DE102019208728A1

DE102019208728A1 - Entölungseinrichtung mit Entölungsfilter

Info

Publication number: DE102019208728A1
Application number: DE102019208728.0A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Wierling
Original assignee: Filtration Group GmbH
Current assignee: Filtration Group GmbH
Priority date: 2019-06-14
Filing date: 2019-06-14
Publication date: 2020-12-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Entölungsfilter (6) zum Abscheiden von Öl aus Wasser, wobei das Entölungsfilter (6) einen hohlzylindrischen Filterkörper (16) aufweist, der radial von Wasser durchströmbar ist.Eine besonders effiziente Ölabscheidung lässt sich realisieren, wenn der Filterkörper (16) eine zylindrisch angeordnete äußere Filterschicht (20) mit Mineralwolle (22) und eine zylindrisch angeordnete innere Filterschicht (21) mit einem mehrlagigen Filtermaterial (23) aufweist, die radial innerhalb der äußeren Filterschicht (20) angeordnet ist, und wenn das mehrlagige Filtermaterial (23) der inneren Filterschicht (21) eine innenliegende Vorfilterlage (24) und eine außenliegende Hauptfilterlage (25) aufweist, wobei eine Porengröße in der Hauptfilterlage (25) kleiner ist als in der Vorfilterlage (24).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Entölungsfilter zum Abscheiden von Öl aus Wasser. Die Erfindung betrifft außerdem eine Entölungseinrichtung zum Abscheiden von Öl aus Wasser, die mit einem derartigen Entölungsfilter ausgestattet ist.
In einer Vielzahl industrieller Anwendungen kann Wasser mit einer öligen Substanz verunreinigt werden, so dass es zur Entsorgung des Wassers erforderlich ist, die ölhaltige Substanz aus dem Wasser abzuscheiden. Von besonderem Interesse sind dabei maritime Anwendungen, bei denen das Wasser in einen See, einen Fluss oder ein Meer entsorgt werden soll. Insbesondere beschäftigt sich die vorliegende Erfindung mit der Abscheidung von ölhaltigen Substanzen, wie zum Beispiel Schmieröl, Heizöl und öligem Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff bzw. Dieselöl, aus Bilgewasser eines Schiffs. Insoweit betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Bilgewasseraufbereitungsanlage bzw. eine Bilgewasserentöl ungseinrichtung.
Die Entölung von Wasser, also das Abscheiden von Öl aus Wasser kann innerhalb der Entölungseinrichtung in einer einzigen Entölungsstufe oder bevorzugt in mehreren Entölungsstufen erfolgen. Eine solche Entölungsstufe kann mit Hilfe eines Entölungsfilters arbeiten, das hierbei von dem mit Öl verunreinigten Wasser durchströmt wird. Hierzu besitzt das Entölungsfilter einen Filterkörper, der vom Wasser durchströmbar ist und der bei seiner Durchströmung eine Abscheidewirkung für das im Wasser enthaltene Öl zeigt. Das Öl-Wasser-Gemisch kann als Emulsion oder Dispersion vorliegen. Die Durchströmung des Entölungsfilters kann bei einem als Separator ausgestalteten bzw. als Separator arbeitenden Entölungsfilter diese Emulsion bzw. Dispersion in die separaten Bestandteile Öl und Wasser mehr oder weniger auftrennen, so dass stromab des Entölungsfilters in der Strömung aufgrund der unterschiedlichen Dichte von Öl und Wasser eine Separierung erfolgt, beispielsweise in einer Beruhigungsstrecke, welche die Trennung von Öl und Wasser vereinfacht. Ebenso ist möglich, dass bei einem als Coalescer ausgestalteten bzw. als Coalescer arbeitenden Entölungsfilter der Filterkörper eine Sorptionswirkung für das Öl besitzt und im Filterkörper zurückbehält und ansammelt, so dass es je nach Aufbau der Entölungseinrichtung möglich ist, das Öl direkt vom Entölungsfilter abzuführen.
Üblicherweise bewirkt das Entölungsfilter einer Entölungshauptstufe ein Zurückhalten des Öls im Filterkörper und ermöglicht ein Abführen des Öls im Bereich des Entölungsfilters. Diese Rückhaltewirkung beruht dabei üblicherweise auf Adsorption oder Absorption oder Adhäsion oder einer beliebigen Kombination daraus. Im Unterschied dazu wird bei einem Entölungsfilter einer Entölungsvorstufe, das auch als Entölungsvorfilter bezeichnet werden kann und das innerhalb einer Entölungseinrichtung optional zusätzlich und stromauf des Entölungsfilters zur Anwendung kommen kann, üblicherweise eine Auftrennung von Öl und Wasser innerhalb der Emulsion bzw. Dispersion erreicht, so dass sich Öl und Wasser stromab des Entölungsvorfilters aufgrund der unterschiedlichen Dichte schwerkraftbedingt separieren und dementsprechend vereinfacht separat abführen lassen.
Als besonders vorteilhaft haben sich in der Praxis Entölungsfilter herausgestellt, die einen hohlzylindrischen Filterkörper aufweisen, der vom zu reinigenden Wasser radial durchströmbar ist. Das Entölungsfilter kann ferner zwei Endscheiben besitzen, die jeweils an einer axialen Stirnseite des hohlzylindrischen Filterkörpers angeordnet sind. Die Axialrichtung wird dabei durch die Längsmittelachse des hohlzylindrischen Filterkörpers definiert. Zur Realisierung des Filterkörpers stehen grundsätzlich unterschiedliche Filtermaterialien zur Verfügung. Weit verbreitet sind Ausführungsformen, bei denen ein gefaltetes Bahnenmaterial zur Realisierung des Filterkörpers verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Entölungsfilter der vorstehend beschriebenen Art bzw. für eine damit ausgestattete Entölungseinrichtung eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine hohe Abscheidewirkung bei kompakter und preiswerter Bauform auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Filterkörper mehrstufig aufzubauen, derart, dass er mehrere Filterstufen aufweist, die im Betrieb des Entölungsfilters von dem zu entölenden Wasser nacheinander durchströmt werden. Dabei geht die Erfindung von einem Entölungsfilter aus, der einen hohlzylindrischen Filterkörper aufweist, der radial von Wasser durchströmbar ist. Dieser Filterkörper weist nun eine zylindrisch angeordnete äußere Filterschicht mit Mineralwolle und eine zylindrisch angeordnete innere Filterschicht mit einem mehrlagigen Filtermaterial auf, wobei die innere Filterschicht radial innerhalb der äußeren Filterschicht angeordnet ist. Das mehrlagige Filtermaterial der inneren Filterschicht weist eine von der äußeren Filterschicht abgewandte, innenliegende Vorfilterlage und eine der äußeren Filterschicht zugewandte, außenliegende Hauptfilterlage auf. Von entscheidender Bedeutung ist dabei, dass eine Porengröße in der Hauptfilterlage kleiner ist als in der Vorfilterlage. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass durch den vorgeschlagenen mehrstufigen Aufbau des Filterkörpers eine besonders effiziente Abscheidewirkung für ölhaltige Verunreinigungen aus Wasser realisierbar ist. Die vom Wasser zuerst durchströmte Vorfilterlage ermöglicht eine Abscheidung von vergleichsweise groben Verunreinigungen. Die nachfolgend durchströmte Hauptfilterlage ermöglicht aufgrund ihrer kleineren Porengröße die Abscheidung kleiner Verunreinigungen. Die nachfolgend durchströmte äußere Filterschicht ermöglicht in der Mineralwolle die Abscheidung kleinster Verunreinigungen. Die Abstimmung der einzelnen Filterstufen aufeinander und insbesondere die hier vorgesehene Reihenfolge ermöglichen eine besonders effiziente Abscheidewirkung für die ölhaltigen Verunreinigungen aus Wasser.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Porengröße in der Vorfilterlage mindestens fünf Mal größer sein als in der Hauptfilterlage. Mit anderen Worten, die Porengröße in der Hauptfilterlage ist mindestens fünf Mal kleiner als in der Vorfilterlage. Hierdurch wird erreicht, dass ein Großteil der Verunreinigungen bereits in der Vorfilterlage abgeschieden werden kann, so dass die Hauptfilterlage vor den vergleichsweise groben Verunreinigungen, die in der Vorfilterlage abgefangen werden, geschützt werden kann. So kann die Hauptfilterlage besser und effizienter ihre Filterwirkung für die kleineren Verunreinigungen entfalten.
Beispielsweise kann die Vorfilterlage eine Porengröße im Bereich von 60-120 µm aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Hauptfilterlage eine Porengröße im Bereich von 6-14 µm aufweist. Insbesondere kann die Porengröße der Vorfilterlage kleiner als 100 µm sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Porengröße der Hauptfilterlage kleiner als 10 µm sein.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform schlägt vor, dass die Vorfilterlage als Hauptbestandteil Zellulosefasern aufweist. Diese Zellulosefasern können beispielsweise ein Vlies bilden. Zusätzlich oder alternativ kann die Hauptfilterlage als Hauptbestandteil Glasfasern aufweisen. Glasfasern lassen sich mit deutlich kleineren Faserstärken realisieren als Zellulosefasern. Der Hauptbestandteil liegt in der jeweiligen Filterlage zu mehr als 75%, vorzugsweise zu mehr als 85% und insbesondere zu mehr als 90% oder zu mehr als 95% vor, jeweils bezogen auf das Volumen.
Optional kann die Vorfilterlage ein Harz, wie zum Beispiel Phenolharz, aufweisen, um die Zellulosefasern aneinander zu fixieren. Zusätzlich oder alternativ kann die Hauptfilterlage eine Sandwichstruktur aufweisen, in der ein durch die Glasfasern gebildeter Kern beidseitig jeweils durch eine Schutzschicht aus Kunststoff, wie zum Beispiel Polyethylenterephthalat (PET), kaschiert ist. Durch diese Sandwichstruktur werden die Glasfasern zwischen den beiden Schutzschichten zusammengehalten.
Besonders zweckmäßig ist eine Ausführungsform, bei welcher die Mineralwolle der äußeren Filterschicht mit einem Harz formstabilisiert ist, so dass sie einen Formkörper bildet. Dieser Formkörper kann einteilig oder mehrteilig ausgestaltet sein. Mit anderen Worten, der Filterkörper umfasst in der äußeren Filterschicht einen oder mehrere formstabile Formkörper, die aus einer Mineralwolle hergestellt sind, die dabei mit Hilfe eines Harzes formstabilisiert ist. Der jeweilige Formkörper ist dabei monolithisch ausgestaltet, besitzt also eine kontinuierliche, zusammenhängende Struktur und repräsentiert dadurch ein einziges Bauteil, das nicht aus mehreren Einzelteilen zusammengebaut ist. Die mit Hilfe des Harzes formstabilisierte Mineralwolle bildet den jeweiligen formstabilen Formkörper bereits mit der gewünschten Geometrie, so dass der Formkörper den Hohlzylinder der äußeren Filterschicht bildet. Der jeweilige Formkörper kann dabei einen Abschnitt der hohlzylindrischen äußeren Filterschicht bezüglich der Axialrichtung und/oder bezüglich der Umfangsrichtung bilden, erstreckt sich jedoch bevorzugt über die gesamte radiale Wandstärke der äußeren Filterschicht. Somit unterscheidet sich der jeweilige Formkörper wesentlich von einem flexiblen Bahnmaterial, das spiralförmig gewickelt werden kann, um einen konventionellen Filterkörper bzw. eine konventionelle Filterschicht zu bilden. Es hat sich gezeigt, dass eine Filterschicht, die mit Hilfe wenigstens eines derartigen Formkörpers aus mit Harz stabilisierter Mineralwolle gebildet ist, eine besonders effektive Abscheidewirkung für das Öl aus dem Wasser realisierbar ist.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann das Harz zur Formstabilisierung der Mineralwolle Phenol und Formaldehyd aufweisen. Mit anderen Worten, das besagte Harz wird auf einer Basis aus Phenol und Formaldehyd hergestellt. Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung eines derartigen Harzes eine besonders hohe Langlebigkeit für den formstabilen Formkörper begünstigt.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die Mineralwolle durch Steinwolle gebildet ist. Die Verwendung von Steinwolle zur Realisierung der mit Harz formstabilisierten Formkörper hat sich als besonders effizient für die Abscheidung von Öl aus Wasser herausgestellt.
Des Weiteren wird eine Ausführungsform bevorzugt, bei welcher der jeweilige Formkörper eine Dichte im Bereich von 0,05 bis 1,5 kg/dm³ aufweist. Besonders vorteilhaft ist dabei ein Dichtebereich von 0,8 bis 1,2 kg/dm³. Innerhalb dieses Dichtebereichs, insbesondere im bevorzugten Dichtebereich, ergibt sich eine besonders effiziente Abscheidewirkung für das Öl aus dem Wasser.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Filterkörper außerdem eine zylindrische Zarge aufweisen, die radial zwischen der äußeren Schicht und der inneren Schicht angeordnet ist. Die zylindrische Zarge kann eine Gitterstruktur aufweisen. Sie kann grundsätzlich aus einem Kunststoff hergestellt sein. Je nach den vorherrschenden Druckverhältnissen kann die Zarge jedoch auch aus einem Metall hergestellt sein. Bei einer vorgesehenen Durchströmungsrichtung des Filterkörpers von radial innen nach radial außen ist vorgesehen, dass sich die innere Filterschicht radial an der Zarge abstützt. Dies kann unmittelbar erfolgen. Zur Vermeidung einer Beschädigung der inneren Filterschicht durch Relativbewegungen an der Zarge kann radial zwischen der inneren Filterschicht und der Zarge noch eine geeignete Schutzschicht vorgesehen sein. Es ist klar, dass auch diese Schutzschicht ebenso wie die Zarge von der zu reinigenden Flüssigkeit durchströmbar ist. Die Zarge kann insbesondere als Lochblech ausgestaltet sein.
Zweckmäßig kann das Entölungsfilter außerdem zwei Endscheiben aufweisen, die jeweils an einer axialen Stirnseite des Filterkörpers angeordnet sind und jeweils mit der äußeren Filterschicht und mit der inneren Filterschicht fest verbunden sind. Sofern die vorstehend genannte Zarge vorhanden ist, können die Endscheiben grundsätzlich auch mit dieser Zarge fest verbunden sein. Die Endscheiben bilden eine axiale Abdichtung des Filterkörpers und vereinfachen die Einbindung des Entölungsfilters in ein geeignetes Filtergehäuse einer Entölungseinrichtung.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann das Entölungsfilter außerdem einen Vorspannmantel aufweisen, der radial außen mit radialer Vorspannung am Filterkörper anliegt. Der Vorspannmantel besteht aus einem elastisch verformbaren Material, das zum Aufziehen auf den Filterkörper elastisch aufgeweitet werden muss, wodurch eine radial nach innen gerichtete Vorspannung entsteht. Insbesondere kann der Vorspannmantel als Schrumpfmantel ausgestaltet sein, der radial außen auf den Filterkörper, vorzugsweise thermisch, aufgeschrumpft ist und vorgespannt daran anliegt. Der Vorspannmantel bzw. der Schrumpfmantel besteht dabei aus einem Material, das ebenfalls vom Wasser durchströmbar ist. Der Vorspannmantel bzw. der Schrumpfmantel kann zur Stabilisierung der äußeren Filterschicht des Filterkörpers dienen. Insbesondere bei Ausführungsformen, bei denen mehrere Formkörper aus Mineralwolle verwendet werden, um die äußere Filterschicht zu bilden, kann der Vorspannmantel bzw. der Schrumpfmantel dazu dienen, die einzelnen Formkörper relativ zueinander zu fixieren. Mit anderen Worten, der jeweilige Mantel bewirkt eine Lagefixierung der separaten Formkörper innerhalb der äußeren Filterschicht.
Die vorstehend genannten Endscheiben können auf geeignete Weise mit der jeweiligen daran angrenzenden Filterschicht fest und dicht verbunden sein. Denkbar ist beispielsweise eine Klebeverbindung. Eine solche Klebeverbindung kommt bevorzugt dann zum Einsatz, wenn die jeweilige Endscheibe als Schale ausgestaltet ist, vorzugsweise aus Metall, in welche der Filterkörper bzw. die Filterschichten axial stirnseitig eingesetzt sind. Ebenso ist denkbar, die Endscheiben, wenn sie aus einem Kunststoff bestehen, durch eine Plastifizierung mit der jeweiligen Filterschicht bzw. mit dem Filterkörper fest zu verbinden. Beim Plastifizieren wird der Kunststoff der Endscheiben durch eine thermische Behandlung so weit verflüssigt, dass die jeweilige Filterschicht in den Kunststoff der jeweiligen Endscheibe eingebettet werden kann ohne dabei selbst zu schmelzen. Ebenso ist denkbar, die Endscheiben aus Kunststoff an die jeweilige Filterschicht anzuschäumen bzw. anzuspritzen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die innere Filterschicht sternförmig gefaltet sein, um auf diese Weise die durchströmte Oberfläche der inneren Filterschicht signifikant zu vergrößern. Zweckmäßig können dabei Endfalten, die in der Umfangsrichtung aneinandergrenzen, durch eine Längsnahtverklebung aneinander befestigt sein. Hierdurch wird die gefaltete, ringförmige innere Filterschicht in der Umfangsrichtung dicht verschlossen. Eine besonders hohe Druckstabilität kann dadurch erreicht werden, dass die Längsnahtverklebung so ausgeführt wird, dass die Klebstoffmasse die an die jeweilige Endfalte über einen Falz unmittelbar angrenzende vorletzte Falte benetzt und die freien Endkanten der Endfalten radial abdeckt. Außerdem füllt der Klebstoff die jeweilige Tasche aus, die zwischen der jeweiligen Endfalte und der daran angrenzenden vorletzten Falte ausgebildet ist. Hierdurch werden die aneinander anliegenden Endfalten an der der äußeren Filterschicht zugewandten Außenseite der inneren Filterschicht an drei Seiten eingefasst. Hierdurch wird eine besonders hohe Druckbeständigkeit und Dichtigkeit realisiert.
Eine erfindungsgemäße Entölungseinrichtung zum Abscheiden von Öl aus Wasser umfasst ein Filtergehäuse und ein Entölungsfilter der vorstehend beschriebenen Art, das im Filtergehäuse angeordnet ist. Des Weiteren kann die Entölungseinrichtung zweckmäßig mit einem Rohwassereinlass, durch den mit Öl verunreinigtes Wasser zuführbar ist, und mit einem Reinwasserauslass ausgestattet sein, durch den von Öl befreites Wasser abführbar ist. Ferner kann zweckmäßig ein Ölauslass vorgesehen sein, durch den aus dem Wasser abgeschiedenes Öl abführbar ist. Der im Filtergehäuse angeordnete Entölungsfilter trennt im Filtergehäuse zweckmäßig einen mit dem Rohwassereinlass fluidisch verbundenen Rohraum von einem mit dem Reinwasserauslass fluidisch verbundenen Reinraum. Der Ölauslass führt das abgeschiedene Öl zweckmäßig auf der Rohseite, also aus dem Rohraum ab.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Entölungseinrichtung außerdem ein bezüglich der Wasserströmung stromauf des Entölungsfilters angeordnetes Entölungsvorfilter aufweisen. Das Entölungsvorfilter kann einen vollzylindrischen Vorfilterkörper aufweisen, der axial durchströmbar ist. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher der Vorfilterkörper durch ein spiralförmig aufgewickeltes Bahnmaterial gebildet ist. Mit Hilfe eines derartigen Entölungsvorfilters lässt sich die Emulsion bzw. Dispersion aus Öl in Wasser bei der Durchströmung des Entölungsvorfilters so weit auftrennen, dass sich stromab des Entölungsvorfilters, insbesondere in einer Beruhigungszone mit reduzierter Strömungsgeschwindigkeit, eine schwerkraftbedingte Separation von Öl und Wasser aufgrund der unterschiedlichen Dichten einstellt. Insoweit lässt sich mit Hilfe eines derartigen Entölungsvorfilters eine effiziente Vorabscheidung von Öl realisieren, so dass im nachgeordneten Entölungsfilter, das quasi als Entölungshauptfilter dient, kleine und kleinste Ölpartikel aus dem Wasser abgeschieden werden können.
Die Verwendung eines spiralförmig aufgewickelten Bahnmaterials zur Realisierung des vollzylindrischen Vorfilterkörpers hat sich dabei als besonders preiswert herausgestellt.
Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann das aufgewickelte Bahnmaterial im Vorfilterkörper radial komprimiert sein. Hierdurch wird die Struktur des Bahnmaterials innerhalb des Vorfilterkörpers verdichtet, was die Separationswirkung bzw. Abscheidewirkung des Entölungsvorfilters verbessert.
Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausgestaltung, bei welcher das aufgewickelte Bahnmaterial im Vorfilterkörper um mindestens 3 %, insbesondere um mindestens 5 %, komprimiert ist. Denkbar ist auch eine Kompression von mehr als 10 %. Bevorzugt ist die Kompression jedoch geringer als 20 %. Diese Kompression ist dabei im Vergleich zum nicht komprimierten Ausgangszustand des Bahnmaterials zu verstehen.
Besonders vorteilhaft hat sich dabei eine Ausführungsform herausgestellt, bei der das Bahnmaterial durch ein dreidimensionales Wirrgelege aus Kunststoff gebildet ist. Ein derartiges dreidimensionales Wirrgelege ist beispielsweise aus der DE 100 61 839 B4 bekannt. Es hat sich gezeigt, dass ein Entölungsvorfilter, dessen Vorfilterkörper mithilfe des Wirrgeleges hergestellt ist, eine besonders effiziente Vorabscheidung für das Öl ermöglicht. Außerdem lässt sich ein derartiges Wirrgelege preiswert beschaffen, so dass das Entölungsvorfilter preiswert herstellbar ist.
Zusätzlich oder alternativ kann das Bahnmaterial durch ein ungerichtetes Fadengelege aus Kunststoff gebildet sein. Je nach Konfiguration kann ein derartiges Fadengelege einem Wirrgelege entsprechen. Insbesondere können dann die Begriffe „Wirrgelege“ und „ungerichtetes Fadengelege“ Synonyme sein. Beim Fadengelege bzw. beim Wirrgelege wird zumindest ein Kunststofffaden flächig, also zweidimensional und übereinander, also dreidimensional, verlegt. An den Kontaktstellen erfolgt eine feste Verbindung, in der Regel durch Fusion. Zweckmäßig wird gleichzeitig eine Vielzahl von Kunststofffäden gelegt, wodurch sich das Bahnmaterial besonders preiswert herstellen lässt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Bahnmaterial, insbesondere das Wirrgelege bzw. das Fadengelege, aus Polypropylen hergestellt sein.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,

1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Entölungseinrichtung,
2 ein vereinfachter Querschnitt eines Entölungsfilters der Entölungseinrichtung,
3 ein vergrößertes Detail III des Entölungsfilters aus dem Querschnitt der 2,
4 ein vereinfachter Querschnitt eines Entölungsvorfilters der Entölungseinrichtung,
5 ein vereinfachter Längsschnitt des Entölungsvorfilters, und
6 eine Draufsicht auf einen Abschnitt eines Bahnmaterials zur Bildung des Entölungsvorfilters.

Entsprechend 1 umfasst eine Entölungseinrichtung 1, die zum Abscheiden von Öl aus Wasser dient, ein Filtergehäuse 2, einen Rohwassereinlass 3, einen Reinwasserauslass 4 und zumindest einen Ölauslass 5. Außerdem ist ein Entölungsfilter 6 vorgesehen, das im Filtergehäuse 2 angeordnet ist. Der Rohwassereinlass 3 ermöglicht eine Zuführung von Wasser, das mit Öl verunreinigt ist. Der Reinwasserauslass 4 ermöglicht ein Abführen von Wasser, das mehr oder weniger von Öl befreit ist. Der Ölauslass 5 ermöglicht ein Abführen von Öl, das aus dem Wasser abgeschieden ist. Das Entölungsfilter 6 trennt im Filtergehäuse 2 einen Rohraum 7, der mit dem Rohwassereinlass 3 fluidisch verbunden ist, von einem Reinraum 8, der mit dem Reinwasserauslass 4 fluidisch verbunden ist. Zweckmäßig ist der Ölauslass 5 an den Rohraum 7 angeschlossen.
Im gezeigten Beispiel der 1 ist die Entölungseinrichtung 1 außerdem mit einem Entölungsvorfilter 9 ausgestattet, das in einem Vorfiltergehäuse 10 untergebracht ist. Bezüglich der Wasserströmung, die in 1 durch Pfeile angedeutet ist, ist das Entölungsvorfilter 9 stromauf des Entölungsfilters 6 angeordnet. Dieses Entölungsvorfilter 9 trennt im Vorfiltergehäuse 10 einen weiteren Rohraum 11, der mit dem Rohwassereinlass 3 fluidisch verbunden ist, von einem weiteren Reinraum 12, der mit dem Reinwasserauslass 4 fluidisch verbunden ist. Des Weiteren ist ein weiterer Ölauslass 13 vorgesehen, der an eine Beruhigungsstrecke 14 angeschlossen ist, die sich zwischen dem Vorfiltergehäuse 10 und dem Filtergehäuse 2 erstreckt. Im Entölungsvorfilter 9, das nach Art eines Separators arbeitet, erfolgt eine Auftrennung der Öl-Wasser-Emulsion bzw. Öl-Wasser-Dispersion, zumindest teilweise, derart, dass in der nachfolgenden Beruhigungsstrecke 14 aufgrund der unterschiedlichen Dichte von Öl und Wasser schwerkraftbedingt eine Separation von Öl und Wasser stattfinden kann. Innerhalb der Beruhigungsstrecke 14 ist in 1 eine Separationslinie 15 mit unterbrochener Linie angedeutet. Oberhalb davon befindet sich das Öl. Unterhalb davon befindet sich das vorgereinigte Wasser, das jedoch noch immer mit Öl verunreinigt ist. Im nachfolgenden Entölungsfilter 6 folgt ein Abscheiden des restlichen Öls bis zu einem gewünschten Abscheidegrad, wobei das abgeschiedene Öl im Entölungsfilter 6 angesammelt und davon über den Ölauslass 5 abführbar ist. Das Entölungsfilter 6 wirkt dabei nach Art eines Coalescers, so dass das mit dem Entölungsfilter 6 in Kontakt kommende Öl daran anhaftet, zu größeren Tropfen koaliert und letztlich abführbar ist.
Entsprechend 2 umfasst das Entölungsfilter 6 einen hohlzylindrischen Filterkörper 16, der radial von Wasser durchströmbar ist, und zwar vorzugsweise von radial innen nach radial außen. Eine entsprechende Durchströmung ist dabei durch einen Pfeil angedeutet und mit 17 bezeichnet. Die Radialrichtung verläuft dabei senkrecht zu einer Axialrichtung, die parallel zu einer Längsmittelachse 18 des Filterkörpers 16 verläuft, die in 2 senkrecht auf der Zeichnungsebene steht. Außerdem ist in 2 eine Umfangsrichtung 19 durch einen Doppelpfeil angedeutet, die um die Längsmittelachse 18 umläuft.
Der Filterkörper 16 weist eine zylindrisch angeordnete äußere Filterschicht 20 und eine zylindrisch angeordnete innere Filterschicht 21 auf, die radial innerhalb der äußeren Filterschicht 20 angeordnet ist. Im Betrieb ist das Entölungsfilter 6 bevorzugt von radial innen nach radial außen durchströmt, so dass die innere Filterschicht 21 vor der äußeren Filterschicht 20 durchströmt wird. Die äußere Filterschicht 20 ist mit Mineralwolle 22 gebildet, die innere Filterschicht 21 ist mit einem mehrlagigen Filtermaterial 23 gebildet.
Entsprechend 3 umfasst das mehrlagige Filtermaterial 23 der inneren Filterschicht 21 eine innenliegende Vorfilterlage 24, die von der äußeren Filterschicht 20 abgewandt ist, und eine außenliegende Hauptfilterlage 25, die der äußeren Filterschicht 20 zugewandt ist. Vorfilterlage 24 und Hauptfilterlage 25 unterscheiden sich durch ihre Porengröße, wobei die Porengröße in der Hauptfilterlage 25 kleiner ist als in der Vorfilterlage 24. Beispielsweise ist die Porengröße in der Vorfilterlage 24 mindestens fünf Mal größer als in der Hauptfilterlage 25. Beispielsweise kann die Vorfilterlage 24 eine Porengröße im Bereich von 60-120 µm aufweisen. Bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform, bei der die Vorfilterlage eine Porengröße von 90 ± 15 µm aufweist. Zweckmäßig kann die Hauptfilterlage 25 eine Porengröße im Bereich von 6-14 µm aufweisen. Bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform, bei der die Hauptfilterlage eine Porengröße von 10 ± 2 µm aufweist.
Die Vorfilterlage 24 kann als Zellulosematerial ausgestaltet sein und dementsprechend als Hauptbestandteil Zellulosefasern aufweisen, die insbesondere mit einem Harz, wie zum Beispiel Phenolharz, fixiert bzw. stabilisiert sein können. Insbesondere kann die Vorfilterlage 24 durch ein Zellulosevlies gebildet sein. Zweckmäßig kann die Hauptfilterlage 25 als Glasfasermaterial ausgestaltet sein und dementsprechend als Hauptbestandteil Glasfasern aufweisen. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform, bei der die Hauptfilterlage eine Sandwichstruktur aufweist, die einen durch die Glasfasern gebildeten Kern sowie zwei Schutzschichten aus Kunststoff aufweist, die den Kern aus Glasfasern beidseitig kaschieren. Der Kunststoff für die Schutzschichten kann beispielsweise PET sein, also Polyethylenterephthalat. Innerhalb der Sandwichstruktur können die Schutzschichten die Glasfasern des Kerns positionieren und fixieren.
Die Mineralwolle 22 der äußeren Filterschicht 20 kann mit einem Harz formstabilisiert sein, derart, dass die mit Harz formstabilisierte Mineralwolle 22 zumindest einen Formkörper 26 bildet. Dabei kann vorgesehen sein, dass die gesamte äußere Filterschicht 20 durch einen einzigen solchen Formkörper 26 gebildet ist. Ebenso können mehrere derartige Formkörper 26 vorgesehen sein, die zusammengesetzt die äußere Filterschicht 20 bilden. Beispielsweise können mehrere Formkörper 26 axial aneinander anliegen, um die äußere Filterschicht 20 zu bilden. Das Harz zur Formstabilisierung der Mineralwolle 22 kann durch eine Mischung aus Phenol und Formaldehyd gebildet sein. Die Mineralwolle 22 ist bevorzugt durch Steinwolle gebildet.
Gemäß den 2 und 3 kann der Filterkörper 16 außerdem eine zylindrische Zarge 27 aufweisen, die radial zwischen der äußeren Filterschicht 20 und der inneren Filterschicht 21 angeordnet ist. Zweckmäßig stützen sich die äußere Filterschicht 20 und die innere Filterschicht 21 radial an der Zarge 27 ab. Die Zarge 27 besitzt eine für das Wasser durchlässige Struktur. Beispielsweise kann die Zarge 27 als Lochblech oder als Gitter konzipiert sein. Bevorzugt ist die Zarge 27 aus einem Metall hergestellt, so dass sie hohe Druckdifferenzen abstützen kann.
Das Entölungsfilter 6 kann außerdem zwei hier nicht gezeigte Endscheiben aufweisen, die jeweils an einer axialen Stirnseite des zylindrischen Filterkörpers 16 angeordnet sind und die jeweils mit der äußeren Filterschicht 20 und der inneren Filterschicht 21 fest verbunden sind. Sofern wie hier auch die Zarge 27 vorhanden ist, können diese Endscheiben zweckmäßig auch mit dieser Zarge 27 fest verbunden sein.
Gemäß den 2 und 3 kann das Entölungsfilter 6 außerdem mit einem Vorspannmantel 28 ausgestattet sein. Der Vorspannmantel 28 umhüllt den gesamten Filterkörper 16 in der Umfangsrichtung 19 und liegt zweckmäßig radial außen unter radialer Vorspannung am Filterkörper 16 und somit an der äußeren Filterschicht 20 an. Insbesondere kann dieser Vorspannmantel 28 als Schrumpfmantel 29 konzipiert sein, der radial außen auf den Filterkörper 16 bzw. auf die äußere Filterschicht 20 aufgeschrumpft ist und dadurch unter radialer Vorspannung daran anliegt. Insbesondere kann dadurch die äußere Filterschicht 20 radial gegen die Zarge 27 vorgespannt sein.
Gemäß den 2 und 3 kann bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass die innere Filterschicht 21 sternförmig gefaltet ist, also aus einem gefalteten bahnförmigen Filtermaterial gebildet ist. Das quasi endlos bereitgestellte Bahnenmaterial wird dabei gefaltet und dann zylindrisch angeordnet. In der Folge kommen Umfangsenden 30 des ringförmig angeordneten, gefalteten Filtermaterials in der Umfangsrichtung 19 aneinander zur Anlage. Das gefaltete Filtermaterial besitzt an jedem Umfangsende 30 eine Endfalte 31, wobei die beiden Endfalten in der Umfangsrichtung 19 aneinander anliegen. Zweckmäßig sind die beiden Endfalten 31 durch eine Längsnahtverklebung 32 aneinander befestigt. Gleichzeitig wird dadurch der Stoß des gefalteten Filtermaterials radial abgedichtet. In 3 ist eine besondere Ausführungsform für diese Längsnahtverklebung 32 wiedergegeben. Die Längsnahtverklebung 32 ist hier so ausgeführt, dass die Endfalten 31 darin eingebettet sind. Hierzu füllt eine Klebstoffmasse 33 der Längsnahtverklebung 32 Taschen 34 aus, die jeweils zwischen der jeweiligen Endfalte 31 und einer über einen Falz 35 unmittelbar daran anschließenden weiteren Falte 36 ausgebildet ist. Außerdem umgreift die Klebstoffmasse 33 die freien Kanten 37 der Endfalten 31 radial außen.
Entsprechend den 4 und 5 besitzt das vorstehend mit Bezug auf 1 vorgestellte Entölungsvorfilter 9 einen vollzylindrischen Vorfilterkörper 38, der axial durchströmbar ist. Eine Durchströmung des Vorfilterkörpers 38 ist in 5 durch entsprechende Strömungspfeile 39 angedeutet. Auch hier wird die Axialrichtung des Entölungsvorfilters 9 durch den zylindrischen Vorfilterkörper 38 definiert. Der Vorfilterkörper 38 besitzt nämlich eine Längsmittelachse 40, welche die Axialrichtung des Entölungsvorfilters 9 definiert. Die Axialrichtung erstreckt sich parallel zur Längsmittelachse 40. Die zugehörige Radialrichtung verläuft quer zur Axialrichtung und steht insbesondere senkrecht auf der Längsmittelachse 40. Die zugehörige Umfangsrichtung 41 läuft um die Längsmittelachse 40 um.
Der vollzylindrische Vorfilterkörper 38 ist gemäß einer bevorzugten und in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsform durch ein Bahnmaterial 42 gebildet, das bezüglich der Längsmittelachse 40 bevorzugt spiralförmig aufgewickelt ist. Zur Realisierung des Vollkörpers liegt ein inneres Längsende 43 des Bahnmaterials 42 im Bereich der Längsmittelachse 40, während ein äußeres Längsende 44 des Bahnmaterials 42 am Außenumfang des Vorfilterkörpers 38 liegt.
Das hierbei zum Einsatz kommende Bahnmaterial 42 ist flexibel, so dass es einerseits einfach spiralförmig gewickelt werden kann. Andererseits lässt sich das Bahnmaterial 42 auch elastisch komprimieren. Bevorzugt ist das aufgewickelte Bahnmaterial 42 im Vorfilterkörper 38 radial komprimiert, und zwar insbesondere um mindestens 3 oder 4 oder 5 %. Das bedeutet, dass im komprimierten Zustand, also innerhalb des eingebauten Vorfilterkörpers 38 eine radiale Wandstärke 45 des komprimierten Bahnmaterials 42 zumindest 3 oder 4 oder 5 % geringer ist als in einem nicht komprimierten Ausgangszustand, also insbesondere bevor das Bahnmaterial 42 spiralförmig zum Vorfilterkörper 38 aufgewickelt ist.
Gemäß 6 kann das hierbei zum Einsatz kommende Bahnmaterial 42 vorzugsweise durch ein dreidimensionales Wirrgelege 46 bzw. durch ein ungerichtetes Fadengelege 47 gebildet sein. Das Wirrgelege 46 bzw. das Fadengelege 47 wird mit Hilfe wenigstens eines Kunststofffadens 48, vorzugsweise mit Hilfe einer Vielzahl von Kunststofffäden 48 hergestellt, wobei die Fäden 48 ungerichtet dreidimensional gelegt werden und an Kontaktstellen miteinander verbunden werden, insbesondere durch Fusionsverbindungen. Beispielsweise können die Fäden 48 in einem teilplastischen Zustand gelegt werden, so dass sich im Bereich der Berührstellen automatisch Fusionsverbindungen einstellen.
Besonders vorteilhaft wird das Bahnmaterial 42 aus Kunststoff hergestellt, wobei Polypropylen bevorzugt wird. Insbesondere können die vorstehend genannten Fäden 48 aus Polypropylen bestehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10061839 B4 [0027]

Claims

Entölungsfilter (6) zum Abscheiden von Öl aus Wasser, - mit einem hohlzylindrischen Filterkörper (16), der radial von Wasser durchströmbar ist, - wobei der Filterkörper (16) eine zylindrisch angeordnete äußere Filterschicht (20) mit Mineralwolle (22) und eine zylindrisch angeordnete innere Filterschicht (21) mit einem mehrlagigen Filtermaterial (23) aufweist, die radial innerhalb der äußeren Filterschicht (20) angeordnet ist, - wobei das mehrlagige Filtermaterial (23) der inneren Filterschicht (21) eine von der äußeren Filterschicht (20) abgewandte, innenliegende Vorfilterlage (24) und eine der äußeren Filterschicht (20) zugewandte, außenliegende Hauptfilterlage (25) aufweist, - wobei eine Porengröße in der Hauptfilterlage (25) kleiner ist als in der Vorfilterlage (24).
Entölungsfilter (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Porengröße in der Vorfilterlage (24) mindesten 5 mal größer ist als in der Hauptfilterlage (25).
Entölungsfilter (6) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorfilterlage (24) eine Porengröße im Bereich von 60 bis 120 µm aufweist, während die Hauptfilterlage (25) eine Porengröße im Bereich von 6 bis 14 µm aufweist.
Entölungsfilter (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorfilterlage (24) als Hauptbestandteil Zellulosefasern aufweist, während die Hauptfilterlage (25) als Hauptbestandteil Glasfasern aufweist.
Entölungsfilter (6) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, - dass die Vorfilterlage (24) ein Harz, z.B. Phenolharz, zum Fixieren der Zellulosefasern aufweist, und/oder - dass die Hauptfilterlage (25) eine Sandwichstruktur aufweist, in der ein durch die Glasfasern gebildeter Kern beidseitig jeweils durch eine Schutzschicht aus Kunststoff, z.B. Polyethylenterephthalat (PET), kaschiert ist.
Entölungsfilter (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mineralwolle (22) der äußeren Filterschicht (20) mit einem Harz formstabilisiert ist und einen Formkörper (26) bildet.
Entölungsfilter (6) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz zur Formstabilisierung der Mineralwolle (22) Phenol und Formaldehyd aufweist.
Entölungsfilter (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mineralwolle (22) der äußeren Filterschicht (20) durch Steinwolle gebildet ist.
Entölungsfilter (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkörper (16) eine zylindrische Zarge (27) aufweist, die radial zwischen der äußeren Filterschicht (20) und der inneren Filterschicht (21) angeordnet ist.
Entölungsfilter (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entölungsfilter (6) außerdem zwei Endscheiben aufweist, die jeweils an einer axialen Stirnseite des Filterkörpers (16) angeordnet sind und jeweils mit der äußeren Filterschicht (20) und mit der inneren Filterschicht (21) fest verbunden sind.
Entölungsfilter (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entölungsfilter (6) außerdem einen Vorspannmantel (28) aufweist, der radial außen radial vorgespannt am Filterkörper (16), insbesondere an der äußeren Filterschicht (20), anliegt.
Entölungsfilter (6) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorspannmantel (28) als Schrumpfmantel (29) ausgestaltet ist, der radial außen auf den Filterkörper (16), insbesondere auf die äußere Filterschicht (20), aufgeschrumpft ist und vorgespannt daran anliegt.
Entölungsfilter (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Filterschicht (21) sternförmig gefaltet ist, wobei Endfalten (31), die in der Umfangsrichtung (19) aneinandergrenzen, durch eine Längsnahtverklebung (32) aneinander befestigt sind.
Entölungseinrichtung (1) zum Abscheiden von Öl aus Wasser, - mit einem Filtergehäuse (2), - mit einem Rohwassereinlass (3), durch den mit Öl verunreinigtes Wasser zuführbar ist, - mit einem Reinwasserauslass (4), durch den von Öl befreites Wasser abführbar ist, - mit einem Ölauslass (5), durch den aus dem Wasser abgeschiedenes Öl abführbar ist, - mit einem Entölungsfilter (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das im Filtergehäuse (2) angeordnet ist und darin einen mit dem Rohwassereinlass (3) fluidisch verbundenen Rohraum (7) von einem mit dem Reinwasserauslass (4) fluidisch verbundenen Reinraum (8) trennt.
Entölungseinrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, - dass die Entölungseinrichtung (1) außerdem ein Entölungsvorfilter (9) aufweist, - dass das Entölungsvorfilter (9) einen vollzylindrischen Vorfilterkörper (38) aufweist, der axial durchströmbar ist, - dass der Vorfilterkörper (38) durch ein, insbesondere spiralförmig aufgewickeltes, Bahnmaterial (42) gebildet ist, - wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass das Bahnmaterial (42) durch ein dreidimensionales Wirrgelege (46) aus Kunststoff oder durch ein ungerichtetes Fadengelege (47) aus Kunststoff gebildet ist.