PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE60212097T2 30.11.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001372809
Titel VORRICHTUNG ZUM KONTINUIERLICHEN FILTRIEREN VON FLÜSSIGKEITEN MITTELS ULTRASCHALL MIT HOHER LEISTUNGSDICHTE
Anmelder Sodeva, Gresy sur Aix, FR
Erfinder DUBRUQUE, Dominique, F-73160 Vimines, FR;
VAXELAIRE, Philippe, F-73100 Aix les Bains, FR;
BOURSIER, Gilles, F-69110 Saint Foy Les Lyon, FR
Vertreter Samson & Partner, Patentanwälte, 80538 München
DE-Aktenzeichen 60212097
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 13.03.2002
EP-Aktenzeichen 027223437
WO-Anmeldetag 13.03.2002
PCT-Aktenzeichen PCT/FR02/00889
WO-Veröffentlichungsnummer 2002072229
WO-Veröffentlichungsdatum 19.09.2002
EP-Offenlegungsdatum 02.01.2004
EP date of grant 07.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.11.2006
IPC-Hauptklasse B01D 29/11(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B01D 29/86(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Filtrieren von Flüssigkeiten mittels Ultraschall hoher Leistungsdichte.

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Filtrieren von Flüssigkeiten mittels einer modularen röhrenförmigen Ultraschallbehandlungseinheit, die gleichzeitig als äußeres Gehäuse für ein zylindrisches Filterelement und als Ultraschallquelle hoher Leistungsdichte dient.

Eine derartige modulare Behandlungseinheit ist im Einzelnen in dem französischen Patent FR 2 671 737 oder in dem entsprechenden europäischen Patent EP 0 567 579 beschrieben.

Auf dem Gebiet der Filtrierung von Flüssigkeiten sind bereits etliche Vorrichtungen bekannt, die in einem Hohlraum für die Filtrierung, in dem eine Flüssigkeit strömt, Filtrierungselemente aufweisen, die die Flüssigkeit durchläuft und die die zu filtrierenden Partikel zurückhalten.

Außerdem sind Vorrichtungen zum Reinigen und Regenerieren von Filtrierungselementen durch wiederholtes Erzeugen eines Flüssigkeits-Gegenstroms bekannt, was eventuell gleichzeitig mit der Erzeugung von Ultraschallschwingungen in dem Hohlraum für die Filtrierung erfolgt. Diese Schwingungen können durch eine Ultraschallschwingungsquelle erzeugt werden, die an dem Hohlraum angebracht ist oder die in das Innere des Hohlraums ragt, so dass sie sich in der Nähe der Filtrierungselemente befindet.

Der Reinigungseffekt, den man mit Ultraschallschwingungen erzielt, geht auf den physikalischen Effekt der Kavitation in den Flüssigkeiten zurück, was dem Fachmann allgemein bekannt ist.

Außerdem sind Vorrichtungen zum Filtrieren bekannt, bei denen während des Filtrierungsprozesses kontinuierlich Ultraschallschwingungen erzeugt werden, die die Filtrierung unterstützen.

Beispielsweise ist es möglich, den Durchsatz von Teilchen mit einer Größe unterhalb der Maschenweite oder Poren der Filtrierungselemente mit Hilfe einer geraden zylindrischen Sonotrode zu erzwingen, wie sie üblicherweise im Labor verwendet werden, vorausgesetzt dass das Ende der Sonotrode ausreichend nahe an den besagten Elementen angeordnet ist, so dass die Amplitude der Schwingungen in der Flüssigkeit, die im Kontakt mit dem Filtrierungselement steht, groß genug ist.

Eine derartige Vorrichtung bleibt auf Laborbedingungen beschränkt bzw. auf sehr niedrige Durchflussraten und wird kaum für den Dauerbetrieb bei einem Herstellungsprozess Berücksichtigung finden, da die Sonotrode eine Geometrie aufweist, bei der die nutzbare Schwingungsoberfläche notwendigerweise zu klein ist.

Außerdem sind Vorrichtungen bekannt, bei denen Ultraschallschwingungen in einer Kammer erzeugt werden, in der sich die Filtrierungselemente befinden.

Im Allgemeinen ist diese Kammer mit den Elementen zum Erzeugen und/oder für die Ausbreitung der Schwingungen akustisch nicht verbunden, so dass die nutzbare akustische Leistung, die in Höhe der Filtrierungselemente übertragen wird, begrenzt ist und es nicht zulässt, dass eine homogene Verteilung dieser Leistung an den Filtrierungselementen erzielt wird.

In EP 0 904 820 wird eine derartige Vorrichtung für das kontinuierliche Filtrieren von Flüssigkeiten beschrieben, die ein Filtrierungselement umfasst, das in einem äußeren Gehäuse untergebracht ist und durch einen Ultraschallwandler in Ultraschallschwingungen versetzt wird.

Es gibt weitere Ultraschallschwingungsquellen, die in Flüssigkeiten eingetaucht werden können, wie zum Beispiel Tauchröhren.

Diese haben eine große nutzbare schwingende Oberfläche. Mit ihnen lässt sich jedoch nur eine beschränkte Leistungsdichte für die Kavitation erzeugen, die häufig nicht ausreicht (weniger als 1 W/cm2 der Filtrierungsoberfläche), um den Filtrierungsprozess wesentlich zu verbessern.

Wie im Fall des Filtrierungselements kann sie außerdem nur außerhalb der Ultraschallröhren angebracht werden, so dass sich bei diesem Aufbau der Nachteil ergibt, dass er demzufolge voluminös ist und die Verwendung von Filtern mit großem Durchmesser und einem externen röhrenförmigen Gehäuse notwendig macht.

Bis heute gibt es keine Vorrichtung zum Filtrieren von Flüssigkeiten, die die folgenden Bedingungen befriedigt:

  • – Umsetzen einer Ultraschallschwingung zum Verbessern der kontinuierlichen Filtrierung,
  • – Erzielen einer homogenen Verteilung der Ultraschallleistung für die Kavitation über die gesamte Filtrierungsoberfläche,
  • – Erzielen einer mittleren Ultraschallleistung an der Oberfläche, die deutlich größer als 2 Watt pro cm2 der Filtrierungsoberfläche ist,
  • – kompakter Aufbau,
  • – einsetzbar im industriellen Maßstab.

Dieser Erfindung lag die Aufgabe zu Grunde, genau diese oben genannten Bedingungen zu erfüllen.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Filtrieren von Flüssigkeiten mit einem Filtrierungselement innerhalb eines Gehäuses geschaffen, das durch einen Ultraschallwandler in Ultraschallschwingungen versetzt wird, die dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse ein röhrenförmiger metallischer Körper mit zylindrischer Innenfläche und kreisförmigem Querschnitt ist, der an seinen zwei Enden für den Einlass und den Auslass offen ist, wobei die Außenfläche des röhrenförmigen metallischen Körpers in der Nähe der Knotenzone einen mit der Röhre koaxialen und radial vorspringenden Kragen aufweist, wobei dieser Kragen an seinem Rand mit einem Ultraschallwandler ausgestattet ist, der radial vorspringt und dessen Frequenz der Schwingungsfrequenz des Kragens und der longitudinalen Schwingungsfrequenz des röhrenförmigen metallischen Körpers entspricht, wobei der röhrenförmige metallische Körper, der Kragen und der Ultraschallwandler zusammen eine modulare Einheit zur Ultraschallbehandlung bilden, wobei das zylindrische Filtrierungselement eine Oberfläche für die Filtrierung von wenigstens etwa 50 cm2 und vorzugsweise von etwa 80 cm2 mit einer Maschenweite von weniger als etwa 20 &mgr;m aufweist und in dem röhrenförmigen metallischen Körper in koaxialer Art und Weise zu letzterer zwischen dem Einlass- und Auslassende angeordnet ist, wobei die nominale Ultraschallleistungsdichte in dem röhrenförmigen metallischen Körper größer als etwa 2 Watt pro cm2 der Filtrierungsoberfläche beträgt.

Gemäß einer weiteren Eigenschaft der Erfindung ist die Länge des röhrenförmigen metallischen Körpers gleich einem ganzen Vielfachen der halben Wellenlänge der Ultraschallfrequenz von dem Wandler, wobei der Innen- und Außendurchmesser des Kragens so bestimmt wird, dass die Schwingungsfrequenz des Kragens bei der gleichen Ultraschallschwingungsfrequenz liegt wie die, die durch den Wandler erzeugt wird.

Gemäß einer weiteren Eigenschaft der vorliegenden Erfindung wird das zylindrische Filtrierungselement ausgewählt unter metallischen gewebten oder nicht gewebten, auf metallischen Trägern aufgebrachten Filtern, synthetischen gewebten oder nicht gewebten, auf metallischen Trägern aufgebrachten Filtern, metallischen mehrlagigen gesinterten Filtern und mineralischen oder metallischen selbsttragend gesinterten Filtern.

Gemäß einer besonderen Eigenschaft der Erfindung ist das filtrierende zylindrische Element mit dem röhrenförmigen metallischen Körper über Verbindungsteile verbunden, die derart aufgebaut sind, dass die zu filtrierende Flüssigkeit entweder von außen nach innen in das filtrierende Element strömt oder umgekehrt von innen aus dem filtrierenden Element nach außen in Bezug auf letzteres strömt.

Gemäß einer weiteren Abwandlung der Erfindung sind die Verbindungsteile zwischen dem röhrenförmigen metallischen Körper und dem filtrierenden zylindrischen Element wie auch der Kreis für die Umwälzung des Fluids, das behandelt werden soll, derart aufgebaut, dass die Filtrierung nach dem Prinzip der tangentialen Filtrierung abläuft.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Filtrieren, die in einem Umwälzkreis für die zu filtrierende Flüssigkeit integriert ist, wobei letztere es ermöglicht, den Druckunterschied zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Vorrichtung zu messen und diesen Druckunterschied einzustellen, indem der Durchsatz der Flüssigkeit in dem Kreis und/oder der Druckverlust unterhalb der Vorrichtung geregelt wird.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Filtrierungsvorrichtung gemäß der Erfindung, die in einem Umwälzungskreis für die zu filtrierende Flüssigkeit integriert ist, wobei letztere es ermöglicht, das Filtrierungselement wiederholt im Gegenstrom zu reinigen, wenn der bestehende Druckunterschied zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Filtrierungselements einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben einer Filtrierungsvorrichtung nach der obigen Beschreibung, bei dem die Intensität der Kavitation in der zu filtrierenden Flüssigkeit durch Einstellung der Ultraschallschwingungsleistung und/oder durch Wahl der Form eines Verstärkers zwischen dem Ultraschallstrahler und der Außenfläche des Kragens eingestellt wird, der in der Nähe der Knotenzone des röhrenförmigen metallischen Körpers radial vorspringt.

Ferner ermöglicht die Erfindung den Aufbau eines Ultraschallfilters, der als Hintereinanderschaltung oder Parallelschaltung von mehreren modularen Einheiten für die Ultraschallerzeugung gemäß der obigen Beschreibung aufgebaut ist, wobei ein zylindrisches Filtrierungselement verschlossen wird, so dass sich eine Kette von mehreren Filtern ergibt. Ein derartiger Ultraschallfilter kann mehrere Wandler umfassen, die parallel durch denselben Generator versorgt werden.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf zwei spezielle Ausführungsformen genauer beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, wobei 1 und 2 eine erste einfache Ausführungsform der Filtrierungsvorrichtung zeigen und 3 eine Ausführungsform für tangentiale Filtrierung zeigt. In den Figuren und in der folgenden Beschreibung sind entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In den 1 bis 3 ist die modulare Ultraschallbehandlungseinheit 12 oder der röhrenförmige Ultraschallreaktor 12 dargestellt. Der Aufbau besteht im Wesentlichen aus drei essentiellen, charakteristischen Elementen. Die modulare Einheit 12 umfasst zunächst einen röhrenförmigen metallischen Körper 11 mit einer Innenfläche 13, die zylindrisch ist und einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Der röhrenförmige metallische Körper 11 ist an beiden Enden, das heißt an seinem Einlassende 10 und an seinem Auslassende 15, offen. Die beiden Enden 10, 15 für Einlass und Auslass sind mit Einlass- und Auslassleitungen verbunden, die eventuell ihrerseits mit Umwälzpumpen verbunden sind. Dieser Teil des Aufbaus ist nicht dargestellt, wobei davon ausgegangen wird, dass Einrichtungen der üblichen Art verwendet werden, die dem Fachmann allgemein bekannt sind.

Die modulare Einheit 12 weist außerdem auf einer Außenoberfläche des röhrenförmigen metallischen Körpers 11 in der Nähe der Knotenzonen der letzteren, einen Kragen 17 auf, der koaxial mit der Röhre ist, wobei der Kragen in Bezug auf die freie Oberfläche des röhrenförmigen Körpers 11 radial nach außen vorspringt.

Schließlich umfasst die modulare Einheit 12 wenigstens einen Ultraschallwandler 19, der radial und fest mit dem Kragen 17 verbunden am Rand des letzteren angeordnet ist. Die Frequenz des Wandlers 19 ist gleich der Schwingungsfrequenz des Kragens 17 und der longitudinalen Schwingungsfrequenz des röhrenförmigen metallischen Körpers 11.

In der Praxis verwendet man als Ultraschallwandler 19 beispielsweise einen klassischen Wandler, beispielsweise von der Art eines piezoelektrischen Erregers. Er kann beispielsweise vom Typ "Langevin Triplet" sein, wie er in "High Intensity Ultrasonics" von B. Brown und J. E. Goodman beschrieben wird.

Bei der speziellen Ausführungsform nach den 1 bis 3 wird der koaxiale Kragen 17 direkt aus der Masse des röhrenförmigen metallischen Körpers 11 gefertigt. Bei dieser Herstellung ist der Kragen 17 mit der Außenfläche des röhrenförmigen Körpers 11 über Verbindungskehlen 21 verbunden. Der röhrenförmige metallische Körper 11 hat bei der beschriebenen Ausführungsform eine Länge, die der halben Wellenlänge der verwendeten Frequenz entspricht. Man beachte in dieser Beziehung, dass die Frequenz der Ultraschallschwingungen des Emitters oder des Wandlers 19 zwischen 5 und 100 kHz liegt. Bei dieser speziellen Ausführungsform ist die Länge des röhrenförmigen metallischen Körpers exakt gleich der halben Wellenlänge der Ultraschallfrequenz. Es ist im Rahmen der Erfindung jedoch auf jeden Fall möglich, auf ein röhrenförmiges metallisches Teil größerer Dimension zurückzugreifen, das sich beispielsweise auf einer oder beiden Seiten des koaxialen Kragens 17 über eine Länge erstreckt, die gleich einem Vielfachen der halben Wellenlänge der abgegebenen Frequenz ist, wobei die Verbindung dieses metallischen Teils mit der modularen Einheit 12 beispielsweise in Höhe der Bäuche der Längsamplituden (Belastungsknoten) mittels Gewinde, Einpressenden, Verschweißungen oder ähnlichem sowie auch Fertigung aus dem Vollen hergestellt werden kann.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die modulare Einheit 12 für die Ultraschallerzeugung ein SONITUBE 20 oder 35 kHz sein, der von der Firma SODEVA vertrieben wird.

Bei dem einfachen Filtrierungsaufbau nach den 1 und 2 sorgt eine nicht dargestellte Pumpe dafür, dass die Flüssigkeit, die gefiltert werden soll, in eines der Enden des modularen Ultraschallreaktors 12 eintritt. Die zu filtrierende Flüssigkeit tritt dann über das Teil 16 oder 18 in das Filtrierungselement 14 ein. Wenn das Eingangsteil das Teil 16 ist, wird die Flüssigkeit durch das Filtrierungselement 14 von innen nach außen filtriert, bevor sie über die in das Teil 18 gebohrten Löcher 20 austritt.

Der Druckgradient in der Vorrichtung kann eingestellt werden, indem der Durchsatz der nicht dargestellten Pumpe geregelt wird. Diese befindet sich oberhalb der Vorrichtung. Zusätzlich oder alternativ kann die Öffnung eines Ventils eingestellt werden, das sich unterhalb der Vorrichtung befindet. Druckmessfühler, die sich oberhalb und unterhalb der Vorrichtung befinden, können vorzugsweise die Vorrichtung ergänzen, wobei alles gegebenenfalls in einer industriellen Einheit installiert sein kann, die durch einen programmierbaren Automaten gesteuert wird.

Bei einer weiteren Variante des einfachen Filtrierungsaufbaus ist das Einlassteil in dem modularen Ultraschallreaktor 12 das Teil 18; bei dieser Variante tritt die zu filtrierende Flüssigkeit durch die in das Teil 18 gebohrten Löcher 20 in den modularen Ultraschallreaktor 12 ein und wird dann durch das Filtrierungselement 14 von außen nach innen filtriert, bevor sie über das Teil 16 ausströmt.

In einem Beispiel für den Aufbau für tangentiale Filtrierung, der in 3 dargestellt ist, haben die Sperreinrichtungen und Verbindungseinrichtungen 22 eine zusätzliche Bohrung, die eine doppelte Verbindung des röhrenförmigen Ultraschallreaktors 12 nach außen ermöglichen. Eine erste Verbindung erfolgt über die zentrale Bohrung 24 und stellt die Verbindung von innerhalb des Filtrierungselements 14 nach außen dar. Eine zweite Verbindung erfolgt über die zusätzliche Bohrung 26 und stellt die Verbindung von außerhalb in das Filtrierungselement 14 dar.

Bei diesem Aufbau tritt die zu filtrierende Flüssigkeit durch die in das Teil 28 gebohrten Löcher in den modularen Ultraschallreaktor 12 ein. Die Pfeile in 3 zeigen die Zirkulationswege der Flüssigkeit. Die Flüssigkeit teilt sich in zwei Teile auf: der erste Teil fließt durch und wird in dem Filtrierungselement 14 von außen nach innen filtriert, bevor er den modularen Ultraschallreaktor 12 über die zentrale Bohrung 24 in dem Teil 22 verlässt, während sich der zweite Teil der Flüssigkeit tangential an dem Filtrierungselement 14 vorbeibewegt, bevor er den Reaktor über die Zusatzbohrung 26 verlässt.

Zwei Ventile unterhalb der Vorrichtung, eines in dem Kreis mit der zentralen Bohrung 24, das andere in dem mit der Zusatzbohrung, ermöglichen die Einstellung des jeweiligen Durchflusses in jedem Kreis.

Vorzugsweise kann die vorliegende Erfindung, soweit sie in einem Flüssigkeitskreis eingesetzt wird, Gegenstand wiederholter Gegenstrom-Reinigungsvorgänge in dem Filtrierungselement sein, die vorzugsweise automatisch ausgelöst werden, sobald der Druckunterschied zwischen oberhalb und unterhalb des Filtrierungselements einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.

Als Folge des Vorangehenden wird erfindungsgemäß eine kontinuierliche Ultraschallschwingung erzeugt, um den Filtrierungsprozess zu verbessern. Damit wird es möglich, eine homogene Verteilung der Ultraschallleitung an der Filtrierungsoberfläche zu erreichen.

Ein erstes Beispiel für die Anwendung des Aufbaus, wie er in den 1 und 2 dargestellt ist, hat in der Praxis zufriedenstellende Ergebnisse geliefert.

Der röhrenförmige Ultraschallreaktor 12 ist ein SONITUBE 35 kHz, Standardausführung der Firma SODEVA, mit 225 mm Länge und 20 mm Innendurchmesser, der in vertikaler Position angeordnet wurde.

Das Filtrierungselement 14, das verwendet wurde, ist vom Typ Poremet 5 &mgr;m absolut; es hat einen Außendurchmesser von 12 mm und eine Länge von 225 mm.

Eine Lösung von Titankarbid in Wasser mit 15 Gew.-% in Form von Pulver, das kleiner als 2 &mgr;m ist, wurde gemäß der Erfindung filtriert, um die Rückstände von der Herstellung und die Agglomerate abzuschöpfen. Die Lösung wird mit einem Durchsatz von 10 Litern pro Minute aus einem geschüttelten Reservoir abgepumpt. Sie fließt durch einen röhrenförmigen Ultraschallreaktor 12 von unten nach oben und durch das Filtrierungselement 14 von innen nach außen.

Die granulometrische Analyse der Lösung zeigt, dass der Durchlauf größer als 99 Masse-% der festen Phase ist. Ohne Ultraschall nimmt jedoch der Druck stromaufwärts rapide zu, und die Flüssigkeit tritt nach etwa einer Minute nicht mehr durch das Filtrierungselement 14 hindurch. Der Filter ist verstopft.

Bei Ultraschall bleibt der Druck an jedem Punkt des Kreises konstant, der Druckabfall innerhalb des röhrenförmigen Ultraschallreaktors beträgt weniger als 100 mb. Nach Ablauf von 12 Minuten, das heißt 120 Litern Lösung oder 21 kg Karbidpulver, hat der Filter 3,6 Gramm an Partikeln zurückgehalten, ist aber nach wie vor porös.

In einem zweiten Beispiel ist der röhrenförmige Ultraschallreaktor ein SONITUBE 20 kHz in Standardausführung von SODEVA mit einer Länge von 370 mm und einem Innendurchmesser von 50 mm, angeordnet in vertikaler Position und montiert für tangentiale Filtrierung, wobei es Ventile unterhalb des Filtrierungselements ermöglichen, den Druckunterschied zwischen oberhalb und unterhalb des Filtrierungselements zu modulieren.

Das verwendete Filtrierungselement ist ein Filter Poremet 10 &mgr;m mit 40 mm Durchmesser und 30 mm Länge.

Eine Lösung von gemahlenem Silizium in Wasser mit 10 Masse-% in Form eines granulometrischen Pulvers zwischen 1 &mgr;m und 40 &mgr;m wird mit der Erfindung aufgeteilt, wobei der Grenzwert bei 10 &mgr;m liegt.

Die Lösung wird zunächst in dem unteren Teil des röhrenförmigen Ultraschallreaktors 12 ohne Filter entklumpt. Ein Teil der Flüssigkeit durchläuft das Filtrierungselement, wobei der größere Teil der Partikel kleiner als 10 &mgr;m ist, während ein kleinerer Teil der Flüssigkeit die anderen Partikel mitnimmt und außerhalb des Filtrierungselements zurücklässt, bevor er selbst den Reaktor verlässt. Im Betrieb stellt man fest, dass die Druckwerte bis zum Verbrauch von 50 Litern Lösung konstant bleiben.

Ein drittes Ausführungsbeispiel eines röhrenförmigen Ultraschallreaktors 12 vom Typ SONITUBE 35 kHz, Standardausführung der Firma SODEVA, mit 225 mm Länge und 20 mm Innendurchmesser wurde gemäß einer Ausführungsform, die in den 1 und 2 dargestellt ist, in horizontaler Position angeordnet.

Das Filtrierungselement 14 ist ein Filter Poremet 2 &mgr;m mit einem Durchmesser von 12 mm und einer Länge von 225 mm.

Es handelt sich darum, eine Lösung von Aluminiumpulver in Wasser mit 5 Masse%, die zum Polieren gedacht ist, zu filtrieren. Das Ziel besteht darin, Teilchen zu eliminieren, die größer als 2 &mgr;m sind.

Die Lösung wird mit einem Durchsatz von 5 Litern pro Minute gepumpt. Der Druckunterschied zwischen oberhalb und unterhalb des Filtrierungselements bleibt nach 20 Minuten unter 1 Bar, trotz der Bildung einer Widerstandsschicht von ungefähr 3 mm um das Filtrierungselement herum.

Ein einfacher Gegenstrombetrieb ohne Ultraschall ermöglicht es, den Widerstand zu beseitigen, indem das Filtrierungselement wiederhergestellt wird durch Beseitigung aller Partikel, die sich in den Poren des Filtrierungselements gefangen haben.


Anspruch[de]
Vorrichtung zum kontinuierlichen Filtrieren von Flüssigkeiten mit einem Filtrierungselement (14) innerhalb eines Gehäuses, das durch einen Ultraschallwandler (19) in Ultraschallschwingungen versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass

das Gehäuse ein röhrenförmiger metallischer Körper (11) mit zylindrischer Innenfläche (13) und kreisförmigem Querschnitt ist, der an seinen zwei Enden für den Einlass (10) und den Auslass (15) offen ist, wobei die Außenfläche des röhrenförmigen metallischen Körpers in der Nähe der Knotenzone einen mit der Röhre koaxialen und radial vorspringenden Kragen (17) aufweist, wobei dieser Kragen an seinem Rand mit einem Ultraschallwandler (19) ausgestattet ist, der radial vorspringt und dessen Frequenz der Schwingungsfrequenz des Kragens (17) und der longitudinalen Schwingungsfrequenz des röhrenförmigen metallischen Körpers (11) entspricht, wobei der röhrenförmige metallische Körper (11), der Kragen (17) und der Ultraschallwandler (19) zusammen eine modulare Einheit (12) zur Ultraschallbehandlung bilden,

wobei das zylindrische Filtrierungselement (14) eine Oberfläche für die Filtrierung von wenigstens etwa 50 cm2 und vorzugsweise von etwa 80 cm2 mit einer Maschenweite von weniger als etwa 20 &mgr;m aufweist und in dem röhrenförmigen metallischen Körper (11) in koaxialer Art und Weise zu letzterem zwischen dem Einlass- (10) und Auslassende (15) angeordnet ist,

wobei die nominale in den röhrenförmigen metallischen Körper abgegebene Ultraschallleistungsdichte größer als etwa 2 Watt pro cm2 der Filtrierungsoberfläche beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des röhrenförmigen metallischen Körpers (11) gleich einem ganzen Vielfachen der halben Wellenlänge der von dem Wandler erzeugten Ultraschallfrequenz ist, wobei der Innen- und Außendurchmesser des Kragens (17) so bestimmt wird, dass die Schwingungsfrequenz des Kragens bei der gleichen Ultraschallschwingungsfrequenz liegt wie die, die durch den Wandler (19) erzeugt wird: Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Filtrierungselement (14) ausgewählt wird unter metallischen gewebten oder nicht gewebten, auf metallischen Trägern aufgebrachten Filtern, synthetischen gewebten oder nicht gewebten, auf metallischen Trägern aufgebrachten Filtern, metallischen mehrlagigen gesinterten Filtern und mineralischen oder metallischen selbsttragend gesinterten Filtern. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das filtrierende zylindrische Element (14) mit dem röhrenförmigen metallischen Körper über Verbindungsteile verbunden ist, die derart aufgebaut sind, dass die zu filtrierende Flüssigkeit von außen nach innen in das filtrierende Element strömt. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das filtrierende zylindrische Element (14) mit dem röhrenförmigen metallischen Körper über Verbindungsteile verbunden ist, die so aufgebaut sind, dass die zu filtrierende Flüssigkeit von innen aus dem filtrierenden Element nach außen in Bezug auf letzteres strömt. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsteile zwischen dem röhrenförmigen metallischen Körper und dem filtrierenden zylindrischen Element wie auch der Kreis für die Umwälzung des Fluids, das behandelt werden soll, derart aufgebaut sind, dass die Filtrierung nach dem Prinzip der tangentialen Filtrierung abläuft. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Filtrieren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die in einem Umwälzkreis für die zu filtrierende Flüssigkeit integriert ist, wobei letztere es ermöglicht, den Druckunterschied zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Vorrichtung zu messen und diesen Druckunterschied einzustellen, indem der Durchsatz der Flüssigkeit in dem Kreis und/oder der Druckverlust unterhalb der Vorrichtung geregelt wird. Verfahren zum Betreiben einer Filtrierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die in einem Umwälzungskreis für die zu filtrierende Flüssigkeit integriert ist, wobei letztere es ermöglicht, das Filtrierungselement wiederholt im Gegenstrom zu reinigen, wenn der bestehende Druckunterschied zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Filtrierungselements einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Verfahren zum Betreiben einer Filtrierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität der Kavitation in der zu filtrierenden Flüssigkeit durch Einstellung der Ultraschallschwingungsleistung und/oder durch Wahl der Form eines Verstärkers zwischen dem Ultraschallstrahler und der Außenfläche des Kragens eingestellt wird, der in der Nähe der Knotenzone des röhrenförmigen metallischen Körpers radial vorspringt. Ultraschallfilter, dadurch gekennzeichnet, dass er als Hintereinanderschaltung oder Parallelschaltung von mehreren modularen Einheiten für die Ultraschallerzeugung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 aufgebaut ist, wobei ein zylindrisches Filtrierungselement verschlossen wird, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, so dass sich eine Kette von mehreren Filtern ergibt. Ultraschallfilter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass er mehrere Wandler umfasst, die parallel durch denselben Generator versorgt werden.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com