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Dokumentenidentifikation DE69502802T2 05.11.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0719170
Titel FILTRIEREINRICHTUNG MIT NIEDRIGEM RESTVOLUMEN
Anmelder Pall Corp., East Hills, N.Y., US
Erfinder HOPKINS, Scott, D., Dryden, NY 13052, US;
PIERCE, Timothy, P., Syracuse, NY 13215, US
Vertreter HOEGER, STELLRECHT & PARTNER PATENTANWÄLTE GBR, 70182 Stuttgart
DE-Aktenzeichen 69502802
Vertragsstaaten DE, ES, FR, IT
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 12.07.1995
EP-Aktenzeichen 959274267
WO-Anmeldetag 12.07.1995
PCT-Aktenzeichen US9509388
WO-Veröffentlichungsnummer 9602311
WO-Veröffentlichungsdatum 01.02.1996
EP-Offenlegungsdatum 03.07.1996
EP date of grant 03.06.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.11.1998
IPC-Hauptklasse B01D 29/21
IPC-Nebenklasse B01D 29/23   B01D 29/96   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filteranordnung und im einzelnen eine Filteranordnung mit niedrigem Restvolumen, welche eine geringere Verschwendung von als Restvolumen vorhandenem Fluid beim Austauschen von Filtern und eine gleichmäßige Verteilung des Flusses durch das Filter während des normalen Betriebs bewirkt.

Ein potentiell kostspieliges Problem, das mit der Verwendung einer jeden Filteranordnung verknüpft ist, ist das Problem des als Abfall anfallenden Restvolumens. Wenn ein Filterelement ausgewechselt werden muß, typischerweise während der routinemäßigen Wartung, verbleibt ein Teil des Fluids in dem Gehäuse des Filterelements. Das verbliebene Fluid kann im allgemeinen aufgrund möglicher Verunreinigung nicht wiederverwendet werden, daher muß dieses überschüssige Fluid entsorgt werden und je nach Fluid kann das Austauschen des Fluids kostspielig werden. In der industriellen Fertigung integrierter Schaltkreise ist die Photolithographie eine Technik, welche für verschiedene Topographieverfahren verwendet wird. Photoresist ist eine lichtempfindliche chemische Mischung, welche bei der Photolithographie verwendet wird. Bei dem Photolithographieverfahren wird das Photoresist auf eine schnellrotierende Scheibe gepumpt, welche das viskose Photoresist über das betreffende Werkstück verteilt. Die verwendete Pumpvorrichtung weist ein Filtergehäuse auf, das ein kleines Wegwerffilter aufnimmt, welches in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden muß, und in dem Filtergehäuse verbleibendes überschüssiges Photoresist wird verloren. Ein typisches positives Photoresist kann bis zu sechshundert Dollar oder mehr pro Gallone kosten, wodurch die durch Abfall bedingte Verschwendung extrem teuer wird. Zusätzlich zu den direkten Kosten des Ersetzens des verschwendeten Fluids treten noch die Entsorgungskosten auf. Bei der Entsorgung von bestimmten Chemikalien müssen Umweltfaktoren berücksichtigt werden, wodurch die Entsorgung möglicherweise genauso kostspielig wird.wie der Kauf neuer Chemikalien.

Ein weiteres typisches Problem, das bei der Verwendung von Filtern auftritt, ist das Problem des ungleichmäßigen Fluidflusses. Wenn beispielsweise mehr Fluid durch den oberen Teil eines Filterelements fließt als durch den unteren Teil, lagert sich mehr Schmutz und/oder andere Trümmerteilchen in dem oberen Teil des Filterelements ab als in dem unteren Teil. Diese ungleichmäßige Beladung des Filterelements kann das Leben des Filterelements verkürzen, was ein häufigeres Austauschen des Filterelements und erhöhte Material- und Arbeitskosten sowie eine längere Ausfallzeit des Systems zur Folge hat.

Gemäß der Erfindung wird eine Filteranordnung bereitgestellt, umfassend: ein Gehäuse mit einem Innendurchmesser und einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung, welche einen Fluidfließweg hierdurch definieren; ein Filterelement, umfassend ein Filter mit einem Durchmesser, welcher kleiner ist als der Innendurchmesser des Gehäuses, wobei das Filter innerhalb des Gehäuses in dem Fluidfließweg angeordnet ist; und eine Hülse, welche zwischen dem Gehäuse und dem Filter angeordnet ist, wobei die Hülse mindestens 80 % des Volumens zwischen dem Filter und dem Gehäuse einnimmt.

Die Filteranordnung zur Verringerung des Restvolumens ermöglicht das Minimieren von Abfall und eine verbesserte Filtrationseffizienz. Die Filteranordnung verwendet eine Hülse zum Verringern des Zwischenraums zwischen dem Gehäuse und dem Filter, wodurch das Volumen an Fluid innerhalb der Filteranordnung verringert wird. Wenn zu jeder Zeit weniger Fluid in der Filteran- Ordnung vorhanden ist, wird eine mögliche Verschwendung während des Austauschens des Filterelements eliminiert, da während des Austauschens das innerhalb des Gehäuses zurückbehaltene Fluid entsorgt und somit verschwendet wird. Eine verbesserte Effizienz wird durch Aufrechterhalten eines gleichmäßigen Flusses von Fluid über und durch das Filter erzielt. Die Hülse weist Kanäle mit Fließöffnungen auf, welche das Fluid zu dem Filter hin und darüber hinweg leiten. Durch Aufrechterhalten eines gleichmässigen Fluidflusses wird das gesamte Filter genutzt, wodurch ein Verschmutzen an einer einzelnen Stelle vermieden wird.

Durch die Filteranordnung für das Verringern des Restvolumens wird ein effizientes und kostengünstiges Mittel zur Verringerung der Verschwendung von als Restvolumen verbliebenem Fluid und zum Bewirken eines gleichmäßigen Flusses über und durch das Filter bereit, während die Fließgeschwindigkeit und der Druck, welche für den Betrieb des Systems erforderlich sind, aufrechterhalten werden. Die Filteranordnung kann leicht und kostengünstig hergestellt werden, und bestehende Filtersysteme können einfach mit der erfindungsgemäßen Filteran6rdnung nachgerüstet werden. Die Filteranordnung kann in jedem System verwendet werden, welches niedrige bis mittlere Filtrationsraten erfordert.

Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Filteranordnung zum Verringern des Restvolumens.

Figur ist eine perspektivische Explosionszeichnung der in Figur 1 dargestellten Filteranordnung.

Figur 3 ist ein Schnitt der in Figur 1 dargestellten Filteranordnung entlang einer Schnittlinie 3-3; die Dimensionen sind für erläuternde Zwecke stark vergrößert gezeigt.

Figur 4 ist ein Schnitt einer anderen Ausführungsform der in Figur 1 dargestellten Filteranordnung entlang einer Schnittlinie 3-3; die Dimensionen sind für erläuternde Zwecke stark vergrößert dargestellt.

Figur 5 ist eine vergrößerte maßstabsgerechte Ansicht des bei der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform verwendeten Stopfens.

Eine die vorliegende Erfindung verkörpernde Filteranordnung stellt ein effizientes und nicht teures Mittel zum Verringern der durch Restvolumen bedingten Verschwendung von Fluid und zum Ermöglichen einer gleichmäßigen Verteilung des Flusses entlang dem Filterelement unter Aufrechterhaltung der erwünschten Fließgeschwindigkeit und des Drucks im System dar. Gemäß der Erfindung werden bei der Filteranordnung eine oder mehrere Komponenten verwendet, welche in ein Filtergehäuse passen und einen erheblichen Teil des Volumens in dem Gehäuse einnehmen, wodurch während eines Filteraustauschs weniger Fluid in dem Gehäuse verbleibt. Diese Komponenten sind vorzugsweise so ausgebildet, daß sie sehr kleine, sogar unbedeutende Druckgefälle und eine gleichmäßige Verteilung des Flusses entlang einem in dem Filtergehäuse angeordneten Filter bewirken.

Wie in den Figuren 1 bis 3 gezeigt, umfaßt eine die vorliegende Erfindung verkörpernde Filteranordnung 100 ein Filtergehäuse 200, ein Filterelement 300 und eine Hülse 400. Das Filtergehäuse kann auf vielfältige Weise ausgebildet sein. Bei der dargestellten Ausführungsform zum Beispiel ist das Filtergehäuse 200 im wesentlichen zylindrisch und umfaßt einen Behälterteil 206 und einen Deckelteil 208, welche trennbar miteinander verbunden sind, z.B. durch Gewindebereiche jeweils auf dem Behälterteil 206 und auf dem Deckelteil 208. Der Behälter 206 umfaßt einen unteren Bereich 210, welcher das Filterelement 300 und die Hülse 400 aufnimmt, und einen oberen Bereich 212, welcher zum Aufnehmen des Deckels 208 bestimmt ist. Der untere Bereich 210 kann eine im allgemeinen zylindrische Seitenwand 211 mit einem Innendurchmesser und einer an der Seitenwand 211 befestigten Bodenwand 213 umfassen. Der obere Bereich 212 kann einen grösseren Durchmesser als der untere Bereich 210 aufweisen, um den Deckel 208 aufzunehmen, welcher einen Durchmesser aufweisen kann, der im wesentlichen gleich ist wie derjenige des unteren Bereichs 210. Eine abgestufte oder sich verjüngende Schulter 214 kann sich zwischen dem unteren Bereich 210 und dem oberen Bereich 212 erstrecken, und die Schulter 214 kann als ein Sitz für den Deckel 208 dienen und einen fluidundurchlässigen Abdichtung bilden. Eine Dichtung wie etwa ein O-Ring 207 kann verwendet werden, um eine zusätzliche Abdichtung zwischen dem Behälter 206 und dem Deckel 208 zu bilden.

Das Filtergehäuse 200 weist eine Einlaßöffnung 202 und eine Auslaßöffnung 204 auf, welche einen Fluidfließweg durch die Filteranordnung 100 definieren. Die Einlaß- und Auslaßöffnungen können unterschiedlich angeordnet sein, z.B. auf gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses. Bei der dargestellten Ausführungsform sind sowohl die Einlaßöffnung 202 als auch die Auslaßöffnung 204 in dem Deckel 208 angeordnet. Die Einlaßöffnung 202 kann als Mittel zum Verbinden der Filteranordnung mit einer Einlaßleitung des externen Systems, nicht gezeigt, dienen und die Auslaßöffnung 204 kann als Mittel zum Verbinden der Filteranordnung mit einer Auslaßleitung des externen Systems, nicht gezeigt, dienen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Einlaßöffnung 202 und die Auslaßöffnung 204 Einschraubverbindungen mit Gewinde; jedoch genügt auch jedes geeignete Verbindungsstück. Eine Entlüftungsvorrichtung 216, welche normalerweise geschlossen ist, doch gelegentlich zum Entlüften von Luft oder einem anderen Gas aus dem Filtergehäuse 200 geöffnet wird, kann ebenfalls vorgesehen sein.

Das für die Konstruktion des Filtergehäuses 200 verwendete Material hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab, einschließlich des Typs des zu filternden Fluids, zum Beispiel der Kompatibilität des Materials mit dem Fluid, und des erforderlichen Drucks in dem System, in welchem die Filteranordnung 100 verwendet wird, ob beispielsweise das verwendete Material strukturell dazu in der Lage ist, einem Fluidfluß mit hohem Druck standzuhalten. Im allgemeinen werden Filtergehäuse aus metallischen oder polymeren Materialien hergestellt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Filtergehäuse 200 aus Edelstahl hergestellt.

Das Filterelement 300 ist innerhalb des Filtergehäuses 200 in dem durch die Einlaß- und Auslaßöffnungen 202 und 204 definierten Fließweg angeordnet. Das Filterelement 300 kann jede geeignete Gestalt aufweisen. Bei der dargestellten Ausführungsform zum Beispiel ist das Filterelement 300 im wesentlichen zylindrisch und weist vorzugsweise einen Außendurchmesser auf, welcher kleiner ist als der Innendurchmesser der Seitenwand 211 des Filtergehäuses 200. Das Filterelement 300 umfaßt im allgemeinen ein Filter 302, welches sich zwischen ersten und zweiten Endabdeckungen 304 und 306 erstreckt. Das Filter 302 kann aus jedem für die Fluidfiltration verwendeten Filtermedium gebildet werden. Beispielsweise kann das Filtermedium Fasermaterialien wie etwa eine Fasermasse, Fasermatten, gewebte oder nichtgewebte Faserlagen, und aus Fasern hergestellte Tiefenfilter, die z.B. aus natürlichen, Polymer- oder Glasfasern gebildet sind; poröse Membranen wie etwa auf Trägern gehaltene oder nicht auf Trägern gehaltene mikroporöse Membranen, die z.B. aus einem polymeren Material gebildet sind; porösen Schaum sowie poröse Metalle oder Keramik umfassen. Alternativ kann das Filter 302 auch eine geeignete hohle Gestalt aufweisen, etwa diejenige eines gefalteten oder röhrenförmigen Zylinders. Beispielsweise kann das Filter eine Gestalt mit sich überlappenden Falten aufweisen, wie in der internationalen Veröffentlichung Nr. W094/11082 offenbart. Eine Gestalt mit sich überlappenden Falten ist besonders vorteilhaft, da sie einen größeren Oberflächenbereich für die Filtration innerhalb eines gegebenen Volumens bietet und das Restvolumen des Filterelements verringert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Filter ein im wesentlichen zylindrisches, hohles Filter mit sich überlappenden Falten und mit einer als Filtermedium dienenden mikropösen Polymermembran und stromaufwärts und stromabwärts angeordneten, als Träger und Drainagemedien dienenden Polymersieben.

Die ersten und zweiten Endabdeckungen 304 und 306 sind an den ersten und zweiten Enden 308 und 310 des Filters 302 befestigt und dichten daher die Enden des Filters 302 ab und verhindern damit, daß Fluid an dem Filter 302 vorbeifließt. Außerdem können die Endabdeckungen 304 und 306 dazu dienen, das Filter 302 in einer im wesentlichen axialen Ausrichtung innerhalb des Filtergehäuses 200 zu positionieren und zu halten und einen Träger hierfür zu bieten. Die Enden des Filters 302 sind jeweils mit den ersten und zweiten Endabdeckungen 304 und 306 auf jede geeignete Weise, die das Vorbeifließen von Fluid verhindert, verbunden. Beispielsweise können die ersten und zweiten Enden 308 und 310 des Filters 302 jeweils mit den ersten und zweiten Endabdeckungen 304 und 306 durch ein Bindemittel wie etwa ein Klebemittel oder ein Lösemittel verbunden sein. Alternativ können die ersten und zweiten Enden 308 und 310 des Filters 302 jeweils mit den ersten und zweiten Endabdeckungen 304 und 306 mittels Schmelz- oder Verschmelzungskleben, Reibschweißen oder Ultraschallschweißen, Vergießen oder auf eine andere geeignete Weise verbunden werden.

Die Endabdeckungen können offen oder blind sein und jede geeignete Gestalt aufweisen. Beispielsweise ist bei der dargestellten Ausführungsform die erste Endabdeckung 304 offen und umfaßt im allgemeinen eine zylindrische Scheibe 311 und ein sich von der Scheibe 311 erstreckendes Anschlußstück 312. Die Scheibe 311 weist eine im wesentlichen ringförmige Öffnung auf, welche sich durch das Anschlußstück 312 erstreckt. Das Anschlußstück ragt in die Auslaßöffnung 204 des Filtergehäuses 200 hinein und kann mit dieser verbunden werden, wodurch der hohle Innenraum des Filterelements 300 und die Auslaßöffnung 204 über die Öffnung in der ersten Endabdeckung 304 miteinander in Fließverbindung gebracht werden. Die zweite Endabdeckung 306 kann eine massive zylindrische Scheibe sein, welche ein blindes Ende auf dem Filterelement 300 bildet. Die ersten und zweiten Endabdekkungen 304 und 306 können aus jedem geeigneten Material, welches für den Fluidfluß undurchlässig ist, wie etwa ein polymeres Material, gebildet sein.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Hülse 400 in dem Filtergehäuse 200 angeordnet, wobei sie im wesentlichen das Filter 302 umgibt und einen erheblichen Teil des Volumens zwischen dem Filtergehäuse 200 und dem Filter 302 einnimmt, z.B. mindestens 80 % des Volumens. Vorzugsweise nimmt die Hülse im wesentlichen das gesamte Volumen ein und füllt praktisch das Volumen des Zwischenraums zwischen dem Filtergehäuse 200 mit größerem Durchmesser und dem Filter 302 aus. Durch das Einnehmen eines erheblichen Teils des Volumens zwischen dem Filtergehäuse 200 und dem Filter 302 verringert die Hülse 400 in großem Maß das Restvolumen in dem Filtergehäuse 200.

Die Hülse kann in dem Filtergehäuse auf jede geeignete Weise angeordnet sein. Beispielsweise kann die Hülse in dem unteren Teil des Behälters zwischen der Seitenwand des Behälters und dem Filter des Filterelements lose angeordnet sein. Die Hülse und das Filterelement können sodann zwischen der Bodenwand und dem Deckel durch Festziehen des Deckels auf dem Behälter des Filtergehäuses festgeklemmt werden. Alternativ kann die Hülse mit dem Filtergehäuse fest verbunden sein. Beispielsweise kann die Hülse mit der Seitenwand des Behälters fest verbunden sein oder von dem Deckel herabhängen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Hülse mit dem Filterelement fest verbunden, wobei sie das Filter umgibt und dadurch außerdem auch als ein das Filter schützender Käfig dient. Das Filterelement kann daher als eine einzelne, einstückig ausgebildete Einheit hergestellt sein, bei welcher Endabdeckungen, Filter und Hülse fest miteinander verbunden sind.

Beispielsweise können, wie in Figur 3 gezeigt, die ersten und zweiten Endabdeckungen 304 und 306 einen Außendurchmesser aufweisen, welcher größer ist als der Außendurchmesser des Filters 302 und größer als der Innendurchmesser der Hülse 400. Die Hülse 400, welche im wesentlichen zylindrisch sein kann, kann dann mit den ersten und zweiten Endabdeckungen 304 und 306 zum Beispiel auf dieselbe Weise verbunden sein wie die Enden des Filters 302, wobei sie einen Käfig um das Filter 302 bildet. Der Innendurchmesser des Käfigs 400 kann annähernd gleich oder etwas größer sein als der Außendurchmesser des Filters 302, während der Außendurchmesser des Käfigs 400 annähernd gleich oder etwas kleiner als der Innendurchmesser der Seitenwand 211 des Filtergehäuses 200 sein kann. Daher erstreckt sich der Käfig 400 entlang einem erheblichen Teil, d.h. wenigstens ungefähr 80 bis 90 %, der Breite des Zwischenraums zwischen dem Filtergehäuse 200 und dem Filter 302 und entlang einem erheblichen Teil, d.h. wenigstens ungefähr 80 bis 90 % der Höhe des Zwischenraums, und nimmt dadurch einen erheblichen Teil des Volumens des Zwischenraums ein.

Die Hülse ist außerdem vorzugsweise so ausgebildet, daß sie einen ausreichenden und gleichmäßig verteilten Fluß des Fluids zu dem Filter hin oder von diesem fort bewirkt, wobei höchstens ein sehr kleines Druckgefälle zwischen der Einlaßöffnung und dem Filter erzeugt wird, d.h. weniger als ungefähr 10 % des Druckgefälles über das Filter und noch bevorzugter weniger als ungefähr 5 % des Druckgefälles über das Filter. Beispielsweise umfaßt bei der dargestellten Ausführungsform die Hülse 400 eine Mehrzahl von Kanälen 411, welche im äußeren Umfangsbereich der Hülse 400 ausgebildet sind, und eine Mehrzahl von Fließöffnungen 422, welche in den Kanälen 411 ausgebildet sind und durch die Hülse 400 kommunizieren. Die Kanäle 411 sind vorzugsweise in einem geeigneten Muster ausgebildet, welches das Fluid entlang dem äußeren Umfang der Hülse 400 weithin verteilt. Wie in Figur 2 gezeigt ist, können die Kanäle 411 als vier im allgemeinen I-förmigen Muster ausgebildet sein. Jedes I-förmige Muster weist erste und zweite umfangsmäßig orientierte Wege 416 und 418 und einen axial orientierten Weg 420 auf. Der axial orientierte Weg 420 erstreckt sich von einer Kante 402 der Hülse 400 durch den ersten umfangsmäßig orientierten Weg 416 und endet in dem zweiten umfangsmäßig orientierten Weg 418.

Die Kanäle und die Fließöffnungen sind vorzugsweise so ausgebildet, daß adäquate Fließraten, eine gleichmäßige Verteilung des Flusses und sehr kleine Druckgefälle beim Fließen von Fluid zu dem Filter hin oder von diesem weg erhalten werden. Beispielsweise können die Kanäle jede geeignete Gestalt aufweisen, einschließlich einer halbkreisförmigen oder rechteckigen Form. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Kanäle im allgemeinen in V-Form ausgebildet. Das Volumen der Kanäle und die Fläche der Fließöffnungen können von Faktoren wie etwa der Einlaßfließrate und der Viskosität des Fluids abhängen und können sich entlang der Länge eines Kanals oder von Fließöffnung zu Fließöffnung ändern. Die dargestellte Ausführungsform weist sieben Fließöffnungen 422 in jedem der vier I-förmigen Kanalmuster auf, doch können auch mehr oder weniger Kanäle und Fließöffnungen verwendet werden. Im allgemeinen übersteigt die von allen Fließöffnungen 422 repräsentierte Gesamtfläche vorzugsweise die Fläche der Einlaß- oder Auslaßöffnung 202 und 204 um sehr kleine Druckgefälle zwischen der Einlaßöffnung und dem Filter aufrechtzuerhalten. Die Gesamtfläche aller Fließöffnungen 422 kann die Fläche der Einlaß- oder Auslaßöffnung 202 und 204 um mindestens einen Faktor von vier übersteigen. Bei der bevorzugten Ausführungsform übersteigt die Gesamtfläche aller Fließöffnungen 422 die Fläche der Einlaß- oder Auslaßöffnung 202 und 204 um einen Faktor von zehn, und das Druckgefälle zwischen der Einlaßöffnung und dem Filter ist bedeutungslos, d.h. weniger als 1 bis 5 % des Druckgefälles über das Filter.

Die Tiefe der Kanäle kann gleich der Dicke der Hülse sein, ist aber vorzugsweise geringer. Beispielsweise, wie in der dargestellten Ausführungsform gezeigt, ist die Tiefe der V-förmigen Kanäle 411 konstant und definiert einen Durchmesser, welcher größer als der Innendurchmesser, doch kleiner als der Außendurchmesser der Hülse 400 ist. Der Außendurchmesser der ersten Endabdeckung 304 ist vorzugsweise nicht größer als der von dem Ende der V-förmigen der Kanäle 411 definierte Durchmesser, so daß, wenn die erste Endabdeckung 304 an der Hülse 400 befestigt ist, sie nicht den Fluidfluß zwischen der Einlaßöffnung 202 und den Kanälen 411 stört. Ferner weist die äußere Kante der Hülse 400 bei der ersten Endabdeckung 304 vorzugsweise einen abgeschrägten Bereich auf, welcher zwischen der Einlaßöffnung 202 und den Kanälen 411 eine große Öffnung bildet und direkt mit jedem axialen Kanaiweg 420 kommuniziert. Diese Öffnung ist groß genug, um nicht durch überschüssiges Bindematerial blockiert zu werden, welches entsteht, wenn die erste Endabdeckung 304 mit der Hülse 400 verbunden wird, und daher stört das überschüssige Material nicht den Fluß des Fluids in die Kanäle 411.

Zwar weist die Hülse der dargestellten Ausführungsform mehrere Kanäle entlang ihrer äußeren Oberfläche mit Öffnungen für den Fluß des einzuspeisenden Fluids auf, doch kann die Hülse auch auf viele andere Weisen ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Hülse Fließöffnungen nur entlang der Kante der Hülse unter der ersten Endabdeckung aufweisen. Diese Fließöffnungen können durch die Hülse mit Kanälen kommunizieren, welche entlang der inneren Oberfläche der Hülse verteilt sind, wodurch Fluid zu dem Filter hin oder von diesem fort geleitet würde. Alternativ kann die Hülse einen Außendurchmesser aufweisen, welcher etwas kleiner ist als der Innendurchmesser der Seitenwand des Gehäuses, wodurch ein im allgemeinen ringförmiger Raum zwischen der Hülse und dem Gehäuse geschaffen wird, welcher in Fließverbindung mit der Einlaßöffnung steht. Die Hülse braucht dann keine Kanäle aufzuweisen, sondern nur Fließöffnungen, welche das Fluid von dem Raum zwischen dem Filtergehäuse und der Hülse durch die Hülse zu dem Filter leiten. Alternativ kann die Hülse auch weder Kanäle noch Fließöffnungen aufweisen. Die erste Endabdeckung kann Öffnungen aufweisen, welche Fluid von der Einlaßöffnung zu einem Raum zwischen der Hülse und dem Filter leiten.

Bei allen Ausführungsformen nimmt die Hülse einen erheblichen Teil des Volumens zwischen dem Filter und dem Gehäuse ein und die Hülse selbst weist ein geringes oder gar kein Hohlraumvolumen auf, wodurch eine verringerte Fluidverschwendung aufgrund des Restvolumens bewirkt wird. Im einzelnen ist das Hohlraumvolumenverhältnis einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Hülse sehr klein, z.B. nicht mehr als ungefähr 20 %, wobei das Hohlraumvolumenverhältnis das in Prozent ausgedrückte Verhältnis des Hohlraumvolurnens der Kanäle und Fließöffnungen innerhalb der durch die Hülse definierten Hülle zu dem Volumen der Hülle darstellt. Beispielsweise ist bei der dargestellten Ausführungsform das Volumen der Hülle die Fläche, welche zwischen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser der Hülse 400 definiert ist und welche mit der Höhe der Hülse 400 multipliziert wird, während das Hohlraumvolumen das Gesamtvolumen der Kanäle 411 und der Fließöffnungen 422 ist. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist das Hohlraumverhältnis vorzugsweise weniger als oder gleich ungefähr 10 %.

Die Hülse kann aus jedem geeigneten Material gebildet sein, vorzugsweise aus einem Material, welches für den Fluß von Fluid undurchlässig ist. Beispielsweise kann die Hülse aus einem steifen, verhältnismäßig dichten metallischen oder polymeren Material gebildet sein. Alternativ kann die Hülse auch aus einem flexibleren Material wie etwa einem geschlossenzelligen Schaumstoff hergestellt sein.

Im Betrieb tritt zu filtrierendes Fluid in die Filteranordnung 100 durch die Einlaßöffnung 202 ein und fließt an dem Umfang der ersten Endabdeckung 304 vorbei und in die axial orientierten Wege 420 jedes der vier Sätze von I-förmigen Kanälen hinein. Das Fluid fließt dann durch die axialen und umfangsmäßig angeordneten Kanäle, durch die Fließöffnungen 422 und in den Raum zwischen der Innenseite der Hülse 400 und der Außenseite des Filters 302. Die Fließöffnungen 422 sind vorzugsweise so angeordnet, daß sie das Fluid gleichmäßig in diesem Raum verteilen und von dort durch das Filter 302. Das filtrierte Fluid fließt dann durch das Verlängerungsstück 312, welches von der ersten Endabdeckung 304 absteht, und tritt durch die Auslaßöffnung 204 aus dem Filtergehäuse 200 aus. Alternativ kann Fluid auch von innen nach außen durch das Filterelement 300 geleitet werden.

Wenn das Filter 302 ausreichend verschmutzt ist, um einen Austausch erforderlich zu machen, wird der Fluß gestoppt und der Deckel 208 von dem Filtergehäuse 200 entfernt. Das Filterelement 300 und die Hülse 400 können dann aus dem Behälter 206 entnommen werden. Da die Hülse 400 einen erheblichen Teil des Volumens zwischen dem Filtergehäuse 200 und dem Filter 302 einnahm, gibt es wenig in dem Filtergehäuse 200 verbleibendes Abfall-Fluid, wenn das Filterelement 300 und die Hülse 400 herausgenommen werden. Das Gehäuse 200 kann dann gereinigt, ein neues Filterelement 300 und eine neue Hülse 400 können in den Behälter 206 eingefügt und der Deckel 208 kann wieder mit dem Behälter 206 verbunden werden. Alternativ kann im Fall einer von dem Filterelement separaten Hülse die Hülse gereinigt und mit dem neuen Filterelement wiederverwendet werden.

Wie in den Figuren 4 und 5 gezeigt ist, ähnelt eine andere die Erfindung verkörpernde Filteranordnung 100 der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform, umfaßt aber zusätzlich zu der Hülse 400 der Figuren 1 bis 3 einen Stopfen 500. Der Stopfen 500 ist in dem durch das hohle Innere eines Filterelements 300 definierten Bereich angeordnet und nimmt einen erheblichen Teil des Volumens des Bereichs ein, d.h. wenigstens ungefähr 80 % des Volumens, um das Restvolumen in dem Filtergehäuse 200 zu verringern. Der Stopfen 500 weist vorzugsweise wenigstens einen Kanal 502 auf dem Umfang des Stopfens 500 auf, idealerweise eine Mehrzahl von Kanälen 502, welche um den äußeren Umfang des Stopfens 500 herum beabstandet sind, um Fluid zu dem Filter 302 hin oder von diesem fort zu leiten. Ein Stopfen 500 kann in dem hohlen Inneren des Filterelements angeordnet sein, ohne mit dem Filterelement verbunden zu sein. Vorzugsweise ist der Stopfen 500 mit dem Filterelement 300 verbunden, z.B. an den Endabdeckungen 304 und 306, und dient als ein Filterkern, welcher das Filter gegen nach innen gerichtete Kräfte abstützt

Zwar sind Ausführungsformen gezeigt und beschrieben, welche für die praktischsten und am meisten bevorzugten Ausführungsformen gehalten werden, doch ist klar, daß die vorliegenden Erfindung nicht auf diese spezifischen Konstruktionen, welche beschrieben und dargestellt sind, beschränkt ist.


Anspruch[de]

1. Filteranordnung, umfassend:

ein Gehäuse (200) mit einem inneren Durchmesser und einer Einlaßöffnung (202) und einer Auslaßöffnung (204), welche einen Fluidfließweg hierdurch definieren;

ein Filterelement (300), welches ein Filter (302) mit einem Durchmesser, der geringer ist als der innere Durchmesser des Gehäuses (200), umfaßt, wobei das Filter (302) innerhalb des Gehäuses (200) in dem Fluidfließweg angeordnet ist; und

eine Hülse (400), welche zwischen dem Gehäuse (200) und dem Filter (302) angeordnet ist, wobei die Hülse (400) mindestens 80 % des Volumens zwischen dem Filter (302) und dem Gehäuse (200) einnimmt.

2. Filteranordnung nach Anspruch 1, worin die Hülse mindestens 90 % des Volumens zwischen dem Filter und dem Gehäuse einnimmt.

3. Filteranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin die Hülse so dimensioniert ist, daß sie im wesentlichen das gesamte Volumen zwischen dem Filter und dem Gehäuse einnimmt.

4. Filteranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin die Hülse ein Hohlraumvolumenverhältnis von maximal 20% aufweist.

5. Filteranordnung nach Anspruch 4, worin die Hülse ein Hohlraumvolumenverhältnis von maximal 10% aufweist.

6. Filteranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin die Hülse so ausgebildet ist, daß sie einen Druckabfall zwischen dem Einlaß und dem Filter von weniger als 10% des Druckabfalls über das Filter verursacht.

7a Filteranordnung nach Anspruch 6, worin die Hülse so ausgebildet ist, daß sie einen Druckabfall zwischen dem Einlaß und dem Filter von weniger als 5 % des Druckabfalls über das Filter verursacht.

8. Filteranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin die Hülse ein für das Fluid undurchdringliches Material umfaßt.

9. Filteranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin die Hülse ein metallisches Material umfaßt.

10. Filteranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin die Hülse ein polymeres Material umfaßt.

11. Filteranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin die Hülse eine oder mehrere Durchflußöffnungen aufweist, um Fluidfluß zu- oder von dem Filter wegzuleiten.

12. Filteranordnung nach Anspruch 11, worin die Gesamtfläche der einen oder mehreren Fließöffnungen die Fläche der Einlaß- oder der Auslaßöffnung um einen Faktor von mindestens 4 übersteigt.

13. Filteranordnung nach Anspruch 11, worin die Gesamtfläche der einen oder mehreren Durchflußöffnungen die Fläche der Einlaß- oder der Auslaßöffnungen um einen Faktor von mindestens ca. 10 übersteigt.

14. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin die Hülse eine oder mehrere Nuten (411) zum Verteilen des Fluidflusses rund um das Filter umfaßt.

15. Filteranordnung nach Anspruch 14, worin die Hülse eine oder mehrere Öffnungen (422) in der einen oder mehreren Nuten aufweist, um den Fluidfluß zu dem Filter hin oder von dem Filter wegzuleiten.

16. Filteranordnung nach Anspruch 15, worin die Gesamtfläche der einen oder mehreren Durchflußöffnungen die Fläche der Einlaß- oder der Auslaßöffnungen um einen Faktor von mindestens 4 übersteigen.

17. Filteranordnung nach Anspruch 15, worin die Gesamtfläche der einen oder mehreren Durchflußöffnungen die Fläche der Einlaß- oder der Auslaßöffnungen um einen Faktor von mindestens ca. 10 übersteigt.

18. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, worin eine oder mehrere Nuten an dem äußeren Umfang der Hülse angeordnet sind.

19. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, worin die Hülse eine zylindrische Gestalt aufweist mit einem inneren Durchmesser und einem äußeren Durchmesser, und worin die eine oder mehreren Nuten eine Tiefe aufweisen, welche einen Durchmesser definieren, der größer ist als der innere Durchmesser der Hülse und geringer als der Außendurchmesser der Hülse

20. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, welche ferner einen ringförmigen Durchtritt aufweist, der so angeordnet ist, daß er eine Fließverbindung zwischen der einen oder mehreren Nuten und dem Einlaß oder dem Auslaß des Gehäuses schafft.

21. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, worin die Hülse zwischen dem Einlaß und dem Filter angeordnet ist, wobei Fluid von dem Einlaß durch eine oder mehrere Nuten zu dem Filter fließt.

22. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, worin die eine oder mehreren Nuten in Sätzen angeordnet sind, wobei jeder der Sätze erste und zweite umfangsmäßig orientierte Wege (416, 418) und axialorientierte Wege (420) umfaßt, wobei die axialorientierten Wege an einer Kante der Hülse beginnen und sich von der Kante der Hülse durch den ersten umfangsmäßig angeordneten Weg zu dem zweiten umfangsmäßig angeordneten Weg erstrecken.

23. Filteranordnung nach Anspruch 22, worin die Kante der Hülse einen kegelförmigen Endbereich umfaßt und worin die axial angeordneten Wege von dem kegelförmigen Endbereich beginnen und sich von dort erstrecken.

24. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, worin die Hülse einen konischen Endbereich umfaßt.

25. Filteranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin das Filterelement eine erste Endabdeckung (304) umfaßt, die auf ein erstes Ende des Filters und der Hülse befestigt ist.

26. Filteranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin das Filterelement eine zweite Endabdeckung aufweist, welche zu einem zweiten Ende des Filters und der Hülse aufgebracht ist.

27. Filteranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin das Filter sich überlappende Falten umfaßt.

28. Filteranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin das Filter ein mikroporöses Filtermedium umfaßt.

29. Filteranordnung nach Anspruch 27, worin das mikroporöse Filtermedium eine polymere Membran umfaßt.

30. Filteranordnung nach Anspruch 27 oder 28, worin das Filter ferner ein polymeres Gitter umfaßt, welches auf mindestens einer, der Aufstromseite oder der Abstromseite, des mikroporösen Filtermediums angeordnet ist.







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