DE102014012032A1

DE102014012032A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Filtrieren einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE102014012032A1
Application number: DE102014012032.5A
Authority: DE
Inventors: Alexander Matosovic; Nadine Thölken
Original assignee: KRONE FILTER SOLUTIONS GmbH
Current assignee: KRONE FILTER SOLUTIONS GmbH
Priority date: 2014-08-15
Filing date: 2014-08-15
Publication date: 2016-02-18
Anticipated expiration: 2034-08-16
Also published as: DE102014012032B4

Abstract

In Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser, sind vielfach Verunreinigungen enthalten. Bei der Verwendung von Wasser als Kühlflüssigkeit für Anlagen oder als Ballastwasser, führt die Ansammlung von Verunreinigungen dazu, dass die Anlagen verschmutzen. Um die Anlagen von diesen Stoffen zu befreien, bzw. eine derartige Verunreinigung zu vermeiden, wird das Wasser durch Filterelemente geleitet. Das führt dazu, dass eine regelmäßige Wartung bzw. eine regelmäßige Reinigung der Filterelemente notwendig wird, welche mit einer zeit- und kostenintensiven Unterbrechung der Filtrierung bzw. Nutzung der mit der Flüssigkeit zu versorgenden Anlage verbunden ist. Wird die Filtrierung grob gewählt, führt das dazu, dass alles was kleiner ist, den Filter passiert. Eine feinere Filtrierung führt dazu, dass das Filterelement schnell verstopft. Daher werden bisher einzelne Filter in einzelnen Vorrichtungen in Reihe verwendet. Dies ist jedoch sehr aufwendig bzw. bedarf einen erhöhten Aufwand in der Betreibung und Steuerung, sowie Reinigung der einzelnen Filter. Die Erfindung schafft nun ein Verfahren und eine Vorrichtung (10), die das Filtrieren weniger kosten- und zeitintensiv gestalten und zwar durch eine stufenartige Filtrierung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
In Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser, insbesondere Meerwasser in Häfen, Flussmündungen, tideabhängige Bereiche oder in Gebieten mit temperatur- und naturbedingt höheren Schwebstoff- bzw. Partikelanteilen, sind vielfach Verunreinigungen unterschiedlicher Herkunft und Art enthalten. Bei diesen Verunreinigungen kann es sich beispielsweise um Blätter, Geäst, kleine Steine, aber auch um Kleinstlebewesen, wie beispielsweise Muscheln, Algen oder dergleichen handeln.
Insbesondere bei der Verwendung einer Flüssigkeit wie Wasser als Kühlflüssigkeit für Anlagen, wie etwa Motoren an Bord von Schiffen, Kraftwerken, Fabriken und für vergleichbare Einsatzzwecke aber auch als Ballastwasser, führt die Ansammlung von Verunreinigungen und Schwebstoffen und insbesondere für den Fall von Kleinstlebewesen deren Vermehrung dazu, dass die Anlagen verschmutzen bzw. verschlammen und sich ein Oberflächenbesatz mit Kleinstlebewesen bildet. Um die Anlagen von diesen Stoffen und deren Auswirkungen zu befreien, bzw. eine derartige Verunreinigung zu vermeiden, wird die Flüssigkeit durch Filterelemente geleitet. Durch diese Filterelemente werden die nur beispielhaft genannten Verunreinigungen aus der Flüssigkeit herausgefiltert. Je nach Einsatzbedingungen müssen die Filterelemente derart ausgelegt werden, dass sie möglichst viele Verunreinigungen aus der Flüssigkeit herausfiltern, aber gleichzeitig weiterhin eine hohe Transmission des Wassers durch den Filter zulassen. Zum Herausfiltern von Kleinstlebewesen sind beispielsweise andere Anforderungen an das Filterelement zu stellen, als zum Herausfiltern von größeren Blättern oder Algen. Außerdem ist zu bedenken, dass je nach Einsatzart die Filterelemente regelmäßig gereinigt werden müssen, damit sich der Flüssigkeitsdurchsatz nicht zu stark mit der Zeit reduziert.
Um Flüssigkeiten bzw. Wasser von Verunreinigungen und Schwebstoffen zu trennen, werden üblicherweise mechanische Filter vor dem Einlass in die jeweilige zu schützende Vorrichtung eingesetzt. Dazu weisen die bekannten Filtervorrichtungen siebartige Filterelemente auf, deren Maschengröße bzw. Perforierung kleiner als die Abmessungen der herauszufilternden Stoffe sind. Die Schwebstoffe können somit die Filterelemente nicht passieren und sammeln sich innerhalb des Filterelements. Dadurch verringert sich der Durchsatz der Filter kontinuierlich bis zum vollständigen Verstopfen. Das führt dazu, dass eine regelmäßige Wartung bzw. eine regelmäßige Reinigung der Filterelemente oder sogar Auswechslung notwendig wird, welche mit einer zeit- und kostenintensiven Unterbrechung der Filtration bzw. Nutzung der mit der Flüssigkeit zu versorgenden Anlage verbunden ist.
Außerdem kann bisher in einer Filtereinheit immer nur eine Verunreinigung bis zu einer Maximalgröße herausgefiltert werden; dies ist sehr unspezifisch. Wird die Filtrierung groß gewählt, d. h., dass nur die größten Verunreinigungen herausgefiltert werden, führt das dazu, dass alles was kleiner ist, den Filter passiert. Eine feinere Filtrierung führt dazu, dass das Filterelement schnell verstopft. Daher werden bisher einzelne Filter in Reihe verwendet, oder es werden durch ein grobmaschiges Sieb oder Netz vor der Filtereinheit die gröbsten Verunreinigungen vorgefiltert. Dies ist jedoch sehr aufwendig bzw. bedarf einen erhöhten Aufwand in der Betreibung und Steuerung, sowie Reinigung der einzelnen Filter.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Filtrieren einer Flüssigkeit zu schaffen, die das Filtrieren weniger kosten- und zeitintensiv gestaltet.
Ein Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Maßnahmen des Anspruchs 1. Demnach sieht es die Erfindung vor, dass die Flüssigkeit in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Stufen in der Vorrichtung gefiltert wird. Durch diese Aufteilung der Filtration der Flüssigkeit in mehrere Stufen fallen an jeder einzelnen Stufe weniger Stoffe an, die herauszufiltern sind. Dadurch kann die Filtration der Flüssigkeit durch Variation der Stufen bzw. Abstimmung der Filterelemente auf das entsprechende Einsatzgebiet eingestellt bzw. optimiert werden. Durch das stufenartige bzw. schrittartige Filtrieren der Flüssigkeit können zur gezielten Wartung bestimmte Stufen überbrückt werden, beispielsweise durch einen Bypass. Wobei stets darauf geachtet wird, dass eine geforderte Mindestanforderung an der Filtertransmission bzw. -feinheit eingebaut und gewährleistet wird.
Des Weiteren sieht es die Erfindung vor, dass die Flüssigkeit zunächst von einem ersten Filterelement in einer ersten Filtrationsstufe vorfiltriert und anschließend von einem zweiten Filterelement in einer zweiten Filtrationsstufe feinfiltriert wird. Durch eine derartige Trennung des Filtrationsprozesses in eine Vorfiltrierung bzw. Grobfiltrierung in der große Verunreinigungen effektiv von der Flüssigkeit getrennt werden können und in eine Fein- bzw. Feinstfiltrierung in der Verunreinigungen im Mikrometerbereich von der Flüssigkeit getrennt werden, lässt sich die Filtrierung sehr effizient gestalten. Dadurch, dass die Filtrierung nicht nur durch die Verwendung von zwei verschiedenen Filterelementen in Stufen getrennt wird, sondern auch dadurch, dass sie durch ihre räumliche Separierung voneinander getrennt werden, können die beiden Filtrationsstufen als für sich getrennte Einrichtungen bzw. Prozesse angesehen werden, die mehr oder weniger unabhängig voneinander eine gemeinsame Vorrichtung zum Filtrieren einer Flüssigkeit bilden. Andererseits ist die Zusammenfügung der beiden Filterelemente in ein gemeinsames Gehäuse der Vorrichtung besonderes vorteilhaft, da so die Filtrierung als wenig platzaufwendig erfolgen kann und weniger Kosten für die Installation, bzw. für zusätzliche Verrohrung oder elektrische Anschlüsse und Messvorrichtungen anfallen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens besteht darin, dass sich durch die Kombination mehrerer Filterelemente bzw. Stufen in einem Gehäuse die Abnahme- und Prüfkosten, wie beispielsweise für kundenseitige Prüforganisationen, reduzieren, die zumindest teilweise gesetzlich vorgeschrieben sein können.
Insbesondere kann es die Erfindung weiter vorsehen, dass von dem ersten Filterelement Stoffe aus der Flüssigkeit heraus filtriert werden, die verschieden zu denen sind, die durch das zweite Filterelemente heraus filtriert werden, vorzugsweise dass die Stoffe, die von dem ersten Filterelement heraus filtriert werden, größer sind als die Stoffe, die von dem zweiten Filterelement heraus filtriert werden. Diese Abstufung in der Filtration der Filterelemente soll sich jedoch nicht nur auf die Größe der Verunreinigung beschränken, sondern kann sich vielmehr auch auf die Form und die chemische bzw. biologische Beschaffenheit der Verunreinigung erstrecken.
Vorzugsweise kann es weiter erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das erste Filterelement unabhängig vom zweiten Filterelement abgereinigt, vorzugsweise das erste Filterelement abgereinigt wird, ohne die Filtration der Flüssigkeit zu unterbrechen, während von dem zweiten Filterelement weiterhin die Flüssigkeit filtriert wird, insbesondere das zweite Filterelement abgereinigt wird, während von dem ersten Filterelement eine Flüssigkeit filtriert wird. Die Filtration braucht demnach während des Abreinigens nicht unterbrochen zu werden. Dadurch lässt sich die Vorrichtung zumindest teilweise abreinigen, während ein anderer Teil der Vorrichtung noch der Filtration der Flüssigkeit dient. Auf diese Art und Weise kann die Zeit in der die Vorrichtung zum Filtrieren einer Flüssigkeit genutzt wird, maximiert werden bzw. kann der Prozess des Durchsatzes und der Filtration kontinuierlich gestaltet werden. Da die typische Dauer zum Abreinigen eines Filterelements einige Sekunden bzw. Minuten betragen kann, lässt sich so die Standzeit, bzw. die minimale abreinigungsprozessbedingten Durchsatzschwankungen, der Vorrichtung minimieren.
Die Erfindung sieht es außerdem weiter als besonders vorteilhaft vor, dass das Vorfiltrieren durch das erste Filterelement und das Feinfiltrieren durch das zweite Filterelement, sowie das Abreinigen des ersten Filterelements und des zweiten Filterelements aufeinander abgestimmt werden, insbesondere das Filtrieren und das Abreinigen voll automatisiert erfolgen. Dazu können in der Vorrichtung bzw. an den Filterelementen Sensoren Messwerte aufnehmen, die gesteuert durch einen Mikroprozessor bzw. Prozessrechner den Filtrations- bzw. Abreinigungsprozess der Vorrichtung steuern. Auf diese Weise lässt sich durch vorprogrammierte Algorithmen die Funktionsweise der Filterelemente optimiert aufeinander abstimmen und somit die Filterleistung maximieren.
Des Weiteren kann es besonders vorteilhaft sein, dass zum Abreinigen des ersten Filterelements ein Unterdruck in der ersten Kammer im Bereich eines Abreinigungselementes, insbesondere der Scheibe, relativ zu der weiteren Kammer bzw. zur Atmosphäre erzeugt wird und im Anschluss bei Bedarf eine Scheibe parallel zu einer Achse des ersten Filterelements in der ersten Kammer bewegt wird und zum Abreinigen des zweiten Filterelements mindestens eine Saugdüse entlang einer Innenwandung des zweiten Filterelements in der weiteren Kammer geführt wird. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Reihenfolge der Filterelemente eine andere ist.
Eine Vorrichtung zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe weist die Merkmale des Anspruchs 7 auf. Demnach ist es vorgesehen, dass mindestens zwei Filterelemente unterschiedlicher Transmission jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kammern angeordnet sind, um die durch die Kammern strömende Flüssigkeit sukzessive in zwei aufeinanderfolgenden Stufen zu filtrieren. Dabei sind die Filterelemente so ausgebildet, dass sie eine zunächst größere Kammer in zwei kleinere trennen. Die Filterelemente können siebartig ausgebildet sein oder als Perforation einer zylindrischen Wandung. Erfindungsgemäß sind die mindestens zwei Filterelemente derart ausgebildet, dass sie unterschiedlich beschaffene Verschmutzungen aus der Flüssigkeit herausfiltern.
Vorzugsweise sieht es die Erfindung weiter vor, dass die Filterelemente siebartig ausgebildet sind, wobei das erste Filterelement undurchlässig ist für Stoffe, die größer als 2 mm, insbesondere größer als 0,6 mm, vorzugsweise größer als 0,2 mm sind und das zweite Filterelement undurchlässig ist für Stoffe, die größer als 0,1 mm, insbesondere größer als 0,04 mm, vorzugsweise größer als 0,01 mm sind. Diese Durchlässigkeit der Filterelemente lässt sich beliebig kombinieren. Außerdem sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäßen Filterelemente nicht auf diese Werte eingeschränkt sein sollen, sondern vielmehr jeden denkbaren Wert annehmen können.
Insbesondere sieht es die vorliegende Erfindung weiter vor, dass die Filterelemente jeweils eine eigene Einrichtung zum automatischen Abreinigen aufweisen, die unabhängig voneinander betreibbar sind, vorzugsweise das erste Filterelement eine Scheibe aufweist, die entlang einer Längsachse des Filterelements an einer Innenwandung des ersten Filterelements entlang bewegbar ist und dem zweiten Filterelement mehrere Saugdüsen zugeordnet sind, die an einer Innenwandung des zweiten Filterelements entlang bewegbar sind, insbesondere die Filterelemente durch Erzeugung eines Unterdrucks in den entsprechenden Kammern relativ zu den Kammern in denen sich die filtrierte Flüssigkeit befindet, abreinigbar sind.
Die Erfindung sieht es weiter vor, dass die Bereiche der Vorrichtung, in denen die verschiedenen Stufen des Filtrierens der Flüssigkeit erfolgen, insbesondere die Kammern, in denen das Filtrieren der Flüssigkeit stattfindet bzw. in denen sich die Einrichtungen zum Abreinigen befinden, durch eine Öffnung miteinander verbunden sind. Diese Öffnung dient der Kontrolle der Strömungsrichtung der Flüssigkeit, insbesondere beim Abreinigen der Filterelemente, vorzugsweise des ersten Filterelements.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht es vor, dass das Filtrieren der Flüssigkeit durch die verschiedenen Filterelemente aufeinander abstimmbar ist und die Einrichtungen zum Abreinigen der Filterelemente einzeln und gemeinsam ansteuerbar sind, vorzugsweise durch einen Mikroprozessor bzw. Prozessrechner. Somit erfolgt der gesamte Filtrations- bzw. Abreinigungsprozess automatisch bzw. kann auch über ein Netzwerk aus beliebiger Entfernung gesteuert und kontrolliert werden. Außerdem ist es möglich, den Filtrations- und Abreinigungsprozess für dokumentatorische Zwecke aufzuzeichnen bzw. elektronisch zu speichern.
Außerdem sieht es die Erfindung vor, dass alle Kammern in einem gemeinsamen Gehäuse der Vorrichtung angeordnet sind und die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung radial zu einer Längsachse des Gehäuses insbesondere parallel zu der Längsachse des Gehäuses, vorzugsweise dass die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung unterschiedlich zueinander ausgerichtet sind. Die Positionierung der Eintrittsöffnungen und Austrittsöffnungen relativ zueinander und bezüglich des Gehäuses kann je nach Einsatzort und Funktion angepasst werden bzw. variieren. Die Zusammenfassung der beiden Filterelemente in ein gemeinsames Gehäuse der Vorrichtung ist besonderes vorteilhaft, da so die Filtrierung und auch das Abreinigen als weniger platzaufwendig erfolgen kann und weniger Kosten für die Installation, bzw. für zusätzliche Verrohrung oder elektrische Anschlüsse und Messvorrichtungen anfallen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der einzigen Figur der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
Figur einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Filtrieren einer Flüssigkeit.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 ist in der Figur dargestellt. Bevor eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser als Prozess oder Kühlflüssigkeit in Motoren oder anderen Anlagen zum Einsatz kommt, muss sie von Verunreinigungen und Schwebstoffen befreit werden. Dies trifft besonders zu, wenn das zu verwendende Wasser aus natürlichen Reservoiren kommt wie einem Meer, Seen, Flüssen oder ähnlichen Gewässern. Bei derartigen Reservoiren ist das Wasser mit Schwebstoffen und Kleinsttieren und anderen Verunreinigungen versehen. Zusätzlich zu diesen Schwebstoffen ist das Wasser aber zumeist auch durch größere Gegenstände wie Algen, Blätter, Stöcker, Quallen oder Ähnlichem verunreinigt. Um das Wasser effektiv von diesen großen und kleinen Verunreinigungen zu trennen, beansprucht die vorliegende Erfindung ein Filtrieren von Wasser in mehreren Stufen. Damit diese Filtrierung in der Vorrichtung 10 dauerhaft und effizient erfolgen kann, ist diese außerdem erfindungsgemäß automatisch abreinigbar.
Das erfindungsgemäße Filtrieren und das Abreinigen einer Flüssigkeit wird durch das in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 nur beispielhaft dargestellt und soll nicht auf diese beschränkt sein. Vielmehr sind beliebige Variationen der Vorrichtung 10 in der Anordnung, Orientierung etc. ihrer Elemente und Bestandteile vorgesehen.
Zum Filtrieren des Wassers tritt dieses zunächst durch eine Eintrittsöffnung 11 in die Vorrichtung 10 ein und nach dem Filtrieren durch eine Austrittsöffnung 12 wieder aus der Vorrichtung 10 heraus. Zwischen der Eintrittsöffnung 11 und der Austrittsöffnung 12 durchläuft das Wasser eine erste Kammer 13, eine zweite Kammer 14, eine dritte Kammer 15 und eine vierte Kammer 16.
Die Kammern werden gebildet, indem sie durch Filterelemente 17, 18 voneinander getrennt werden. So werden die erste Kammer 13 und die zweiten Kammer 14 dadurch gebildet, dass ein erstes Filterelement 17 zwischen ihnen positioniert ist und diese somit in zwei Kammern trennt. Die dritte Kammer 15 wird von der vierten Kammer 16 durch ein zweites Filterelement 18 getrennt. Das erste Filterelement 17 wird durch ein Rohr gebildet, wobei die Wandung 19 des Rohres siebartig ausgebildet ist bzw. perforiert ist. Die Perforation der Wandung 19 umfasst Öffnungen, die je nach Anwendungsbereich der Vorrichtung 10 variieren können. Um lediglich größere Verunreinigungen aus dem Wasser zu filtern, sind die Öffnungen der Perforation entsprechend groß ausgebildet. Soll schon eine relativ feine Vorfiltration stattfinden, sind die Öffnungen in der Wandung 19 kleiner auszubilden. Üblicherweise sind die Öffnungen in der Wandung 19 einige Millimeter im Durchmesser, insbesondere einige hundert Mikrometer.
Das zweite Filterelement 18 ist ebenso wie das erste Filterelement 17 rohrartig ausgebildet, wobei die Wandung 20 eine Perforation aufweist, deren Öffnungen im Durchmesser kleiner sind als die der Wandung 19. Durch diese Wahl der Durchmesser in den Wandungen 19 und 20 ist es möglich, das Wasser zunächst vorzufiltrieren und danach feinzufiltrieren und somit die Filtrierung des Wassers in mehreren Stufen durchzuführen. Auch der Durchmesser der Öffnungen in der Wandung 20 kann je nach Einsatzgebiet der Vorrichtung 10 variieren. Üblicherweise weisen die Öffnungen in der Wandung 20 einen Durchmesser von einigen 100 Mikrometern bzw. einigen zehn Mikrometern auf.
Die zweite Kammer 14 ist von der dritten Kammer 13 durch eine blendenartige Durchlassöffnung 21 getrennt. Diese Durchlassöffnung 21 kann in ihrem Durchmesser variieren und dient der Kontrolle der Strömungsgeschwindigkeit und -richtung währende des Abreinigens der Filterelemente 17, 18.
Zum Filtrieren der Flüssigkeit tritt das Wasser zunächst durch die Eintrittsöffnung 11 in die Vorrichtung 10 hinein. Bevor das Wasser in die Eintrittsöffnung 11 der Vorrichtung 10 tritt, kann es bereits vorgefiltert sein, um sehr große Verunreinigungen wie Bretter, größere Algen oder Tiere abzutrennen.
Üblicherweise herrscht zumindest in den Kammern 13 und 14 gegenüber der Umgebung ein Überdruck. Dieser Überdruck bewirkt, dass das Wasser durch die Eintrittsöffnung 11 in die erste Kammer 13 strömt. Ein derartiges Verhalten des Wassers kann jedoch auch durch zusätzliche Pumpen erreicht bzw. verstärkt oder reguliert werden. Nachdem das Wasser in die erste Kammer 13 strömt, tritt es durch die Wandung 19 des ersten Filterelements 17 und unterläuft einer Vorfiltrierung. Das so vorgefilterte Wasser tritt dann weiter durch die Durchlassöffnung 21 in die dritte Kammer 15. Danach strömt das Wasser durch die Öffnungen in der Wandung 20 des zweiten Filterelements 18 in die vierte Kammer 16, bevor es durch die Austrittsöffnung 12 der Vorrichtung 10 im gefilterten Zustand wieder verlässt. Das Ausströmen des Wassers durch die Austrittsöffnung 12 kann wiederum durch eine Druckdifferenz bezüglich der Umgebung bzw. des Betriebsdrucks im Rohrleitungssystems erreicht werden oder durch eine zusätzliche Pumpe 22. Durch die Pumpe 22 lässt sich der Austritt des Wassers aus der Austrittsöffnung 12 regulieren bzw. steuern, falls der die Betriebsdrücke im System nicht ausreichen. In einzelnen Fällen kann die Pumpe 22 auch als Saugpumpe das Abreinigen der Filterelemente 17, 18 bzw. das Ausschleusen der Flüssigkeit aus dem Spülaustritt 44 optimieren, bzw. bei Systemen mit unzureichendem Druckverhältnissen diese Ausschleusung ermöglichen.
Zum Abreinigen bzw. Säubern der Filterelemente 17 und 18 weisen beide Filterelemente 17, 18 jeweils eine Einrichtung zum Abreinigen auf, die getrennt und unabhängig voneinander funktionieren. Bedingt durch die unterschiedlichen Verunreinigungen, die durch die Filterelemente 17 und 18 aus dem Wasser herausgefiltert werden, sind die Filterelemente 17, 18 auch durch unterschiedliche Verunreinigungen besetzt. Daher unterscheiden sich die Einrichtungen zum Abreinigen der Filterelemente 17 und 18 voneinander.
Zum Abreinigen des ersten Filterelements 17 weist die erste Kammer 13 auf einer Längsachse 23 der ersten und zweiten Kammer 13, 14 eine Spindel 24 auf. Diese Spindel 24 weist ein Gewinde auf und erstreckt sich zumindest über den Bereich der Wandung 19. Die Spindel 24 kann sich allerdings auch über die gesamte Länge der ersten Kammer 13 erstrecken.
Die Spindel 24 ist mit einem der Eintrittsöffnung 11 zugewandten Ende an einer Führung 25 im Inneren der ersten Kammer 13 derart befestigt, dass sie sich um ihre eigene Achse drehen kann. Die Führung 25 ist ringartig ausgebildet, wobei der äußere Durchmesser des Rings mit der Form der Wandung 19 korrespondiert und fest an diesem anliegt. Die Führung 25 weist außerdem Speichen auf, welche die Aufnahme der Spindel 24 mit dem äußeren Ring verbindet. Die Anzahl und die Form der Speichen ist derart bemessen, dass die Transmission des Wassers, das durch die Eintrittsöffnung 11 in die erste Kammer 13 tritt, durch die Führung 25 nur geringfügig beeinflusst wird. Auf der der Führung 25 entgegengesetzten Seite tritt die Spindel 24 durch einen Flansch 26, der die Vorrichtung 10 fluiddicht verschließt. Damit kein Wasser aus der ersten Kammer 13 heraustritt, ist der Durchtritt durch den Flansch 26 mit einem Dichtungspaket 27 abgedichtet (Fig.).
Außerhalb der Vorrichtung 10 ist die Spindel über einen Schaft mit einem Motor 28 verbunden, der die Spindel 24 drehbar antreibt.
Auf der Spindel 24 befindet sich im Inneren der ersten Kammer 13 eine Scheibe 29. Diese Scheibe 29 korrespondiert in ihrem Außendurchmesser mit dem Durchmesser der Wandung 19 bzw. ist dermaßen dimensioniert, dass die Flüssigkeit durch einen Spalt zwischen der Scheibe 29 und dem Sieb 19 in Richtung des geöffneten Spülausgang 32 strömen kann. Die Scheibe 29 weist einen lochartigen Einsatz auf, der einer Spindel 24 entsprechendes Innengewinde aufweist und mit diesem Einsatz entlang der Spindel 24 läuft.
Versetzt zu der Spindel 24 bzw. zu der Längsachse 23 weist das Ausführungsbeispiel zwei Führungsstangen 30 auf. Diese Führungsstangen 30 sind an einer Siebauflage 48 montiert. Außerdem treten die beiden Führungsstangen 30 reibungslos durch zwei Löcher in der Scheibe 29.
Wird die Spindel 24 manuell oder motorisch durch den Motor 28 zum Drehen gebracht, bewegt sich die Scheibe 29 entlang der Längsachse 23 von dem Flansch 26 zur Führung 25 oder in entgegengesetzte Richtung gemäß dem Pfeil 31. Die Führungsstangen 30 bewirken, dass sich die Scheibe 29 nicht mit der Spindel 24 mit dreht. Außerdem ist es denkbar, dass die Scheibe 29 oder die Wandung 19 nicht dargestellte Führungsnuten aufweisen, entlang derer sich die Scheibe 29 rotationsfrei auf der Spindel 24 bewegen kann. Es kann außerdem vorgesehen sein, dass die Scheibe 29 in ihrem Außendurchmesser geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der Wandung 19. Desweiteren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Spindel 24 ersetzt wird durch einen linearen Antrieb der Hübe ausführt. Dieser Antrieb kann pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch angetrieben werden.
Außerdem weist die erste Kammer 13 einen Spülausgang 32 mit einem nicht dargestellten Ventil auf, welches händisch oder motorisch geöffnet werden kann. Durch Öffnen des Ventils tritt das Wasser durch den Spülausgang 32 aus der Vorrichtung 10 heraus. Durch dieses schlagartige Heraustreten der Flüssigkeit wird bereits in einem ersten Schritt ein Großteil der abzureinigenden Stoffe aus der ersten Kammer 13 vom ersten Filterelement 17 bzw. dessen Wandung 19 herausbefördert. Schwebstoffe, insbesondere Stoffe oder Verunreinigungen, die an der Wandung 19 haften, können durch die sich entlang der Spindel 24 bewegenden Scheibe 29 in einem weiteren Abreinigungsschritt strömungsmechanisch abgereinigt werden. Zusätzlich zu dem strömungsmechanischen Abstreifen wird durch die Bewegung der Scheibe 29 entlang der Wandung 19 des ersten Filterelements 17 die Strömungsgeschwindigkeit in dem nur wenige Millimeter, vorzugsweise 2 bis 3 mm bzw. 50 bis 80 mm bei größeren Vorrichtungen, messenden Spalt zwischen der Scheibe 29 und der Wandung 19 erhöht. Durch diese lokale Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit entstehen im Inneren des ersten Filterelement 17 Verwirbelungen und Druckgefälle. Die Verwirbelungen und die Druckgefälle zwischen der sich bewegenden Scheibe 29 und der Wandung 19 bewirken, dass noch an der Wandung 19 haftende Verunreinigungen von der Wandung 19 losgerissen werden. Ebenso bewirkt die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit im Spalt, dass der Druck in dem Spalt niedriger ist als in der zweiten Kammer 14 wo die Strömungsgeschwindigkeit niedriger ist und somit der statische Druck im Spalt geringer ist (Bernoulli Theorem), daher kehrt sich partiell die Strömung um und zwar von der zweiten Kammer 14 in Richtung der erstem Kammer 13; allerdings findet diese Strömungsumkehr nur dort statt, wo die Strömungsgeschwindigkeit durch die Scheibe 29 erhöht wird.
Ein derartiges Abreinigen des ersten Filterelements 17 durch Bewegen der Scheibe 29 entlang der Längsachse 23 und durch Erzeugung eines Druckgefälles durch Öffnen des Spülausgangs 32 erfolgt ein effektives Abreinigen des ersten Filterelements 17. Dieses Abreinigen dauert nur wenige Sekunden, kann jedoch auch je nach Verunreinigungsgrad einige Minuten dauern und kann beliebig wiederholt werden.
Sowohl die erste als auch die zweite Kammer 17, 18 können Druckmessgeräte aufweisen, die vorzugsweise automatisiert, ausgelesen werden. Der Abfall bzw. Anstieg von Drücken in den Kammern 13, 14 kann als Indiz angesehen werden, dass die Wandung 19 bzw. das erste Filterelement 17 derart stark verunreinigt ist, dass eine effektive Filtration nicht mehr stattfinden kann. In diesem Fall muss das erste Filterelement 17 abgereinigt werden. Eine derartige Steuerung des Auslesens der Druckmessgeräte, der Spindel 25 bzw. des Motors 28 und des Spülausgangs 32 kann automatisiert durch einen Prozessrechner oder manuell erfolgen.
Für die Abreinigung des zweiten Filterelements 18 in der dritten Kammer 15 weist diese auf einer Längsachse 33 einen Düsenverteiler 34 auf. Dieser Düsenverteiler 34, oder auch Scanner genannt, kann entlang der Längsachse 33 gemäß dem Pfeil 35 vor- und zurückbewegt werden. Außerdem ist der Düsenverteiler 34 gemäß dem Pfeil 36 in und entgegen dem Uhrzeigersinn um die Längsachse 33 drehbar. Diese Bewegungen können entweder händisch oder über eine spindelartige Kopplung 40, durch einen Motor 37 angetrieben, erfolgen. Bei dieser Bewegung des Düsenverteilers 34 im zweiten Filterelement 18 bzw. in der dritten Kammer 15 wird der Düsenverteiler 34 durch zwei Stirnseiten 38 und 39 der dritten Kammer 15 geführt und zwar so, dass kein Flüssigkeitsaustausch zwischen der dritten Kammer 15 und der vierten Kammer 16 stattfinden kann. Für die flüssigkeitsdichte Verbindung des Düsenverteilers 34 in der Stirnseite 38 zwischen der zweiten Kammer 14 und der dritten Kammer 15 weist die Stirnseite 38 ein Dichtungspaket 52 auf. Gleichermaßen ist die dritte Kammer 15 gegen eine fünfte Kammer 43 bzw. gegen einen Spülaustritt 44 am Durchtritt des Düsenverteilers 34 durch die Stirnseite 39 der dritten Kammer 15 mittels eines weiteren Dichtungspakets 53 abgedichtet. Für eine flüssigkeitsdicht Verbindung der Kopplung 40 mit dem Düsenverteiler 34 durch einen Flansch 41 wird dieser durch ein Dichtungspaket 51 im Flansch 41 geführt. Außerdem weist der Flansch 41 zur Abdichtung der fünften Kammer 43 zur Umgebung ein weiteres Dichtungspaket 42 auf.
Der Düsenverteiler 34 ist rohrartig ausgebildet, wobei der Innenbereich des Düsenverteilers 34 über eine fünfte Kammer 43 mit einem Spülaustritt 44 verbunden. Der Spülaustritt 44 stellt eine weitere Austrittsöffnung aus der Vorrichtung 10 dar. Dem Düsenverteiler 34 sind senkrecht zu der Längsachse 33 stutzenartige Saugdüsen 45 zugeordnet. Diese Saugdüsen 45 sind über die gesamte Länge des Düsenverteilers 34 verteilt und schließen untereinander jeweils einen Winkel ein. Die Saugdüsen 45 sind ebenfalls rohrartig ausgebildet und stehen in einer kommunizierenden Verbindung mit dem Düsenverteiler 34. Die Saugdüsen 45 sind derart auf der rohrartigen Oberfläche des Düsenverteilers 34 angeordnet, dass durch die translatorische und rotierende Bewegung des Düsenverteilers 34 jeder Punkt der Wandung 20 durch eine Saugdüse 45 erreicht werden kann. Die Rotation des Düsenverteilers 34 erfolgt gemäß dem Pfeil 36 sowohl in als auch entgegen dem Uhrzeigersinn. Diese Rotation des Düsenverteilers 34 wird gesteuert durch einen Prozessrechner und einen Endlagenmelder 50 sowie Anschlägen 49 an einer dem Düsenverteilers 34 zugeordneten Spindel oder durch eine andere entsprechend geeignete Wegemessung.
Die Saugdüsen 45 weisen einen Düsenschaft 46 und einen Düsenkörper 47 auf. Der Düsenkörper 47 ist mit einem den Düsenverteiler 34 abgewandten offenen Ende der Wandung 20 des zweiten Filterelements 18 zugewandt bzw. kurz vor dieser Wandung 20 positioniert, steht insbesondere in Kontakt mit der Wandung 20. Durch einen vorprogrammierten Bewegungsablauf, lässt sich so die gesamte Innenseite der Wandung 20 des zweiten Filterelements 18 automatisch abfahren bzw. abscannen.
Die fünfte Kammer 43 der Vorrichtung 10 weist einen Spülaustritt 44 auf. Dieser Spülaustritt 44 ist durch ein nicht dargestelltes Ventil geschlossen. Dadurch, dass die Düsenkörper 47 der Saugdüsen 45 an einem Ende jeweils eine Öffnung aufweisen, durch die Wasser in die Saugdüsen 45 und somit in den Düsenverteiler 34 eintreten kann, herrscht bei geschlossenem Ventil des Spülaustritts 44 innerhalb der dritten Kammer 15 und der fünften Kammer 43 ein konstanter Druck, vielmehr existiert kein Druckgefälle. Beim Öffnen des Ventils bzw. des Spülaustritts 44 strömt das Wasser aus den Saugdüsen 45 und den Düsenverteiler 34 durch den Spülaustritt aus der Vorrichtung 10 heraus. Durch dieses Öffnen des Spülaustritts 44 entsteht an den Öffnungen der Düsenkörper 47 ein Druckgefälle und Wasser aus der vierten Kammer 16 wird in die Saugdüse 45 gesogen. Somit tritt zumindest an den Öffnungen des Düsenkörpers 47 eine Zwangsumkehr der Flüssigkeitsströmung ein. Verunreinigungen die vom zweiten Filterelement 18 aus dem Wasser herausgefiltert wurden und sich an der Wandung 20 gesammelt haben, werden ebenfalls mit in die Saugdüsen 45 gesogen und durch den Düsenverteiler 34 und den Spülaustritt 44 aus der dritten Kammer 15 bzw. der Vorrichtung 10 herausbefördert. Herrscht in der dritten Kammer 15 kein ausreichender Druck zur Abreinigung, kann dieser über eine Zusatzpumpe 22 bzw. über ein Drosseln der Eintrittsöffnung 11 bzw. Austrittsöffnung 12 kurzfristig ein ausreichendes Druckgefälle erzeugt werden. Außerdem ist es denkbar, die Pumpe 22 mit dem Spülaustritt 44 zu verbinden, um dadurch ein ausreichendes Druckgefälle zum Absaugen der Kammern bzw. des Filterelements 18 durch die Saugdüsen zu erzeugen.
Der Düsenverteiler 34 wird durch den Motor 37 so bewegt, dass jeder Bereich der Wandung 20 des zweiten Filterelements 18 durch den Düsenkörper 47 erreicht wird. Durch den lokalen Unterdruck zwischen der Saugdüse 45 und deren Umgebung werden die Verunreinigungen an der Wandung 20 des zweiten Filterelements 18 in die Saugdüse 45 gesogen. Nach Beendigung der Abreinigung bzw. des Abscannens der Wandung 20 des zweiten Filterelements 18 wird das Ventil bzw. der Spülaustritt 44 automatisch wieder geschlossen und es stellt sich erneut ein Druckgleichgewicht ein. Während der Abreinigung sowohl des ersten als auch den zweiten Filterelements 17, 18 braucht die Filtration der Flüssigkeit nicht unterbrochen zu werden. Die Vorrichtung 10 ermöglicht somit eine kontinuierliche Filtration der Flüssigkeit und Durchströmung der Filterelemente von der Eintrittsöffnung 11 bis zur Austrittsöffnung 12 und ist dabei nur teilweise oder komplett abhängig von zusätzlichen Pumpen 22, falls der Systemdruck nicht ausreicht. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei hinreichenden System- bzw. Betriebsdrücken eine vollautomatische und kontinuierliche, sowie ununterbrochene Filtration durch die Vorrichtung ermöglicht wird.
Die Drehrichtung des Motors 37 und der Kopplung 40 wird über nicht dargestellte Näherungsschalter, Initiatoren oder Endlagenmelder 50 bzw. Anschläge 49 kontrolliert, angepasst und bewerkstelligt. Auch der dritten Kammer 15 bzw. der vierten Kammer 16 sind Drucksensoren zugeordnet, die durch einen Prozessrechner ausgelesen werden. Anhand der ausgelesenen Messwerte wird vom Prozessrechner, bestimmten Vorgaben entsprechend, Ventile bzw. Motoren gesteuert. So lassen sich über eine Fernsteuerung mittels des Prozessrechners die Filtrierung und die Abreinigung der Filterelemente steuern und kontrollieren.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung
11: Eintrittsöffnung
12: Austrittsöffnung
13: erste Kammer
14: zweite Kammer
15: dritte Kammer
16: vierte Kammer
17: erstes Filterelement
18: zweites Filterelement
19: Wandung
20: Wandung
21: Durchlassöffnung
22: Pumpe
23: Längsachse
24: Spindel
25: Führung
26: Flansch
27: Dichtungspaket
28: Motor
29: Scheibe
30: Führungsstangen
31: Pfeil
32: Spülausgang
33: Längsachse
34: Düsenverteiler
35: Pfeil
36: Pfeil
37: Motor
38: Stirnseite
39: Stirnseite
40: Kopplung
41: Flansch
42: Dichtungspaket
43: fünfte Kammer
44: Spülaustritt
45: Saugdüsen
46: Düsenschaft
47: Düsenkörper
48: Siebauflage
49: Anschlag
50: Endlagenmelder
51: Dichtungspaket
52: Dichtungspaket
53: Dichtungspaket

Claims

Verfahren zum Filtrieren einer Flüssigkeit durch eine Vorrichtung (10) mit mehreren Kammern, wobei eine erste Kammer (13) mindestens eine Eintrittsöffnung (11) und eine weitere Kammer mindestens eine Austrittsöffnung (12) aufweist und aufeinanderfolgende Kammern untereinander durch Filterelemente (17, 18) zum Filtern der Flüssigkeit getrennt werden und eine von der Eintrittsöffnung (11) der ersten Kammer (13) zu der Austrittsöffnung (12) der weiteren Kammer strömende Flüssigkeit von mindestens einem Filterelement (17, 18) filtriert wird und das mindestens eine Filterelement (17, 18) in der Vorrichtung (10) bei Bedarf abgereinigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Stufen in der Vorrichtung (10) gefiltert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit zunächst von einem ersten Filterelement (17) in einer ersten Filtrationsstufe vorfiltriert und anschließend von einem zweiten Filterelement (18) in einer zweiten Filtrationsstufe feinfiltriert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von dem ersten Filterelement (17) Stoffe aus der Flüssigkeit heraus filtriert werden, die verschieden zu denen sind, die durch das zweite Filterelement (18) heraus filtriert werden, vorzugsweise dass die Stoffe die von dem ersten Filterelement (17) heraus filtriert werden, größer sind als die Stoffe, die von dem zweiten Filterelement (18) heraus filtriert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filterelement (17) unabhängig vom zweiten Filterelement (18) abgereinigt wird, vorzugsweise das erste Filterelement (17) abgereinigt wird und zwar ohne dass die Filtration der Flüssigkeit unterbrochen wird, während von dem zweiten Filterelement (18) weiterhin die Flüssigkeit filtriert wird, insbesondere das zweite Filterelement (18) abgereinigt wird, während die Flüssigkeit von dem ersten Filterelement (17) und/oder dem zweiten Filterelement (18) ununterbrochen filtriert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorfiltrieren durch das erste Filterelement (17) und das Feinfiltrieren durch das zweite Filterelement (18), sowie das Abreinigen des ersten Filterelements (17) und des zweiten Filterelements (18) aufeinander abgestimmt werden, insbesondere das Filtrieren und das Abreinigen voll automatisiert erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abreinigen des ersten Filterelements (17) ein Überdruck in der ersten Kammer (13) relativ zu der weiteren Kammer bzw. zur Atmosphäre erzeugt wird, vorzugsweise besteht, und im Anschluss bei Bedarf eine Scheibe (29), vorzugsweise parallel zu einer Achse (23) des ersten Filterelements (17), in der ersten Kammer (13) bewegt wird und zum Abreinigen des zweiten Filterelements (18) mindestens eine Saugdüse (45) entlang einer Innenwandung (20) des zweiten Filterelements (18) in der weiteren Kammer, vorzugsweise in einer dritten Kammer (15), geführt wird.
Vorrichtung (10) zum Filtrieren einer Flüssigkeit mit mehreren Kammern, wobei eine erste Kammer (13) mindestens eine Eintrittsöffnung (11) und eine weitere Kammer mindestens eine Austrittsöffnung (12) aufweist und aufeinanderfolgende Kammern untereinander durch Filterelemente (17, 18) zum Filtern der Flüssigkeit getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Filterelemente (17, 18) unterschiedlicher Transmissionen jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kammern angeordnet sind, um die durch die Kammern strömende Flüssigkeit sukzessive in zwei aufeinanderfolgenden Stufen zu filtrieren.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterelemente (17, 18) siebartig ausgebildet sind, wobei das erste Filterelement (17) undurchlässig ist für Stoffe, die größer als 2 mm, insbesondere größer als 0,6 mm, vorzugsweise größer als 0,2 mm sind und das zweite Filterelement (18) undurchlässig ist für Stoffe, die größer als 0,1 mm, insbesondere größer als 0,04 mm, vorzugsweise größer als 0,01 mm sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterelemente (17, 18) jeweils eine eigene Einrichtung zum automatischen Abreinigen aufweisen, die unabhängig voneinander betreibbar sind, vorzugsweise das erste Filterelement (17) eine Scheibe (29) aufweist, die entlang einer Längsachse (23) des Filterelements (17) an einer Innenwandung (19) des ersten Filterelements (17) entlang bewegbar ist und dem zweiten Filterelement (18) mehrere Saugdüsen (29) zugeordnet sind, die an einer Innenwandung (20) des zweiten Filterelements (18) entlang bewegbar sind, insbesondere die Filterelemente (17, 18) durch Erzeugung eines Unterdrucks in den entsprechenden Kammern relativ zu den Kammern in denen sich die filtrierte Flüssigkeit befindet, abreinigbar sind.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche der Vorrichtung (10) in denen die verschiedenen Stufen des Filtrierens der Flüssigkeit erfolgen, insbesondere die Kammern in denen das Filtrieren der Flüssigkeit stattfindet bzw. in denen sich die Einrichtungen zum Abreinigen befinden, durch eine Öffnung (21) miteinander verbunden sind.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtrieren der Flüssigkeit durch die verschiedenen Filterelemente (17, 18) aufeinander abstimmbar ist und die Einrichtungen zum Abreinigen der Filterelemente (17, 18) einzeln und gemeinsam ansteuerbar sind, vorzugsweise von einem Mikroprozessor bzw. Prozessrechner, ansteuerbar sind.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass alle Kammern (13, 14, 15, 16) in einem gemeinsamen Gehäuse der Vorrichtung (10) angeordnet sind und die Eintrittsöffnung (11) und die Austrittsöffnung (12) radial zu einer Längsachse des Gehäuses, insbesondere parallel zu der Längsachse des Gehäuses, vorzugsweise dass die Eintrittsöffnung (11) und die Austrittsöffnung (12) unterschiedlich zueinander ausgerichtet sind.