CZ247699A3 - Plochý filtrační prvek a filtrační modul sestavený z těchto prvků - Google Patents

Abstract

Filtrační prvek (10) má vnitřní strukturu (17), vytvořenou otvory (20a-f, 21a,b, 30a-g, 31a,b,), přičemž omezovači plocha otvorů (20,2la,b, 30a,b, 3 la,b), vytvořená z hloubkově filtračního materiálu (12), tvoří průtokovou plochu, průtoková plocha (1 la,b)je uspořádánav podstatě ve svislém směru vzhledemk rovině filtračního prvku (10).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká plochého filtračního prvku, zejména filtračního kotouče vyrobeného z hloubkově filtračního materiálu, s vnějším obrysem a s průtokovými plochami pro filtrát a dosud nefiltrované prostředí. Vynález se také týká filtračního modulu sestaveného z těchto filtračních prvků.

Dosavadní stav techniky

Vrstvené filtry nebo filtrační vrstvy sestávají z hloubkově filtračního materiálu, jímž se rozumí takové materiály, které jsou porézní a průtočné, to znamená, že umožňují konvektivní průchod látky. Hloubkově filtrační materiál může obsahovat organické a/nebo anorganické, vláknité a/nebo zrnité látky. Jako surovina pro výrobu hloubkově filtračního materiálu se například používají celulóza, plastová vlákna, perlity nebo oxidy kovů. K filtračním vrstvám mohou být přidávány křemeliny a perlity za účelem zvětšení jejich vnitřní plochy a tím i pro zvětšení kalového objemu. Dále mohou být v dutinách zadržovány částice filtrované tekutiny v důsledku blokovacího účinku a/nebo absorpce/adsorpce. Jako příklad materiálů, které také mohou být použity pro hloubkovou filtraci, lze uvést papíry, lepenky, filtrační vrstvy, membrány, porézní keramické materiály, kovové nebo polymerové tkaniny, netkané nebo slinuté materiály například z kovů, oxidů kovů, ze skla nebo z polymerů.

Oblast použití filtračních vrstev sahá od odkalování a zpracování tekutin v celém nápojovém průmyslu až po oblast farmaceutického a chemického průmyslu. Filtrační vrstvy působí nejen jako síto, jímž jsou zadržovány hrubé částice na povrchu filtrační vrstvy, mají však také hloubkový účinek pro jemné částečky, které jsou zadržovány v dutinách hloubkově filtračního materiálu. V závislosti na druhu použitých materiálů mohou tyto filtrační vrstvy také mít adsorpční účinek a pro určité účely použití může také být jejich povrch ···· dodatečně upraven tak, aby se v suchém a mokrém stavu nemohly oddělovat žádné vláknité částečky. V mokrém stavu jsou filtrační vrstvy relativně měkké a mají sklon k bobtnání. To je například popsáno v příručce autora Horsta Gaspera Handbuch der industriellen Festflussigfiltration, vydané v nakladatelství Huthig-Verlag Heidelberg 1990, str. 239 a násl.

Obvykle jsou tyto filtrační vrstvy provozovány v tak zvaných filtračních zařízeních pro vrstvovou filtraci, popřípadě ve filtračních lisech působících sevřením filtračních desek nebo filtračních rámů. Přehled tohoto stavu techniky je rovněž uveden v publikaci Horsta Gaspera Handbuch der industriellen Festflussigfiltration str. 166 a násl.

Filtrační vrstvy se jednotlivě ručně zakládají do horizontálních nebo vertikálních stojanů. Rámy z ušlechtilých ocelí nebo z plastu zajišťují oddělení filtračních vrstev a vytvářejí prostory pro oddělení dosud nefiltrovaného prostředí a prostory pro sběr filtrátu. Manuální zakládání filtračních vrstev do těchto stojanů, vyjímání filtračních vrstev a následně nezbytné čistění filtračních rámů způsobuje, že provoz těchto filtrů je spojen s vysokými personálními náklady. Čistění je zejména nákladné a pro personál i nebezpečné, filtrují-li se agresivní látky. Navíc jsou investiční náklady na taková filtrační zařízení velmi vysoké, neboť pro každou filtrační vrstvuje třeba použít speciálně konstruovaný filtrační rám.

Dále mají tyto filtry za provozu zpravidla otevřenou konstrukcí způsobené malé, avšak měřitelné ztráty tekutiny, která vystupuje z čelních stran filtračních vrstev. Odstranění těchto odkapových ztrát je možné jen pomocí speciálních a nákladných opatření, zejména pomocí velkého počtu těsnění. Tvar těsnění vhodného pro tento účel je popsán ve spisu DE 39 06 816 C3.

Proti nedostatku, spočívajícímu ve ztížené manipulaci, stojí výhoda spočívající v tom, že je výroba filtračních vrstev nebo roun relativně levná, neboť tyto vrstvy nebo rouna lze vyrábět na kontinuálně pracujících strojích.

• · ···· · · ···· ·· ·· · · ··

Je známa řada konstrukčních provedení hloubkově filtračních modulů, přičemž je většině společné, že jejich jednotky jsou vyrobeny z rovinných materiálů, například z filtračních kartonů, vrstev, papírů, roun nebo tkanin. Z EP 0 461 424 B1 je znám hloubkový filtr, který je pro zvětšení filtrační plochy opatřen zřasenou filtrační vrstvou. Proud filtrovaného prostředí prochází zřasenou filtrační vrstvou svisle vzhledem k jejímu povrchu.

Podobné uspořádání je také popsáno v EP 0 475 708 AI. Jiná známá provedení se týkají hloubkově filtračního materiálu, který je v jedné nebo několika vrstvách omotán okolo vnitřního jádra, přičemž může být filtrační těleso za účelem zvětšení filtrační plochy omotáno okolo vnitřního jádra také ve smyčkách. I u těchto tvarů prochází filtrované prostředí k povrchu filtrační vrstvy v podstatě v kolmém směru.

Filtrační modul sestavený z na sebe do stohu naskládaných filtračních vrstev je znám ze spisu EP 0 291 883 A3. Při výrobě popsaného modulu se tak nejdříve zhotovují filtrační kapsy s uvnitř uloženým drenážním materiálem, které jsou obklopeny těsnicím prvkem a hmotou z plastu. Tyto kapsy se pak stohují na sebe. Také tento filtrační modul vyžaduje použití přídavných konstrukčních prvků pro uspořádání filtračních prvků ve vzájemném odstupu. Filtrované prostředí proudí filtračním modulem v rovině filtračních vrstev, kterými však proud musí procházet ve svislém směru, má-li docházet k účinné filtraci.

Ve spisu WO 94/09880 je popsán filtrační prvek pro hloubkovou filtraci, který sestává z porézního tlustostěnného samonosného filtračního prvku tvaru trubice s dutým jádrem. Tento prvek tvaru trubice v podstatě sestává ze dvou skořepin, z nichž vnější skořepina má velké póry a vnitřní má malé póry. Výhodou tohoto řešení má být, že oproti známým homogenním filtračním modulům s jemnými póry klade tento filtr filtrované tekutině menší odpor. Jinak je však u tohoto filtru filtrační plocha malá.

4

4

-4• 4 4 4 4

4 4 4 4 4

4 4 4 4

44 44

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je vytvořit plochý filtrační prvek, zejména filtrační kotouč, a filtrační modul sestavený z těchto filtračních prvků, který bude mít velkou filtrační plochu a jehož obsluha a vyjímání budou snadné.

Tento úkol je vyřešen plochým filtračním prvkem, jehož podstatou je, že má vnitřní strukturu vytvořenou alespoň jedním prolomením, přičemž omezovači plocha prolomení tvoří průtokovou plochu, a průtoková plocha je uspořádána v podstatě svisle vzhledem k rovině filtračního prvku.

Modul pro hloubkovou filtraci je sestaven alespoň ze dvou takových filtračních prvků, přičemž jsou tyto filtrační prvky uloženy na sebe tak, že jsou ve vzájemném styku pouze prolomení stejného druhu, čímž vytvářejí kanálky pro filtrát a dosud nefíltrované prostředí.

Výhodná provedení jsou popsána v závislých nárocích.

Vynález je založen na poznatku, že je možno použít filtračních kotoučů z hloubkově filtračního materiálu bez vložených oddělovacích desek nebo podobných oddělovacích prvků, pokud filtrační prvek není vystaven proudění filtrovaného prostředí ve svislém směru vzhledem k rovině kotouče, ale radiálně, například ze strany obvodové plochy. Protože při takovém provozu je filtrační plocha malá, nebyl dosud prováděn vývoj v tomto směru. Překvapivě se však ukázalo, že tento nedostatek lze odstranit vytvořením vnitřní struktury s prolomeními, kterých lze využít jako průtokových ploch pro filtrát nebo dosud nefíltrované prostředí.

Výhodou tohoto vynálezu je, že na základě volitelné geometrie vnitřní struktury může být nezávisle na sobě a volně nastavována velikost filtrační hloubky a velikost filtrační plochy, tedy průtokové plochy. Důsledkem je více možností, pokud jde o konstrukci hloubkově filtračního materiálu. U hloubkově

filtračního materiálu s otevřenými póry je možno při větší filtrační hloubce, to znamená při větším vzájemném odstupu jednotlivých prolomení, dosáhnout stejného odlučovacího účinku a tím ostrosti rozdružování jako u materiálu, který má menší póry a menší filtrační hloubku.

Dále umožňuje vynález lepší využití adsorpčních vlastností hloubkově filtračního materiálu, neboť filtrační hloubka, to znamená filtračně účinná oblast hloubkově filtračního materiálu, není již tak omezená, jako u provedení podle stavu techniky.

V důsledku toho, že u filtračního modulu podle vynálezu odpadají běžně známé přidržovací rámy, zvyšuje se adsorpční kapacita, to znamená, že v obestavěném prostoru může být ve filtračním modulu uloženo více výměníkových materiálů.

Jako přísady s adsorpčními vlastnostmi přicházejí v úvahu zejména aktivní uhlí, PVP, PVPP a ionexové filtrační materiály, jakož i selektivně působící adsorbenty a aktivní prostředí.

Další výhoda vynálezu spočívá v oblasti další manipulace s filtračními moduly. Vzhledem k tomu, že se neužívají žádné vložené desky nebo přidržovací rámy z jiného materiálu, může filtrační materiál být odstraněn jako celek, aniž by bylo třeba oddělovat filtrační kotouče od ostatních materiálů. Z tohoto hlediska jsou výhodné zejména filtrační prvky ze 100% organických materiálů, z t.zv. biovrstev, protože tyto je možno kompletně tepelně zpracovat.

Prolomení ve filtračních prvcích je možno vyrábět současně s výrobou filtračních vrstev tak, že se použijí odpovídající tvarovací vložky. Jinou možností je, že se prolomení provede po vyrobení filtračního prvku běžně známým způsobem, například vysekáním nebo vyřezáním vodním paprskem. Materiál, který je tak odstraněn z filtračního prvku, může pak být znovu převáděn do výrobního procesu dalších filtračních prvků, takže nevzniká žádný odpad.

0···

-6Vyrovnání průtokových ploch je závislé na způsobu výroby. Tak je při vysekávání možno vyrábět také nakloněné průtokové plochy, které nejsou vyrovnány ve svislém směru vzhledem k rovině filtračního prvku, u kotouče jde o rovinu kotouče, ale jsou poněkud nakloněny, přičemž jde o odchylky od pravého úhlu maximálně v rozsahu Ž10 . Jednou z průtokových ploch, která se nenachází ve vnitřní části filtračního prvku, může také být čelní plocha filtračního prvku, to znamená obvodová plocha filtračního kotouče.

S výhodou je součet všech průtokových ploch filtračního prvku, čímž se rozumí jak vnější průtoková plocha, tak i vnitřní průtoková plocha nacházející se ve vnitřní části filtračního prvku, větší než je součet vnější obvodové plochy nejmenšího konvexního tělesa obklopujícího filtrační prvek a vnější obvodové plochy největšího konvexního tělesa vepsané do libovolného prolomení filtračního prvku. Konvexní tělesa jsou například koule, elipsoidy, válce, kužele, úhelníky, tetraedry nebo kvádry a jsou popsána v publikaci Kleine Enzyklopádie-Mathematik, VEB Bibliographisches Institut, Leipzig 1979, str. 625.

S výhodou má filtrační prvek vnější obrys přizpůsobený vnitřní struktuře, čímž je šířka filtračně účinné oblasti hloubkově filtračního materiálu všude stejně velká. Tím je také zajištěna stejná účinnost filtrace po celé délce obvodu filtračního prvku. Může však také být výhodné, zvolí-li se šířka filtračně účinné oblasti ve vnější části větší než ve vnitřní části filtračního prvku, aby se například zvýšila stabilita a popřípadě uplatnily fixační struktury.

Pro dosažení velké filtrační plochy se pro uvedená prolomení s výhodou volí druh prolomení prstového tvaru. Přizpůsobením vnější kontury vnitřní struktuře filtračního prvku obdržíme meandrovitý tvar s velkou obvodovou plochou a tím i s odpovídající velkou omezovači plochou prolomení. Do takového plochého filtračního prvku může například proudit tekutina z vnější strany, přičemž dosud nefiltrovaná tekutina musí podél obvodu ze všech stran

9999 • 9 ·· ·9 ·· · ···· 9 9 9 9 _ *····· 9999

-7- · · ············ ¹ · · 9··· 99

9 9 99 99 99 99 pronikat do filtračně stejně účinné oblasti hloubkově filtračního materiálu. Filtrát se v tomto případě shromažďuje ve vnitřní části prolomení a odvádí se odsud pomocí odpovídajících částí příslušenství.

Je výhodné uspořádat zde alespoň dvě prolomení, která spolu nejsou ve spojení a jsou využita jako kanálky pro filtrát a nefiltrované prostředí. Tato prolomení jsou navzájem vůči sobě uspořádána tak, že šířka mezi nimi se nacházející filtračně účinné oblasti hloubkově filtračního materiálu je všude stejně velká.

Tloušťka filtračních vrstev může být rozdílná. Čím větší je tloušťka filtračních prvků, popřípadě filtračních kotoučů, tím méně prvků je třeba pro stavbu filtračního modulu. Tím se také snižují náklady na výrobu prolomení ve vztahu k objemu hloubkově filtračního materiálu.

Filtračně účinné oblasti mají s výhodou tloušťku > 5mm, zejména 8 až 20 mm. Filtračně účinné oblasti tak mohou být Á nebo také větší než je tloušťka filtračního prvku. Mohou také být uvažovány filtračně účinné oblasti o tloušťce 2 mm a o šířce prolomení 0,5 mm. Uspořádáním prolomení je možno tímto způsobem také ovlivňovat účinek filtrace.

V oblasti nejjemnějšího odkalování není třeba, aby prolomení měla velké rozměry, neboť je zanášení částečkami velmi malé, takže nemůže docházet k ucpání kanálků pro filtrát nebo dosud nefiltrované prostředí, vytvořených uvedenými prolomeními. Proto stačí, jsou-li ve filtračním prvku, popřípadě ve filtračním kotouči vytvořeny jen drážky místo prolomení. Tyto drážky mohou být uspořádány jak v radiálním směru, tak i v obvodovém směru, a mohou také být kombinovány s širšími prolomeními. Takové drážky mohou také být provedeny nožem tak, že se hloubkově filtrační materiál jen zatlačí. Výhodou je, že nevzniká odpad materiálu, jako například při vysekávání, který by se musel opět zavádět do výrobního procesu.

• ♦· ·

-8- ; ; · · · · · · *·.:

Pro zavádění dosud nefiltrovaného prostředí do filtračního prvku a odvádění filtrátu z filtračního prvku, je zde uspořádáno alespoň jedno prolomení (prolomení prvního druhu), které prochází až do okraje filtračního prvku nebo je prostřednictvím alespoň jednoho spojovacího prolomení spojeno s okrajem. Prolomení prvního druhu je možno používat pro přívod dosud nefiltrovaného prostředí, při obráceném provozním postupu však také k odvádění filtrátu.

Tato prolomení prvního druhu mohou také být kombinována s alespoň jedním prolomením (prolomením druhého druhu), které není spojeno s prolomením prvního druhu a je zaústěno alespoň do jednoho sběrného prolomení nebo je prostřednictvím alespoň jednoho spojovacího prolomení spojeno se sběrným prolomením. Oproti meandrovité struktuře filtračního prvku, umožňuje větší počet prolomení ve všech oblastech vnitřního prostoru filtračního prvku filtraci prakticky ve všech oblastech jeho vnitřní části. V tomto případě je možno vzdát se prolomení přecházejících až do okraje filtračního prvku, pokud je přivádění a odvádění dosud nefiltrovaného prostředí popřípadě filtrátu do nebo z vnitřní části filtračního prvku zabezpečeno pomocí odpovídajícím způsobem zkonstruovaných koncových desek.

Je výhodné, má-li filtrační prvek okrouhlý vnější obrys, přičemž prolomení prvního a druhého druhu jsou uspořádána v soustředných kruzích. Prolomení prvního druhu jsou spojovacím prolomením, uspořádaným v radiálním směru, spojena s okrajem filtračního kotouče. Sběrné prolomení může být uspořádáno ve střední části kotouče, a je radiálním spojovacím prolomením spojeno s prolomeními druhého druhu.

Pro vytvoření pokud možno velké filtrační plochy mohou být prolomení prvního a druhého druhu uspořádána střídavě. Je výhodné, je-li celá plocha filtračních prvků, která je k dispozici, opatřena prolomeními. Šířka prolomení musí být přizpůsobena danému filtračnímu úkolu. Malé šířky umožňují uspořádat na jednom filtračním prvku velký počet prolomení a tím dát k dispozici velkou filtrační plochu. Na druhé straně, pokud se právě nepracuje v oblasti nejjemnější filtrace, nesmějí být rozměry prolomení zvoleny jako příliš malé, neboť by v nejkratší době došlo k zablokování filtru v prolomeních, takže by bylo třeba filtrační prvek vyměnit.

Filtrační prvek může kromě kruhového nebo oválového vnějšího obrysu také mít N-hranný vnější obrys, přičemž jsou prolomení s výhodou uspořádána souběžně s okrajem kotouče.

Má-li filtrační prvek výhodný kruhový vnější obrys, mohou být prolomení prvního druhu a prolomení druhého druhu také uspořádána ve tvaru spirály. Spirály jsou v tomto případě navzájem propleteny, takže u jednotlivých zákrutů spirál může docházet k filtraci přes v podstatě stejně silné filtračně účinné oblasti hloubkově filtračního materiálu.

Pro dosažení pokud možno velké filtrační plochy ve vnitřní části filtračního prvku, jsou ve filtračním prvku s výhodou vytvořena podélná a pokud možno úzká prolomení. Tím se vnitřní struktura stává síťovitou nebo mřížovitou, přičemž stabilita filtračního prvku je závislá pouze na hloubkově filtračním materiálu, zbývajícím mezi prolomeními prvního a druhého druhu. Pro zvýšení stability jsou prolomení a/nebo spojovací prolomení s výhodou opatřena zpevňovacími můstky. Tyto zpevňovací můstky s výhodou sestávají ze stejného materiálu jako filtrační prvek, mohou však mít stejnou tloušťku jako filtrační prvek, ale mohou také mít menší tloušťku. Při vysekávání prolomení mohou současně být raženy nebo zhutňovány zpevňovací můstky tak, že jejich tloušťka bude menší než je tloušťka filtračního prvku.

Pokud zpevňovací můstky mají v prolomeních stejnou tloušťku jako filtrační prvek, nemůže se například filtrát při na sobě stohovaných filtračních prvcích dostat ze všech prolomení do sběrného prolomení tak, aby by bylo nutno použít koncové desky odpovídajícího tvaru pro filtrační modul pro dosažení spojení proudů filtrátu a nefiltrovaného prostředí. Pro dosažení spojení mezi

9999

-10*'* >* · · »4 ·· · 4··· 4 · * « • » · · ·♦ <4··* • ♦ ·· 99 9 9 999999 • 9 9 9 9 9 V 4 >· 9 9 9 9 9 9 99 99 prolomeními stejného druhu jsou filtrační prvky podle příslušného prolomení a provedení zpevňovacích můstků na sebe kladeny v odpovídající pootočené, posunuté a podobné poloze.

Aby se skládání jednotlivých filtračních prvků do stohu nebo svazku provádělo ve vyrovnané poloze, může být okraj filtračních prvků opatřen alespoň jedním fixačním vybráním, které usnadňuje práci při skládání filtračních prvků. Fixační vybrání mohou také být provedena ve vnitřní části filtračního prvku. Fixaci a vzájemné uspořádání filtračních prvků umožňuje také jejich nepravidelný vnitřní nebo vnější obrys spojený s vhodnými konstrukčními prvky.

Do tvaru filtračního modulu mohou být stohovány stejné nebo rozdílné typy filtračních prvků. V nejjednodušším případě jsou typy filtračních prvků, popřípadě kotoučů, pouze zrcadlově symetrické. Je také možno kombinovat filtrační prvky s prolomeními, která jsou spojena s okrajem filtračního prvku, s filtračními prvky, které mají prolomení nespojená s okrajem. Je výhodné poskládat takové filtrační prvky na sebe střídavě. Podle provedení zpevňovacích můstků a uspořádání prolomených částí musí být filtrační prvky skládány na sebe v navzájem vůči sobě pootočené poloze, aby prolomení ve filtračním modulu, která na sebe navazují, vytvořila kanálky pro filtrát a dosud nefíltrované prostředí. Úhel pootočení může být stanoven podle polohy a šířky zpevňovacích můstků, nebo může být pro pootočení stanoven jako pevný úhel, například 180 .

Filtrační prvky mohou být ukládány bezprostředně na sebe, přičemž také mohou být spojeny slepením nebo svařením. Je rovněž možné vkládat mezi dva filtrační prvky vložku s prolomeními nebo bez prolomení, například z materiálu odolného proti skluzu, aby se zvýšila stabilita filtračního modulu, což je zvláště vhodné, provádí-li se zpětné proplachování filtračního modulu. Pro tento účel

-11• · · jsou vhodné například odpovídající fólie nebo také běžné filtrační kotouče bez prolomení a bez vnitřní struktury.

Filtrační modul je opatřen dvěma koncovými deskami, mezi nimiž jsou uspořádány filtrační prvky, přičemž vzhledem k bobtnavosti filtračních vrstev je zejména jedna z koncových desek uložena pohyblivě.

Přehled obrázku na výkresech

Příkladná provedení vynálezu jsou dále blíže vysvětlena s odkazem na připojené výkresy, kde obr. la představuje pohled shora na filtrační prvek meandrovitého tvaru, obr. lb perspektivní pohled na filtrační prvek znázorněný na obr. la, obr. 2 pohled shora na další provedení filtračního prvku a obr. 3 řez filtračním prvkem znázorněným na obr. 2, podél čáry III-ΠΙ. Na obr. 4 až 9 jsou v pohledu shora znázorněna různá provedení filtračních prvků. Na obr. 10 je výřez z filtračního prvku se zářezy, na obr. 11 je perspektivní znázornění filtračního modulu, na obr. 12 je filtrační modul v rozloženém stavu, na obr. 13 je zvětšené detailní znázornění výřezu dvou na sebe naskládaných filtračních prvků a na obr. 14 je znázorněno celé filtrační zařízení s filtračním modulem. Příklady provedení vynálezu

Na obr. laje znázorněn plochý filtrační prvek 10, který má meandrovitou strukturu. Po zhotovení běžného filtračního prvku, například čtvercového formátu, se do filtračního prvku 10 provede prolomení 20, jímž se vytvoří znázorněná vnitřní struktura 17. Hloubkově filtračním materiálem 12 omezená plocha prolomení 20 vytváří průtokovou plochu 11a, popřípadě 11b pro filtrát nebo dosud nefiltrované prostředí, která je asi o faktor 2 větší než odpovídající kruhová plocha. U zde znázorněného provedení jde o prstové prolomení 20. kterému je například vysekáváním přizpůsoben i vnější obrys 18. Tak vzniká z

- 12• · · · · ···· • ···· ···· • · · · · ·· ··· ··· • · · · · · · • « · · · · · · ·· hloubkově filtračního materiálu 12 meandrovitá struktura, u níž je šířka filtračně účinných oblastí všude stejně velká.

Pokud na tento filtrační prvek 10 proudí nefiltrované prostředí, například radiálně z vnější strany na obvodovou plochu 19, tvoří smyčky na vnější straně prostor 25 pro nefiltrované prostředí. Ve vnitřní části filtračního prvku 10 se shromažďuje filtrát, který se odvádí čárkovaně znázorněným prostředním otvorem 34 v neznázoměné koncové desce.

Do filtračního prvku 10 může také být proud tekutiny zaváděn obráceně tak, že se dosud nefiltrované prostředí zavádí prostředním otvorem 34 a tím přes prolomení 20. V obou případech je proud filtrovaného prostředí zaváděn v rovnoběžném směru vzhledem k rovině filtračního prvku, tedy v podstatě radiálně.

Na obr. lb je perspektivní znázornění filtračního prvku 10 z obr. la, aby byla zřetelně vidět konvexní tělesa 60, 62. Filtrační prvek 10 je obepnut nejmenším možným konvexním tělesem (vnějším tělesem), kterým je u znázorněného provedení mnohostěn s osmihrannou základní plochou, jehož hrany jsou zaobleny. Příslušnou vnější obvodovou plochu 61 je možno si představit jako pásek obepínající filtrační prvek 10. Stejným způsobem je do prolomení 20 vloženo pokud možno co největší konvexní těleso (vnitřní těleso) 62, které má obvodovou plochu 63. Toto vnitřní konvexní těleso má čtvercovou základní plochu. Vzhledem k tomu, že je filtrační prvek 10 vytvořen jako hranaté těleso, je součet průtokových ploch 11a, 19 větší než je součet obvodových ploch 61 a 63.

Na obr. 2 je znázorněno další provedení filtračního prvku tvaru filtračního kotouče Uf, ve kterém jsou provedena dvě soustředně uspořádaná prolomení 20 a 30. Obě prolomení 20, 30 nejsou navzájem spojena a tvoří prolomení prvního druhu a prolomení druhého druhu. Vnější obvodová plocha

-13 • · · · ·· · · • · · · · · · · · « 9 9 99 9 9 9 9

99 99 99 999 999 vnějšího konvexního tělesa 60 je totožná s vnější obvodovou plochou 19 filtračního kotouče 10'.

Prolomení 20, 30 nejsou zcela uzavřena do tvaru kruhu, neboť jsou zde přídavně uspořádána spojovací prolomení 21 a 31, která protínají jednotlivé kružnice prolomení 20 a 30. Spojovací prolomení 21 představuje spojení od vnitřního prolomení 20 k obvodové ploše 19. Spojovací prolomení 31 ie rovněž provedeno v radiálním směru a spojuje vnější kruhové prolomení 30 s kruhovým otvorem ve střední části, který tvoří tak zvané sběrné prolomení 33. Všechna prolomení dohromady tvoří vnitřní strukturu 17.

Sběrné prolomení 33 ve zde znázorněném provedení představuje největší prolomení ve filtračním kotouči 10', do kterého může být vloženo největší možné vnitřní konvexní těleso 62 (znázorněné šrafovaně), které je identické se sběrným prolomením 33. Porovná-li se součet všech průtokových ploch se součtem obvodových ploch 61 a 63, je součet všech průtokových ploch větší.

Šířka filtračně účinných oblastí mezi obvodovou plochou 19 a vnějším prolomením 30, popřípadě mezi vnějším prolomením 30 a vnitřním prolomením 20, jakož i mezi tímto prolomením 20 a sběrným prolomením 33, je všude stejná, takže se v celém filtračním kotouči 10' dosahuje stejného filtračního účinku.

Filtrace tímto filtračním kotoučem 10' může probíhat tak, že se dosud nefiltrované prostředí zavádí vstupem 24 spojovacího prolomení 21 do vnitřního prolomení 20. Do filtračního kotouče 10' tak proudí filtrované prostředí nejen přes obvodovou plochu 19, ale také vnitřní částí přes průtokové plochy tvořené vnitřním prolomením 20.

Jak je zřejmé z obr. 3, na kterém je znázorněn řez filtračním prvkem podél čáry III-ΙΤΙ, proniká dosud nefiltrované prostředí ve směru šipky 13 filtračně účinnými oblastmi z vnější strany, to znamená přes obvodovou plochu 19, která tak tvoří průtokovou plochu. Filtrát proudí přes průtokové plochy 11b • 9

- 14do odpovídajícího prolomení 30, kde se shromažďuje a přes spojovací prolomení 31 přechází do sběrného prolomení 33. Současně se spojovacím prolomením 21, znázorněným jen na obr. 2, do prolomení 20 zavádí dosud nefiltrované prostředí, které průtokovými plochami 11a proniká do hloubkově filtračního materiálu. Jako filtrát pak proniká průtokovými plochami 11b do prolomení 30, a také do sběrného prolomení 33.

Při obráceném způsobu filtrace by dosud nefiltrované prostředí bylo zaváděno sběrným prolomením 33, odkud by spojovacím prolomením 31 přešlo do prolomení 30, kde se rozdělí a filtračně účinnými oblastmi vystoupí jako filtrát do vnitřního prolomení 20. Odvádění filtrátu by se v tomto případě provádělo spojovacím prolomením 21.

Na obr. 4 je znázorněno další provedení vynálezu, které v podstatě odpovídá provedení znázorněnému na obr. 2. Kruhovými prolomeními 20 a 30 se může celý filtrační kotouč 10’ stát za určitých okolností značně nestabilním, zejména v případě, kdy je jeho průměr velký a jeho tloušťka velmi malá.

Pro zvýšení stability jsou v prolomení 20 uspořádány dva zpevňovací můstky 41, rozdělující prolomení 20 do tří asi stejně velkých úseků tvaru kruhových oblouků. Stejně je i vnější prolomení 30 opatřeno dvěma zpevňovacími můstky 42. Naskládají-li se filtrační kotouče 10' do tvaru filtračního modulu 1, jak je znázorněno na obr. 11, je u provedení znázorněného na obr. 4 třeba dbát na to, aby byly kotouče ukládány na sebe v přesně vyrovnané poloze, aby spojovací prolomení 21 a 31 nedopatřením nepřekřížila některé z prolomení 20, popřípadě 30, což by vedlo ke smísení filtrátu a dosud nefiltro váného prostředí. Při sestavování filtračního moduluje tedy třeba dbát na to, aby se prolomení prvního druhu, v tomto případě prolomení 20, 21, nemohla spojit s prolomeními druhého druhu (prolomení 30, 31 a 33). Pro zajištění správného uspořádání filtračního kotouče 10' jsou na jeho obvodové ploše 19 vytvořeny fixační drážky 44, do kterých zasahují tyče 71, znázorněné na obr. 11.

- 15• ·

Na obr. 11 jsou filtrační kotouče 10' podle obr. 4 kombinovány s filtračními prvky jiného provedení, jejichž prolomení nemají žádné spojení s vnějším okrajem.

Jsou-li na sebe naskládány stejné filtrační kotouče 10' podle provedení znázorněného na obr. 4 tak, že všechna spojovací prolomení 21 leží nad sebou, je vhodné uspořádat v soustavě odpovídající koncovou desku, aby jednotlivé úseky prolomení 20, popřípadě 30, mohly spolu komunikovat. Aby nebyla nutná komplikovaná koncová deska, mohou také být filtrační kotouče 10' poskládány na sebe tak, že se navzájem poněkud pootočí. Úhel pootočení je třeba zvolit tak, aby odpovídal šířce zpevňovacích můstků 41 a 42 a aby prolomení 20 a 30 sousedících filtračních kotoučů 10' vždy překrývala tyto zpevňovací můstky. Jinak nesmí být pootočení příliš velké, neboť spojovací prolomení 21 a 31 by křížilo prolomení 20 a 30.

Na obr. 5 je znázorněno další provedení filtračního kotouče 10\ v němž je provedeno celkem šest soustředných kruhových prolomení. Prolomení 20a až 20c jsou prolomení prvního druhu a prolomení 30a až 30c jsou prolomení druhého druhu, která jsou prostřednictvím společného spojovacího prolomení 31 spojena se sběrným prolomením 33. Stejným způsobem jsou prolomení 20a až 20c spojovacím prolomením 21 spojena s obvodovou plochou 19. I u tohoto provedení jsou uspořádány zpevňovací můstky 41 a 42.

V následující tabulce je uvedena průtoková plocha ve čtverečních metrech pro filtrační modul sestávající z 250 filtračních prvků o tloušťce 0,4 cm. Se zvyšujícím se počtem N kruhových prolomení a odpovídajícím větším vnějším průměru d max filtračních prvků, se při N = 15 prolomení dosahuje téměř 70 m2, šířka prolomení činí 5 mm a šířka filtračně účinných oblastí činí mm.

• ·· ·

N	dmax [mm]	A filtrát [m2]
0	60	0,17
1	160	0,82
2	260	2,04
3	360	3,82
4	460	6,16
5	560	9,08
6	660	12,55
7	760	16,60
8	860	21,21
9	960	26,38
10	1060	32,12
11	1160	38,43
12	1260	45,30
13	1360	52,73
14	1460	60,73
15	1560	69,30

Zajímavý je podíl filtrační plochy násobený tloušťkou filtru a prostorem potřebným pro filtrační modul, neboť tato hodnota představuje vstupní kapacitu filtračního modulu vzhledem k prostoru. Vezme-li se v úvahu, že při známé filtraci ve vrstvě jsou mezi vrstvami uspořádány filtrační rámy o tloušťce 1 cm, činí tento podíl 29%. Oproti tomu činí tento podíl u modulu podle vynálezu (například pro N = 12) 73%. Moduly podle vynálezu umožňují tedy podstatně lepší využití prostoru.

• ·

Na obr. 6 je znázorněno další provedení filtračního kotouče IQ¹, u něhož jsou uspořádána dvě prolomení 20 a 30 ve tvaru do sebe propletených spirál. I tato prolomení 20 a 30 jsou opatřena zpevňovacími můstky 41 a 42.

Na obr. 7 až 9 jsou znázorněny filtrační kotouče 10', které jsou opatřeny rovnými prolomeními 20a až 20f, 30a až 30g. Všechna prolomení prvního druhu 20a až 20f ústí do obvodové plochy 19. Všechna prolomení druhého druhu 30a až 30g jsou prostřednictvím dvou radiálních spojovacích prolomení 31a a 31b spojena se sběrným prolomením 33.

Na obr. 8 je znázorněno podobné provedení, avšak čtvercového tvaru. Prolomení 20, 30 probíhají souběžně s bočním okrajem 16 filtračního prvku 10^!. Kromě toho jsou zde uspořádána dvě sběrná prolomení 33a a 33b. V prolomeních dvou druhů 30a až 30c a 30d až 30f jsou tak opět vytvořeny dvě skupiny prolomení. U tohoto provedení jsou rovněž uspořádány zpevňovací můstky 41 a 42, které rozdělují prolomení 20a až 20f a 30a až 30f na různě dlouhé úseky.

Na obr. 9 je znázorněn osmihranný filtrační kotouč 10\ u něhož jsou jak prolomení 20a až 20f, 30a až 30g, jakož i spojovací prolomení 21a,b a 31a,b opatřena zpevňovacími můstky 41, 42 a 43. Pro vytvoření filtračního modulu je možno stejné filtrační kotouče 10' poskládat na sebe do stohu. Jsou zde však různé možnosti. Tak mohou například sousedící kotouče být vůči sobě pootočeny o 180 . Tím je zajištěno, že se příslušné zpevňovací můstky 41, 42 a 43 budou nacházet nad odpovídajícím prolomením tak, že spolu budou ve spojení jen prolomení stejného druhu, takže nebude docházet ke smíchání filtrátu a dosud nefiltrovaného prostředí. Je také možno pootáčet o 180 jen každý n-tý filtrační prvek.

Na obr. 10 je ve výřezu znázorněno další možné provedení filtračního prvku 10, u něhož jsou široká prolomení 20, 30 kombinována se zářezy 27, 37, • ·· · které jsou spojeny s jednotlivými prolomeními. Filtrační prvek 10 je také možno opatřit pouze zářezy 27 a 37.

Na obr. 11 je filtrační modul 1 sestávající například z devíti filtračních kotoučů, u něhož filtrační kotouče 10' mají provedení znázorněné na obr. 4. Filtrační prvky jsou uloženy na koncové desce 70, na které jsou upevněny dvě tyče 71, zasahující do odpovídajících fixačních drážek 44 na okraji kotoučů a tímto způsobem zajišťující vyrovnání filtračních kotoučů 10’. Pomocí těchto tyčí 71 lze celý modul 1 uchopit a vyjmout jej jako celek z filtračního zařízení. Tím odpadá komplikované vyjímání a vestavba modulu 1. Dále může celý modul 1, kromě tyčí 71 a koncové desky 70, být likvidován jako celek, aniž by bylo třeba oddělovat od sebe jednotlivé kotouče.

Na obr. 12 je v rozloženém stavu znázorněna sestava filtračních kotoučů, u které jsou střídavě na sobě stohována dvě provedení filtračních kotoučů 10a¹ a 10b'. Filtrační kotouče 10a' mají radiální spojovací prolomení 21 se vstupem 24 na okraji, zatím co filtrační kotouče 10b’ mají výlučně soustředná prolomení 20, 30. Odpovídajícím uspořádáním zpevňovacích můstků v prolomeních 20, 30 je zabezpečeno, že se prolomení prvního druhu nekříží s prolomeními druhého druhu. Nad sebou ležící sběrná prolomení 33 tvoří čárkovaně naznačený kanál 35 pro filtrát, zatím co prostor 36, obklopující filtrační prvky 10a', 10b¹, představuje prostor pro dosud nefíltrované prostředí.

Na obr. 13 je zvětšený výřez dvou na sobě ležících filtračních kotoučů. Prostředí, které se má filtrovat, se zavádí spojovacím prolomením 21b a rozděluje se do prolomení 20b. Zřetelně je zde vidět, že zpevňovací můstky 41a. 42a horního filtračního kotouče 10a* leží nad odpovídajícími prolomeními dolního filtračního kotouče 10b'. Souhlasně se také zpevňovací můstky 41b a 42b nacházejí v oblasti odpovídajících prolomení 20a, popřípadě 30 horního filtračního kotouče 10a'. Proudy 13 dosud nefiltrovaného prostředí a proudy 14 filtrátu jsou vlno víte vedeny přes a pod zpevňovacími můstky 41b, popřípadě • ·· · • · · · ·· · · • · · ···· « * · · • · · · · · · · · · _ IQ _ * · ·♦·♦········ ·· ···· · · ···· ·· ·· ·· · ·

42b, do jednotlivých prolomení nebo k těmto prolomením. Filtrát se odvádí spojovacím prolomením 31b.

Všechny zpevňovací můstky 41a, 42a, 41b, 42b nemusí mít stejnou tloušťku jako filtrační kotouč 10a', 10b'. Pro objasnění této skutečnosti je proto zpevňovací můstek 41a' znázorněn s redukovanou tloušťkou.

Na obr. 14 je schematicky znázorněno filtrační zařízení 51, do kterého je vestavěn filtrační modul 1, sestávající z většího počtu filtračních kotoučů 10'. Filtrační modul stojí na pevné dolní koncové desce 53. Aby bylo možno pro daný provoz kompenzovat změny délky modulu, je horní koncová deska 52 uložena pohyblivě. Ve znázorněném případě je prostor 25 pro dosud nefiltrované prostředí vně, popřípadě nad filtračním modulem 1. Prostor pro filtrát je zde ve střední části filtračního modulu 1, popřípadě pod ním. Prostředí, které se má filtrovat, se do filtračního zařízení 51 zavádí hrdlem 54 na boční straně pláště nádrže 56 a filtrát se odvádí centrickým hrdlem 55, uspořádaným ve dne.

ΊΑ

9999 99 99 99

9 9999 999

9 9999 999

9 99 99 99 999

9 9 9 9 9 9

9999 99 99 99 99

Soupis vztahových značek filtrační modul filtrační prvek

10' filtrační kotouč

10a' filtrační kotouč

10b' filtrační kotouč

11a průtoková plocha lb průtoková plocha hloubkově filtrační materiál šipka - proud nefíltro váného prostředí proud filtrátu boční okraj vnitřní struktura vnější obrys obvodová plocha prolomení

20a-20c prolomení prvního druhu

20a-20f rovné prolomení spojovací prolomení

21b spojovací prolomení vstup prostor zářez prolomení

30a-30c prolomení druhého druhu

30d-30f prolomení

30a-30g rovné prolomení spojovací prolomení

31a spojovací prolomení

31b spojovací prolomení sběrné prolomení • · ·

33a sběrné prolomení

33b sběrné prolomení prostřední otvor kanál pro filtrát prostor - kanál pro dosud nefiltrované prostředí zářez zpevňovací můstek

41a zpevňovací můstek

41b zpevňovací můstek zpevňovací můstek

42a zpevňovací můstek

42b zpevňovací můstek zpevňovací můstek fixační drážka filtrační zařízení horní koncová deska dolní koncová deska hrdlo hrdlo nádrž konvexní těleso vnější obvodová plocha konvexní těleso obvodová plocha koncová deska tyče

Claims (26)

1. PATENTOVÉNÁROKY

   1. Plochý stohovatelný filtrační prvek, zejména filtrační kotouč z hloubkově filtračního materiálu, s vnějším ob rysem a s průtokovými plochami pro filtrát a dosud ne filtrované prostředí, vyznačující se tím, že má vnitřní strukturu (17) vytvořenou alespoň jedním prolomením (20a-f, 21a,b, 30a-g, 31a,b), přičemž omezovači plocha prolomení (20, 21a,b, 30a-g, 31a,b) tvoří průtokovou plochu (11a, 11b), a průtoková plocha (11a, 11b) je uspořádána v podstatě svisle vzhledem k rovině filtračního prvku (10).
2. 2. Filtrační prvek podle nároku 1, vyznačující se tím,že obvodová plocha (19) filtračního prvku (10) tvoří rovněž jednu z průtokových ploch (11a, 11b).
3. 3. Filtrační prvek podle některého z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím,že součet všech průtokových ploch (11a,b) filtračního prvku (10) je věší než je součet vnější obvodové plochy (61) nejmenšího konvexního tělesa (60) obklopujícího filtrační prvek (10) a vnější obvodové plochy (63) největšího konvexního tělesa (62), vepsaného do libovolného prolomení (20a-f, 21a,b, 30, 31a,b, 33) filtračního prvku (10).
4. 4. Filtrační prvek podle některého z nároků laž3, vyznačující se t í m , že má vnější obrys (18) přizpůsobený vnitřní struktuře (17) tak, že šířka filtračně účinné oblasti hloubkově filtračního materiálu (12) je všude stejně velká.

   Ί3

   Φ « φ · φ · φ φ · φ φ φ φ · φ φ φ φ · φ φ φ φ
5. 5. Filtrační prvek podle některého z nároků laž4, vyznačující se t í m, že filtračně účinná oblast má meandrovitý tvar.
6. 6. Filtrační prvek podle některého z nároků laž 4, vyznačující se tím, že alespoň dvě prolomení (20, 30), která spolu nejsou spojena, jsou navzájem vůči sobě uspořádána tak, že šířka mezi nimi se nacházející filtračně účinné oblasti je všude stejně velká.
7. 7. Filtrační prvek podle nároku 6, vyznačující se tím,že filtračně účinné oblasti mají tloušťku > 5 mm.
8. 8. Filtrační prvek podle některého z nároků laž7, vyznačující se t í m , že alespoň jedno prolomení (20) (prolomení prvního druhu) prochází až do obvodové plochy (19) filtračního prvku (10) nebo je s obvodovou plochou (19) spojeno prostřednictvím alespoň jednoho spojovacího prolomení (21)·
9. 9. Filtrační prvek podle některého z nároků laž8, vyznačující se t í m, že alespoň jedno prolomení (30) (prolomení druhého druhu), které není spojeno s prolomením (20) prvního druhu, je zaústěno alespoň do jednoho sběrného prolomení (33) nebo je prostřednictvím alespoň jednoho spojovacího prolomení (31) spojeno se sběrným prolomením (33).
10. 10. Filtrační prvek podle některého z nároků laž9, vyznačující se tím,že filtrační prvek má okrouhlý vnější obrys a prolomení (20, 30) prvního a druhého druhu jsou uspořádána v soustředných kruzích, prolomení ···· ·· » · » · • · · (20) prvního druhu jsou spojovacím prolomením (21), uspořádaným v radiálním směru, spojena s obvodovou plochou (19) filtračního prvku (10) a ve střední části filtračního prvku (10) je uspořádáno sběrné prolomení (33), které je radiálním spojovacím prolomením (31) spojeno s prolomeními (30) druhého druhu.
11. 11. Filtrační prvek podle některého z nároků lažlO, vyznačující se tím,že prolomení (20, 30) prvního a druhého druhu jsou uspořádána střídavě.
12. 12. Filtrační prvek podle některého z nároků 1 až 9 nebo 11, vyznačující se tím, že filtrační prvek (10) má N-hranný vnější obrys a prolomení (20, 30) jsou uspořádána souběžně s okrajem filtračního kotouče (10).
13. 13. Filtrační prvek podle některého z nároků 1 až 8, vyznač uj ící se tím, že filtrační prvek (10) má kruhový nebo oválný vnější obrys a že prolomení (20) prvního druhu a prolomení (30) druhého druhu leží na alespoň jedné spirále.
14. 14. Filtrační prvek podle některého z nároků lažl3, vyznačující se tím, že prolomení (20, 30) a/nebo spojovací prolomení (21, 31) jsou opatřena zpevňovacími můstky (41, 42, 43).
15. 15. Filtrační prvek podle některého z nároků lažl4, vyznačující

    -zí9··· ·» 94 99 49

    9 «944 4494

    9 999* 9499

    9 49 99 9 · 999 994

    9 4 4 9 4 4 « • 4 44 94 49 94 se t í m, že zpevňovací můstky (41, 42, 43) sestávají ze stejného materiálu jako filtrační prvek (10).
16. 16. Filtrační prvek podle některého z nároků lažl4, vyznačující se t í m, že obvodová plocha (19) filtračního prvku (10) má alespoň jednu fixační drážku (44).
17. 17. Filtrační prvek podle některého z nároků laž5, vyznačující se t í m , že prolomení (20, 21, 30, 31, 33) jsou provedena vysekáváním.
18. 18. Filtrační prvek podle některého z nároků lažl7, vyznačující se t í m, že prolomení má tvar zářezů (27, 37).
19. 19. Filtrační modul sestávající alespoň ze dvou filtračních prvků (10,10a, 10b) podle některého z předcházejících nároků lažl8, vyznačující se tím, že tyto filtrační prvky (10, 10a, 10b) jsou na sobě uspořádány do stohu nebo svazku tak, že jsou ve vzájem ném spojení jen prolomení (20, 21, 30, 31, 33) stejného druhu a tvoří tak kanály (35) pro filtrát nebo kanály pro dosud nefiltrované prostředí.
20. 20. Filtrační modul podle nároku 19, vyznačující se tím, že jsou na sobě naskládány stejné filtrační prvky (10).
21. 21. Filtrační modul podle nároku 19 nebo 20, vyzná čující se

    -Ζί• ···· ·· ·* 44 *· • 4 4 «··· · · · · • 4 4 4 44 »444 • · 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 99

    9 9 9 9 9 9 * « ·*· 4 44 ·· 99 99 t í m , že filtrační prvky (10a,b) s prolomeními (20, 30), která jsou ve spojení s obvodovou plochou (19), se střídají s filtračními prvky (10a,b) s prolomeními (20, 30), která nejsou spojena s obvodovou plochou (19).
22. 22. Filtrační modul podle některého z nároků 19až22, vyznačující se tím, že jsou filtrační prvky (10) na sobě uloženy v navzájem pootočené poloze.
23. 23. Filtrační modul podle některého z nároků 19až22, vyznačující se t í m, že filtrační prvky (10) jsou uspořádány bezprostředně na sobě.
24. 24. Filtrační modul podle některého z nároků 19až23, vyznačující se tím,že filtrační prvky (10) jsou navzájem spojeny slepením nebo svařením.
25. 25. Filtrační modul podle některého z nároků 19 až 24, vyznačující se t í m, že mezi dvěma filtračními vrstvami (10) je uspořádána vložka s prolomeními.
26. 26. Filtrační modul podle některého z nároků 19až25, vyznačující se t í m , že filtrační prvky (10) jsou uspořádány mezi dvěma koncovými deskami, z nichž jedna koncová deska (52, 53) je uložena pohyblivě.