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Die
Erfindung betrifft eine Filteranlage mit Filtermodulen, wobei jedes
Filtermodul mindestens ein Filterelement aufweist, das bei der Filtration
von dem zu reinigenden, über einen freien Öffnungsquerschnitt
eintretenden Fluid mit aufsteigender Filtrationsströmung
durchströmt wird.
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Filteranlagen,
bei denen die in einem Filtermodul befindlichen Filterelemente jeweils
von unten nach oben beim Filtrationsvorgang durchströmt
werden, sind bekannt. Dahingehende Filteranlagen werden sowohl für
die Reinigung von industriell oder maschinell benutzten Fluiden,
wie Hydraulikflüssigkeiten als auch beispielsweise als
Wasserfilteranlage, insbesondere für Seewasser eingesetzt.
In letzterem Falle sind derartige Anlagen bevorzugt für
eine Installation auf Schiffen vorgesehen.
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Eine
gattungsgemäße Filtervorrichtung, insbesondere
Rückspülfiltervorrichtung ist durch die
WO 98/42426 bekannt. Bei
der bekannten Rückspülfiltervorrichtung ist zumindest
ein Teil der eingesetzten Filterelemente konisch ausgebildet, insbesondere
in Form von sogenannten Spaltsiebrohr-Filterelementen. Aufgrund
der konischen Ausbildung ist der Abstand zwischen den einzelnen
konischen Spaltsiebrohr-Filterelementen oder zwischen diesen und zylindrischen
Filterelementen vergrößert, mit der Folge, dass
auch der Ausströmraum im Filtergehäuse vergrößert
und mithin der Abströmwiderstand im Filterbetrieb erniedrigt
ist, was für den Filtrationsbetrieb energetisch gesehen
günstig ist.
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Für
einen Rückspülvorgang werden vorzugsweise alle
Filterelemente in chronologischer Abfolge nacheinander regeneriert,
wobei während der Rückspülung einzelner
Elemente die Filtration über die restlichen Spaltrohre
fortgesetzt wird, so dass der Filtrationsbetrieb bei der bekannten
Lösung zu keiner Zeit unterbrochen ist. Für den
Rückspülvorgang wird das jeweils zu regenerierende
Filterelement von einem schwenkbaren Spülarm angesteuert
und das auf der Reinseite der Filtervorrichtung von den Filterelementen
im Filtrationsbetrieb gefilterte Fluid durchströmt in entgegengesetzter
Richtung wie im Filtrierbetrieb das zu regenerierende Element. Die
derart entfernten Verschmutzungen auf der Innenseite des Filterelementes
werden dann über den Spülarm nach außen
aus der Vorrichtung abgeführt. Durch erneutes Verschwenken
des Spülarmes zu einem anderen Filterelement steht dieses
dann zur Regenerierung an und das vorher regenerierte Element ist
dann wiederum für den üblichen Filtrationsbetrieb
eingesetzt.
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In
der
DE 197 11 589
A1 sind Spaltsiebrohr-Filterelemente aufgezeigt, wie sie
für die vorstehend genannte bekannte Rückspülfiltervorrichtung Anwendung
finden. Diese Filterelemente weisen in ihrer Längsachse
verlaufende Stützstäbe auf, um die unter Freilassen
von durch ein Fluid passierbaren Spalten mindestens ein Drahtprofil
in einzelnen Windungen gewickelt ist, das zumindest teilweise mit
den Stützstäben verschweißt ist. Der
jeweilige Stützstab ist dabei mit seinem einen Ende derart
auf die Längsachse zugeneigt, dass ein konisch zulaufendes
Filterelement gebildet ist, wobei die Windungen des jeweiligen Drahtprofils
dabei sich im Durchmesser in Richtung der geneigten Enden der Stützstäbe
verringern.
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Durch
die
DE 10 2005
013 673 A1 ist eine Filteranlage als Seewasserfilteranlage
im eingangs erwähnten Sinne bekannt mit der Möglichkeit,
die Filtereinrichtung als solche auch im Rückspülbetrieb
still zu setzen, um im stillgesetzten Zustand ins Innere der Filtervorrichtung
Wirksubstanzen einzubringen, die als Mittel zur biologischen Dekontaminierung
neben Viren, Pilzen, Algen und Protozoen auch andere Mikroorganismen
sowie Kleinstorganismen abtöten können, so dass
derart sichergestellt wird, dass diese nicht ungewollt sich auf
den Weltmeeren in schädigender Weise verteilen können.
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Die
vorstehenden Ausführungen machen deutlich, dass an Filteranlagen
ganz allgemein die grundsätzliche Forderung zu stellen
ist, dass diese bei möglichst geringem apparativem Aufwand
eine sichere hochwirksame Abreinigung der betreffenden Fluide gewährleisten,
sei es für eine Wasserfilterung bei Anlagen an Land oder
auf See, sei es bei einem Einsatz zur Abreinigung anders gearteter
Fluide, insbesondere in Form von Hydraulikfluiden bei Arbeits- und
Werkzeugmaschinen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfach
aufgebaute, funktionssichere Filteranlage zur Verfügung
zu stellen, die in besonderem Maße eine hohe Qualität
der Abreinigung sicherstellt.
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Eine
dahingehende Aufgabe löst eine Filteranlage mit den Merkmalen
des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
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Dadurch,
dass erfindungsgemäß mindestens zwei Filtermodule
derart übereinander liegend angeordnet und miteinander
verbunden sind, dass sich die aufsteigende Filtrationsströmung
eines unteren Fildermoduls in den nachgeschalteten Filterelementen
eines darüber liegenden Filtermoduls fortsetzt, findet
der Filtrationsvorgang in einer mehrstufigen Kaskade statt, bei
der das bereits gereinigte Filtrat durch das nachgeschaltete Filtermodul
nach- oder feingereinigt wird. Auch bei einem Einsatz für die
Reinigung biologisch kontaminierter Fluide ist der Einsatz der erfindungsgemäßen
Filteranlage von hohem Nutzen.
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Dadurch,
dass sämtliche Filtermodule mit in gleicher Richtung erfolgender
Filtrationsströmung durchströmt werden, ergibt
sich darüber hinaus nicht nur eine kompakte Bauweise, sondern
durch die umlenkungsfreie Verbindung der übereinander liegenden
Filtermodule ergibt sich auch ein besonders gutes Strömungsverhalten
mit einem entsprechend günstigen Druckdifferenzwert (Δp)
beim Filtrationsvorgang. Insbesondere bei einem Einsatz als Wasserfilteranlage,
wo ein entsprechend großer Volumenstrom für die
Abreinigung anfällt, ergibt sich hierdurch eine äußerst
günstige Energiebilanz.
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Vorzugsweise
enthält jedes Filtermodul mehrere in Richtung der Filtrationsströmung
langgestreckte Filterelemente mit an ihrem unteren Ende befindlichem
freien Öffnungsquerschnitt. Derartige, in der Art sogenannter
Filterkerzen ausgebildete Filterelemente sind an sich bekannt, beispielsweise
in Form sogenannter Spaltsiebrohr-Filterelemente (
DE 197 11 589 A1 ).
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Bei
bevorzugten Ausführungsbeispielen weist jedes Filtermodul
ein bodenseitiges Abschlußteil mit Fluideinlässen
für jedes Filterelement auf, deren freier Öffnungsquerschnitt
an die Fluideinlässe angrenzt.
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Vorzugsweise
ist die Anordnung so getroffen, dass jedes Filtermodul ein oberes
Abschlußteil aufweist, wobei dieses bei einem unterhalb
eines weiteren Filtermoduls gelegenen Filtermodul Fluidauslässe
für die aufsteigende Filtrationsströmung aufweist,
so dass diese in weiter aufsteigender Strömungsrichtung
unmittelbar zu den Fluideinlässen am bodenseitigen Abschlußteil
des darüberliegenden Filtermoduls und damit zu den freien Öffnungsquerschnitten
von dessen Filterelementen gelangt.
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In
vorteilhafter Weise kann hierbei die Verbindung zwischen übereinander
gelegenen Filtermodulen durch ein deren Abschlußteile unter
Bildung eines Abstandsraumes miteinander verbindendes Gehäuseteil
gebildet sein, wobei der Abstandsraum einen nach außen
geschlossenen Strömungsweg für die aufsteigende
Filtrationsströmung bildet. Das Gehäuseteil bildet
somit nicht nur die mechanische Verbindung, sondern auch die Strömungsverbindung zwischen
den Filtermodulen.
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In
den Filtermodulen können Filterelemente zylindrischer und/oder
konischer, sich in Filtrationsströmungsrichtung verjüngender
Bauweise vorhanden sein. Dadurch nimmt nach oben hin der Abstand zwischen
den konischen Filterelementen oder zu gegebenenfalls im Filtermodul
enthaltenen zylindrischen Filterelementen zu, so dass dem filtrierten
Fluid beim Austritt aus dem Innenraum des jeweiligen Filterelementes
ein kleinerer Widerstand entgegengesetzt wird, so dass sich energiegünstig
das Druckdifferenz-Verhältnis der gesamten Filteranlage
verringert.
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Bei
besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die Anordnung
so getroffen, dass ausgewählte Filterelemente für
eine Rückspülung in Spülrichtung durchströmbar
sind, die der Richtung der Filtrationsströmung entgegengesetzt
ist.
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In
vorteilhafter Weise kann hierbei die Anordnung so getroffen sein,
dass für jedes Filtermodul eine Rückspülvorrichtung
mit einer bei der Rückspülung einer Schmutzstrom
abführenden Rückspülleitung vorhanden
ist, die wahlweise mit dem Fluideinlass des jeweils für
das Rückspülen ausgewählten Filterelementes
verbindbar ist.
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Vorzugsweise
sind die Fluideinlässe für die Filterelemente
an den bodenseitigen Abschlußteilen der Filtermodule auf
konzentrischen Kreislinien angeordnet. Eine derartige Anordnung
ist nicht nur strömungsgünstig, sondern hinsichtlich
der konstruktiven Gestaltung der Rückspülvorrichtung
besonders günstig. Es eröffnet nämlich
die Möglichkeit, als Rückspülvorrichtung
eine motorische antreibbare Schwenkeinrichtung vorzusehen, um eine
relative Drehbewegung zwischen den auf einer Kreislinie liegenden
Fluideinlässen am bodenseitigen Abschlußteil der
Filtermodule und der Rückspülleitung zu erzeugen.
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Bei
vorteilhaften Ausführungsbeispielen kann die Anordnung
hierbei so getroffen sein, dass die Schwenkeinrichtung für
jedes Filtermodul mindestens einen einen Teil der Rückspülleitung
bildenden Rückspülarm aufweist, der um eine zu
den Kreislinien der Fluideinlässe konzentrische Drehachse schwenkbar
ist, um ausgewählte Fluideinlässe an den Abschlußteilen
in Fluidverbindung mit der endseitigen Eintrittsöffnung
des Rückspülarmes zu bringen.
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Bei
besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist hierbei
eine den übereinander liegenden Filtermodulen gemeinsame,
sich durch den zwischen ihnen befindlichen Abstandsraum hindurch
erstreckende Schwenkwelle für sämtliche Rückspülarme vorgesehen.
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Nachstehend
ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
im Einzelnen erläutert. Die einzige Fig. zeigt einen schematisch
vereinfacht gezeichneten Längsschnitt eines Ausführungsbeispieles
der Filteranlage mit zwei Filtermodulen.
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Das
in der Fig. dargestellte Ausführungsbeispiel weist zwei
Filtermodule 1 und 3 mit zu einer gemeinsamen
Hochachse 5 konzentrischen, kreiszylindrischen Filtergehäusen 7 bzw. 9 auf.
In ihrer zur Achse 5 konzentrischen und miteinander fluchtenden Lageanordnung
sind die Filtermodule 1 und 3 über ein
ebenfalls kreiszylinderförmiges Gehäuseteil 11, das
einen Rohrkörper bildet, fluiddicht miteinander verbunden,
wobei die Seitenwand des Gehäuseteiles 11 mit
der Seitenwand der Filtergehäuse 7 und 9 fluchtet
und die gegenseitigen Verbindungen über verschraubte Flansche 13 erfolgt.
An den Flanschen 13 sind auch ein oberes Abschlußteil 15 des
Filtergehäuses 9 des unteren Filtermoduls 3 sowie
ein unteres Abschlußteil 17 des Filtergehäuses 7 des
oberen Filtermodules 1 unter Bildung einer Fluidabdichtung festgelegt.
Beide Abschlußteile 15 und 17 sind durch ebene
Platten gebildet. In entsprechender Weise ist das bodenseitige Abschlußteil 17 des
unte ren Filtergehäuses 9 mit dem betreffenden
Flansch 13 unter Bildung einer Fluidabdichtung verbunden,
wobei an dem Flansch 13 des unteren Abschlußteiles 17 ein Zulaufkrümmer 19 für
das zu reinigende Fluid befestigt ist. Der Zulaufkrümmer 19 bildet
an der Unterseite des bodenseitigen Abschlußteiles 17 einen
Einlauftrichter mit einer Trichteröffnung, die der lichten
Weite des Filtergehäuses 9 entspricht.
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Obere
Abschlußteile 15 und bodenseitige Abschlußteile 17 sind
durch ebene kreisrunde Platten gebildet. Während das obere
Abschlußteil 15 des unteren Filtergehäuses 9 Fluiddurchlässe 21 aufweist,
die den Innenraum des Filtergehäuses 9 mit dem
Innenraum des Gehäuseteiles 11 verbinden, bildet
das obere Abschlußteil 15 des oberen Filtergehäuses 7 dessen
fluiddichten Abschluß durch Verschraubung am zugeordneten
Flansch 13.
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Die
gleich ausgebildeten bodenseitigen Abschlußteile 17 der
Filtermodule 1, 3 in Form kreisrunder ebener Platten
weisen Durchgangsöffnungen auf, die Fluideinlässe 23 für
filterkerzenartige Filterelemente 25 bilden. Diese besitzen
einen inneren, von einem Filtermedium umgebenen Filterhohlraum,
dessen freier Öffnungsquerschnitt 27 am unteren
Ende jedes Filterelementes 25 jeweils am zugehörigen
Fluideinlass 23 mündet, der auch einen bodenseitigen Sitz
für das jeweilige Filterelement 25 bildet. Am
oberen Ende 29 sind die Filterelemente 25 jeweils
geschlossen, wobei die oberen Enden 29 am jeweiligen oberen
Abschlußteil 15 fixiert sind. Von den Filterelementen 25,
von denen für jedes Filtermodul 1 und 3 jeweils
lediglich zwei in der Schnittdarstellung der Fig. dargestellt sind,
sind beim vorliegenden Beispiel einige kreiszylindrisch und einige
nach oben hin konisch verjüngt ausgebildet. Die Fluideinlässe 23 und damit
die Filterelemente 25 sind bei beiden Filtermodulen 1 und 3 jeweils
auf einer zur Hochsachse 5 konzentrischen Kreislinie angeordnet.
Diese Anordnung ermöglicht neben den bereits oben erwähnten Vorteilen
hinsichtlich der Druckverteilung beim Filtrationsvorgang eine besonders
einfache Bauweise einer Rückspülvorrichtung, mittels
deren die Fluideinlässe 23 für ausge wählte
Filterelemente 25, die rückgespült werden
sollen, mit einer Rückspülleitung 31 verbindbar
sind.
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Die
Rückspülvorrichtung für das obere Filtermodul 1 befindet
sich in dem Innenraum des Gehäuseteiles 11 unterhalb
des bodenseitigen Abschlußteiles 15 des oberen
Filtermoduls 1. Die Rückspülvorrichtung
für das untere Filtermodul 3 befindet sich innerhalb
des Einlauftrichters des Zulaufkrümmers 19. Beide
Rückspülvorrichtungen weisen als Teil der Rückspülleitung 31 einen
Rückspülarm 33 auf, der um die Hochachse 5 schwenkbar
ist, um seine endseitige Eintrittsöffnung in Fluidverbindung
mit dem ausgewählten Fluideinlass 23 und damit
in Verbindung mit dem freien Öffnungsquerschnitt 27 des
ausgewählten Filterelementes 25 zu bringen. Der
Antrieb für die Drehbewegung der schwenkbaren Rückspülarme 33 erfolgt über
eine zentrale, durchgehende Antriebswelle 35, betätigt
durch einen Getriebemotor 37, der an der Oberseite des
oberen Abschlußteiles 15 des oberen Filtermoduls 1 gelagert
ist. An dem innerhalb des Gehäuseteiles 11 verlaufenden Abschnitt
der Antriebswelle 35 ist der Rückspülarm 33 des
oberen Filtermoduls 1 so angebracht, dass ein die Antriebswelle 35 umgebender
Ringkanal 39 für den Schmutzstrom die Fluidverbindung
zum feststehenden Teil 41 der Rückspülleitung 31 bildet.
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Im
Filtrationsbetrieb durchströmt das über den Zulaufkrümmer 19 einströmende
Fluid in aufsteigender Filtrationsströmung zunächst
diejenigen Filterelemente 25 des unteren Filtermoduls 3,
die nicht für eine Rückspülung ausgewählt
und mit dem Rückspülarm 33 verbunden
sind. Nach Austritt aus den Filterelementen 25 durchströmt
das gereinigte Fluid in Fortsetzung der aufsteigenden Strömung
die Durchlässe 21 im oberen Abschlußteil 15 des
Filtermoduls 3, durchströmt in fortgesetzter aufsteigender Richtung
das Gehäuseteil 11 und gelangt über die Fluideinlässe 23 des
bodenseitigen Abschlußteiles 17 des oberen Filtermodules 1 in
den Innenraum der Filterelemente 25 die nicht für
das Rückspülen ausgewählt und mit dem
Rückspülarm 33 verbunden sind. Im oberen
Filtermodul 1 findet eine Nachreini gung oder Feinreinigung
des vorgereinigten Fluides statt, so dass über einen Fluidauslauf 43 des
oberen Filtergehäuses 7 das fein gereinigte Fluid
ausgegeben wird. Da bei serieller Hintereinanderschaltung der Filtermodule 3 und 1 keine
Strömungsumlenkung erforderlich ist, ist die erfindungsgemäße
Anlage für hohe Volumenströme bei geringem Energiebedarf geeignet.
Die unmittelbare Hintereinanderschaltung der Filtermodule 1 und 3 führt
zudem zu einer besonders kompakten, raumsparenden Bauweise und ist daher
insbesondere für einen Einbau bei beengten Platzverhältnissen,
beispielsweise auf Schiffen, geeignet.
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Während
diejenigen Filterelemente
25, die nicht für einen
Rückspülvorgang ausgewählt sind, im Filtrationsbetrieb
mit aufsteigender Filtrationsströmung durchströmt
werden, ergibt sich für ausgewählte Filterelemente
25,
deren freier Öffnungsquerschnitt
27 mit der Eintrittsöffnung
eines Rückspülarmes
33 verbunden ist,
eine Umkehr der Strömungsrichtung, wobei ein Schmutzstrom,
der im Inneren der Filterelemente
25 angelagerte Verunreinigungen
mit sich führt, aus den Öffnungsquerschnitten
27 nach unten
austritt und über die betreffenden Rückspülarme
33 und
die zugehörige Rückspülleitung
31 zu
einer Entsorgungseinrichtung, beispielsweise einem Schmutzsammeltank,
gelangt. Für den Rückspülbetrieb haben
sich Filterelemente
25 in Form sogenannter Spaltsiebrohrelemente,
wie sie in
DE 197
11 589 A1 offenbart sind, als besonders geeignet erwiesen. Während
in der Fig. ein Beispiel der Rückspülvorrichtung
verdeutlicht ist, bei der lediglich ein Rückspülarm
33 für
jedes Filtermodul
1,
3 vorgesehen ist, so dass
während des Filtrationsbetriebes jeweils nur ein Filterelement
25 jedes
Filtermoduls
1,
3 rückgespült
werden kann, könnte die Anordnung so getroffen sein, dass
für jedes Filtermodul
1 eine Rückspülvorrichtung
mit mehreren Rückspülarmen vorhanden ist, so dass
im Betrieb gleichzeitig mehr als ein Filterelement
25 rückgespült
werden könnte. Die Anordnung könnte auch so getroffen
sein, dass die Fluideinlässe
23 bei einem oder
bei sämtlichen Modulen auf mehr als einer Kreislinie mit
unterschiedlichen Radien gelegen angeordnet sind, so dass Filterelemente
25 in
mehrfacher Ringanordnung positioniert sind. In solchem Falle wären
bei der betreffenden Rückspülvorrichtung Rückspülarme
mit auf entsprechend unterschiedlichen Radien gelegenen Eintrittsöffnungen
vorhanden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, jedem einzelnen Filtermodul in aufsteigender
Durchströmungsrichtung ein Filtermodul mit Filterelementen
größerer Filterfeinheit innerhalb der Kaskade
nachzuordnen, um dergestalt das Reinigungsergebnis weiter zu optimieren.
In Abhängigkeit der Filtrationsaufgabe können aber
auch innerhalb jedes einzelnen Filtermoduls Filterelemente mit unterschiedlichen
Filterfeinheiten zum Einsatz kommen. Auch wäre es denkbar,
ein in der Durchströmungsrichtung nachgeordnetes Filtermodul
im Sinne eines Bypassfilters mit Filterelementen gröberer
Filterfeinheit zu versehen und die Hauptfiltrationsaufgabe durch
ein vorgelagertes Filtermodul zu veranlassen. Auch könnte
eine Kaskade mit einzelnen Filtermodulen derart aussehen (nicht
dargestellt), dass zwischen Filtermodulen mit Rückspülfiltereinrichtung
Filtermodule ohne eine solche angeordnet sind, oder dass zwischen
einzelnen Filtermodulen ohne Rückspülfiltervorrichtung
eine solche mit Rückspülfiltervorrichtung innerhalb
der Kaskade vorhanden ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 98/42426 [0003]
- - DE 19711589 A1 [0005, 0012, 0028]
- - DE 102005013673 A1 [0006]