CH641971A5

CH641971A5 - Filterelement.

Info

Publication number: CH641971A5
Application number: CH292679A
Authority: CH
Inventors: Dirk Gustav Kronsbein
Original assignee: Dirk Gustav Kronsbein
Priority date: 1978-03-31
Filing date: 1979-03-29
Publication date: 1984-03-30
Also published as: ATA237479A; FI790995A7; FI69763B; US4366054A; DK150634B; NL189391C; NL189391B; AT376143B; IT7948543A0; NL7902524A; DE2813864A1; DK150634C; CA1148873A; BE875176A; DE2813864C2; SE7902816L; ES479043A1; BR7901958A; GB2017530B; NO148702C

Description

Die Erfindung betrifft ein Filterelement für nichtverdichtete und verdichtete Luft und andere komprimierte Gase sowie Luft und Flüssigkeiten mit durchlässigen Stützmänteln, zwischen denen sich ein Filtermaterial befindet, das aus mehreren Lagen mit unterschiedlicher Porosität zusammengesetzt ist, wobei eine feinporige Lage zumindest auf ihrer der Eintrittsseite zugekehrten Fläche mit einer weniger feinporigen Lage abgedeckt ist.

Die Druckluftqualität ist insbesondere für Brauereien und Abfüllbetriebe von grosser Bedeutung. Die Umweltluft enthält unter normalen Bedingungen bis zu 140 Mio

Schmutzpartikel pro m3. Zu den Schmutzpartikeln gehören Pollen, Schimmel und wilde Hefen. Diese Verunreinigungen werden vom Ansaugfilter eines Kompressors nicht zurückgehalten, da sie viel zu klein sind. Ihre Grösse beträgt zwischen 0,00001 bis 0,002 mm. Hinzu kommt noch eine 50 bis 80%ige Luftfeuchtigkeit. Während der Kompression wird die Luft zusätzlich mit Abrieb aus dem Kompressor angereichert. Durch ein Verdichten auf beispielsweise 4 bar wird das Ausgangsvolumen auf ein Fünftel verringert. Das heisst, es tritt eine fünffache Konzentration ein. Das gilt auch für den Sauerstoffgehalt.

Bei konstanten Temperaturen von z. B. 30 °C und einer 100% igen Luftfeuchtigkeit sowie der mehrfachen Sauerstoffkonzentration ergeben sich in Druckluftleitungen und Behältern ideale Wachstumsvoraussetzungen für Mikroorganismen. Das birgt für Brauereien und Abfüllbetriebe eine hohe Gefahr von Infektionen bzw. Geschmacksbeeinträchtigungen in sich.

Bei sogenannter Arbeitsluft ohne besondere Anforderungen an die Sterilität der Luft finden häufig auch ölgeschmier-te Kompressoren Verwendung. Die Druckluft erfährt dann durch das Schmieröl eine zusätzliche Verunreinigung. Das Schmieröl oxidiert unter dem Einfluss des stark erhöhten Sauerstoffanteils und der Verdichtungstemperatur, die bis zu 200 °C und mehr im Kompressor erreichen kann. Unter diesen Einflüssen wird das Schmieröl stark aggressiv. Das und die anderen Verunreinigungen der Druckluft tragen wesentlich zum Verschleiss in allen Druckluftanlagen bei.

Aufgrund feinster Zerstäubung bilden die Verunreinigungen Aerosole. Das heisst, sie bleiben schwebend in der Druckluft und breiten sich im gesamten Druckluftnetz aus.

Dem lässt sich mit herkömmlichen Abscheidemethoden wie Zentrifugalabscheiden oder Abscheiden mit Sintermetall- oder Keramikabscheidern nur wenig entgegenwirken.

Entscheidende Kriterien für die Qualität eines Filters sind dessen Standzeit und Filterwirkung. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Standzeit und Filterwirkung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass die feinporige Lage des Filtermaterials Aktivkohle enthält. Die mehrlagigen Filterschichten unterschiedlicher Porosität geben dem Filterelement gegenüber anderen Filtern eine wesentlich längere Standzeit bei erhöhtem, konstantem Filtereffekt. Das ist darauf zurückzuführen, dass unterschiedlich grosse Partikel unterschiedlich tief in das Filter eindringen. Dabei gelangen grosse Partikel nicht in den Feinstfilterbereich, sondern werden vorher zurückgehalten, während kleine Partikel bis ins Innerste des Filtermediums eindringen. Dadurch ergibt sich die denkbar günstigste Korngrössenverteilung innerhalb des Filtermediums und es entsteht eine ausgezeichnete Druckluftqualität, wenn das Filter zum Beispiel zum Druckluftfiltern eingesetzt wird. Die Aktivkohle adsorbiert die Verunreinigungen des vorbeiströmenden Mediums. Darunter ist das Aufnehmen und Verdichten von Gasen oder gelösten Stoffen an der Oberfläche der Aktivkohle zu verstehen. Die Menge des Adsorbates steigt mit dem Gasdruck, so dass das erfindungsgemäss mit Aktivkohle versehene Filter in Druckluftanlagen eine besonders hohe Adsorptionsfahigkeit besitzt.

Für das Filterelement ist durch Mahlen zerkleinerte Aktivkohle mit unterschiedlicher Korngrösse geeignet. Dabei findet eine besondere Verteilung der Korngrössen statt, so dass das zu filternde Medium im Filterelement zunächst auf grobkörnige Aktivkohle und danach auf feinkörnige Aktivkohle trifft. Die grobkörnige Aktivkohle ist im Grobfilterbereich und die feinkörnige Aktivkohle im Feinfilterbereich angeordnet. Für den Grobbereich sind Korngrössen zwi-

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sehen 1 und 4 mm und für den Feinbereich Korngrössen unter 0,1 mm geeignet. Je kleiner die Korngrösse ist, desto grösser ist die Adsorptionsfähigkeit der Aktivkohle.

Vorteilhafterweise erlaubt das nach Art einer Sandwichkonstruktion zwischen zwei konzentrischen Stützvliesen eingeschlossene Mikrofaservlies die Verwendung feinstgemah-lener und bindemittelfreier Aktivkohle. Die Aktivkohle kann ohne Bindemittel vorteilhafterweise ihre maximale Adsorptionsfähigkeit in dem erfindungsgemässen Filterelement entfalten. Das in Strömungsrichtung nachgeordnete Stützfaservlies wirkt vorteilhafterweise als Nachfilter. Es filtert auch feinste, von dem zu filternden Medium mitgerissene Kohlepartikel aus. Dabei scheidet das Mikrofaservlies Teilchen bis herab zu 0,01 (im aus. Die sich auch bei ölfreien Kompressoren in der Druckluft findenden ungesättigten Kohlenwasserstoffe sowie störenden Gerüche werden gleichfalls adsorbiert. Das austretende, gefilterte Medium ist praktisch rein und steril. Es ergibt sich eine Druckluftqualität, die besser als die Atemluft nach DIN 3188 ist. Sie ist völlig ge-ruchs- und geschmacksneutral.

Die der feinkörnigen Aktivkohle in Strömungsrichtung des zu filternden Mediums vorgeordnete grobkörnige Aktivkohle kann in Taschen angeordnet sein, zwischen denen sich jeweils ein Spalt befindet, der in der Strömungsrichtung des zu filternden Mediums an seinem Ende verschlossen ist. Der Spalt zwischen benachbarten Taschen vergrössert die Filter-fläche, d.h., die Fläche, gegen die das zu filternde Medium anströmt. Je grösser die Anzahl der Taschen ist, desto grösser ist die Filterfläche. Dabei können die Taschen so angeordnet sein, dass die Spalte in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung verlaufen.

Das verschlossene Spaltende zwingt das in den Spalt strömende Medium, durch die Taschen zu strömen. Es entsteht in den Taschen eine besonders starke Verwirbelung des zu filternden Mediums mit besonders langer Kontaktzeit mit der Aktivkohle. Gleichwohl ist der Strömungswiderstand gegenüber bekannten Filterelementen mit den gebundenen Kohlepartikeln sehr viel geringer.

Die Taschen erlauben die Verwendung bindemittelfreier Aktivkohle; sie geben der Aktivkohle den notwendigen Halt im Filterelement, ohne deren Adsorptionsfahigkeit zu beeinträchtigen. Dabei können die Aktivkohlepartikel so lose in den Taschen angeordnet sein, dass sich das in die Taschen strömende Medium dort optimal verteilt und die Kohlepartikel allseitig umströmt. Die lose Anordnung entsteht beispielsweise durch eine lose Schüttung.

Die Taschen bestehen vorzugsweise aus Geweben mit Kunststoffasern, die sich leicht verschweissen lassen. Die Schweissnähte liegen vorteilhafterweise zugleich am Ende eines jeden Spaltes bzw. an den Randbereichen des Filterelements. Auf diese Weise wird die Durchlässigkeit des Gewebes nicht von den Schweissnähten beeinträchtigt und das bei geeigneter Auswahl und Schichtung der Fasern mit dem Schweissen verbundene Schliessen aller vorher offenen Poren zwischen den Fasern zum Schliessen der Spaltenden zwischen den Taschen und zum Erzeugen dichter Randstreifen an dem Filterelement genutzt. Die dichten Randstreifen erleichtern das Abdichten des Filterelementes an seinen Berührungsstellen mit dem Filtergehäuse.

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemässen Filterelements in Patronenbauweise, teilweise aufgebrochen,

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch das Filterelement,

Fig. 3 ein weiteres erfindungsgemässes Filterelement in einem schematischen Querschnitt,

Fig. 4 und 5 Einzelheiten des Filterelements nach Fig. 3 und

Fig. 6 eine Verwendung der Filterelemente nach Fig. 1 bis 5.

Das erfindungsgemässe Filterelement besitzt einen oberen Deckel 1 und einen unteren Deckel 2, zwischen denen sich ein Hohlzylinder befindet. Alle metallischen Teile bestehen aus rostfreiem Stahl oder Aluminium und die Abdichtungen aus einem temperaturbeständigen Dichtmaterial. Der obere Deckel 1 ist mit einer zentrischen Durchgangsöffnung mit einem Aussengewinde 3 versehen, das sich koaxial zur Patrone erstreckt und dem Einsetzen der Patrone in die Zulaufleitungen 15 eines Gehäuses 16 dient. Ein zwischen dem oberen Deckel 1 und dem Aussengewinde 3 befindlicher, umlaufender Dichtungsring 4 sorgt dafür, dass der das zu filternde Medium zuführende, in den Innenraum der Patrone mündende Gehäusebereich 17 von dem die Patrone umgebenden, das gefilterte Medium enthaltenden Gehäusehohlraum 18 dichtend getrennt ist.

In Fig. 2 symbolisiert der Pfeil a den Zulauf des zu filternden Mediums, das gereinigt auf der Aussenseite - durch die Pfeilspitzen e symbolisiert - aus dem Filterelement austritt. Der Trennung des Gehäusebereiches 17 von dem Gehäusehohlraum 18 dient auch eine Bördelung am unteren Deckel 2. Die Bördelung befindet sich am Aussenumfang und im Zentralbereich; sie ist derart nach innen geformt,

dass sich der Hohlzylinder des Filterelementes in eine umlaufende Rinne stellen lässt. Die gleiche umlaufende Rinne befindet sich mit umgekehrter Auswölbung im Deckel 1. Der obere Deckel 1 und der untere Deckel 2 sind durch Klebemittel 6 dicht mit dem Hohlzylinder verbunden.

Der Hohlzylinder besteht nach Fig. 1 und 2 aus konzentrischen Materialringen. Der innerste Materialring ist ein Edelstahlstützmantel 7 aus einem Drahtgeflecht oder einem gestanzten, mit einem Muster von Durchtrittsöffnungen versehenen und gebogenen Blech. Ein solches Blech entsteht beispielsweise durch Stanzen von dicht aneinanderliegenden und im wesentlichen in Umfangsrichtung des Stützmantels 7 verlaufenden Schlitzen oder Löchern und anschliessendes Strecken des Blechs. Es wird dann als Streckmetall bezeichnet.

Der innerste Edelstahlstützmantel 7 ist aussen von einem Stützfaservlies 9a umgeben. Es folgt ein Mikrofaservlies 8, das seinerseits von einem Stützfaservlies 9b umschlossen ist. Alles ist von einem weiteren, in gleicher Weise wie der innere Edelstahlstützmantel gefertigten äusseren Edelstahlstützmantel 7 umgeben. Demzufolge befinden sich die Stützfaservliese 9a und 9b zwischen den Edelstahlstützmänteln 7 und das Mikrofaservlies 8 zwischen den Stützfaservliesen 9a und 9b. Die Stützfaservliese 9a und 9b bestehen aus hydrophoben Nylonfasern und sind gleichfalls bindemittelfrei,

aber nicht so feinporig wie das Mikrofaservlies 8. Das Mikrofaservlies setzt sich aus hydrophoben, ohne Bindemittel geschichteten Glasfasern zusammen. Beim Schichten oder nachträglich wird feinstgemahlene Aktivkohle zwischen die Glasfasern gebracht. In dieser Zusammensetzung hat das Mikrofaservlies 8 im unbenutzten Zustand ein Hohlvolumen von 80%.

Die Stützfaservliese 9a und 9b besitzen verschiedene Aufgaben. Sie dienen als Vorfilter gegenüber dem Mikrofaservlies 8 und zusammen mit den Stützmänteln 7 als sichere Abstützung für das Mikrofaservlies 8 in jeder Strömungsrichtung des zu filternden Mediums. Dabei hält die mit den Edelstahlstützmänteln 7, den Stützfaservliesen 9a und 9b und dem Mikrofaservlies 8 gegebene Sandwichkonstruktion auch erheblichen Drücken stand. Ausserdem erlaubt die Anordnung der Stützfaservliese 9a und 9b und der Edelstahlmäntel 7 auf beiden Seiten des Mikrofaservlieses 8 eine

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wirkungsvolle, beispielsweise der Reinigung des Filterele-mentes dienende Strömungsumkehr.

Sofern das Filter zum Abscheiden von Öl aus Druckluft verwendet wird, bietet ein zusätzlicher, den äusseren Edelstahlmantel 7 umgebender Schaumstoffmantel 10 eine weitere Gewähr dafür, dass Aerosole ausgefiltert werden.

Beim Filtern von Druckluft strömt die verunreinigte und zu filternde Druckluft zunächst durch das innere Stützfaservlies 9a. Dort werden Mikroorganismen und andere Teilchen bis herab zu einer Grösse von 0,005 bis 0,001 mm zurückgehalten. Die feineren Teilchen bis herab zu 0,00001 mm verfangen sich im Mikrofaservlies 8.

Nach Fig. 3 bis 5 ist der Hohlzylinder zwischen den Dek-keln 1 und 2 innen mit einer zusätzlichen Filterschicht versehen, zu der segmentähnliche Taschen 19 aus Nylongewebe gehören.

Die Taschen 19 bestehen beispielsweise aus zwei überein-andergelegten Gewebebahnen.

Die untere Gewebebahn liegt glatt auf, während die obere Gewebebahn in Schlingen gehalten ist und mit jeder der unteren Gewebebahn zugewandten Schlingenspitze durch in die Schlingen greifende, sich über die ganze Gewebebahnbreite erstreckende Schweissbalken mit der unteren Gewebebahn verschweisst wird. Die Schweissnähte 20 erstrecken sich in Längsrichtung der die Taschen 19 bildenden Schlingen und quer zur Längsrichtung der Gewebebahnen. Anschliessend werden die obere und die untere Gewebebahn an einem Rand miteinander verschweisst. In das andere, offene Ende der Taschen 19 am gegenüberliegenden Rand der Gewebebahnen lässt sich dann grob gemahlene oder grob ge-stossene Aktivkohle einfüllen. Nach Füllen der Taschen 19 werden die offenen Taschenenden in gleicher Weise wie die durch die Schweissnaht 21 verschlossenen Taschenenden durch eine Schweissnaht 22 verschlossen. Das zum Schweis-sen der Nähte 21 und 22 notwendige Andrücken der Ränder der oberen Gewebebahn gegen die untere Gewebebahn bewirkt ein Abschrägen der Taschenenden.

An die Stelle der in Schlingen zu bringenden oberen Gewebebahn kann auch eine Gewebebahn mit vorgefertigten Taschen bzw. können auch einzelne vorgefertigte Taschen treten, die im zunächst oben offenen Zustand mit grobkörniger Aktivkohle gefüllt und dann mit einer aufgelegten Gewebebahn verschweisst werden.

Alle für die Taschen 19 vorgesehenen Gewebebahnen sind bindemittelfrei und können aus lediglich durch auf besonderes Schichten miteinander in Eingriff gebrachten Fasern bestehen.

Die fertigen Taschen 19 werden bei der Montage zusammengerollt und in den inneren Edelstahlstützmantel 7 des s Hohlzylinders gesteckt. Die Taschen 19 liegen dann mit ihrer in Fig. 4 unteren Gewebebahn an dem inneren Edelstahlstützmantel 7 an und schliessen in axialer Richtung mit dem Edelstahlstützmantel 7 ab. Das heisst, die durch die Schweissnähte 21 und 22 gebildeten Ränder der Taschen 19 io verlaufen mit den Rändern des inneren Edelstahlstützmantels 7 bündig, so dass die Deckel 1,2 den Hohlzylinder mitsamt den durch die Schweissnähte 21 und 22 gebildeten Rändern der Taschen 19 umgreifen können.

Im montierten Zustand weisen die Taschen 19 zwischen is jeweils zwei benachbarten Taschen 19 einen entlang der zugehörenden Schweissnaht 20 und in axialer Richtung des Hohlzylinders verlaufenden Spalt auf, der die Anströmfläche für das zu filternde Medium vergrössert.

Die grobkörnige Aktivkohle in den Taschen 19 stellt eine 20 erste Adsorptionsstufe für das anströmende, zu filternde Medium dar. Die zweite Adsorptionsstufe ist das Mikrofaservlies 8 mit der feinstgemahlenen Aktivkohle.

Nach Fig. 6 findet das Filterelement gemäss Fig. 1 und 2 bzw. 3 bis 5 in einer Filterkombination mit einem in gleicher 25 Weise wie das Filter nach Fig. 1 und 2, aber ohne Aktivkohlezusatz aufgebauten Filterelement 23 Verwendung. Das Filterelement 23 bildet für das zu reinigende Medium eine erste Filterstufe, in der Öl, Wasser und Schmutz ausgeschieden werden. Die mit komprimierter Luft anfallende Wassermen-30 ge ist ganz erheblich, denn nach einer Druckluftkompression und einer Drucklufttemperatur von beispielsweise 50 °C hinter dem Nachkühler und einer im Druckluftnetz stattfindenden Abkühlung auf 10 °C entsteht ein Wasseranfall von 72 g/m3 Luft. Bei einer Kompressorleistung von 300 m3/h 35 und einem Druck von 4 bar werden so 4,31 Wasser stündlich ins Druckluftnetz gefördert.

Das von dem Filterelement 23 abgeschiedene Wasser und Öl entweicht durch einen unten am Filtergehäuse 16 angeordneten, automatischen Kondensatablass 24. 40 Dem Filter mit dem Filterelement 23 ist ein Filter mit Aktivkohle nach Fig. 1 und 2 bzw. nach den Fig. 3 bis 5 nachgeschaltet. Der nachgeschaltete Aktivkohlefilter adsorbiert alle Öldämpfe und Gerüche. Die beim Filtern von Druckluft danach aus der Filterkombination austretende 45 Druckluft ist völlig steril und frei von korrosiven Bestandteilen.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Filterelement für nichtverdichtete und verdichtete Luft und andere Gase sowie Flüssigkeiten, mit durchlässigen Stützmänteln (7), zwischen denen sich ein Filtermaterial befindet, das aus mehreren Lagen mit unterschiedlicher Porosität zusammengesetzt ist, wobei eine feinporige Lage (8) zumindest auf ihrer der Eintrittsseite zugekehrten Fläche mit einer weniger feinporigen Lage (9a, 9b) abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die feinporige Lage (8) des Filtermaterials Aktivkohle enthält.

2. Filterelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine abnehmende Korngrösse der Aktivkohle in Strömungsrichtung des zu filternden Mediums.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Filterelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die feinporige Lage (8) feinstgemahlene Aktivkohle enthält.

4. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich grobkörnige Aktivkohle in Taschen (19) angeordnet ist.

5. Filterelement nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine lose Schüttung der grobkörnigen Aktivkohle.

6. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch bindemittelfreie Aktivkohle.

7. Filterelement nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch mehrere Taschen (19), zwischen denen sich jeweils ein in Strömungsrichtung des zu filternden Mediums an seinem Ende (20) verschlossener Spalt befindet.

8. Filterelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen (19) in axialer und/oder Umfangs-richtung des Filters verlaufen.

9. Filterelement nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen (19) aus bindemittelfreiem Gewebe bestehen.

10. Filterelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe der Taschen (19) aus Kunstoff- • fasern besteht.

11. Filterelement nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch zwischen den Taschen (19) verschweisste Kunststofffasern.

12. Filterelement nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen (19) in axialer Richtung mit einem überstehenden Rand (21,22) versehen sind.

13. Filterelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern am Taschenrand (21,22) ver-schweisst sind.

14. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine feinporige Lage (8) des Filtermaterials aus einem Mikrofaservlies mit mindestens 60%igem Hohlvolumen.

15. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen (8,9a, 9b) des Filtermaterials aus hydrophoben Fasern bestehen.