AT512190B1 - Vorrichtung zur abscheidung von stoffen - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Abscheidung von in kolloider Form bzw. in Tröpfchen vorliegenden Flüssigkeiten aus einem gasförmigen Stoffstrom, umfassend eine Vorfilterstufe und eine Feinfilterstufe (1), wobei die Feinfilterstufe (1) mindestens zwei Filterschichten (6, 7) aus Fasergewirk aufweist, wobei die beiden Filterschichten (6, 7) eine unterschiedliche Adhäsion für die abzuscheidenden Flüssigkeiten aufweisen.

Description

österreichisches Patentamt AT512190B1 2013-06-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abscheidung von in kolloider Form bzw. in Tröpfchen vorliegenden Flüssigkeiten aus einem gasförmigen Massenstoffstrom. Weiters betrifft die Erfindung ein Filtersystem, umfassend Faserfilterelemente. Schließlich betrifft die Erfindung die Anwendung solcher Vorrichtungen und Filtersysteme.

[0002] Vorrichtungen zur Abscheidung von teilweise in kolloider Form bzw. in kleinsten Tröpfchen vorliegenden Flüssigkeiten und Filtereinrichtungen sind in vielen Konzeptionen und Ausführungen und für verschiedenste Anwendungen aus dem Stand der Technik bekannt. In Abhängigkeit von der konkreten Aufgabenstellung, den Anforderungen und dem Verwendungszweck sind die bevorzugten Filterkonzepte unterschiedlich ausgebildet. Wenn die Flüssigfraktionen im gasförmigen Stoffstrom in größeren Tröpfchen vorliegen, werden häufig Zyklon- oder Zentrifugalabscheider verwendet. Ist die Tröpfchengröße hingegen sehr klein, werden bevorzugt Filtersysteme, umfassend Faserfilterelemente, eingesetzt.

[0003] Neben der erreichten Abscheiderate, die das Verhältnis des Massenstoffstromes der Flüssigfraktionen im Gesamtmassenstoffstrom vor und nach der Filterung angibt, ist der Druckabfall über die Filtereinrichtung ein wichtiges Kriterium für die Konzeption und Auslegung der Filtereinrichtung. Für viele Verwendungszwecke wird ein möglichst geringer Druckabfall des Gasstromes über die gesamte Einsatzzeit des Filtersystems angestrebt bzw. gefordert. Die Filtersysteme sollen dabei möglichst lange Einsatzzeiten aufweisen, innerhalb derer sich der Druckabfall nur relativ geringfügig verändern darf.

[0004] Wenn sehr hohe Abscheideraten gefordert sind und die Flüssigfraktionen in sehr feinen Tröpfchen im Gasstrom enthalten sind, führt dies zu einem relativ großen Bauaufwand und damit zu entsprechend hohen Kosten. Mit Filtersystemen, umfassend Faserfilterelemente, auch als Feinfaserfilter bezeichnet, die sehr kleine Kavitäten aufweisen, können kleinste Tröpfchen mit sehr hoher Abscheiderate aus gasförmigen Stoffströmen eliminiert werden. Allerdings besteht das Problem, dass die im Filtergewebe abgeschiedenen Flüssigkeiten oft nur extrem langsam wieder abfließen und die Kavitäten verschließen, sodass der Druckabfall mit der Einsatzzeit progressiv zunimmt.

[0005] Bekannte Lösungen, die diesem Problem Rechnung tragen, weisen beispielsweise gestufte Filterungen auf, wobei in Strömungsrichtung zunehmend feinere Filtermedien eingesetzt werden. Damit ist beabsichtigt, dass die in Strömungsrichtung letzte und feinste Filterstufe nur noch ein sehr geringer Anteil der Flüssigfraktionen erreicht, und die Beladung dieser Filterschicht entsprechend langsam erfolgt.

[0006] Die DE 203 20 700 U1 offenbart einen Belüftungsfilter für Hydraulikzylinder, bei denen die Strömungsrichtung wechselt. Dazu heißt es in der DE 203 20 700 U1, dass derartige Belüftungsfilter in Hydrauliksystemen zum Einsatz kommen, bei denen Hydrauliköl bedarfsweise aus einem Öltank entnommen bzw. diesem zugeführt wird. Bei einem solchem Belüftungsfilter gemäß DE 203 20 700 U1 wechselt die Strömungsrichtung zwischen Luftansaugung und Luft-auspressen, wobei ein Austreten von Öl und ein Eintreten von Wasser vermieden werden sollen.

[0007] Die US 2003/0010002 A1 zeigt ein einfaches Filtersystem mit Fasermedien. Die DE 692 05 440 T2 zeigt ein rohrförmiges Filterelement zum Ausfiltern von Öl Nebel, das ein Filterelement mit einer mikroporösen Filterschicht zur Abscheidung und Vereinigung der Öl Tröpfchen und eine makroporöse Drainageschicht für die Aufnahme und den Abfluss der abgeschiedenen Ölflüssigkeit aufweist.

[0008] Den bekannten Konzepten, die auf diesem Prinzip beruhen, haften dennoch Nachteile an: Aus Konzept- oder Platzgründen weist die finale Filterstufe in der Regel keine ausreichende Oberfläche auf. Wird die finale Filterstufe zur Steigerung der Oberfläche gefaltet ausgeführt, kommt es in Folge von Druckdifferenz-Zunahmen dazu, dass benachbarte Filterstufen gegeneinander gedrückt werden, wodurch aktive Filterfläche verloren geht. 1 /14 österreichisches Patentamt AT512190B1 2013-06-15 [0009] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung sowie ein Filtersystem der jeweils eingangs genannten Art bereit zu stellen, welche die zuvor genannten Kriterien erfüllen, bei denen aber die bekannten Nachteile nicht auftreten. Es sollen also eine Vorrichtung und ein Filtersystem bereit gestellt werden, bei denen die Druckdifferenz und die Filterfläche über die Einsatzdauer im Wesentlichen konstant bleiben.

[0010] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Abscheidung von in kolloider Form bzw. in Tröpfchen vorliegenden Flüssigkeiten aus einem gasförmigen Stoffstrom, umfassend eine Vorfilterstufe und eine Feinfilterstufe, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Feinfilterstufe mindestens zwei Filterschichten aus Fasergewirk aufweist, wobei die beiden Filterschichten eine unterschiedliche Adhäsion für die abzuscheidenden Flüssigkeiten aufweisen. Die mindestens zwei Filterschichten sind dabei bevorzugt in direktem Kontakt, besonders bevorzugt miteinander verbunden.

[0011] Wenn nun die Filterschichten eine unterschiedliche Adhäsion für die abzuscheidende Flüssigkeit haben, kann jene Filterschicht mit der besseren Adhäsion für die abzuscheidende Flüssigkeit als Drainageschicht für die abzuscheidende Flüssigkeit agieren.

[0012] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine der beiden Filterschichten aus einem Fasergewirk besteht, deren Faserfilamente mehrheitlich eine im Wesentlichen vertikale Richtungskomponente aufweist.

[0013] Weiters kann vorgesehen sein, dass die Faserfilamente einer Filterschicht dichter gepackt sind und kleinere Kavitäten bilden als der anderen Filterschicht.

[0014] In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Feinfilterstufe sandwichförmig abwechselnd Filterschichten mit unterschiedlicher Adhäsion aufweist. So kann eine gezielte Drainage entlang des Filters erfolgen.

[0015] In einer Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Filterschichten mit unterschiedlicher Adhäsion eine unterschiedliche Dicke und/oder Dichte aufweisen.

[0016] In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Filterschicht mit niedrigerer Adhäsion eine Dicke von nicht mehr als 0,7 mm, vorzugsweise 0,5 mm aufweist und dass die Filterschicht mit höherer Adhäsion eine Dicke zwischen 0,7 und 1,3 mm aufweist.

[0017] Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Feinfilterstufe eine Dicke von 3 mm bis 7 mm aufweist.

[0018] In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Filterschichten gefaltet sind, sodass in Strömungsrichtung des Stoffstroms wenigstens zwei, vorzugsweise wenigstens drei, Filterfaltenlagen aus einer Filterschicht angeordnet sind.

[0019] In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Filterschichten wenigstens zwei mäanderförmige Filterlagen bilden, die nebeneinander auf einem, vorzugsweise zylinderförmig ausgebildetem, Traggerüst angeordnet sind.

[0020] In einer Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Filterschichten ein endloses Filterband bilden.

[0021] In einer weiteren Ausgestaltung kann weiters vorgesehen sein, dass zwischen den Filterfalterlagen im Wesentlichen formstabile poröse Körper mit offenen Poren, welche vom Stoffstrom durchströmbar sind, eingesetzt sind.

[0022] Neben der genannten Vorrichtung wird die zuvor genannte Aufgabe außerdem durch ein Filtersystem zur Abscheidung von in kolloider Form bzw. in Tröpfchen vorliegenden Flüssigkeiten aus einem gasförmigen Stoffstrom gelöst, umfassend ein Traggerüst und einen Haltekorb, wobei zwischen Traggerüst und Haltekorb ein Filtereinsatz angeordnet ist, wobei der Filtereinsatz mindestens zwei Filterschichten, vorzugsweise aus Fasergewirk, umfasst, wobei die beiden Filterschichten eine unterschiedliche Adhäsion für die abzuscheidenden Flüssigkeiten aufweisen. Die mindestens zwei Filterschichten sind dabei bevorzugt in direktem Kontakt, besonders bevorzugt miteinander verbunden. 2/14 österreichisches Patentamt AT 512 190 B1 2013-06-15 [0023] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine der beiden Filterschichten aus einem Fasergewirk besteht, deren Faserfilamente mehrheitlich eine im Wesentlichen vertikale Richtungskomponente aufweist.

[0024] Weiters kann vorgesehen sein, dass die Faserfilamente einer Filterschicht dichter gepackt sind und kleinere Kavitäten bildet als der anderen Filterschicht.

[0025] In einer Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Filterschichten gefaltet sind, sodass zwischen Traggerüst und Haltekorb zumindest zwei Filterfaltenlagen aus einer oder mehreren Filterschichten gebildet werden.

[0026] In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Filterschichten wenigstens zwei mäanderförmige Filterlagen bilden, die nebeneinander auf dem, vorzugsweise zylinderförmig ausgebildetem, Traggerüst angeordnet sind.

[0027] In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Filterschicht mit niedrigerer Adhäsion eine Dicke von nicht mehr als 0,7 mm, vorzugsweise 0,5 mm aufweist und dass die Filterschicht mit höherer Adhäsion eine Dicke zwischen 0,7 und 1,3 mm aufweist.

[0028] Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Feinfilterstufe eine Dicke von 3 mm bis 7 mm aufweist.

[0029] In einer Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Filterschichten ein endloses Filterband bilden.

[0030] Weiters kann vorgesehen sein, dass zwischen den Filterlagen im Wesentlichen formstabile poröse Körper mit offenen Poren, welche vom Stoffstrom durchströmbar sind, eingesetzt sind.

[0031] In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Filtereinsatz sandwichförmig aufgebaut ist und abwechselnd Filterschichten mit unterschiedlicher Adhäsion aufweist.

[0032] In einer Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Filterschichten mit unterschiedlicher Adhäsion eine unterschiedliche Dicke und/oder Dichte aufweisen.

[0033] Der im Erfindungsvorschlag vorgestellte Lösungsansatz stellt sich zur Aufgabe, ein Filterkonzept zu realisieren, bei dem eine extrem hohe Abscheiderate bei gleichzeitig minimalen Druckverlusten, hohen Filtereinsatzzeiten sowie bei minimalem Platzbedarf und rel. geringen Systemkosten erreicht werden kann.

[0034] Das vorgeschlagene Filterkonzept basiert bevorzugt auf dem bekannten Prinzip der Filterung mittels Faserstoffgewirken sowie auf Basis einer gestuften Filterung, wobei der in Strömungsrichtung finalen Feinfilterstufe ein oder mehrere Vorfilterstufen vorgeschalten sind. In einer speziellen Ausführungsvariante bezieht sich der Lösungsvorschlag auf die Gestaltung und Ausführung der Feinfilterstufe.

[0035] In Abänderung zu der bereits angeführten Methode der Ausführung der Feinfilterschicht in Form von Faltenbälgen, ist im vorgeschlagenen Lösungskonzept bevorzugt vorgesehen, dass die in Strömungsrichtung finale Filterstufe (also die Feinfilterstufe) eine spezielle Sandwichbauweise aufweist, und diese Filterschicht zu breiten Faltenlagen geformt ist, die in Um-fangsrichtung z.B. an ein zylindrisches Traggerüst (innerer Tragekorb) gelegt werden, wobei Streifen aus einem offenporigen Körper (Schaumkörper) die einzelnen Faltenlagen voneinander trennen. Die Feinfilterstufe der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht dem erfindungsgemäßen Filtersystem.

[0036] Weitere Vorteile und Details werden anhand der Figuren und der nachfolgenden Figurenbeschreibungen dargelegt.

[0037] Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer möglichen Bauweise einer Feinfilterstufe an hand eines sektoralen Ausschnittes.

[0038] Fig. 2 zeigt eine Schrägansicht einer möglichen Bauweise einer Feinfilterstufe. 3/14 österreichisches Patentamt AT512 190B1 2013-06-15 [0039] Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch Filterschichten.

[0040] Fig. 4 bis 6 zeigt drei Ausführungsvarianten für die Anordnung der Filterschichten in

Filterfaltenlagen.

[0041] Fig. 1 zeigt schematisch eine Feinfilterstufe 1 - gleichzeitig auch ein erfindungsgemäßes Filtersystem - zur Abscheidung von in kolloider Form bzw. in Tröpfchen vorliegenden Flüssigkeiten aus einem gasförmigen Stoffstrom, umfassend ein Traggerüst 4 und einen Haltekorb 5. Zwischen Traggerüst 4 und Haltekorb 5 sind Filterschichten 6, 7 aus Fasergewirk angeordnet. Die Filterschichten 6, 7 weisen abwechselnd eine unterschiedliche Adhäsion für die abzuscheidenden Flüssigkeiten auf. Durch Faltung der Filterschichten 6, 7 werden mehrere Filterfaltenlagen gebildet. Die Feinfilterstufe 1 ist also in Sandwich-Bauweise aus mehreren Filterschichten 6, 7 aufgebaut, die in Ausschnitt A detaillierter dargestellt ist. Die Feinfilterstufe 1 weist mehrere, unterschiedliche Filterschichten 6, 7 auf, durch die das zu filternde Medium 3 strömt, wobei durch die Faltung der Filterschichten 6, 7 zu Filterfaltenlagen der Stoffstrom mehrfach durch die Filterschichten 6, 7 strömt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Feinfilterstufe 1 etwa kreiszylindermantelförmig ausgeführt. Das Traggerüst 4 bildet dabei die innere, zum Mittelpunkt des Kreiszylinders gerichtete Begrenzung der Feinfilterstufe 1 und ist formstabil ausgebildet, jedoch durchlässig für das zu filternde Medium. Das bedeutet, dass das Traggerüst 4 keinen nennenswerten Widerstand für das zu filternde Medium bildet. Weiters umfasst die Feinfilterstufe 1 den peripheren Haltekorb 5, der im gezeigten Ausführungsbeispiel die äußere Ummantelung der Feinfilterstufe 1 bildet. Die Feinfilterstufe 1 ist bevorzugt als baulich getrennte Einheit innerhalb eines (nicht dargestellten) Filtergehäuses, ausgebildet, wobei ein oder mehrere Vorfilterstufen vorgeschalten sein können, die ebenfalls nicht dargestellt sind. Feinfilterstufe, Filtergehäuse und Vorfilterstufe können gemeinsam eine erfindungsgemäße Vorrichtung bilden. Die Feinfilterstufe 1 ist gleichzeitig ein erfindungsgemäßes Filtersystem.

[0042] In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Feinfilterstufe 1, wenn die Strömung des zu filternden Medium von innen nach außen gerichtet ist, anstatt auf das Traggerüst 4, auch direkt auf eine der Feinfilterstufe 1 vorgelagerte Vorfilterstufe aufgebracht ist.

[0043] Die Filterschichten 6, 7 selbst umfassen eine abwechselnde Folge von Schichten 6, 7 unterschiedlicher Konsistenz, Porenfeinheit und Dicke, wie in Ansicht (A) beispielhaft gezeigt. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass eine sehr feinporige und relativ dünne Filterschicht 7 sich mit einer relativ grobporigen sowie dickeren Filterschicht 6 mit höherer mechanischer Festigkeit abwechselt. Die Filterschichtenfolge kann aus zwei- oder mehrfach gestapelten Schichtabfolgen, die in sich jeweils dasselbe Schichtmuster aufweisen, bestehen. Als Gestaltungselement kann darüber hinaus bevorzugt vorgesehen sein, dass die Filterschichten 6, 7 in Sandwichbauweise zu Filterfaltenlagen in Form von breiten Faltenstreifen 8 geformt sind, die auf dem vorzugsweise kreiszylindrischen Mantel des Traggerüstes 4 in azimutaler Richtung aufgelegt sind.

[0044] In der gezeigten Ausführung wird die Feinfilterstufe 1 von innen nach außen durchströmt, wobei bei grundsätzlich gleichbleibender Funktionalität auch eine umgekehrte Strömungsrichtung möglich ist. Die Vorfilterstufen wären in diesem Fall dann auf der Außenseite der Feinfilterstufe 1 angeordnet. Die Feinfilterstufe 1 wird am Außenumfang von einem Haltekorb 5 umfasst, von dem die Filterschichten 6, 7 eingekapselt werden.

[0045] Um den erforderlichen Mindestabstand zwischen den einzelnen Faltenlagen auch bei ansteigendem Druckabfall optimal zu gewährleisten, kann weiters vorgesehen sein, dass benachbarte Filterlagen durch Streifen aus formstabilen porösen Körpern 9a, 9b mit offenen Poren voneinander getrennt werden. Die formstabilen porösen Körper 9a, 9b weisen vorzugsweise eine geringere bis maximal etwa gleiche Breite sowie etwa die gleiche Länge wie die Filterlagen auf. Die Dicke kann je nach Anwendung von 2 bis 6 mm variieren.

[0046] Bei diesen formstabilen porösen Körpern 9a, 9b ist die gute Gasdurchlässigkeit sehr wichtig, dementsprechend ist auf eine möglichst vollständige Offenporigkeit sowie eine hohe Verhältniszahl von Summe der Porenvolumina zur Summe der Stegvolumina zu achten. Am 4/14 österreichisches Patentamt AT512190B1 2013-06-15

Markt werden solche formstabilen porösen Körper 9a, 9b beispielsweise aus dem Material Polyurethan angeboten. Entsprechend der Gasdurchlässigkeit der formstabilen porösen Körper 9a, 9b, dem Gasdurchsatz durch die formstabilen porösen Körper 9a, 9b sowie dem max. zulässigen Druckabfall ist die Dicke der formstabilen porösen Körper 9a, 9b zu dimensionieren. Die formstabilen porösen Körper 9a, 9b können dabei unterschiedlich sein, je nachdem, ob sie auf der Anströmseite oder der Abströmseite der Feinfilterstufe 1 angeordnet sind.

[0047] Fig. 2 zeigt die Außenansicht einer Feinfilterstufe 1, wobei der Begrenzungskorb 5 und das Traggerüst 4 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt sind. Die Anordnung der Filterlagen in der zylindrischen Feinfilterstufe 1 ist dabei gut erkennbar. Die in den Filterschichten 6, 7 abgeschiedene Flüssigkeit fließt entlang der Filterschichten 7 nach unten und wird am unteren (nicht dargestellten) Gehäusedeckel aus dem Filter abgeleitet. Der zylindrische Feinfiltereinsatz ist oben und unten durch nicht gezeigte Gehäusedeckel abgeschlossen, wobei in mindestens einem dieser Abschlussdeckel eine Öffnung für die Durchleitung des zu filternden oder gefilterten (je nach Strömungsrichtung) Stoffstromes vorhanden ist. Für die optimale Funktion des Filtersystem es ist es günstig, wenn der zylindrische Filtereinsatz senkrecht angeordnet ist, sodass die herausgefilterte Flüssigkeit gut abfließt und abgeleitet werden kann.

[0048] Fig. 3 erläutert die Funktionsweise anhand eines stark vergrößerten Schemabildes (die Dicke der einzelnen Filterschichten 6, 7 ist teilweise geringer als 1 mm): Die im gasförmigen Stoffstrom mitgeführten Flüssigkeitspartikel 11 werden durch die sehr eng benachbarten Faserfilamente der Feinfilterschicht 7 eingefangen und rekombinieren miteinander zu wachsenden Tröpfchen bzw. zu zusammenhängenden Flüssigkeitsgebieten. Die Faserfilamente dieser Feinfilterschicht 7 sind vorzugsweise aus einem Material gewählt, oder mit einer speziellen Beschichtung versehen, die für die Flüssigkeitsfraktion, die aus dem gasförmigen Stoffstrom abgeschieden werden soll, abstoßend wirkt, beispielsweise hydrophob bei Wasser oder oleophob bei Öl. Dadurch entsteht für die aus vielen kleinen Flüssigkeitspartikeln gebildeten Flüssigkeitsbereiche eine aus der Filterschicht herausdrängende Wirkung. An den Feinfilterschichten liegt auf beiden Seiten eine Drainageschicht 6 an, die ebenfalls eine Faserstruktur hat, deren Filamente aber weniger eng gepackt sind und die eine auf die abzuscheidende Flüssigkeit (im Gegensatz zur Feinfilterschicht 7) anziehende Wirkung aufweist.

[0049] Durch die flüssigkeitsanziehende Wirkung dieser Schicht, kombiniert mit der flüssigkeitsabstoßenden Wirkung der Feinfilterschicht und unterstützt durch die Druckwirkung des Gasstromes, werden die Flüssigkeitsgebiete aus der Feinfilterschicht herausgedrängt und fließen innerhalb der Schicht 6, die dabei als Flüssigkeitsdrainage fungiert, relativ rasch ab. Die Faserfilamente der Drainageschicht 6 haben eine bevorzugt senkrechte Ausrichtung. Darunter ist zu verstehen, dass die Summe der auf die senkrechte Achse des zyl. Filtereinsatzes projizierten Faserlängen größer ist als die Summe der Projektionen auf eine Achse senkrecht dazu. Auf diese Weise wird die Abfließbewegung der Flüssigkeit möglichst wenig behindert. Die Drainageschichten dienen neben der Aufnahme und dem Abtransport der herausgefilterten Flüssigkeitsfraktion zusätzlich noch zur mechanischen Stabilisierung der Feinfilterschichten. Die Feinfilterschicht selbst ist relativ dünn und weist nur eine geringe mechanische Resistenz gegen Rissbildung oder Bruch auf. Die Drainageschicht hingegen besteht aus wesentlich dickeren Faserfilamenten und ist damit relativ reißfest, sodass sie einen mechanischen Schutz sowie eine Stütze für die Feinfilterschicht bietet. Dies ist deshalb wichtig, da selbst kleinste Risse oder Faser-Inhomogenitäten die Abscheiderate der Filterstufe empfindlich beeinträchtigen können.

[0050] In den Fig. 4 bis 6 sind Ausführungsbeispiele für die vorgeschlagene Faltung der Filterschicht dargestellt. In der Variante der Fig. 4 wird die Filterschicht mäanderförmig um die formstabilen porösen Körper mit offenen Poren herumgeführt, in der Variante gemäß Fig. 5 wird die Filterschicht um gegenseitig versetzte formstabile poröse Körper mit offenen Poren herumgeführt und bildet auf diese Weise eine pilzartige Struktur. In der Variante gemäß Fig. 6 ist schließlich ein Beispiel für mehrfach übereinander gestapelte Filterstreifen auf Basis der Variante der Fig. 5 gezeigt.

[0051] Die geschichtete Struktur der Filterschicht ist stellenweise angedeutet. Die Filterschicht 5/14 österreichisches Patentamt AT512190B1 2013-06-15 wird in Form eines Endlosbandes um das zylindrische Traggerüst herumgeführt. An den stirnseitigen Enden der Filterstufe befinden sich die Abschlussdeckel durch die der gasförmige Stoffstrom zu- oder abgeleitet wird, je nach Anströmrichtung. Welche der Varianten zur Ausführung kommt hängt von den Rand- und Anforderungsbedingungen ab.

[0052] Anwendungsfälle: [0053] 1. Geschichteter Aufbau der Feinfilterlage: [0054] Werden Feinfilterschichten zur Abscheidung von Flüssigfraktionen aus gasförmigen Medien eingesetzt, so reichert sich die Flüssigkeit im Fasergewirk des Filters an und füllt die Kavitäten aus, sodass die Filterschicht die Durchlässigkeit für den Gasstrom zunehmend verliert und der Druckverlust ansteigt. Bei der Verwendung von feinporigen, engfaserigen Filtermedien können insbesondere höherviskose Flüssigkeiten (z.B. Schmieröle) nur erschwert abfließen, sodass sich ein kumulativer Anreicherungseffekt ergibt und die Standzeit der Filtereinsätze damit stark begrenzt wird. Bei dem vorgeschlagenen geschichteten Aufbau des Filtermediums sind die Feinfilterschichten jeweils sehr dünn (z.B. < 0,6 mm), sodass die Oberflächenspannung der Flüssigkeit keine dickeren zusammenhängenden Flüssigkeitsbereiche bilden kann und die dünnen, kleineren Flüssigkeitsgebiete keinen erheblichen Sperrwiderstand gegenüber dem Gasstrom ausüben können. Die jeweils an die Feinfilterschicht angrenzenden, im Gegensatz zu diesen flüssigkeitsanziehenden Drainageschichten, leiten die Flüssigkeit aus dem Feinfilter-Fasergewirk ab. Dieser Effekt wird unterstützt durch eine vorwiegend vertikale Ausrichtung der Faserfilamente der Drainageschicht.

[0055] 2. Spezielle Faltenlegung der Feinfilterlage um den Zylinderumfang des Traggerüstes: Die besondere Faltung und Faltenlegung ermöglicht die Unterbringung einer großen Oberfläche der aus mehreren Teilschichten aufgebauten Feinfilterlage innerhalb eines begrenzten Volumens. Dieser Lösungsvorschlag richtet sich in besonderer Weise an Anwendungsfelder, wo, wie eingangs erwähnt, Flüssigkeitsfraktionen in teilweise extrem kleinen, kolloiden Tröpfchen vorliegen und wo extrem hohe Abscheideraten bei minimalem Druckabfall und hohen Filterstandzeiten gefordert sind. In den entsprechend dem Stand der Technik dafür eingesetzten Faserfiltesystemen sind die Faserfilamente in der Regel sehr eng gepackt und weisen nur sehr kleine Kavitäten auf. Um den zeitlichen Öleintrag auf die Filterflächen-Einheit möglichst gering zu halten, und damit die Standzeit entsprechend zu steigern, ist insgesamt eine große Filteroberfläche erforderlich. Üblicherweise wird dies in der Form realisiert, dass die Filterlage in Zick-Zack-Form, ähnlich den Faltenbälgen von Ziehharmonikas, ausgeführt sind. Allerdings ist dabei die Anzahl der Faltenknicke, die besondere Strömungshindernisse darstellen, pro Filterfläche sehr hoch. Dies ist insbesondere dann problematisch, wenn die Filterschicht eine Dicke von mehr als ca. 2 mm aufweist.

[0056] Bei den vorgeschlagenen Lösungen ist zum einen die Anzahl der Faltenknicke, bezogen auf die gesamte Oberfläche, sehr gering und zum anderen sind hier keine Knicke sondern Umrandungen der Schaumkörperkanten realisiert, wobei der kleinste Krümmungsradius der Filterschicht (bezogen auf die Mittelebene der Filterschicht) mehr als 3 mm beträgt.

[0057] Die konkrete Gestaltung und Ausführung sowie die Wahl der Designparameter hängen von den Rand- und Einsatzbedingungen ab, sowie von den zur Verfügung stehenden Materialien, den Anforderungen bezüglich Abscheidegrad, Druckverlust, Baugröße, Standzeit und schließlich den Kosten.

[0058] Grundsätzlich ist dieses Konzept besonders geeignet für mehrstufige (bzw. mindestens 2-stufige) Filtersysteme, wo die Feinfilterstufe in Strömungsrichtung die finale Filterstufe darstellt. Auf diese Weise erreicht die kumulativ wirkende Feinfilterschicht nur noch ein geringer Teil des Filtrates wodurch der positive Effekt der Merkmale des Lösungsvorschlages zusätzlich unterstützt wird.

[0059] Allen Varianten gemeinsam sind im Wesentlichen folgende Gestaltungsmerkmale: [0060] Geschichteter Aufbau des Filtermediums zur Feinabscheidung einer Flüssigkeit zu einem Schicht-Package, wobei mindestens 2 Sorten von Fasergewirken am Schichtaufbau 6/14 österreichisches Patentamt AT512190B1 2013-06-15 beteiligt sind.

[0061] Gesamtdicke des Filterpackage zwischen 3 und 7 mm [0062] Abwechselnde Schichtfolge (sog. Sandwich-Package) von sehr feinem, für die Feinab-scheidung vorgesehenen Filterstoff mit relativ geringer Dicke von < 0,7 mm und einer, im Vergleich dazu, gröberem Filterschicht mit einer Dicke zwischen 0,8 und 1,5 mm, die das Abfließverhalten verbessert und das Flüssigkeits-Bindevermögen der Feinfaserschicht reduziert.

[0063] Faltung bzw. Wicklung des Sandwich-Package des Filters zu senkrechten Streifen mit einer Breite von mindestens 5 cm, wobei diese Streifen in azimutaler Richtung an den zylindrischen Filtereinsatz-Tragekorb angelegt sind.

[0064] Einsetzen von Streifen aus offenporigen, formstabilen bzw. kompressionsresistenten Schaumkörpern zur Abstandshaltung für benachbarte Filterlagen. 7/14

Claims (15)

1. österreichisches Patentamt AT512190B1 2013-06-15 Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Abscheidung von in kolloider Form bzw. in Tröpfchen vorliegenden Flüssigkeiten aus einem gasförmigen Stoffstrom, umfassend eine Vorfilterstufe und eine Feinfilterstufe (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Feinfilterstufe (1) mindestens zwei Filterschichten (6, 7) aus Fasergewirk aufweist, wobei die beiden Filterschichten (6, 7) eine unterschiedliche Adhäsion für die abzuscheidenden Flüssigkeiten aufweisen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Filterschichten (6, 7) aus einem Fasergewirk besteht, deren Faserfilamente mehrheitlich eine im Wesentlichen vertikale Richtungskomponente aufweist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserfilamente einer Filterschicht (7) dichter gepackt sind und kleinere Kavitäten bildet als der anderen Filterschicht (6).
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinfilterstufe (1) sandwichförmig abwechselnd Filterschichten (6, 7) mit unterschiedlicher Adhäsion aufweist.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschicht (7) mit niedrigerer Adhäsion eine Dicke von nicht mehr als 0,7 mm, vorzugsweise 0,5 mm aufweist und dass die Filterschicht (6) mit höherer Adhäsion eine Dicke zwischen 0,7 und 1,3 mm aufweist.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinfilterstufe (1) eine Dicke von 3 mm bis 7 mm aufweist.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschichten (6, 7) gefaltet sind, sodass in Strömungsrichtung des Stoffstroms wenigstens zwei, vorzugsweise drei, Filterlagen aus einer Filterschicht angeordnet sind.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Filterlagen im Wesentlichen formstabile poröse Körper mit offenen Poren, welche vom Stoffstrom durchströmbar sind, eingesetzt sind.
9. 9. Feinfilterstufe zur Abscheidung von in kolloider Form bzw. in Tröpfchen vorliegenden Flüssigkeiten aus einem gasförmigen Stoffstrom, umfassend ein Traggerüst (4) und einen Haltekorb (5), wobei zwischen Traggerüst (4) und Haltekorb (5) ein Filtereinsatz angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Filtereinsatz mindestens zwei Filterschichten (6, 7), vorzugsweise aus Fasergewirk, umfasst, wobei die beiden Filterschichten (6, 7) eine unterschiedliche Adhäsion für die abzuscheidenden Flüssigkeiten aufweisen.
10. 10. Feinfilterstufe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschichten (6, 7) gefaltet sind, sodass zwischen Traggerüst (4) und Haltekorb (5) zumindest zwei Filterlagen aus einer Filterschichten (6, 7) gebildet wird.
11. 11. Feinfilterstufe nach Anspruch 10, dass die Filterschichten (6, 7) wenigstens zwei mäanderförmige Filterlagen bilden, die nebeneinander auf dem, vorzugsweise zylinderförmig ausgebildetem, Traggerüst (4) angeordnet sind.
12. 12. Feinfilterstufe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschichten (6, 7) ein endloses Filterband bilden.
13. 13. Feinfilterstufe nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Filterlagen im Wesentlichen formstabile poröse Körper (9a, 9b) mit offenen Poren eingesetzt sind.
14. 14. Feinfilterstufe nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Filtereinsatz sandwichförmig aufgebaut ist und abwechselnd Filterschichten (6, 7) mit unterschiedlicher Adhäsion aufweist. 8/14 österreichisches Patentamt AT 512 190 B1 2013-06-15
15. 15. Feinfilterstufe nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschichten (6, 7) mit unterschiedlicher Adhäsion eine unterschiedliche Dicke und/oder Dicke aufweisen. Hierzu 5 Blatt Zeichnungen 9/14