5 oder Fig. 6 beschreiben.

Für die Klarfiltration von Spirituosen reichen häufig Tiefenfiltermedien wie Glasfasermedien, Kieselgur, Papierfilter und dgl. aus. Befindet sich aber die Filteranlage in einer Abfüllinie, so kommt es bei Prozeßunterbrechungen, Druckstößen usw. häufig zu Kolloiddurchbrüchen, die zur Trübung des Filtrats führen. In automatisierten Anlagen wird die Trübung des Filtrats permanent optisch kontrolliert. Jede Störung führt zur Abschaltung der Abfüllanlage. Anfahr- und Abschaltvorgänge bewirken jedoch bei Tiefenfiltern aber immer die Gefahr von "Durchbrüchen". Der diese Tiefenfilter enthaltenden Kerze K 1 wird deshalb innerhalb des integralen Filterelements in der Filterkerze K 2 ein echter Siebfilter nachgeschaltet, der auch bei Druckstößen keinen Durchbruch von Trübungsstoffen erlaubt. Diese Kerze ist flächenmäßig so dimensioniert, daß sie auch bei Teilverblockung für den Durchfluß pro Zeit nicht den limitierenden Faktor darstellt. Solche echte Siebfiltereinheiten enthalten bevorzugt Mikrofilter (Membranfilter) im Porengrößenbereich um 1 µm.

Die Klärschärfe kann durch Einbringung z. B. von Kieselguren (FH) in den Zwischenraum Z 1 zusätzlich erhöht werden. Insbesondere die Membranfilterkerze K 2 kann vor dem Zusammenbau (ex situ) einer Integritätsprüfung unterzogen werden. Auch eine Prüfung im Gehäuse in situ ist möglich. Diese kann z. B. mittels Druckhaltetest in einem Großgehäuse, das mehrere Integralfilter enthält, kollektiv geschehen. Durch die minimierte Filterfläche des Sicherheits- und Prüfelements ist bereits eine ausgezeichnete Sicherheit gegeben.

Jedoch lassen sich bei geeigneter Druckregelung die Integralfilter auch individuell ansteuern und prüfen, ohne daß das Gehäuse entleert werden muß. Entleert wird jeweils nur der Zwischenraum Z 1.

Weiterhin führt das Trüb-Laufen einer Kerze K 1 nur zur individuellen Verblockung dieses Integralfilters durch Verblockung von K 2. Die anderen Integralfilter eines Großgehäuses filtrieren störungsfrei weiter. Nachgeschaltete Kerzengehäuse werden nicht defektbedingt belastet, so lange alle K 2-Kerzen integer sind.

Beispiel 3

Bestimmte Flüssigkeiten, z. B. Bier, enthalten trotz Vorklärung und Vortfiltration in der sog. Sterilisationsstufe (Kaltsterilisation durch Abscheidung mediumschädigender Mikroorganismen mittels Mikrofilter) noch so viel "kollidale Anteile", daß eine wirtschaftliche Filtration herkömmlich kaum möglich ist. Dies gilt z. B. auch für die Serumfiltration, wenn es gilt, Mycoplasmen im Bereich 0,1 µm abzutrennen.

Eine Möglichkeit besteht darin, durch Hintereinanderschalten mehrerer, hinsichtlich ihrer Abscheidungscharakteristik ähnlicher Filter stufenweise eine Keimreduzierung zu bewirken, ohne daß die "ersten" Filterelemente frühzeitig verblocken. Hierbei wird häufig mit mehreren hintereinander geschalteten Filtergehäusen gearbeitet und bei Verblockung bzw. Teilverblockung von "Erst-Filterstufen" die Bestückungen der Gehäuse ausgetauscht bzw. die verblockte Stufe entfernt und alle anderen um eine Stufe vorgerückt oder die verblockte Stufe ausschließlich durch eine neue Bestückung ersetzt.

Dies führt zu nicht mehr definierbaren Mischbestückungen und widerspricht häufig rechtlichen Bestimmungen, die nur eine einmalige Benutzung erlauben. Mischbestückung, d. h. manche Filterelemente werden weit häufiger Sterilisationszyklen ausgesetzt als andere, andere Elemente werden, weil teil- oder ganz verblockt einem permanenten Differenzdruck ausgesetzt. Beides führt zu (teilweise latenten) Schädigungen, die die Filtrationssicherheit stark mindern. Enthalten das großflächige Filterelement K 1 und das kleinflächige, den Durchfluß pro Zeit nicht limitierende, Filterelement K 2 bzw. Integritätsfilter K 2 hinsichtlich ihrer Abscheidecharakteristik ähnliche Filterelemente, so kann ohne die oben beschriebenen Nachteile eine wirtschaftliche "homogene" Serienfiltration erfolgen. Verblockte Filterelemente werden verworfen. Insbesondere die Membranfilterkerze K 2 kann vor dem Zusammenbau einer Integritätsprüfung unterzogen werden. Auch eine Prüfung im Gehäuse in situ ist möglich. Diese kann z. B. mittels Druckhaltetest in einem Großgehäuse, das mehrere Integralfilter enthält, kollektiv geschehen. Sollen nur die Membranfilterkerzen K 2 geprüft werden, so muß K 1 hydrophobe Randzonen oder Plissierungen enthalten oder der Zwischenraum Z 1 über ein im Verschlußelement 31 integrierten Belüftungsfilter B 1 be- bzw. entlüftbar sein.

Durch die minimierte Filterfläche des Sicherheits- und Prüfelements K 2 ist bereits eine ausgezeichnete Sicherheit gegeben. Jedoch lassen sich bei geeigneter Druckregelung die Integralfilter auch individuell ansteuern und prüfen, ohne daß das Gehäuse entleert werden muß. Entleert wird jeweils nur der Zwischenraum Z 1.

Weiterhin führt ein Defekt einer Kerze K 1 nur zur individuellen Verblockung dieses Integralfilters durch Verblockung von K 2. Die anderen Integralfilter eines Großgehäuses filtriert störungsfrei weiter. Nachgeschaltete Kerzengehäuse werden nicht defektbedingt belastet, so lange alle K 2-Kerzen integer sind.

Beispiel 4

Die Anordnung der beschriebenen Kerze entspricht Fig. 4. Beispiel 4 unterscheidet sich von Beispiel 3 dahingehend, daß Lösungen filtriert werden sollen, die Kolloide und/oder Partikel mit stark differenzierter Größenverteilung enthalten. Hierzu ist eine vielfältige Stufenfiltration nötig. Wirtschaftlich ist dies nur möglich, wenn das individuell prüfbare Sicherheitselement K 4, getrennt von den eigentlich filterwirksamen Elementen vor dem Zusammenbau und in situ prüfbar ist. Dies ist mittels der Integralfilter möglich.

K 1 bis K 3 bilden die großflächigen, zahlreichen Membranfilterstufen (Abscheidestufen) enthaltenden filterwirksamen Elemente, während K 4 das flächenminimierte Prüf- bzw. Sicherheitselement darstellt. In den Zwischenräumen F 1 bis F 3 können applikationsspezifisch bestimmte Filtermedien eingebracht werden, K 2 und K 3 können je nach Applikation entfallen.

Insbesondere die Membranfilterkerze K 4 kann aber auch vor dem Zusammenbau (ex situ) einer Integritätsprüfung unterzogen werden. Auch eine Prüfung im Gehäuse in situ ist möglich. Diese kann z. B. mittels Druckhaltetest in einem Großgehäuse, das mehrere Integralfilter enthält, kollektiv geschehen. Sollen nur die Membranfilterkerzen K 4 geprüft werden, so muß K 1 bis K 4 hydrophobe Randzonen oder Plissierungen enthalten oder die Zwischenräume Z 1 bis Z 3 über ein im Verschlußelement 31 integrierten Belüftungsfilter B 1 be- bzw. entlüftbar sein. Durch die minimierte Filterfläche des Sicherheits- und Prüfelements K 4 ist bereits eine ausgezeichnete Sicherheit gegeben. Jedoch lassen sich bei geeigneter Druckregelung die Integralfilter auch individuell ansteuern und prüfen, ohne daß das Gehäuse entleert werden muß. Entleert wird jeweils nur der Zwischenraum Z 3 vor dem Prüfelement. Weiterhin führt ein Defekt einer Kerze K 1 bis K 3 nur zur individuellen Verblockung dieses Integralfilters durch Verblockung von K 4. Die anderen Integralfilter eines Großgehäuses filtrieren störungsfrei weiter. Nachgeschaltete Kerzengehäuse werden nicht defektbedingt belastet, so lange alle K 4-Kerzen integer sind.

Beispiel 5

Die Anordnung der beschriebenen Kerze entspricht Fig. 1. Die Radien- und Flächenverhältnisse lassen sich mit Fig. 6 beschreiben.

Das hier beschriebene integrale Filterelement enthält eine Mikrofiltereinheit und Ultrafiltereinheit. Dieses integrale Filterelement wird entgegen der normalen Filtrationsrichtung betrieben. Die Filtereinheiten sind entsprechend geschaltet.

Mit diesem Integralfilter läßt sich hochreines Spülwasser für die Mikrochip-Herstellung erzeugen. Kerze K 1 enthält die Mikrofiltereinheit. Kerze K 2 enthält die, wegen der verminderten Durchlässigkeit flächenmäßig wesentlich größere Ultrafiltereinheit. K 1 dient zur Abscheidung von Mikroorganismen, während durch die Ultrafiltereinheit noch kleinere Partikel oder Moleküle bis hin zu Pyrogenen abgeschieden werden sollen. Bei keiner oder geringer Abnahme (geringem Verbrauch) des Ultrafiltrats über Anschluß A 1 kann das Mikrofiltrat über den Gehäusestutzen und über vorgeschaltete Filterelemente sowie K 2 rezirkuliert werden. Hierdurch bleibt das System immer im Gleichgewicht, Wachstum von Mikroorganismen wird verhindert und auch ein gewisser Cross-Flow-Reinigungs-Effekt für die Oberfläche der Ultrafiltereinheit kann angenommen werden.

Beide Membranfilterelemente können vor dem Zusammenbau einer Integritätsprüfung unterzogen werden. Auch eine Prüfung im Gehäuse ist möglich. Diese kann z. B. mittels Druckhaltetest in einem Großgehäuse, das mehrere integrale Filterelemente enthält, kollektiv geschehen. Sollen nur die Membranfilterkerzen K 2 geprüft werden, so wird das Prüfmedium (Preßluft beim Druckhaltetest) über den Innenkern der Integralfilter zugeführt. Durch minimierte Filterfläche des Sicherheits- und Prüfelements K 2 ist bereits eine ausgezeichnete Sicherheit gegeben. Jedoch lassen sich bei geeigneter Druckregelung die K 1- und K 2- Elemente der Integralfilter auch individuell ansteuern und prüfen, ohne daß das Gehäuse entleert werden muß. Entleert wird jeweils nur der Zwischenraum Z 1.

Weiterhin führt der Defekt einer Kerze K 2 nur zur individuellen Verblockung dieses Integralfilters durch Verblockung von K 1. Die anderen Integralfilter eines Großgehäuses filtrieren störungsfrei weiter. Nachgeschaltete Kerzengehäuse werden nicht defektbedingt belastet, so lange alle K 1-Kerzen integer sind.

Beispiel 6

Die Anordnung der beschriebenen Kerze entspricht Fig. 3. Die Radien- und Flächenverhältnisse sind so gewählt, daß K 1 und K 4, K 2 und K 3 jeweils gleiche Größenordnung haben.

Die Filtermedien bzw. Filtereinheiten von K 1 bis K 4 sind permanent hydrophob (z. B. PTFE. Polypropylen). K 1 und K 2 sowie K 4 und K 3 sind in Serie geschaltet. Die Zwischenräume Z 1 und Z 2 zwischen K 1 und K 2 und K 4 und K 3 sind frei oder z. B. mit Trocknungsmedien oder Aktivkohle gefüllt. Natürlich können die Elemente K 2 und K 3 und somit auch die Zwischenräume entfallen, wenn das Hauptaugenmerk auf großer Filtrationsfläche liegt.

Die Einzelstückprüfung von K 2 bis K 3 vor dem Zusammenbau spart Kosten und erhöht die Sicherheit. Zur In-Situ-Prüfung vergleiche die vorhergehenden Beispiele.

Das Element ist weiterhin so aufgebaut, daß es in beide Strömungsrichtungen gleichermaßen betrieben werden kann, daß alle Strömungskanäle optimal aufeinander abgestimmt sind und die Bildung von Kondenswasserzonen gänzlich ausgeschlossen ist.

Die nachfolgenden schematisiert aufgelisteten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Schemata von Integralfilter und Gehäuse gemäß Fig. 17 bis 33 machen die vielseitigen Varianten des Erfindungsgedankens in der Form von Partikel- Vorfilter-, Kolloid-Vorfilter-, Vorfilter-Mikroendfilter-, Mikrofilter-, Ultrafilter-, Pervaporations- und Chromotographie- Kerzen deutlich.

Claims

1. Integralfilter für Fluide aus mehreren ineinander geschachtelten Filterelementen mit unterschiedlichem Rückhaltevermögen, dessen Enden mit Verschluß- und Anschlußadaptern ausgestattet und in einem Gehäuse mit Versorgungs- und Entsorgungsanschlüssen für Fluide derart einschließbar ist, daß Fluid von einem Fluidraum in einen anderen Fluidraum bestimmungsgemäß durch Filtermaterial fließt, dadurch gekennzeichnet, daß von den zu einem Gesamtfilter (F) integrierten Filterelementen (K 1 bis K 4) eines ein vor der mechanischen Integration auf Integrität geprüfter und in Filtrationsrichtung stromabwärts in einer der letzten Filtrationsstufen innerhalb des Gesamtfilters (F) adaptiertes Filtermodul (Integritätsfilter K 1; K 2; K 3; K 4) ist.

2. In ein umgebendes Gehäuse mit Fluidanschlüssen einschließbares Integralfilter zur Abscheidung von Fluidinhaltsstoffen, dessen permeabler Rohrmantel aus mehreren rohrförmigen Filterelementen mit unterschiedlichen Filtereigenschaften besteht, deren Querschnitte so abgestuft sind, daß ein kleineres vom größeren Filterelement gegebenenfalls unter Bildung eines Zwischenraumes, umfangen ist und bei dem die beiden Rohrenden durch Verschluß- und Anschlußadapter eingefaßt und an Fluidräume des Gehäuses adaptierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß von den zu einem Gesamtfilter (F) integrierten Filterelementen (K 1 bis K 4) mindestens eines ein innerhalb des Gesamtfilters (F) adaptierter und in diesem in situ auf Integrität prüfbarer Filter (Integritätsfilter K 1; K 2; K 3; K 4) bildet.

3. In ein umgebendes Gehäuse mit Fluidanschlüssen einschließbares Integralfilter zur Abscheidung von Fluidinhaltsstoffen, dessen permeabler Rohrmantel aus mehreren rohrförmigen Filterelementen mit unterschiedlichen Filtereigenschaften besteht, deren Querschnitte so abgestuft sind, daß ein kleineres vom größeren Filterelement gegebenenfalls unter Bildung eines Zwischenraumes, umfangen ist und bei dem die beiden Rohrenden durch Verschluß- und Anschlußadapter eingefaßt und an Fluidräume des Gehäuses adaptierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen von außen separat ansteuerbaren und beaufschlagbaren Zwischenraum (Z 1 bis Z 3) zwischen zwei Filterelementen (K 1 bis K 4) Sektionen des Gesamtfilters (F) wahlweise auf Integrität prüfbar, mit Fluid und Füllstoffen versorgbar und entsorgbar sind.

4. In ein umgebendes Gehäuse mit Fluidanschlüssen einschließbares Integralfilter zur Abscheidung von Fluidinhaltsstoffen, dessen permeabler Rohrmantel aus mehreren rohrförmigen Filterelementen mit unterschiedlichen Filtereigenschaften besteht, deren Querschnitte so abgestuft sind, daß ein kleineres vom größeren Filterelement gegebenenfalls unter Bildung eines Zwischenraumes, umfangen ist und bei dem die beiden Rohrenden durch Verschluß- und Anschlußadapter eingefaßt und an Fluidräume des Gehäuses adaptierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Filterelemente ein auf Integrität geprüftes oder prüfbares Filterelement (Integritätsfilter (K 1; K 2; K 3; K 4) und daß zwischen dem Integritätsfilter (K 1; K 2; K 3; K 4) und einem stromaufwärts vorgelagerten, vorzugsweise nächstfolgenden Filterelement ein umlaufender Zwischenraum (Z 1 bis Z 3) angeordnet ist, welcher über einen hydrophoben Gasfilter (B 1) Verbindung zu einem stromaufwärts vorgelagerten Fluidraum (13) eines umschließenden Filterelementes und/oder Gehäuses (1,2) hat.

5. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Filterelemente (K 1, K 2; K 3, K 4; K 2 a, K 2 b, K 2 c) gemeinsame Filterstufen bilden und strömungstechnisch parallel angeordnet sind.

6. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Filterelemente (K 1 bis K 4) strömungstechnisch in Reihe angeordnet sind.

7. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (Z 1) zwischen ineinandergreifenden Filterelementen (K 1 bis K 4, K 2 a, K 2 b, K 2 c) wahlweise eingelagerte filterwirksame Mittel, Wirkstoffe, Katalysatoren und/oder Wärmetauschermedien aufweist oder mit solchen beschickbar ist.

8. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrmantel (F 1, F 2) innen- und außenseitig durch perforierte Sicherungsglieder (24, 24′, 25, 25′) eingeschlossen ist.

9. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die perforierten Sicherungsglieder (24, 24′, 25, 25′) auf den Mantelfächen der Filterelemente (K 1, K 2) entsprechend dem vom Fluidstrom bestimmten Druckgefälle jeweils die Stützglieder des Filterelementes der benachbarten Filterstufe bilden.

10. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die die einzelnen Filterstufen bildenden Filterelemente (K 1, K 2, K 3, K 4) durch an ihren Stirnseiten angeordnete Adapter (21, 21′, 27, 31) unlösbar zu einer Baueinheit verbunden sind.

11. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die die einzelnen Filterstufen bildenden Filterelemente (K 1, K 2, K 3, K 4) durch an ihren Stirnseiten angeordnete Adapter (20, 20′, 21, 21′) lösbar miteinander verbunden sind.

12. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Filterelemente (K 1 bis K 4) im Querschnitt als Rundrohr oder Mehreckrohr ausgebildet sind.

13. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrmantel (F 1, F 2, F 3, F 4) aus mehreren Filterschichten kombiniert ist.

14. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrmantel (F 1, F 2, F 3, F 4) aus plissierten Filterschichten gebildet ist.

15. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrmantel (F 1, F 2, F 3, F 4) aus gewickelten Filtermaterialien gebildet ist.

16. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch Filterschichten aus Glasfaserfilter zur Abscheidung von Kolloiden in einer stromaufwärts gelegenen ersten Filterstufe (K 1), einem nachfolgenden, im Zwischenraum (Z 1) zwischen der ersten und zweiten Filterstufe (K 2) angeordneten Ionenaustauschermedium (FH) und einer Filterstufe (K 2) als Partikelfänger aus Polypropylen-Filter-Vlies.

17. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 16, zur Klarfiltration (z. B. von Spirituosen) gekennzeichnet durch Tiefenfiltermedium aus Glasfaserfiltern, Kieselgur und/oder Papierfiltern in einer stromaufwärts gelegenen ersten Filterstufe (K 1), einer nachfolgenden Siebfiltereinheit (K 2) in Form von Membranfiltern mit einer Porengröße um 1 µm.

18. Versorgungs- und Entsorgungsanschlüsse aufweisendes Filtergehäuse mit einer Gehäusebasis und einem damit verbindbaren glockenförmigen Oberteil zur Aufnahme eines rohrförmigen Integralfilters aus mehreren ineinander geschachtelten Filterelementen mit umlaufenden Zwischenräumen zwischen Filtersektionen, dessen Enden zur Bildung im Gehäuse abgetrennter Fluidräume Verschluß- und Anschlußadapter aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei mit dem Integralfilter (F) kuppelbare und ansteuerbare Gehäuseanschlüsse (A 2, A 3, A 4, A 5) für die wahlweise innere Versorgung und/oder Entsorgung des Integralfilters (F) mit Prüfmittel, Sterilisationsmittel, Wärmetauschermittel, zu filtrierendem Fluid, Filterspülmittel und Füllstoffen und mindestens zwei Gehäuseanschlüsse (A 1 und 10) zur Versorgung und oder Entsorgung eines vom Integralfilter (F) abtrennbaren Gehäuseraumes (13) vorgesehen sind.

19. Filtergehäuse nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseanschlüsse (A 2, A 3, A 3, A 4) für die innere Versorgung und Entsorgung des Integralfilters (F) im Basisteil (1) angeordnet sind.

20. Filtergehäuse nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuseanschluß für den umlaufenden Zwischenraum (Z 1 bis Z 3) mit dem einen Ende und ein weiterer Gehäuseanschluß mit dem anderen Ende des Integralfilters (F) kuppelbar ist.

21. Filtergehäuse nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuseanschluß (A 2) für die Hauptentsorgung bzw. Versorgung des Integralfilters (F) in der Gehäusebasis (1) angeordnet und ein Anschluß (A 3) für die wahlweise Ansteuerung eines Zwischenraumes (Z 1) des Integralfilters (F) von der Gehäusebasis (1) aus durch ein zwischen der Außenseite des Integralfilters (F) und der Innenseite des Gehäuseoberteils (2) geführtes Rohr (17, 17′) gebildet ist, welches an seinem in den oberen Freiraum (13) des Gehäuses (1, 2) geführten Ende ein Kupplungsstück (18) zum Adaptieren mit einem am oberen Rohrende (17′) des Integralfilters (F) liegenden Anschluß (32′) für den Zwischenraum (Z 1) kuppelbar ist.

22. Filtergehäuse nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gehäusebasis (1) konzentrisch zum Hauptanschluß (A 2) für den zugeordneten Integralfilter (F) mit Verriegelungselementen (30) des Integralfilters (F) korrespondierende Verriegelungselemente (7) zur axialen Sicherung und gegebenenfalls gegen ungewolltes Verdrehen des Integralfilters (F) angeordnet sind.

23. Filtergehäuse nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuseanschluß (A 2) für die Hauptentsorgung bzw. Versorgung des Integralfilters (F) etwa im Zentrum des letzteren in der Gehäusebasis (1) angeordnet und um dieses Zentrum herum mit dem Anschlußadapter (15, 27) des Integralfilters (F) Verriegelungselemente (7, 30) zur axialen Sicherung und gegebenenfalls Verdrehsicherung des Integralfilters (F) angeordnet sind.

24. Filtergehäuse nach den Ansprüchen 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß für die Durchführung von Pervaporationsprozessen das Gehäuse (1, 2) aufheizbar ist bzw. eine Wärmetauschereinrichtung hat.

25. Filterelement nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß im umlaufenden Zwischenraum (Z 1 bis Z 3) von außerhalb des Gehäuses (1, 2) beheizbare oder kühlbare Stäbe, Platten oder Spiralen angeordnet sind.

26. Verwendung von Filtergehäuse und Integralfilter nach Merkmalen der vorstehenden Ansprüche und Beispiele zum Massenaustausch durch Diffusion, Filtration, Adsorption, Pervaportion und Chromatographie.