DE4036694A1 - Spaltplattenanordnung, insbesondere spaltfilter - Google Patents
Spaltplattenanordnung, insbesondere spaltfilterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Spaltplattenanordnung nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine derartige Spaltplattenanordnung ist zum Beispiel in der
Filtertechnik als Spaltfilter bekannt geworden. Auf einem
gemeinsamen Träger sind deckungsgleich kreisförmige Platten
gehalten, wobei zwischen benachbarten Platten je ein Di
stanzhalter angeordnet ist, wodurch Siebspalte gebildet
sind. Die in den Platten angeordneten Ausnehmungen liegen
deckungsgleich zueinander und bilden in Längsrichtung des
Paketes sich erstreckende, durchgehende Strömungskanäle. Das
Unfiltrat wird über einen zwischen dem Plattenpaket und
einem Filtergehäuse begrenzten Ringkanal zugeführt. Über die
Strömungskanäle im Plattenpaket strömt das Filtrat ab. Die
Filterrückstände setzen sich auf der Paketmantelfläche ab
und verstopfen auf Dauer die zwischen benachbarten Platten
quer zur Paketlängsrichtung verlaufenden Durchtrittsspalte
bzw. Siebspalte. Der Filter muß daher von Zeit zu Zeit rück
gespült werden, d. h., über die Strömungskanäle wird eine
Reinigungsflüssigkeit zugeführt und - zusammen mit den aus
gespülten Filterrückständen - über den Ringkanal abgeleitet.
Zur Erzielung eines angemessenen Mengendurchsatzes muß die
die Filterfläche bildende Paketmantelfläche entsprechend
groß ausgebildet sein, wodurch der Spaltfilter sehr groß
baut. Durch die Anordnung der Distanzhalter sind die Durch
trittsquerschnitte zwischen zwei Platten relativ groß, so
daß der bekannte Spaltfilter nur zum Trennen relativ großer
Teilchen aus einem Fluidum verwendet werden kann. Sollen
kleinere Schwebeteilchen von wenigen Mikrometern ausgefil
tert werden, müssen andere Filtertechniken herangezogen wer
den. Wird der Spaltfilter zum Ausfiltern kleinster Teilchen
als Anschwemmfilter betrieben, ist der an den stehenden
Plattenpaketen sich absetzende Filterkuchen der Schwerkraft
ausgesetzt. Wird der Filterkuchen zu schwer oder treten Er
schütterungen bzw. Druckstöße auf, besteht die Gefahr, daß
der Filterkuchen abfällt, so daß die Filtration gestört ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spaltplatten
anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 derart wei
terzubilden, daß bei kleinster Baugröße ein großer Mengen
durchsatz erzielbar ist, wobei bei der Verwendung als An
schwemmfilter ein Abfallen des Filterkuchens weitgehend ver
mieden sein soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Innerhalb des Filterpaketes kann eine Vielzahl von Strö
mungskanälen zur Zuführung des Unfiltrats ausgenutzt werden,
wodurch bei unveränderter Baugröße eine erheblich größere
Filterfläche zur Verfügung gestellt werden kann. Aufgrund
der Vielzahl der zuführenden Strömungskanäle bauen sich von
einander getrennte, einzelne Filterkuchen auf, die ein ge
ringes Gewicht haben, wodurch die Gefahr eines Abfallens des
Filterkuchens aufgrund der wirkenden Schwerkraft oder auf
grund von Erschütterungen gesenkt ist.
Vorteilhaft ist vorgesehen, in einer Platte neben einer Rei
he das Unfiltrat zuführender Ausnehmungen eine Reihe das
Filtrat abführender Ausnehmungen vorzusehen. Diese Anordnung
gewährleistet weitgehend gleiche Wege von einer Unfiltrat
zuführenden Ausnehmung zu einer Filtrat abführenden Ausneh
mung, weshalb ein gleichmäßiger Filtriervorgang erzielt ist.
Der Filter kann wahlweise als Cross-flow-Filter, als An
schwemmfilter oder auch Dead-end-Filter betrieben werden.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
bei einer Spaltplattenanordnung in jeder Platte zwischen
einer Reihe ein Fluidum zuführender Ausnehmungen und einer
Reihe das Fluidum abführender Ausnehmungen eine weitere
Reihe von Ausnehmungen anzuordnen, die der Zuführung von
Zusatzstoffen dient. Unabhängig von einem Filtriervorgang
oder während eines Filtriervorgangs kann dem durch den
Durchtrittsspalt fließenden Fluidum eine Flüssigkeit oder
ein Gas zugegeben werden, wodurch Manipulationen chemischer,
biochemischer oder mechanischer Art durchgeführt werden
können. So können zum Beispiel Lösungsmittel zugeführt
werden oder über bestimmte Stoffe Reaktionen erzeugt werden
oder aber der die Spaltplattenanordnung durchströmende Stoff
in seiner Eigenschaft verändert werden. In der Biochemie
oder bei Fermentationsprozessen kann auf diese Weise nach
der Selektion über einen Mikrospalt (Zellernte) über die
weitere Reihe der Ausnehmungen Sauerstoff zugeführt werden.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
die Durchtrittsspalte in Fließrichtung zu den das Fluidum
abführenden Ausnehmungen vorzugsweise konisch zu erweitern.
Durch diese konstruktive Gestalt wird beim Rückspülen des
Filters ein Düseneffekt erzielt, der eine vollständige Rei
nigung auch fest verschlossener Durchtrittsspalte einfach
ermöglicht. Beim Rückspülvorgang kann zudem das Plattenpaket
axial entspannt werden, wodurch sich die Durchtrittsspalte
zwischen den benachbarten Platten vergrößern und eine einfa
chere Reinigung möglich wird. Dies ermöglicht inbesondere
ein 100%iges Rückspülen eines durch Bedienungsfehler voll
ständig verstopften Filters. Durch das Entspannen des Fil
terpaketes wird erst ein Durchtritt der Reinigungsflüssig
keit möglich, der zum Beispiel ein Lösungsmittel beigegeben
werden kann, um feste Verstopfungen aufzulösen.
In besonderer Weiterbildung der Erfindung sind die zueinan
der ausgerichteten Ausnehmungen benachbarter Platten mit
unterschiedlichen Querschnittsflächen vorgesehen. So können
die Querschnittsflächen der Ausnehmungen über die Länge des
Strömungskanals quasikontinuierlich zunehmen und/oder ab
nehmen, wodurch bauchige Kanäle entstehen, in denen sich bei
der Anschwemmfiltration der Filterkuchen absetzt und bei
stehendem Plattenpaket gegen die Schwerkraft abstützen kann.
Durch die Anordnung von Platten mit Ausnehmungen unter
schiedlicher Querschnittsflächen können auf einfache Art und
Weise unterschiedliche Kanalformen gebildet werden, um ein
der jeweils ausgeführten Filtration entsprechendes Strö
mungsverhalten, Strömungsbild bzw. Turbulenzverhalten im
Zuführkanal oder auch Abführkanal zu erzeugen.
In besonderer Ausgestaltung der Erfindung liegen benachbarte
Platten unmittelbar aufeinander. Die Durchtrittsspalte wer
den durch die Rauhigkeit der Plattenoberflächen bestimmt,
wobei Teilchen oberhalb einer Größe von 1 µm ausgefiltert
werden können. Auf diese Weise ist ein einfacher Mikro-
Spaltfilter gebildet.
Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, zur Bildung von Durch
trittsspalten an den Platten Abstandshalter anzuordnen. Die
Abstandshalter sind dabei in ihrer Breite und Höhe derart
vorgesehen, daß die Breite und Höhe eines jeden Durchtritts
spaltes genau definiert ist. Um dies zu erreichen, werden
die Abstandshalter mit aus der Elektrotechnik bekannten
Techniken hergestellt, so zum Beispiel durch elektroche
misches oder elektrolytisches Abtragen bzw. Beschichten der
Platten. Insbesondere können die Abstandshalter auf dem Wege
der Dünnschichttechnik ausgebildet werden, wodurch Genauig
keiten im Angström-Bereich möglich sind. Auf diese Weise ist
eine genau definierte Durchtrittsgröße bis zu 0,05 µm ein
stellbar, was insbesondere in der Gentechnik vorteilhaft
ist. Ferner müssen in der Gentechnik 100%ige Trennschärfen
erzielt sein, um sicherzustellen, daß mutierte Zellen oder
dgl. nicht unkontrolliert aus dem System entweichen können.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Durchtrittsspalte
ist ein sicheres Zurückhalten von Teilchen oberhalb der
Durchtrittsgröße gewährleistet. Die glatten definierten
Spalte gewährleisten ferner geringe Scherkräfte auf die
Feststoffmoleküle oder auf die Zellen beim Trennvorgang, was
im Einsatz bei organischen Stoffen und Organismen vorteil
haft ist.
Insgesamt gewährleistet die erfindungsgemäße Spaltplattenan
ordnung eine hohe Druck- und Temperaturfestigkeit. Es kann
ein Druck von über 10 bar eingestellt werden. Die Platten
der Spaltplattenanordnung sind in einer Vielzahl von Mate
rialien wie Metallen, Kunststoffen, Keramiken, Glas usw.
einsetzbar. Die Materialauswahl kann einzig und allein auf
die mit der Spaltplattenanordnung in Berührung kommenden
Flüssigkeiten abgestellt sein, zum Beispiel auf Korro
sionsbeständigkeit, Temperaturbeständigkeit oder Ver
schleißfestigkeit. Da das Plattenpaket in weitgehend belie
biger Länge aufgebaut werden kann, ist die Spaltplattenan
ordnung vielseitig einsetzbar. Die Spaltplattenanordnung
kann für ein geschlossenes Filtrationsverfahren eingesetzt
werden, so daß Gase und Dämpfe nicht entweichen können.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren
Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der nach
folgend im einzelnen beschriebene Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt sind. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Spalt
plattenanordnung in einer Verwendung als Spalt
filter,
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf eine Platte der
erfindungsgemäßen Spaltplattenanordnung nach
Fig. 1,
Fig. 3 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt durch
eine Spaltplattenanordnung gemäß Fig. 1,
Fig. 4 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt durch
eine Spaltplattenanordnung in anderer Ausfüh
rungsform,
Fig. 5 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf
eine weitere Ausführungsform einer Platte in
einer Spaltplattenanordnung,
Fig. 6 in schematischer Draufsicht ein weiteres Ausfüh
rungsbeispiel einer Platte einer Spaltplatten
anordnung,
Fig. 7 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Spaltplat
tenanordnung,
Fig. 8 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Spaltplat
tenanordnung,
Fig. 9 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch
einen Abschnitt eines im Plattenpaket ausgebilde
ten Strömungskanals,
Fig. 10 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch
einen Abschnitt eines im Plattenpaket ausgebil
deten Strömungskanals in anderer Ausführung,
Fig. 11 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch
einen Abschnitt eines im Plattenpaket ausgebilde
ten Strömungskanals in einer weiteren Ausführung,
Fig. 12 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch
einen Abschnitt eines im Plattenpaket ausgebilde
ten Strömungskanals anderer Ausführungsform,
Fig. 13 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf
eine Platte eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer Spaltplattenanordnung.
Die in Fig. 1 gezeigte Spaltplattenanordnung ist in einem
Gehäuse 1 aufgenommen, in dem liegend ein Plattenpaket 2 an
geordnet ist. Das Plattenpaket besteht aus einzelnen Platten
3, die deckungsgleich nebeneinander liegen. Die Platten 3
können folienartig dünn ausgebildet sein. In den Platten 3
sind Ausnehmungen vorgesehen, wobei im gezeigten Ausfüh
rungsbeispiel die Ausnehmungen benachbarter Platten 3 zu
einander deckungsgleich liegen, wodurch in Längsrichtung des
Plattenpaketes sich erstreckende Strömungskanäle 6 bzw. 7
gebildet sind. Im Plattenpaket 2 sind mehrere Strömungska
näle 6 bzw. 7 vorgesehen; in Fig. 1 sind nur einige Kanäle
gezeigt. Zwischen benachbarten Platten 3 sind quer zur
Längsmittelachse 8 des Plattenpaketes 2 liegende Durch
trittsspalte 4 gebildet. Zwischen dem Plattenpaket 2 und dem
Gehäuse 1 ist ferner ein Ringkanal 9 begrenzt.
Das Gehäuse 1 ist becherförmig ausgebildet und weist im Be
reich seines Bodens zwei voneinander getrennte Kammern 10
und 11 auf, die in Richtung der Längsmittelachse 8 hinter
einander liegen. In die Sammelkammer 10 münden die Strö
mungskanäle 7, von denen in Fig. 1 nur einer dargestellt
ist. In die Sammelkammer 11 münden die Strömungskanäle 6,
von denen im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zwei darge
stellt sind.
Das becherförmige Gehäuse 1 ist durch einen Stempel 14 dicht
verschlossen, wobei im Stempel 14 in Richtung der Längsmit
telachse 8 hintereinander liegende Verteilerräume 12 und 13
vorgesehen sind. Der Stempel 14 wird mittels einer Spannvor
richtung 15 in Richtung der Längsmittelachse 8 druckbeauf
schlagt. Die Spannvorrichtung besteht dabei aus einem einen
Bund 1a des Gehäuses 1 übergreifenden Bügel 15a, der einen
vorzugsweise hydraulischen Stempel 15b aufweist, der auf der
Längsmittelachse 8 liegt. Über den Stempel 14 wird das Plat
tenpaket 2 in Richtung der Längsmittelachse 8 axial ver
spannt, so daß sich das Plattenpaket unter Druckeinwirkung
nicht axial aufweiten kann. An den stirnseitigen Enden des
Plattenpaketes 2 sind zur Abdichtung Dichtscheiben 16 zwi
schen dem Plattenpaket 2 und dem Boden des Gehäuses 1 bzw.
dem Stempel 14 des Gehäuses 1 angeordnet.
Dem in Fig. 1 dargestellten Spaltfilter wird in Pfeilrich
tung A das Unfiltrat zugeführt, welches über den Verteiler
raum 13 in die Strömungskanäle 6 eintritt und über die Sam
melkammer 11 in Pfeilrichtung A wieder austritt. Das Unfil
trat wird dabei kreisförmig umgepumpt, der Filter kann somit
in Crossflow-Technik betrieben werden.
Über die Durchtrittsspalte 4 fließt das Filtrat in den Strö
mungskanal 7 bzw. den Ringkanal 9 ab. Aus dem Strömungskanal
7 fließt das Filtrat über die Sammelkammer 10 zum Ausgang
und wird dort in Pfeilrichtung B abgezogen. Ebenso wird aus
dem Ringkanal 9 das Filtrat in Pfeilrichtung B abgezogen.
Zur Unterstützung des Filtratflusses wird über die Vertei
lerkammer 12 das Filtrat in Pfeilrichtung B dem Strömungska
nal 7 erneut zugeführt, wobei der anfallende Filtratüber
schuß abgezogen wird. Die an den unterschiedlichen Stellen
angeordneten Anschlüsse zum Abführen bzw. Zuführen des Fil
trats in Pfeilrichtung B sind insbesondere beim Rückspülen,
beim Entlüften und beim Entleeren des Filters vorteilhaft.
In Fig. 2 ist der Aufbau einer Platte 3 der Spaltplattenan
ordnung nach Fig. 1 im einzelnen dargestellt. Die Filter
platte 3 weist kreisrunde Ausnehmungen 5 auf, wobei die Aus
nehmungen 5 einer Reihe 22 gegenüber den Ausnehmungen 5 der
benachbarten Reihe 21 versetzt liegen. Die Anordnung ist so
getroffen, daß die kreisrunden Ausnehmungen 5 der Reihen 21
und 22 gleichen Durchmesser haben. Dabei bilden die Ausneh
mungen 5 der Reihe 21 die Strömungskanäle 6 für das Unfil
trat, während die Ausnehmungen 5 der anderen Reihe 22 die
Strömungskanäle 7 für das Filtrat bilden. Die Pfeile 23 ge
ben die Flußrichtung des Fluidums von den Strömungskanälen 6
zu den Strömungskanälen 7 wieder. Schlägt man um den Mittel
punkt jeder Ausnehmung einen konzentrischen Kreis mit einem
derartigen Durchmesser, daß sich die konzentrischen Kreise
benachbarter Ausnehmungen berühren, so sind durch die kon
zentrischen Kreise zwischen den Ausnehmungen 5 dreieckige,
sternförmige Flächen beschrieben, die als Abstandshalter 20
ausgebildet sind. Zwischen je zwei Abstandshaltern 20 sind
die Durchtrittsspalte 4 für das Filtrat gebildet, so daß in
Pfeilrichtung 23 das Filtrat von den Strömungskanälen 6 zu
den Strömungskanälen 7 abfließen kann. Aufgrund der gewähl
ten Anordnung liegen um jede Ausnehmung 5 gleichmäßig über
den Umfang verteilt sechs Abstandshalter 20. Die Abstands
halter 20 sind vorteilhaft auf nur einer Plattenseite ange
ordnet und liegen an der Plattenseite einer benachbarten
Platte an. Es kann aber auch zweckmäßig sein, auf beiden
Plattenseiten Abstandshalter 20 anzuordnen.
Die Abstandshalter 20 einer Platte 3 können in ihrer Höhe
und ihrer flächenhaften Ausdehnung präzise gefertigt werden,
so daß exakt definierte Durchtrittsspalte 4 geschaffen sind.
Vorteilhaft werden die Abstandshalter 20 auf dem Wege der
Dünnschichttechnik aufgebracht, wodurch Genauigkeiten im
Bereich von Angström erzielbar sind, so daß die erfindungs
gemäße Spaltplattenanordnung als Mikrofilter bis zu einer
Durchtrittsgröße von 0,05 µm verwendbar ist. Die in der
Elektrotechnik verwendeten Verfahren zur Herstellung von
Leiterplatten sind vorteilhaft zur Anordnung und Ausbildung
der Abstandshalter anwendbar. Die Abstandshalter sind zweck
mäßig durch Abtragen (elektrochemisch, elektrolytische Fun
kenerosion), Verformen (mechanisches Prägen, Walzen, allge
meines Verdichten) oder Auftragen (Beschichten, Besprühen,
Bedampfen) herstellbar. Vorteilhaft kann eine Platte 3 zu
sammen mit den Abstandshaltern 20 auch galvanisch geformt
hergestellt sein.
Wie Fig. 3 zeigt, sind insbesondere die Ausnehmungen 5 der
das Filtrat führenden Kanäle 7 auf einer der Plattenseiten
angesenkt. Auf diese Weise ergibt sich bei aneinanderliegen
den Platten 3 ein Durchtrittsspalt 4, der sich ausgehend vom
Kanal 6 zum Kanal 7 insbesondere konisch erweitert. Dies hat
den Vorteil, daß beim Rückspülen entgegen Pfeilrichtung 23
die Reinigungsflüssigkeit, insbesondere Wasser, auf dem Weg
zum Strömungskanal 6 beschleunigt wird, so daß die Durch
trittsspalte 4 aufgrund der auftretenden Düsenwirkung voll
ständig und sicher gereinigt werden.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist anstelle von Ab
standshaltern 20 zwischen benachbarten Platten 3a ein Gewebe
17 und/oder ein Metall- oder Kunststoffvlies oder Filter
schicht 18 angeordnet. Der Durchtrittsspalt 4 zwischen zwei
Platten 3a wird dabei vollständig von dem Gewebe bzw. dem
Vlies oder der Filterschicht ausgefüllt. Auf diese Weise
wird ein Tiefenfilter erhalten, dessen Filterwirkung durch
das Gewebe 17 bzw. den Metall- oder Kunststoffvlies oder
Filterschicht 18 bestimmt ist.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 zeigt eine besondere
Ausgestaltung der deckungsgleich zueinander liegenden Aus
nehmungen 5 bzw. 5a einer Platte 3b. Die den Strömungskanal
6 für das Unfiltrat bildenden Ausnehmungen 5a sind in Drauf
sicht etwa kleeblattförmig ausgebildet und haben einen
Durchtrittsquerschnitt, der größer, vorzugsweise erheblich
größer ist als die den Strömungskanal 7 für das Filtrat bil
denden Ausnehmungen 5. Wie schon zu Fig. 2 ausgeführt, lie
gen die Ausnehmungen 5a in Reihen 21 nebeneinander, wobei
jeweils zwischen zwei Reihen 21 eine Reihe 22 mit Ausneh
mungen 5 angeordnet ist. Die Ausnehmungen 5 der Reihe 22
liegen dabei versetzt zu den Ausnehmungen 5a der Reihen 21.
Die Mittelpunkte der kreisrunden Ausnehmungen 5 liegen dabei
etwa genau in der Mitte zwischen zwei Ausnehmungen 5a einer
benachbarten Reihe 21.
Eine weitere Variante einer Lochplatte 3c zeigt Fig. 6. Die
Ausnehmungen 5c der Reihen 21 und 22 sind Schlitze, die etwa
diagonal zur rechteckförmigen Grundform der Platte liegen.
Die schlitzförmigen Ausnehmungen 5c bilden dabei in der
schon beschriebenen Weise die Strömungskanäle 6 bzw. 7 für
das Unfiltrat A bzw. das Filtrat B. Auch in diesem Ausfüh
rungsbeispiel liegen die Ausnehmungen 5c der Reihen 21 ver
setzt zu den Ausnehmungen 5c der dazwischen liegenden Reihe
22.
In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfin
dungsgemäßen Spaltplattenanordnung gezeigt. In einem zylin
derförmigen Gehäuse 1b liegt eine im wesentlichen kreisför
mige Platte 3d mit radial angeordneten Fingern 3′. Über den
Umfang der Platte 3d liegen sechs Finger in gleichem Abstand
zueinander verteilt angeordnet, wobei die Finger 3′ mit ra
dialem Abstand zum Gehäuse 1b liegen. Jeder Finger 3′ weist
eine Ausnehmung 5 auf, während der kreisförmige Mittelteil
der Platte 3d eine zentrale Ausnehmung mit kreisförmig
darum angeordneten Ausnehmungen 5 gleichen Durchmessers
aufweist.
Die aufeinanderliegenden Platten sind durch zwischen je zwei
Fingern 3′ liegende Zuganker 26 in Richtung der Längsachse 8
axial verspannt, wodurch das Plattenpaket seine axiale
Druckfestigkeit erhält. In allen durch die deckungsgleich
aufeinanderliegenden Ausnehmungen 5 gebildeten Kanälen 6 ist
Unfiltrat eingespeist, wobei als einziger, abführender Fil
tratkanal der zwischen dem Plattenpaket und dem Gehäuse 1b
gebildete Ringkanal 9 dient.
Die Spaltplattenanordnung nach Fig. 8 besteht aus in Drauf
sicht U-förmigen Platten 3g, die über Zuganker 26 zu einem
Plattenpaket verbunden sind. Dabei ist je ein Zuganker am
freien Ende jedes Schenkels sowie ein Zuganker im Steg der
U-förmigen Platte 3g vorgesehen. Die Außenabmessung der
Platte 3g sind geringer als die Innenabmessungen des quader
förmigen Gehäuses 1g, so daß sich zwischen dem Gehäuse 1g
und dem Plattenpaket ein Kanal 9g erstreckt. Der Kanal 9g
ist strömungsverbunden mit dem zwischen den Schenkeln der
U-förmigen Platte liegenden Freiraum.
Jeder Schenkel der U-förmigen Platte 3g weist eine Reihe von
schlitzförmigen Ausnehmungen 5c auf. Die Ausnehmungen 5c
sind - wie Fig. 8 zeigt - fischgrätenartig zueinander lie
gend angeordnet, wobei sich eine Reihe der Ausnehmungen 5c
jeweils in Längsrichtung des Schenkels der Platte 3g er
streckt. In jedem Schenkel der Platte 3g sind zwei Reihen
angeordnet.
Alle Ausnehmungen 5c bilden voneinander getrennte Strömungs
kanäle 6 für das Unfiltrat, welches über die zwischen be
nachbarten Platten liegenden Durchtrittsspalte in den umlau
fenden Kanal 9g münden. Der umlaufende Kanal 9g führt das
Filtrat ab.
In besonderer Weiterbildung der Erfindung wird je nach Ein
satzwunsch der Spaltplattenanordnung der Querschnitt der
jeweiligen Strömungskanäle 6 und 7 im Inneren des Platten
paketes ausgebildet. So zeigen die Fig. 9 und 10 vorteil
hafte Ausbildungen der Strömungskanäle 6 für das Unfiltrat
bei einem Einsatz der Spaltplattenanordnung als Anschwemm
filter. Das Plattenpaket 2 liegt dabei derart, daß die Strö
mungskanäle 6 lotrecht liegen. In Pfeilrichtung wird das
Unfiltrat mit den darin gelösten Filterhilfsstoffen einge
speist, wobei in der beschriebenen Weise über die Durch
trittsspalte 4 das Filtrat abfließt.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 weist die Platte 3 eine
Ausnehmung mit größtem Querschnitt auf, während die benach
barten Platten 31 Ausnehmungen mit kleinerem Querschnitt
aufweisen. An die Platten 31 schließen Platten 32 mit weiter
vermindertem Querschnitt der darin angeordneten Ausnehmung
an. Entsprechend ist die Platte 33 ausgebildet. Auf diese
Weise erhält man einen sich zur Platte 3 quasikontinuierlich
erweiternden bzw. sich zur Platte 33 verengenden Querschnitt
des Strömungskanals 6, wobei sich in den ausbildenden Bäu
chen die Filterhilfsstoffe für die Anschwemmfiltration ab
setzen können. Dabei ist sichergestellt, daß der sich aus
bildende Filterkuchen nicht aufgrund der Schwerkraft in
Achsrichtung des Strömungskanals 6 abfallen kann, da er in
Achsrichtung des Strömungskanals 6 durch die Platten 31 bis
33 abgestützt wird.
Fig. 10 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform eines Strö
mungskanals gemäß Fig. 6. Zwischen zwei Platten 33 mit klei
nerem Querschnitt der darin angeordneten Ausnehmung liegen
Platten 3 mit Ausnehmungen größeren Querschnitts, so daß
sich zwischen den Platten 33 ein Abschnitt des Strömungska
nals 6 mit erweitertem Querschnitt ausbildet. In diesem er
weiterten Querschnitt wird sich der Filterkuchen absetzen
und in Achsrichtung des Strömungskanals 6 durch die Platte
33 gegen die Schwerkraft abgestützt. Ein Abfallen des Fil
terkuchens ist - selbst bei auftretenden Druckstößen - weit
gehend vermieden.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 sind in den Platten 30
Ausnehmungen 50 vorgesehen, die einen eine Plattenseite
überragenden Rand 51 aufweisen. Vorteilhaft sind die Aus
nehmungen 50 durch Prägung gebildet. Die Platten 30 mit den
Ausnehmungen 50 sind dabei derart angeordnet, daß der Rand
51 in die Ausnehmung der benachbarten Platte eingreift bzw.
bis etwa an die Plattenoberfläche heranreicht. Strömt durch
einen derart ausgebildeten Kanal 60 in Pfeilrichtung 61 ein
Unfiltrat ein, bilden sich an den jeweiligen Rändern 51
starke Wirbel, die insbesondere bei der Crossflow-Technik
ein Ablagern von Feststoffen an den Spalten 4 verhindern.
Wird der Druck im Strömungskanal 60 unter den Druck im -
nicht dargestellten - Ablaufkanal abgesenkt, so ergibt sich
aufgrund der Injektionswirkung eine Strömung aus dem Durch
trittsspalt 4 in den Strömungskanal 60, wodurch der Durch
trittsspalt 4 freigespült wird. Eine derartige Reinigungs
wirkung kann bei laufendem Betrieb durch kurzzeitige Druck
absenkung im Strömungskanal 60 erzielt werden, so daß ein
quasikontinuierlicher Betrieb eines derart ausgebildeten
Spaltfilters möglich wird.
Strömt das Unfiltrat entgegen Pfeilrichtung 61 in den Strö
mungskanal 60, wird eine Unterstützung des Filtratablaufs
durch den Durchtrittsspalt 4 bewirkt.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 12 wird der Strömungskanal
6 durch sich verringernde Querschnittsflächen der Ausnehmun
gen benachbarter Platten 3, 31, 32, 33 quasikontinuierlich
über die Länge des Strömungskanals verengt bzw. erweitert.
Derartige Kanalausbildungen können je nach Durchflußrichtung
für bestimmte Anwendungsfälle zweckmäßig sein.
Die Darstellung der Platte gemäß Fig. 13 entspricht im
Grundaufbau derjenigen nach Fig. 2, weshalb für gleiche Tei
le gleiche Bezugszeichen verwendet wurden. Eine Spaltplat
tenanordnung mit derartigen Platten muß nicht in der Filter
technik eingesetzt sein, sondern kann dazu dienen, einem
Fluidum auf dem Weg vom Strömungskanal 6 zum Strömungskanal
7 eine Flüssigkeit oder ein Gas zuzumischen, was über die
Kanäle C zugeführt wird. Da das Fluidum aus den Strömungska
nälen 6 nur über die Durchtrittsspalte in genau dosierter
Menge zu den Strömungskanälen 7 abfließen kann, ist gewähr
leistet, daß dem Fluidum über den Zuführkanal C Flüssigkeit
oder Gas in dosierbarer Menge zugesetzt wird. Auf diese Wei
se können Manipulationen chemischer, biochemischer oder me
chanischer Art durchgeführt werden. Beispielsweise können
Lösungsmittel zugeführt werden oder über bestimmte Stoffe
Reaktionen erzeugt werden. Auch kann über die Zuführkanäle C
Wärme- und Kälteenergie zugeführt werden, um den von A nach
B fließenden Stoff in seiner Eigenschaft zu verändern. In
der Biochemie oder bei Fermentationsprozessen kann auf diese
Weise zum Beispiel nach der Selektion über einen Mikrospalt
(Zellernte) über den Kanal C Sauerstoff zugeführt werden.
Claims (21)
1. Spaltplattenanordnung, insbesondere Spaltfilter, beste
hend aus einem in einem Gehäuse (1) angeordneten Paket
(2) deckungsgleich zueinander liegender Platten (3) mit
in den Platten (3) angeordneten Ausnehmungen (5), wobei
zwischen dem Paket (2) und dem Gehäuse (1) ein Strö
mungskanal (9) für ein Fludium begrenzt ist und die zu
einander ausgerichteten Ausnehmungen (5) benachbarter
Platten (3) in Längsrichtung (8) des Paketes (2) sich
erstreckende weitere Strömungskanäle (6, 7) für das
Fluidum bilden und zwischen benachbarten Platten (3)
quer zur Längsrichtung (8) verlaufende Durchtrittsspalte
(4) für das Fluidum vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidum über mehrere von
den Ausnehmungen (5) gebildete Strömungskanäle (6) der
Spaltplattenanordnung zugeführt ist.
2. Spaltplattenanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Platte (3) neben
einer Reihe (21) das Fluidum zuführender Ausnehmungen
(5) eine Reihe (22) das Fluidum abführender Ausnehmungen
(5) vorgesehen ist.
3. Spaltplattenanordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Platte (3) zwischen
der Reihe (21) das Fluidum zuführender Ausnehmungen (5)
und der Reihe (22) das Fluidum abführender Ausnehmungen
(5) eine weitere Reihe von Ausnehmungen (C) vorgesehen
ist, die der Zuführung von Zusatzstoffen dienen.
4. Spaltplattenanordnung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen (21, 22, 25) je
weils zueinander versetzt liegen.
5. Spaltplattenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß über alle Ausnehmungen (5)
einer Platte (3) das Fluidum zugeführt und über einen
das Plattenpaket umgebenden Kanal (9) abgeführt wird.
6. Spaltplattenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der
das Fluidum zuführenden Ausnehmungen (5a) größer, vor
zugsweise mehrfach größer als die das Fluidum abführen
den Ausnehmungen (5) ist.
7. Spaltplattenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (5) kreis
förmig, zum Beispiel kleeblattförmig, vorzugsweise
kreisrund sind.
8. Spaltplattenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (5c)
Schlitze sind.
9. Spaltplattenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß sich die Durchtrittsspalte
(4) in Schließrichtung zu den das Fluidum abführenden
Ausnehmungen (5) vorzugsweise konisch erweitern.
10. Spaltplattenanordnung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß jede das Fluidum abführende
Ausnehmung (5) auf einer Seite mit einer die Ausnehmung
umgebenden Ansenkung versehen ist.
11. Spaltplattenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die zueinander ausgerichte
ten Ausnehmungen (5) benachbarter Platten (3, 31, 32,
33) unterschiedliche Querschnittsflächen haben.
12. Spaltplattenanordnung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsflächen der
Ausnehmungen über die Länge des Strömungskanals (6)
quasikontinuierlich zunehmen und/oder abnehmen.
13. Spaltplattenanordnung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsflächen der
Ausnehmungen über die Länge des Strömungskanal sprung
haft zunehmen und/oder abnehmen.
14. Spaltplattenanordnung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Ausnehmung (50) einen
über eine Plattenseite vorstehenden Rand (51) aufweist,
der bis an die benachbarte Plattenseite, vorzugsweise
bis in die deckungsgleich liegende Aufnahme (50) der be
nachbarten Platte ragt.
15. Spaltplattenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Platten unmittelbar auf
einander liegen.
16. Spaltplattenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Durchtritts
spalte (4) auf zumindest einer Plattenseite Abstandshal
ter (20) angeordnet sind.
17. Spaltplattenanordnung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (20) um
jede Ausnehmung (5) herum vorzugsweise gleichmäßig ver
teilt angeordnet sind.
18. Spaltplattenanordnung nach Anspruch 16 oder 17,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (20)
durch elektrochemisches oder elektrolytisches Abtragen
bzw. Beschichten der Platte gebildet sind.
19. Spaltplattenanordnung nach Anspruch 16 oder 17,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (20)
durch Dünnschichttechnik ausgebildet sind.
20. Spaltplattenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Platten (3a)
ein Gewebe (17) und/oder ein Metall oder Kunststoffvlies
(18) angeordnet ist.
21. Spaltplattenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß die komplette Platte (3) mit
den Abstandshaltern (20) und den Ausnehmungen (5) galva
nisch hergestellt ist.
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