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Title:
FILTER DEVICE AND METHOD FOR OPERATING A FILTER DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/076980
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a filter device with filter elements (15), preferably in the form of movable filter plates, in particular a crossflow filter device. Shut-off elements (31, 33) are provided in the feed line to the filter elements (15), and a shut-off element (39) is provided in the line for discharging filtrate from the filter elements. To be able to detect incipient damage to the filter elements (15), pressure sensors (35, 37) are arranged in the region upstream and/or downstream of the filter elements (15) and are continuously monitored by a control device. If there is a sudden change in the pressure or the pressure difference that is respectively detected, the shut-off elements (31, 33, 39) are triggered to shut off the flow through the filter device. In addition or as an alternative, flow meters (61, 67) may be provided in the feed line to the filter elements (15) or the outflow line from the filter elements (15), wherein the shut-off elements (31, 33, 39) are triggered if there is a sudden increase in the throughflow. Likewise in addition or as an alternative, the filling level of a collecting tank (23) may be monitored by means of a filling level gauge (63) or the filling level in a storage tank (1) may be monitored by a further filling level gauge, so that, if there is a sudden change in the respective filling level, the shut-off elements can be triggered. The measures according to the invention make it possible in the event of breakage of a filter element (15) to prevent fragments from getting into the suspension cycle and the filtrate outlet, or uncleaned filtrate from getting into the filtrate outlet.

Inventors:
SCHERER, Dieter (Sudetenstr. 21, Pfaffenhofen, 85276, DE)
FELLER, Johannes (Schönblick 6, Tuntenhausen, 83104, DE)
Application Number:
EP2007/011029
Publication Date:
June 25, 2009
Filing Date:
December 14, 2007
Export Citation:
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Assignee:
KMPT AG (Industriestrasse 1-3, Vierkirchen, 85256, DE)
SCHERER, Dieter (Sudetenstr. 21, Pfaffenhofen, 85276, DE)
FELLER, Johannes (Schönblick 6, Tuntenhausen, 83104, DE)
International Classes:
B01D61/22; B01D33/21; B01D63/16; B01D65/10
Domestic Patent References:
1996-01-25
Foreign References:
JPH04338219A1992-11-25
JPS56129004A1981-10-08
US20040079700A12004-04-29
JP2001269552A2001-10-02
Attorney, Agent or Firm:
GLAWE DELFS MOLL (Patent- und Rechtsanwälte, Postfach 26 01 62, München, 80058, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Filtervorrichtung mit einer Filtereinrichtung (15), einer Sperreinrichtung zum Sperren des Durchflusses durch die Filtereinrichtung und einer Druckmesseinrichtung (35, 37) zum kontinuierlichen Messen des Drucks stromauf und/oder stromab der Filtereinrichtung, wobei die Sperreinrichtung abhängig von einer sprunghaften Veränderung des Drucks betätigbar ist.

2. Filtervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Druckmesseinrichtung einen Drucksensor (33) aufweist, der stromauf der Filtereinrichtung angeordnet ist und die Sperreinrichtung bei einem sprunghaften Druckabfall auslöst.

3. Filtervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Druckmesseinrichtung einen Drucksensor (39) aufweist, der stromab der Filtereinrichtung angeordnet ist und die Sperreinrichtung bei einem sprunghaften Druckanstieg auslöst.

4. Filtervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Druckmesseinrichtung einen Drucksensor (35) stromauf und mindestens einen Drucksensor (37) stromab der Filtereinrichtung aufweist und die Sperreinrichtung bei einem sprunghaften Abfall der Differenz der gemessenen Drücke ausgelöst wird.

5. Filtervorrichtung mit einer Filtereinrichtung (15), einer Sperreinrichtung zum Sperren des Durchflusses durch die Filtereinrichtung und einer Durchflussmesseinrich- tung (61, 67) zum kontinuierlichen Messen des Durchflussess stromauf und/oder stromab der Filtereinrichtung, wobei die Sperreinrichtung abhängig von einem sprunghaften Anstieg des Durchflusses betätigbar ist.

6. Filtervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Durchflussmesseinrichtung (67) in einer Zuleitung zu der Filtereinrichtung angeordnet ist.

7. Filtervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Durchflussmesseinrichtung (61) in einer Ableitung von der Filtereinrichtung angeordnet ist.

8. Filtervorrichtung mit einer Filtereinrichtung (15), einer Sperreinrichtung zum Sperren des Durchflusses durch die Filtereinrichtung und einer Messeinrichtung (63) zum kontinuierlichen Messen des Füllstandes in einem Zulaufbehälter (1) und/oder einem Ablaufbehälter (23), wobei die Sperreinrichtung abhängig von einer sprunghaften Veränderung des Füllstands betätigbar ist.

9. Filtervorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Messeinrichtung in dem Zulaufbehälter (1) angeordnet ist und die Sperreinrichtung bei einer sprunghaften Abnahme des Füllstands auslöst.

10. Filtervorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Messeinrichtung (63) in dem Ablaaufbehälter angeordnet ist und die Sperreinrichtung bei einer sprunghaften Zunahme des Füllstands auslöst.

11. Filtervorrichtung nach Anspruch 8, wobei je eine Messeinrichtung in dem Zulaufbehälter und in dem Ablaufbehälter angeordnet ist und die Sperreinrichtung bei einem Anstieg des Differenzbetrags der Füllstände ausgelöst wird.

12. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Sperreinrichtung ein Sperrorgan (31, 33, 45, 51) aufweist, das einen Zustromweg zu der Filtereinrichtung absperrt.

13. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Sperreinrichtung ein Sperrorgan (39, 47) aufweist, das den Abflussweg von der Filtereinrichtung absperrt.

14. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Filtereinrichtung eine Anzahl von Filterelementen aufweist, die Sperreinrichtung eine Anzahl von Sperrorganen aufweist, jedes Sperrorgan einem oder mehreren Filterelementen zugeordnet ist und den zugeordneten Abflussweg sperrt.

15. Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 in der Bauart einer Querstrom-Filtervorrichtung mit mehreren relativ zueinander bewegbaren Filterelementen.

16. Filtervorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Filterelemente als Keramikplatten ausgebildet sind.

17. Filteranlage mit einer Anzahl von Filtervorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 16.

18. Verfahren zum Filtern eines Mediums in einer Filtereinrichtung, wobei man den Druck stromauf und/oder stromab der Filtereinrichtung kontinuierlich überwacht und den Durchfluss durch die Filtereinrichtung abhängig von dem zeitlichen Verlauf des Drucks sperrt.

19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei man bei einem plötzlichen Druckabfall stromauf des Filterelements den Durchfluss sperrt.

20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei man den Durchfluss bei einem plötzlichen Druckanstieg stromab der Filtereinrichtung sperrt.

21. Verfahren nach Anspruch 18, wobei man die Differenz des Drucks stromauf und stromab der Filtereinrichtung überwacht und bei einem plötzlichen Abfall der Druckdifferenz den Durchfluss sperrt.

22. Verfahren zum Filtern eines Mediums in einer Filtereinrichtung, wobei man den Durchfluss stromauf und/oder stromab der Filtereinrichtung kontinuierlich überwacht und den Durchfluss durch die Filtereinrichtung bei einem sprunghaften Anstieg des Durchflusses sperrt.

23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei man bei einem sprunghaften Anstieg des Druchflusses in einer Zuleitung zu dem Filterelement den Durchfluss sperrt.

24. Verfahren nach Anspruch 22, wobei man den Durchfluss bei einem sprunghaften Anstieg des Durchflusses in einer Ableitung von der Filtereinrichtung sperrt.

25. Verfahren zum Filtern eines Mediums in einer Filtereinrichtung, wobei man den Füllstand in einem Zulaufbehälter und/oder einem Ablaufbehälter kontinuierlich überwacht und den Durchfluss durch die Filtereinrichtung abhängig von einer sprunghaften Veränderung des Füllstands sperrt.

26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei man bei einer sprunghaften Abnahme des Füllstands in dem Zulaufbehälter den Durchfluss sperrt.

27. Verfahren nach Anspruch 25, wobei man den Durchfluss bei einer sprunghaften Zunahme des Füllstands im Zulaufbehälter sperrt.

28. Verfahren nach Anspruch 25, wobei man den Differenzbetrag der Füllstände im Zu- und im Ablaufbehälter überwacht und bei einem sprunghaften Anstieg des Differenzbetrags den Durchfluss sperrt.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 28, wobei man den Zufluss zu der Filtereinrichtung sperrt.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 28, wobei man den Abfluss aus der Filtereinrichtung sperrt.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 30 zum Betreiben einer Querstrom- Filtereinrichtung mit mehreren relativ zueinander bewegbaren Filterelementen, wobei man mit dem Sperren des Durchflusses die Bewegung der Filterelemente stoppt.

32. Verfahren nach Anspruch 18, 20 oder 21, wobei die Filtereinrichtung mehrere Filterelemente aufweist, man den Druckverlauf für einzelne Filterelemente und/oder Gruppen von Filterelementen überwacht und abhängig vom Druckverlauf den Abfluss von dem einzelnen Filterelement oder der Gruppe von Filterelementen unterbricht.

33. Verfahren nach Anspruch 22 oder 24, wobei die Filtereinrichtung mehrere Filterelemente aufweist, man den Durchfluss für einzelne Filterelemente und/oder Gruppen von Filterelementen überwacht und abhängig vom Anstieg des Durchflusses den Ab- fluss von dem einzelnen Filterelement oder der Gruppe von Filterelementen unterbricht.

Description:

Filtervorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Filtervorrichtung

Eine neuere Technik zum Filtern diverser Materialien ist die so genannte dynamische Querstromfilterung (Dynamic Crossflow-Filtering). Bei dieser Technik werden hohle Filterelemente in Form von Platten verwendet, die relativ zueinander bewegbar und durch einen Spalt getrennt voneinander angeordnet sind. Durch die Relativbewegung der Elemente entstehen Turbulenzen in dem zu filternden Medium, wodurch die Oberfläche der Filterelemente abgereinigt wird. Eine derartige Filtervorrichtung ist beispielsweise in der WO 00/47312 beschrieben.

Als Filterelemente werden dabei häufig Keramikplatten eingesetzt, die hervorragende Filtereigenschaften haben, allerdings spröde sind und während des Betriebs brechen können.

Die DE-OS 1 536 915 beschreibt eine Abschaltvorrichtung für einzelne Filterplatten bei drehbaren Scheibenfiltern, wobei erwähnt ist, dass bei einem Bruch des Filtergewebes verunreinigtes Filtrat in die Filtratleitung eintritt, was durch ein Schauglas in der Filtrat- leitung beobachtet werden kann, damit eine Abschaltung veranlasst werden kann. Damit ist das Filtrat aber bereits verunreinigt, und diese Vorrichtung erfordert eine dauernde überwachung durch den Menschen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, insbesondere bei diesen Filterelementen, aber auch bei anderen Filtrationstechniken, eine beginnende Beschädigung der Filtereinrichtung möglichst schnell zu erkennen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch Filtervorrichtungen nach den Ansprüchen 1, 5 und 8, bzw. durch Filterverfahren nach den Ansprüchen 18, 22 und 25; die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den Druckverlauf in dem Medium vor/hinter der Filtereinrichtung zu überwachen und bei einer sprunghaften oder plötzlichen änderung des Druckverlaufs den Durchfluss durch die Filtereinrichtung zu unterbrechen.

Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Zufluss des zu filternden Mediums zu der Filtereinrichtung oder der Abfluss des Filtrats aus der Filtereinrichtung unterbrochen wird. Der Beginn eines Bruchs des Filterelements zeigt sich beispielsweise in einem schnellen Abfall des Drucks in dem zu filternden Medium vor dem Filterelement, stromauf des Filterelements, oder in einem schnellen Anstieg des Drucks nach dem Filterelement, d. h. stromab des Filterelements. Am zuverlässigsten lässt sich der beginnende Bruch jedoch durch überwachung der Differenz der Drücke vor und nach dem Filterelement (Transmembrandruck) erkennen, weil dadurch sich äußere Einflüsse von Förderpumpen etc. ausgleichen.

Desweiteren hat der Erfinder erkannt, dass es auch möglich ist, den Scheibenbruch schon in der Anfangsphase über einen ebenfalls sprunghaften Anstieg des Abflusses aus dem Filterelement, d.h. des Durchflusses durch die Ableitung, zu erkennen, wobei dies eine direkte Folge der Druckänderungen sein dürfte.

Dementsprechend wird erfindungsgemäß als Alternative zu den vorstehend beschriebenen Druckmessungen vorgeschlagen, den Durchfluss in der Zuleitung zu dem Filterelement und/oder in der Ableitung von dem Filterelement zu überwachen und bei einer sprunghaften änderung des Durchflusses die Filtereinrichtung abzusperren. Die überwachung des Durchflusses kann alternativ zur Drucküberwachung oder in Ergänzung zur Drucküberwachung vorgenommen werden, wodurch die Sicherheit des überwachungssystems erhöht wird.

Da Flüssigkeiten inkompressibel sind, äußert sich eine sprunghafte Zunahme des Durchflusses durch die Filtereinrichtung in einer sprunghaften Zunahme des Pegelstandes in einem Sammelbehälter zur Aufnahme des Filtrats bzw. in einer sprunghaften Abnahme des Pegelstandes in einem Vorratsbehälter zur Zuführung des zu filternden Mediums. Dementsprechend kann alternativ oder zusätzlich zu den vorstehend angegebe-

nen Maßnahmen der Pegelstand im Sammelbehälter und/oder im Vorratsbehälter überwacht werden und die Filtereinrichtung gesperrt werden, wenn der Pegelstand eine sprunghafte änderung zeigt.

Sind mehrere Filterelemente vorgesehen, können einzelne Filterelemente oder Gruppen von Filterelementen überwacht werden, und die Abflüsse aus den einzelnen Filterelementen bzw. Gruppen von Filterelementen können separat unterbrochen werden.

Beim Betrieb einer Querstromfilteranlage mit bewegbaren Filterelementen wird vorzugsweise bei Erkennen des Bruchs die Bewegung gestoppt.

Des Weiteren ist es möglich, mehrere Filtervorrichtungen zu einer Filteranlage zusammenzufassen, wobei jede der Filtervorrichtungen entsprechend überwacht wird.

Erfindungsgemäß kann somit durch Schließen von entsprechend angeordneten Sperror- ganen oder Ventilen ein gefährdeter Bereich so isoliert werden, dass weder auf der FiIt- ratseite (Permeatseite) ein beginnender Durchschlag von unfiltriertem Medium (Suspension) und/oder Bruchstücke der Filterscheibe das bereits gefilterte Permeat verunreinigen können, noch auf der Suspensionsseite Bruchstücke die gesamte Suspension verunreinigen können und der Filterapparat zum Schutz der Scheiben unmittelbar abgeschaltet wird.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer einstufigen Filtervorrichtung und

Fig. 2 eine mehrstufige Anlage

Gemäß Fig. 1 umfasst eine Filtereinrichtung einen Fördertank 1 , dem, wie durch einen Pfeil 3 angedeutet ist, eine zu filternde Suspension zugeführt wird. Aus dem Fördertank 1 wird Suspension mittels einer Förderpumpe 5 in einen Filterkreislauf 7 gefördert.

Der Filterkreislauf 7 umfasst neben Rohrleitungen eine Kühleinheit 13 und eine Zirkulationspumpe 11 , um die Suspension in dem Filterkreislauf zirkulieren zu lassen. Kernstück des Filterkreislaufs ist eine Filtervorrichtung 9 in der Bauart einer dynamischen Querstrom-Filtervorrichtung.

In der Filtervorrichtung sind Filterelemente 15 in Form von hohlen Scheiben in einem Behälter 19 aufgenommen. Die Filterelemente sind auf Hohlwellen 17 angebracht, die durch einen Motor 21 angetrieben werden. Die Filterelemente sind verzahnt angeordnet, so dass in einem überlappenden Bereich zwischen den Filterelementen Turbulenzen entstehen, die die Filterelemente reinigen.

Nähere Einzelheiten der dynamischen Querstrom-Filterung werden hier nicht beschrieben, da der Aufbau einer derartigen Vorrichtung aus der bereits erwähnten WO 00/47312 bekannt ist.

Die Suspension im Behälter 19 wird durch die Filterelemente 15 gefiltert, und das abgefilterte Permeat tritt durch die Filterelemente in die Hohlwellen 17 ein und wird über Rohrleitungen einem Permeatbehälter 23 zugeführt und zur weiteren Verwendung abgeleitet, wie durch einen Pfeil 25 angedeutet ist. Ferner ist eine Rückspülpumpe 27 vorgesehen, mit der Permeat aus dem Behälter 23 bei Bedarf der Filtervorrichtung 9 zurückgeführt werden kann, wobei eine direkte Verbindung zwischen dem Permeatbehälter 13 und der Filtervorrichtung 9 durch ein Ventil 29 geschlossen ist.

Die Suspension, die durch Zirkulieren im Kühlkreislauf 7 in der Filtervorrichtung 9 angereichert wurde, wird aus dem Suspensionskreislauf durch nicht dargestellte Rohrleitungen abgeführt.

Im Suspensionskreislauf sind ferner Ventile 31 und 33 zum Sperren der Zufuhr von Suspension an die Filtervorrichtung 9 bzw. der Abfuhr von Suspension vorgesehen. Der Druck innerhalb der Filtervorrichtung 9 wird durch einen Drucksensor 35 erfasst, und der Druck in der Rohrleitung zum Abführen des Permeats aus der Filtervorrichtung 9 wird durch einen Drucksensor 37 erfasst.

In einer nicht dargestellten Steuervorrichtung werden die durch die Sensoren 35 bzw. 37 erfassten Drücke bzw. deren Differenz kontinuierlich überwacht, und bei einem plötzlichen Abfall der Druckdifferenz werden die Ventile 33, 31 und 39 geschlossen, da dieses Abfallen ein Beginnen eines Scheibenbruchs anzeigt. Vorzugsweise wird in diesem Fall der Betrieb des Motors 21 sowie der Förderpumpen 5 und 11 ebenfalls unterbrochen.

Fig. 1 zeigt des Weiteren einen Durchflussmesser 61 an der Rohrleitung zum Abführen des Permeats sowie einen Durchflussmesser 67 in der Rohrleitung zum Zuführen der Suspension. Diese Durchfiussmesser überwachen kontinuierlich den Durchfluss durch die entsprechende Rohrleitung, wobei in diesem Fall die Steuereinrichtung die Durchflussmesser überwacht und bei einem sprunghaften Anstieg des Durchflusses die Ventile 31, 33 und 39 wie vorstehend beschrieben schließt.

Gemäß Fig. 1 sind die Meßeinrichtungen 37, 61 und das Ventil 39 in der Leitung zum Abführen des Permeats angeordent, es ist aber auch denkbar, jeweils einen Sensor und ein Ventil den Hohlwellen 17 zuzuordnen, so dass nur der Abfluss von den Filterscheiben 15, die auf der betreffenden Hohlwelle sitzen, gesperrt wird.

Des Weiteren ist in Fig. 1 ein Füllstandsmesser 63 vorgesehen, der den Füllstand im Permeatbehälter 23 erfasst. Eine sprunghafte Erhöhung des Abflusses aus dem Filterelement führt ebenfalls zu einer sprunghaften Erhöhung des Pegelstandes in dem Permeatbehälter 23. Durch eine kontinuierliche überwachung des Füllstandssensors 63 durch die Steuereinrichtung kann deshalb ebenfalls ein beginnender Scheibenbruch erkannt werden, wobei in diesem Fall die Ventile in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben geschlossen werden. Auch diese Maßnahme kann alternativ oder, zur Erhöhung der Redundanz, zusätzlich zu den vorstehend genannten Maßnahmen ergriffen werden.

Fig. 2 zeigt eine mehrstufige Filteranlage, in der mehrere der bereits beschriebenen FiI- tervorrichtungen 9 hintereinander geschaltet sind. Anzureichernde Suspension wird drei Filtervorrichtungen 9 von gleichem Aufbau zugeführt, wie durch den Pfeil 41 angedeutet ist.

Zwei Filtervorrichtungen 9 sind den drei Filtervorrichtungen der ersten Stufe nachgeordnet und erhalten Suspension aus einer bzw. aus zweien der vorgeschalteten Filtervorrichtungen. Suspension aus den Filtervorrichtungen der zweiten Stufe wird schließlich einer Filtervorrichtung einer dritten Stufe zugeführt, aus der angereicherte Suspension abgeführt wird, wie durch einen Pfeil 43 angedeutet ist.

Das Permeat wird aus jeder der Filtervorrichtungen separat in einen gemeinsamen Per- meatbehälter (nicht dargestellt) abgeführt.

Jede der Filtervorrichtungen umfasst die bereits erwähnten Drucksensoren 37 und 35, und jede der Filtervorrichtungen ist mit separaten Absperrorganen in Form von Ventilen 45, 47 versehen. Des Weiteren umfasst jede Filtervorrichtung eine Förderpumpe 51.

In bereits beschriebener Weise wird jede der Filtervorrichtung hinsichtlich des Druckverlaufs separat überwacht und kann bei Bedarf durch Schließen der Absperrorgane 45, 47 in der mehrstufigen Anlage isoliert werden. Vorzugsweise wird in diesem Fall auch die jeweils zugeordnete Förderpumpe 51 abgeschaltet. Gegebenenfalls kann auch auf das Ventil 35 verzichtet werden, wobei in diesem Fall durch Abschalten der zugeordneten Förderpumpe 51 diese als Absperrorgan wirkt.

Wie bereits erwähnt, äußert sich ein beginnender Bruch eines Filterelements durch eine schnelle zeitliche Veränderung des Druckverlaufs, d. h. durch einen plötzlichen Abfall der Druckdifferenz. Die Begriffe „sprunghaft", „schnell" bzw. „plötzlich" sind deshalb in Relation zu dem Druckverlauf während des ordnungsgemäßen Betriebs der Vorrichtung zu verstehen und hängen naturgemäß von den Dimensionen der Vorrichtung, der Viskosität der Suspension bzw. des Permeats, den Drücken in den Vorrichtungen etc. ab, können aber durch geeignete Probeläufe etc. in einfacher Weise ermittelt werden, da sie sich durch kurzen Ablauf und großen Amplituden von den normalen Druckschwankungen unterscheiden.