Filtermodul

Die Erfindung betrifft ein Filtermodul und ein Verfahren zur Reinigung von Flüssigkeiten, die eine hohe Performance gewährleisten.

üblicherweise müssen Filtermodule regelmäßig gewartet und gereinigt werden, um den eigentlichen Filter zu wechseln und/oder um Filtrierungsrückstände aus dem Filtermodul zu entfernen sowie Ablagerungen auf mit der zu reinigenden Flüssigkeit in Kontakt kommenden Oberflächen zu beseitigen.

Hierdurch kommt es in regelmäßigen Abständen oder ausfallbedingt zu Standzeiten. Ein Dauerbetrieb ist somit üblicherweise nicht möglich.

Mit zunehmender Verschmutzung des Filtermoduls, insbesondere mit einem sich zusetzenden Filterelement sinkt zwischen zwei Wartungen/Reinigungen auch die Performance im Sinne des Volumenstroms durch das Filtermodul. Ein zuverlässiges Einhalten einer erwünschten Performance ist somit nur mit hohem Aufwand möglich.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein verbessertes Filtermodul und ein Verfahren zur Reinigung, insbesondere zur Filtrierung von Flüssigkeiten bereitzustellen, welches eine zuverlässige, dauerhafte und flexible Reinigung von Flüssigkeiten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst von der Merkmalskombination nach Anspruch 1 und der Merkmalskombination nach Anspruch 21. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Ein erfindungsgemäßes Filtermodul zur Reinigung von Flüssigkeiten umfasst ein Gehäuse, eine Ultraschallquelle zur Abgabe von Ultraschall in das bzw. in dem Innere(n) des Gehäuses, einen Einlass an dem Gehäuse für die zu reinigende Flüssigkeit, einen ersten Auslass an dem Gehäuse für Flüssigkeit, einen (in dem Gehäuse angeordneten) Filter und einen zweiten Auslass an dem Gehäuse für gefilterte Flüssigkeit. Die Ultraschallquelle und der erste Auslass sind auf einer ersten Seite des Filters angeordnet und der zweite Auslass für gefilterte Flüssigkeit ist auf einer zweiten Seite des Filters angeordnet.

Die erste Seite des Filters, auf der auch der Einlass angeordnet ist, ist also die mit ungefilterter Flüssigkeit in Kontakt tretende Seite des Filters, also die Seite, auf der die aus der Flüssigkeit herausgefilterten Substanzen verbleiben („dreckige" Seite). Die zweite Seite des Filters hingegen ist die mit filtrierter Flüssigkeit in Kontakt kommende Seite, also die „saubere" Seite des Filters.

Die in das Gehäuse des Filtermoduls über den Einlass einströmende zu reinigende Flüssigkeit kann somit, ohne durch den Filter zu treten, über den ersten Auslass aus dem Filtermodul ungefiltert wieder herausströmen. Ebenso kann die über den Einlass einströmende zu reinigende Flüssigkeit durch den Filter treten und über den zweiten Auslass das Filtermodul gefiltert verlassen.

In dem erfindungsgemäßen Filtermodul kann ferner über den Einlass einströmende Flüssigkeit dem Ultraschall der (in dem Gehäuse angeordneten) Ultraschallquelle ausgesetzt werden. Dies trägt zur Reinigung der Flüssigkeit bei aufgrund von durch den Ultraschall in der Flüssigkeit hervorgerufener Kavitation (Desagglomerierung und Dispergierung).

Die für einströmende Flüssigkeit vor dem Filter und somit auf dessen „dreckiger" Seite angeordnete Ultraschallquelle ist ferner derart relativ zum Filter angeordnet, dass diese erste, „dreckige" Seite des Filters mit Ultraschall beaufschlagt wird. Hierdurch wird der Filter aufgrund der vorstehend genannten Kavitation von Verunreinigungen und Ablagerungen befreit bzw. rein gehalten, so dass ein hoher Volumenstrom durch den Filter und somit durch das Filtermodul gewährleistet ist.

Ein Vorteil dieses Filtermoduls besteht demnach darin, dass Flüssigkeit in dem Filtermodul einer Ultraschallbehandlung oder einer Ultraschallbehandlung in Verbindung mit einer anschließenden Filtration ausgesetzt werden kann. Im ersteren Fall strömt die Flüssigkeit über den Einlass in das Innere des Gehäuses, an der Ultraschallquelle vorbei und anschließend über den ersten Auslass ungefiltert, aber aufgrund der Ultraschalleinwirkung kavitiert/dispergiert, wieder aus. Im letzteren Fall strömt die Flüssigkeit über den Einlass in das Innere des Gehäuses, an der Ultraschallquelle vorbei, durchsetzt anschließend den Filter und strömt dann über den ersten Auslass gefiltert und aufgrund der Ultraschalleinwirkung kavitiert/dispergiert wieder aus. Hierdurch wird eine hohe Flexibilität des Filtermoduls und eine konstante Performance erzielt.

Ein weiterer Vorteil dieses Filtermoduls besteht darin, dass ein Zusetzen des Filters verhindert oder zumindest signifikant vermindert wird. Somit ist ein zuverlässiger (Dauer-)Betrieb des Filtermoduls mit einer hohen Performance möglich.

Bevorzugt weist das Gehäuse eine längliche Form auf. Besonders bevorzugt umgibt der Filter die Ultraschallquelle, wodurch eine bessere Beaufschlagung der „dreckigen" Filterseite mit Ultraschall gewährleistet wird.

Bevorzugt umfasst der Einlass des Filtermoduls ein Einlassventil. Bevorzugt umfasst ferner der erste Auslass des Filtermoduls ein Auslassventil. über das Auslassventil kann das Verhältnis des ersten Volumenstroms nur Ultraschall-gereinigter Flüssigkeit (durch den ersten Auslass) zum zweiten Volumenstrom zusätzlich auch gefilterter Flüssigkeit (durch den zweiten Auslass) bevorzugt stufenlos eingestellt werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführung weist das Gehäuse die Form eines an seinen Enden verschlossenen Hohlzylinders auf. Insbesondere kann das Gehäuse die Form eines Rohres aufweisen, welches an seinen beiden Enden mit Deckeln (lösbar) verschlossen ist.

Der Filter kann ebenfalls die Form eines Hohlzylinders aufweisen. Insbesondere kann der Filter koaxial zum beispielsweise rohrförmigen Gehäuse im Gehäuse angeordnet sein. Geht man von einem geraden Kreiszylinder für sowohl Gehäuse als auch Filter aus, so bilden demnach Filter und Gehäuse im Querschnitt zwei konzentrische Ringe, von denen der innere Ring von dem Filter gebildet ist.

Besonders bevorzugt ist andererseits die Ultraschallquelle nicht koaxial zum Gehäuse im Gehäuse angeordnet. Geht man von einer stabförmigen Ultraschallquelle und einem Gehäuse in Form eines geraden Kreiszylinders aus, so bilden demnach Ultraschallquelle und Gehäuse im Querschnitt keine konzentrischen Ringe. Die längliche Ultraschallquelle ist vielmehr versetzt zur Längsachse des länglichen Gehäuses im Gehäuse angeordnet. Im Querschnitt ist die Ultraschallquelle im Gehäuse exzentrisch zum Gehäuse angeordnet. Durch diese exzentrische Anordnung wird gewährleistet, dass sich keine Toträume für Ultraschall ergeben.

Besonders bevorzugt umfasst der Filter eine Membran. Diese kann beispielsweise aus Edelstahl gebildet sein. Alternativ kann auch jedes andere Material verwendet werden, vorausgesetzt, die daraus gebildete Membran hält der Ultraschallbeaufschlagung im Inneren des Gehäuses stand.

Insbesondere kann der Filter (in Form der Membran) Poren von weniger als 1000 μm, bevorzugt von weniger als 100 μm und am meisten bevorzugt von weniger als 50 μm umfassen. Insbesondere kann zur Mikrofiltration eine Porengröße von bis herab zu 0, 1 μm vorgesehen sein.

Insbesondere für die Verwendung zur Meer- oder Ballastwasseraufbereitung kann das Filtermodul dazu eingerichtet sein, salzhaltiges Wasser zu filtrieren. Ein erfindungsgemäßes Filtermodul kann aber auch im Pharma- oder Lebensmittelbereich (beispielsweise zur Reinigung von Getränken, etwa von Milch, Wein oder Fruchtsäften) Verwendung finden.

Insbesondere kann ein erfindungsgemäßes Filtermodul auch mit einem zweiten Filtermodul derart gekoppelt sein, dass der Auslass für gefilterte Flüssigkeit des zweiten Filtermoduls mit dem zweiten Auslass des ersten Filtermoduls verbunden ist. Das zweite Filtermodul kann ein erfindungsgemäßes Filtermodul sein. Mit Hilfe dieser Verbindungen kann das erste Filtermodul mit gefilterter Flüssigkeit des zweiten Filtermoduls rückgespült werden.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Reinigen von Flüssigkeiten umfasst die folgenden Schritte: Zunächst wird die zu reinigende Flüssigkeit in einem ersten Schritt mit Ultraschall beaufschlagt. Die solchermaßen behandelte Flüssigkeit wird dann in einen ersten und einen zweiten Volumenstrom geteilt, wobei der erste Volumenstrom von der mit Ultraschall beaufschlagten Flüssigkeit abgezweigt wird und nur der zweite, verbleibenden Volumenstrom der Flüssigkeit im Anschluß an die Ultraschallbehandlung in einem Filter, beispielsweise der vorstehend beschriebenen Membran, filtriert wird.

Insbesondere umfasst das Verfahren, neben dem Beaufschlagen der zu reinigenden Flüssigkeit mit Ultraschall, ein Beaufschlagen der mit der ungefilterten Flüssigkeit in Kontakt tretenden Seite des Filters, wodurch ein Zusetzen des Filters vermindert wird. Hierdurch wird eine hohe Performance gewährleistet.

Anschließend können/kann der erste und/oder der zweite Volumenstrom der Strahlung einer UV-Lichtquelle ausgesetzt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann eine flexible Reinigung einer Flüssigkeit erzielt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden genaueren Beschreibung von Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnungen sowie der Ansprüche für den Fachmann erkenntlich dargestellt werden.

Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Filtermodul im Längsschnitt; Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Filtermodul im Querschnitt;

Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes rückspülbares Filtermodul, welches mit einem zweiten, erfindungsgemäßen Filtermodul gekoppelt ist.

Figur 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform des Filtermoduls zur Reinigung von Flüssigkeiten.

Das Filtermodul 100 weist ein Gehäuse 10 in der Form eines hohlen Kreiszylinders auf und ist aus einem Edelstahlrohr gebildet, das an seinen beiden Enden verschlossen ist. An dem oberen Ende des Gehäuses 10 befindet sich ein Einlass 12 für zu reinigende Flüssigkeit und an dem unteren Ende befindet sich ein erster Auslass 14 für die Flüssigkeit. An dem Rohrmantel des Filtermoduls 10 ist ferner nahe dem oberen Ende ein zweiter Auslass 16 vorgesehen.

Im Inneren des Filtermoduls 10 befindet sich eine Edelstahlmembran 18 mit Poren von etwa 30 μm Durchmesser. Die Edelstahlmembran 18 weist ebenfalls die Form eines hohlen Kreiszylinders auf, welcher im Edelstahlrohr des Filtermoduls 10 im Wesentlichen koaxial angeordnet ist, wobei der Durchmesser der Edelstahlmembran kleiner als der Durchmesser des Filtermoduls 10 ist.

Der Einlass 12 ist in etwa in der Mitte des oberen Endes (d.h., des runden Deckels) des das Gehäuse 10 bildenden Rohres angeordnet. Der Einlass weist einen größeren Querschnitt auf, als der Auslass 14, welcher versetzt zur Mitte des unteren Endes (d.h., des runden Bodens) des Rohres angeordnet ist. Der Auslass 14 führt so aus dem Gehäuse 10 heraus, dass er für einströmende Flüssigkeit vor dem Filter 18 liegt.

Somit kann über den Einlass 12 in das Innere des Filtermoduls 100 einlaufende Flüssigkeit über den ersten Auslass 14 aus dem Filtermodul 100 herauslaufen, ohne die zylindrische Filtermembran 18 zu durchsetzen. In diesem Sinne ist der erste Auslass 14 für einströmende Flüssigkeit somit vor der Filtermembran 18 angeordnet. Im Gegensatz dazu kann in das Filtermodul 100 über den Einlass 12 einfließende Flüssigkeit nur dann über den zweiten Auslass 16 aus dem Filtermodul 100 gelangen, wenn sie zuvor durch die Filtermembran 18 getreten ist. In diesem Sinne liegt der zweite Auslass 16 hinter der Filtermembran 18.

Das Filtermodul 100 ist ferner mit einer im Wesentlichen stabförmigen Ultraschallquelle 20 versehen, die nicht-koaxial im hohlzylindrischen Gehäuse 10 des Filtermoduls 100 und zwar leicht parallel versetzt zur Längsachse des Gehäuses 10 (d. h., im Querschnitt exzentrisch, vgl. Fig. 2) angeordnet und von der Filtermembran 18 umgeben ist. Die Ultraschallquelle sorgt für eine Dispergierung durch Kavitation der einströmenden Flüssigkeit und für eine Reinigung des Filtermoduls 10, speziell der Filtermembran 18. In der in Fig. 1 gezeigten Darstellung ist somit die Ultraschallquelle 20 innerhalb des hohlzylindrischen Filters 18 angeordnet, und der Filter 18 wiederum ist innerhalb des Gehäuses 10 angeordnet.

Zur Steuerung des Flüssigkeitsstroms durch das Filtermodul weist das Filtermodul 100 am Einlass 12 ein Ventil 22 und am ersten Auslass 14 ein Ventil 24 auf.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch das Gehäuse 10 des in Fig. 1 dargestellten Filtermoduls 100. Im Inneren des im Querschnitt runden Gehäuses 10 ist die im Querschnitt ebenfalls runde Edelstahlmembran 18 konzentrisch angeordnet. Die Ultraschallquelle 20 ist versetzt zum Mittelpunkt des Gehäusequerschnitts, also exzentrisch dazu angeordnet (in Fig. 2 übertrieben dargestellt; grundsätzlich reicht bereits eine geringe Exzentrizität zur Vermeidung von Toträumen und somit einer effektiven, zuverlässigen Kavitation aus). Am Boden des Gehäuses 10 ist ferner der runde Auslass 14 dargestellt.

Dargestellt sind jeweils runde Querschnitte. Das Gehäuse 10, der Filter 18, die Ultraschallquelle 20 bzw. der Einlass 12/die Auslässe 14, 16 können im Querschnitt aber auch jede andere Form aufweisen, insbesondere eine elliptische, rechteckige oder jede andere geometrische Grundform.

In Fig. 3 ist in der linken Hälfte ein erfindungsgemäßes Filtermodul 100 gezeigt, welches an ein zweites Filtermodul 100 gemäß der vorliegenden Erfindung (dargestellt in der rechten Hälfte der Fig. 3) gekoppelt ist. Die Kopplung der beiden Filtermodule geschieht mittels einer Verbindungsleitung zwischen den zweiten Auslässen 16 der Filtermodule. Somit kann gefilterte Flüssigkeit des einen Filtermoduls zum Rückspülen des Filters 18 des anderen Filtermoduls verwendet werden. Das zweite Filtermodul muß jedoch kein erfindungsgemäßes Filtermodul sein, sondern kann ein beliebiges Filtermodul sein, sofern es einen Auslass 16 aufweist, über den es filtrierte Flüssigkeit zum Rückspülen des linken Filtermoduls 100 bereitstellen kann.

Zum Rückspülen des linken Filtermoduls 100 ist dessen Einlassventil 22 geschlossen und dessen Auslassventil 24 geöffnet, wohingegen das Einlassventil 22 des rechten Filtermoduls 100 geöffnet und das Auslassventil des rechten Filtermoduls 100 bevorzugt zumindest teilweise geschlossen ist. Somit gelangt filtrierte Flüssigkeit aus dem zweiten Auslass 16 des rechten Filtermoduls 100 über den zweiten Auslass 16 des linken, rückzuspülenden Filtermoduls 100 in das Innere des Gehäuses des linken Filtermoduls 100. Beim „Rückwärts- "Durchsetzen der Filtermembran 18 entgegen der üblichen Filtrierrichtung wird die Filtermembran 18 von Ablagerungen befreit und gereinigt. Ebenso ist in dem in Fig. 3 gezeigten System aus zwei Filtermodulen 100 ein Rückspülen des rechten Filtermoduls mit filtrierter Flüssigkeit aus dem linken Filtermodul möglich.

Die rückgespülte Flüssigkeit wird dann über das geöffnete Ventil 24 des Auslasses 14 abgegeben und kann einer weiteren Behandlung, beispielsweise zur Desinfektion mit UV-Licht, zugeführt werden (nicht dargestellt).

Weitere Ausfuhrungsformen sind denkbar. Insbesondere kann die Anordnung des ersten und zweiten Auslasses getauscht werden und der Filter 18 mit einem relativ geringen Durchmesser im Vergleich zu dem des Gehäuses 10 versehen sein.

Wird der Einlass 12 (anders als in der Darstellung der Fig. 1) so angeordnet, dass Flüssigkeit nicht in das Innere des Filters einströmt, sondern um den Filter 18 herum, gelangt die Flüssigkeit bei der Filtrierung in das Innere des Filters, wobei das kanalartige Innere die gefilterte Flüssigkeit zum zweiten Auslass 16 am Boden des Gehäuses 10 führt (der zweite Auslass liegt also dort, wo in Fig. 1 der erste Auslass 14 liegt, und umgekehrt).

Bezugszeichenliste

Filtermodul 100

Gehäuse 10

Einlass 12

Erster Auslass 14

Zweiter Auslass 16

Filter, Membran 18

Ultraschallquelle 20

Einlassventil 22

Auslassventil 24