DISTANESTüCK ZUM EINSATZ IN EINER FILTERANLAGE

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Distanzstück zum Einsatz in einer Filteranlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Filteranlage mit dem Distanzstück.

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet von Filtrationsanlagen, die die Querstromtechnologie, auch als Cross-Flow-Technologie bekannt, nutzen. Bei derartigen Filteranlagen wird über dem Filtermittel eine Querströmung erzeugt mit dem Ziel, die Filtermitteloberfläche von Rückständen, auch als Filterkuchen bezeichnet, freizuhalten. Bei den erfindungsgegenständlichen Filteranlagen werden scheibenförmige Filtermittel genutzt, die hintereinander zu einem Filtermittelstapel angeordnet und aufgereiht werden. Das Filtermittelpaket kann in der Filteranlage dabei sowohl horizontal als auch vertikal betrieben werden. Damit über jedem einzelnen Filtermittel des Filtermittelpaketes eine entsprechende Querströmung erzielt werden kann, werden sogenannte Distanzstücke zwischen den einzelnen Filtermitteln angeordnet. Es handelt sich dabei in der Regel um scheibenförmige Elemente aus Metall oder Kunststoff. Filtermittel und Distanzstücke werden üblicherweise über einem Zentralrohr abwechselnd aufgereiht und befestigt. Die Ableitung des Filtrates erfolgt über das Zentralrohr.

Bei der Cross-Flow-Technologie wird der Partikelabtrag auf der Filtermitteloberfläche erzeugt, indem das zu filtrierende Unfiltrat in Bewegung versetzt wird und so über die Filtermitteloberfläche gelenkt wird. Als Unfiltrat werden Flüssigkeiten, Gase und Feststoffe bezeichnet, die mit der Filteranlage filtriert werden sollen. Flüssige Unfiltrate werden auch als Suspension bezeichnet. Unter gasförmigen Unfiltraten wird auch Luft verstanden, die gefiltert werden soll. Durch die Filtration zurückgehaltene Stoffe, die wiederum flüssig, fest oder gasförmig sein können, werden als Retentat bezeichnet. Als Filtrat wird das gefilterte Unfiltrat, d.h. der gefilterte Stoff, nach dem Filtrationsvorgang bezeichnet. Filtersysteme, die in Cross-Flow-Technologie

betrieben werden, sind beispielsweise beschrieben in der WO 2004/069372. Bei der erfindungsgegenständlichen Filteranlage erfolgt der Einstrom des Unfiltrates ausgehend vom Zentralrohr in eine Richtung, die als tangential bezeichnet wird. Dies bedeutet, dass aus im Zentralrohr angebrachten öffnungen das Unfiltrat nicht in radialer Richtung ausgestoßen wird sondern schräg dazu. Anders ausgedrückt erfolgt der Ausstoß entlang von Tangenten zum Zentralrohr bzw. von Geraden, die zu diesen Tangenten parallel verlaufen. Die gekammerte Gestaltung des Zentralrohres, über welche sowohl das Filtrat abgeführt als auch das Unfiltrat zugeführt wird, macht die Konstruktion derartiger Filteranlagen aufwändig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, bekannte Filteranlagen konstruktiv zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Distanzstück nach Anspruch 1 und eine Filteranlage nach Anspruch 17. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Es sind in einer Filteranlage der Erfindung Distanzstücke vorgesehen, die eine mehrfache Funktion ausüben. Zum einen dienen sie wie im Stand der Technik bekannte Distanzstücke dazu, die einzelnen Filtermittel des Filtermittelpaketes voneinander zu beabstanden. Darüber hinaus erfolgt über die Distanzstücke jedoch auch die Filtratabfuhr und die Unfiltratzufuhr. Hierfür weist das erfindungsgemäße Distanzstück zumindest ein Mittel zum Ableiten von Filtrat und zumindest ein Mittel zum Zuführen von Unfiltrat auf. Solche Mittel sind insbesondere Bohrungen, Ausnehmungen und Leitungen, die in dem Distanzstück angebracht sind. Bevorzugt erstreckt sich eine Ausnehmung zum Ableiten von Filtrat rechtwinklig zur Hauptebene des Distanzstückes. Die Ausnehmung befindet sich im Anschlussbereich des Filtermittels an das Distanzstück. Die Bohrung oder Leitung zum Zuführen von Unfiltrat verläuft dagegen in der Hauptebene des Distanzstückes bzw. parallel dazu. Der Ausstoß des Unfiltrats erfolgt folglich bevorzugt im Umfangsbereich des Distanzstückes.

Vorteilhaft ist, dass ein gesondertes Zentralrohr bei erfindungsgemäßen Anlagen vollständig entfallen kann. Selbst wenn ein solches noch vorgesehen wird, so braucht es nicht gekammert zu sein. Es kann ein einfaches Rohr mit entsprechenden öffnungen, die mit den Leitungen zum Zuführen von Unfiltrat zusammenwirken, sein. Die Filtratableitung erfolgt erfindungsgemäß innerhalb der hintereinander angeordneten Distanzstücke. Die Ausnehmungen zum Ableiten des Filtrates sind dabei so hintereinander aufgereiht, dass die zumindest eine Ausnehmung, bevorzugt mehreren Ausnehmungen jedes Distanzstückes zusammenwirken, um die Filtratableitung bzw. die mehreren Filtratableitungen zu bilden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die öffnung der Leitung des Mittels zum Zuführen von Unfiltrat an der Mantelfläche des Distanzstückes nicht radial angeordnet, sondern schräg dazu, d.h. tangential. Besonders bevorzugt wird dies durch das Vorsehen von Vorsprüngen erreicht, die sich über den äußeren Rand des Distanzstückes hinaus erstrecken. Solche Vorsprünge können auch anschaulich als Flügel oder Nasen umschrieben werden. Eine schräge Anordnung der öffnung des Mittels zum Zuführen von Unfiltrat kann auch durch eine Ausnehmung im Randbereich des Distanzstückes erzielt werden. Durch diese besonders bevorzugten Maßnahmen erfolgt der Ausstoß von Unfiltrat aus der Leitung entlang einer Tangente zum Umfang des Distanzstückes oder entlang einer dazu parallelen Gerade.

Bevorzugt sind mehrere Mittel zum Zuführen von Unfiltrat pro Distanzstück vorgesehen, insbesondere drei oder mehr. Bevorzugt ist ebenfalls, dass mehrere Mittel zum Ableiten von Filtrat pro Distanzstück vorgesehen sind, insbesondere drei oder mehr, bevorzugt sechs. Die Distanzstücke, auch als Distanzscheiben bezeichnet, haben überwiegend einen kreisrunden Durchmesser, da dies sich strömungstechnisch als besonders günstig herausgestellt hat. Ihr Durchmesser ist dem Durchmesser des Zentralrohrs und dem Durchmesser der Filtermittel angepasst. Um eine möglichst hohe

Filterfläche zu erzielen, werden die Distanzstücke vorzugsweise einen möglichst geringen Durchmesser haben. Die Höhe der Distanzstücke bestimmt sich nach dem Abstand, der zwischen den einzelnen Filtermitteln erzeugt werden soll. Einerseits ist der Abstand der Filtermittel eines Filtermittelpaketes möglichst gering zu wählen, um eine möglichst hohe Filtermittelfläche zur Verfügung zu stellen. Andererseits ist ein gewisser Abstand zwischen den Filtermitteln notwendig, um dem Unfiltrat zu erlauben, sich über diese Filtermitteloberfläche effektiv zu bewegen.

Eine weitere Ausführung sieht vor, dass in dem Distanzstück auch ein Mittel zum Ableiten von Unfiltrat vorgesehen ist, sozusagen ein Rücklauf. Dieses kann wiederum eine Leitung oder Bohrung sein. Vorteilhaft ist, dass dann ein Behälter entfallen kann. Ferner kann durch das Vorsehen von einer oder mehreren zusätzlichen Leitungen im Distanzstück auch ein Mittel zum Entlüften bereitgestellt werden. Damit kann sich im Bereich des Zentrums im Verlauf der Filtration von Liquiden ansammelnde Luft abgezogen werden. Da Luft den Filtrationsvorgang von Flüssigkeiten behindert und auch die Membrane des Filtermittels austrocknen kann, ist dies von Vorteil.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert und beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen

Distanzstückes;

Figur 2 eine Aufsicht auf das Distanzstück; Figur 3 einen Schnitt durch das Distanzstück; und

Figur 4 eine Seitenansicht des Distanzstückes.

Das Distanzstück 1 ist von seiner Grundform her scheibenförmig. Im Zentrum ist eine durchgehende Ausnehmung 2 vorgesehen. über diese zentrale Ausnehmung 2 erfolgt die Zufuhr an Unfiltrat für sämtliche Distanzstücke 1 eines Filtermittelpaketes. Sie entspricht deshalb einer Unfiltratsammelzuleitung.

Ausgehend davon sind Leitungen 3, zum Beispiel in der Form einer Bohrung, zum Zuführen von Unfiltrat in der Hauptebene E des Distanzstückes 1 vorgesehen, mit welchen das Unfiltrat aus der zentralen Ausnehmung 2 dem Behälter einer Filteranlage (nicht gezeigt) zugeführt wird. Der Verlauf der Leitungen 3 ist in Figur 2 durch die gestrichelten Linien gezeigt. Die Bohrungen 3' haben in der dargestellten Ausführungsform keine Funktion; sie sind fertigungstechnisch bedingt und werden üblicherweise nach der Fertigung verschlossen. Sie können jedoch bei anderen Fertigungsverfahren, beispielsweise bei Kunststoffspritzgussteilen oder Stahlguss, entfallen. Die Leitung 3' kann jedoch auch als Mittel zum Abführen von Unfiltrat und/oder als Mittel zum Entlüften verwendet werden. In der dargestellten Ausführung verläuft die Leitung 3 zunächst radial und mündet dann in eine öffnung 4, die Düsenfunktion hat. Aus dieser öffnung 4 wird das Unfiltrat ausgestoßen und die Strömung über dem Filtermittel erzeugt. Die Pfeile 5 machen diesen Ausstoß und den Verlauf des Unfiltrats deutlich. Wie in den Figuren 1 und 2 zu sehen ist, verlaufen die öffnungen 4 nicht radial, sondern sind im Randbereich, genauer am Umfang 6 des Distanzstückes 1 schräg angeordnet. Die Leitung 3 und die öffnung 4 können beispielsweise senkrecht aufeinander stehen, wobei sich die Bohrung, die in der dargestellten Ausführung die öffnung 4 ausbildet weiterhin in der Hauptebene E befindet. Der Ausstoß des Unfiltrats erfolgt durch diese besondere Anordnung entlang einer Tangente T bzw. dazu parallelen Gerade des Distanzstückes 1. Die öffnung 4 ist in der dargestellten Ausführung in einem Vorsprung 7 vorgesehen, genauer in der Kopffläche 13 des Vorsprungs 7. Der Vorsprung 7 ist strömungstechnisch günstig gestaltet, beispielsweise indem er sich in die Richtung, die der öffnung 4 abgewandt ist, verjüngt (Figur 1 , Figur 3). Hierdurch wird eine Schattenbildung, d.h. die lokale Ansammlung von Partikeln, verhindert. Es ist für einen Fachmann ersichtlich, dass die tangential ausgerichtete öffnung 4 anstatt in Vorsprüngen 7 auch in einer Ausnehmung in dem Distanzstück erfolgen kann (nicht dargestellt). Bevorzugt sind die Leitung 3 und die öffnung 4 strömungstechnisch günstig gestaltet, durch Rundungen und andere Maßnahmen.

Eine besondere Ausführungsform sieht zudem vor, dass die der Vorsprung 7 so gestaltet ist, dass das Unfiltrat unter Ausnutzung des Injektorprinzips aus der öffnung 4 ausgestoßen wird. Hierfür weist der Vorsprung 7 entsprechende Mittel zur Erzielung eines Unterdrucks auf. Dies kann zum Beispiel erreicht werden durch eine entsprechende Gestaltung der Kopffläche 13 des Vorsprungs 7, wo die öffnung 4 angeordnet ist. Wird die in Fig. 4 dargestellte ebene Kopffläche in Richtung zur öffnung 4 abgeschrägt, so entsteht aufgrund der Strömung des Unfiltrates eine Sogwirkung, die zu einer zusätzlichen Beschleunigung des Unfiltrates führt. In einer alternativen Ausführung dazu, ist in dem Vorsprung 7 eine oder mehrere Bohrungen vorgesehen, so dass ebenfalls im Kopfbereich vor der öffnung 4 eine Sogwirkung entsteht. Eine vorteilhafte Anwendung einer solchen Distanzscheibe kann zum Beispiel in der aeroben Filtration liegen, wo mit Hilfe des beschriebenen Injektorprinzips ein Luft- bzw. Sauerstoffeintrag und eine Feinverteilung des eingetragenen oder in dem Unfiltrat befindlichen Gases erfolgt.

Die Ausnehmung zum Ableiten von Filtrat 8 ist senkrecht zur Hauptebene E des Distanzstückes 1 angeordnet. In dem Filtermittel gesammeltes Filtrat wird den Ausnehmungen 8 zugeführt und aus der Filteranlage abgeführt.

Es ist ersichtlich, dass über das Distanzstück 1 sowohl die Filtratableitung als auch die Unfiltratzuleitung erfolgen. Ein gesondertes Zentralrohr, wie es im Stand der Technik bekannt ist, kann somit vollständig entfallen. Das Distanzstück 1 bzw. eine Mehrzahl von Distanzstücken 1 stellen sämtliche Funktionen eines solchen Zentralrohres bereit und erfüllen darüber hinaus auch ihre Funktion des Beabstandens von einzelnen Filterelementen. Auch die Befestigung der Filtermittel erfolgt mit Hilfe des erfindungsgemäßen Distanzstückes 1. Es wird somit möglich, eine erfindungsgemäße Filteranlage aus Filtermitteln und Distanzstücken 1 zusammenzusetzen. Durch die Verwendung einer Saugpumpe zum Abziehen des Filtrates über die Ausnehmungen 8 und einer Druckpumpe zum Einströmen von Unfiltrat über die zentrale Ausnehmung 2 und die Leitungen 3 und die öffnungen 4 ist es nicht

erforderlich, einen Druckbehälter vorzusehen. Vorteilhaft ist jedoch das Vorsehen einer Wandung um den Umfang der Filtermittel herum, da hierdurch die zum Filterkuchenabtrag notwendige Strömung über die Filtermittel günstig erzielt bzw. aufrechterhalten werden kann. Eine solche Filteranlage kann zum Beispiel in einen Behälter, der Unfiltrat, insbesondere Suspension, enthält, eingebracht werden. Diese Konfiguration macht die erfindungsgemäße Filteranlage geeignet beispielsweise zum Einsatz in Klärwerken als Tauch- oder Schwimmfilter.

Die Fixierung der Distanzstücke untereinander und damit die Fixierung der Filtermittel erfolgt in der gezeigten Ausführung mit Hilfe des Schraubloches 9 und dem Befestigungsmitteldurchlass 10. Jedes Distanzstück 1 weist ein Schraubloch mit Gewinde 9 und einen gewindefreien Befestigungsmitteldurchlass 10 auf. Durch den Befestigungsmitteldurchlass 10 wird ein Befestigungsmittel, insbesondere eine Schraube, hindurchgeführt und im nächstfolgenden Distanzstück 1 in dem darunter befindlichen Schraubloch mit Gewinde 9 verschraubt. Es können jedoch ebenso gut die Distanzstücke 1 und Filtermittelscheiben eines Filtermittelpaketes gegeneinander verspannt werden oder über eine einzelne oder mehrere Gewindestangen, beispielsweise, miteinander verbunden werden. Damit können die Schraublöcher 9 entfallen und es sind lediglich Befestigungsmitteldurchlässe 10 notwendig.

Nacheinander angeordnete Distanzstücke 1 und Filtermittelscheiben werden gegeneinander abgedichtet. Dies erfolgt beispielsweise durch Vorsehen eines O-Rings (nicht gezeigt) in einer entsprechenden Nute 11 , die in dem Distanzstück 1 ausgebildet ist. Die Abdichtung der Filtermittel gegenüber dem Unfiltrat und damit die Abdichtung der Filtratableitung (Ausnehmung 8) gegenüber der Unfiltratzuleitung (Ausnehmung 2 und Leitung 3) erfolgt beispielsweise wiederum mit Hilfe eines O-Rings, der in einer entsprechenden Nute 12 verläuft. Für den Fachmann sind alternative Ausführungen zum Abdichten ersichtlich, zum Beispiel durch Kleben.

Bezugszeichenliste

1 Distanzstück

2 zentrale Ausnehmung

3 Leitung zum Zuführen von Unfiltrat

4 öffnung

5 Pfeil

6 Umfang

7 Vorsprung

8 Ausnehmung zum Ableiten von Filtrat

9 Schrauböffnung

10 Befestigungsmitteldurchlass

11 Nute

12 Nute

13 Kopffläche

T Tangente

E Hauptebene