平的过滤元件和由过滤元件组成的过滤组件 本发明涉及到平的过滤元件、特别是滤板，由深过滤材料组成，具有外轮廓和用于滤液和待过滤液的流通面。本发明也涉及到由这些过滤元件组成的过滤组件。
层式过滤器或者过滤层由深过滤材料组成，深过滤材料理解为是有气孔的、可被流动穿过的材料，也就是说，在采用这种材料时能够对流穿过该材料输送物料。深过滤材料可以是有机的和/或者是无机的、纤维的和/或者颗粒的材料，比如说，采用纤维素、塑料纤维、硅藻土、珍珠岩或者金属氧化物作为深过滤材料的原材料。在这里，可以向过滤层添加硅藻土和珍珠岩用以扩大内表面和从而扩大沉淀物容积。此外，要处理液体的成分由于阻塞作用和/或者吸收/吸附挡在空腔里。例如，可以用于深过滤任务的材料还有，纸、纸板、过滤层、薄膜、有气孔的陶瓷材料、金属织物或者聚合物织物、无纺件和烧结的材料，例如由金属、金属氧化物、玻璃或者聚合物烧结的。
过滤层地使用范围涉及到整个饮料工业、制药领域和化学工业中的液体净化和处理。过滤层不仅具有筛分作用，将粗颗粒留在过滤层表面，而且特别是还有深过滤细颗粒的作用，将细颗粒留在深过滤材料内的空腔里。根据所使用材料的类型，这些过滤层也具有吸附作用，而且为了一定的使用目的可以对表面再处理，这样，在干燥和潮湿状态下不会有纤维粒子脱落。在湿状态下过滤层比较软并且易于膨胀。例如，在1990年由海德堡的Huethig-出版社出版的“工业固液过滤手册”239页中对此做了说明。
通常，这些过滤层在过滤板或者过滤框架之间被夹紧，在所谓的层过滤器或者压滤机中使用。同样在“工业固液过滤手册”166页中汇总了关于这种现有技术的概况。
然后，过滤层单个用手放入水平或者垂直机架里。由不锈钢或者塑料制成的框架将过滤层分开并且构成了用于分配待过滤液和收集过滤液的一些空腔。在将过滤层放入机架中时、在将过滤层从机架取出和紧接着进行必要的清洗过滤器框架时受到很大程度上手动操作的限制，这种过滤器的运行要花费较高的人员费用。然后，特别是清理很费事，有时如果过滤腐蚀性介质还会危害到人员。此外，这种过滤器的投资费用很高，因为对于每个设置的过滤层都需要一个特殊构造的过滤器框架。
另外，这种过滤器一般来说由于其敞开式结构在工作时会有较小的、但是可测量出的流体损失，它在过滤层端侧由过滤层流出。只有通过采用许多密封件这种特别费事的措施才能避免滴漏损失。在DE3906816C3中已说明了用于环境密封的形状。
同有关操作方面的缺点相比，优点是，制造过滤层或者过滤纤维层的成本比较低，因为这可以在连续工作的机器上进行。
所公知的深过滤组件有多种结构形式，在这里，大多数这种过滤组件的共同性是，装置由平的材料、确切地说过滤纸板、过滤层、纸、纤维层或者织物制成的装置。从EP0461424B1公知一种深层过滤器，为了扩大过滤面积，这种过滤器具有打褶的过滤层。垂直于过滤层表面流过打褶过滤层。
在EP0475708A1中也说明了相似的配置。其他公知的实施形式涉及到了深过滤材料，这种材料围绕着一个内芯缠绕成一层或者多层，在这里，为了扩大过滤面积，过滤介质也可以环状围绕着内芯环绕。在这种实施形式中，基本上也垂直于过滤层表面流过过滤介质。
从EP0291883A3中知道了由摞在一起的层过滤元件组成的过滤组件。为了制造说明的组件，首先制造里面采用排水材料的过滤袋，过滤袋被密封元件和塑料包围。紧接着把这些过滤袋摞在一起。在这种过滤组件中，也需要用于过滤层间隔配置的附加部件。在过滤层平面内流过过滤组件，一般来说，必须垂直于过滤器平面流过，以便起到过滤作用。
WO94/09880说明了用于深过滤的过滤元件，它是由具有空腔芯的、有气孔的、厚壁自支撑的管状过滤元件组成。这种管状过滤元件基本上由两个壳层组成，在这里，外壳层具有较大的气孔，内壳层具有细的气孔。优点是，与细气孔均质建造的过滤组件相比，在这种结构中，只要它们采用迄今所公知的方式制造，对液体不会有很高的阻力，另一方面过滤面小。
本发明的任务是，创造平的过滤元件、特别是滤板和由这些过滤元件构造的过滤组件，这种过滤组件在过滤面积较大时也能简单操作和清理。
这个任务借助一个平过滤元件这样来解决，它具有一个至少由一个开口构成的内部结构，在这里，由深过滤材料构成的开口边界面形成了一个流通面，流通面基本上被配置得与过滤元件平面垂直。
深过滤组件由至少两个这样的过滤元件组成，在这里，过滤元件这样摞在一起，只有相同种类的开口相互连接，并且以这种方式方法构成了滤液通道和待过滤液通道。
在从属权利要求中说明了有利的结构。
本发明是以下列知识为基础的，即：如果不是与滤板平面垂直，而是径向、也就是说例如通过圆周表面流入过滤元件，可以使用由深过滤材料组成的滤板，不用中间板和类似物。因为在这种工作方式中过滤面小，所以迄今拒绝在这个方向发展。然而却惊奇地表明，这个缺点可以通过内部结构的构造来克服，因为其他面通过设置开口被露出来，它们可以做为滤液或者待过滤液的流通面使用。
本发明的优点是，由于可自由选择内部结构的几何尺寸可以相互独立自由地调节过滤深度尺寸和过滤面积尺寸、也就是说流通面面积。通过此在深过滤材料构造方面形成了多种可能性。在采用敞开孔的深过滤材料时，由于较大的过滤深度、也就是说由于开口的相互大的间距，可以象在采用具有较小气孔和具有较小过滤深度材料时那样调节分选率和筛分率。
此外可以更好地利用深过滤材料的吸附特性，因为过滤深度、也就是说深过滤材料的有效过滤范围不再受到象在技术水平那样的限制。
因为在按照本发明的过滤组件中取消了在技术水平中流行采用的固定框架，所以加大了吸附能力，也就是说，在过滤组件中，每个改造的空间可以放置更多的交换材料。
特别是可以考虑活性炭、PVP(聚乙烯基吡咯烷酮)，PVPP和离子交换材料以及选择性作用的吸附剂和活性介质作为具有吸附特性的添加剂。
另一个优点在过滤组件清理能力方面，因为没有采用中间板或者由其他材料制成的固定框架，所以过滤组件可以整个清理，不必把滤板与其他材料分开。在这一点下，特别是由100％有机材料组成的过滤元件、所谓的生物层很有利，因为这些材料例如可以完全热地使用。
过滤元件中的开口可以在制造过滤层时使用相应的造型部件来构成。另一个可能性是，可以在过滤元件采用传统的方式方法制造之后，例如通过冲压或者水射流切割来制作开口。从过滤元件清除的材料可以重新输送给其它过滤元件制造过程。就这方面来说没有产生废料。
流通面的对齐取决于制造过程。在冲压时则完全也可能制造倾斜的流通面，它不与过滤元件的平面、在使用滤板时是滤板平面垂直，并且是有点倾斜的，在这里，偏离直角的误差可以在最大±10°左右。不在过滤元件内部的一个流通面也可以是过滤元件的端面，也就是说，在采用滤板时是圆周面。
尤其是，过滤元件所有流通面面积、在这里不仅外流通面面积而且位于过滤元件里面的流通面面积的总和大于一个最小的、包围过滤元件的凸体的外圆周面积和一个最大的、与过滤元件任意开口内接的凸体外圆周面积的总和。凸体是球体、椭圆体、圆柱体、锥体、角体、四面体或者长方六面体，在莱比锡传记研究所，1979年出版的“数学小百科”第625页中已对它们做了说明。
有利的是，过滤元件具有一个与内部结构相匹配的外轮廓，这样，深过滤材料的有效过滤部分的宽度到处都是一样大的。因此可以确保，过滤元件沿着其整个圆周的过滤效果到处都是一样的。但是，选择在过滤元件外部位的有效过滤部分的宽度大于过滤元件内部的有效过滤部分的宽度，也是有利的，以便例如提高稳定性和在必要时设置定位结构。
为了达到较大的过滤面积，人们选择的开口最好是手指形的开口。由于外轮廓与过滤元件的内部结构相匹配，可以得到具有大圆周面的回形构造和从而得到相应大的开口边界面。例如，可以从外面流入这种平的过滤元件，在这里，没有过滤的液体沿着圆周到处都必须渗入深过滤材料同样强的有效过滤部分。在这种情况下，过滤液在开口里面收集并且从那里通过适当的附件排出去。
有利的是最好预定两个开口，它们不相互连接并且作为滤液通道和待过滤液通道使用。这些开口这样相互相邻配置，位于这之间的深过滤材料的有效过滤部分的宽度到处是一样大。
可以选择不同的过滤层厚度，过滤元件或者滤板越厚，所需要的用于过滤组件的元件就越少。而且相对于深过滤材料的体积减少了制造开口的费用。
有效过滤部分最好是≥5mm、特别是8-20mm厚。因此有效过滤部分可以≤或者也可以大于过滤元件的厚度。也可以设想有效过滤部分为2mm厚并且开口宽度为0.5mm。采用这种方式，通过开口的配置来影响过滤效果。
在极细净化范围不需要开口有大的尺寸，因为所负荷的微粒特别少，不会堵塞由开口构成的滤液通道或者待过滤液通道。因此，在过滤元件或者滤板上只开有缝槽作为开口就足够了。缝槽不仅可以在径向方向而且可以在圆周方向伸展，并且也可以同更宽的开口任意组合。这种缝槽可以用刀制作，在这里只挤压深过滤材料，它的优点是，不会产生象在冲压时产生的必须重新输送给制造过程的材料。
为了将待过滤液输送到过滤元件里面和将滤液从过滤元件排出去，至少设置了一个开口(第一种开口)，该开口延伸到过滤元件边缘或者通过至少一个连接开口同边缘连接。第一种开口可以用来输入待过滤液，但是在采用相反工作方式时也可以用来输出滤液。
这些第一种开口可以同至少一个开口(第二种开口)组合，第二种开口不同第一种开口连接并且通到至少一个收集开口或者通过至少一个连接开口同收集开口连接。与过滤元件回形结构相反，多个开口使得能够在过滤元件里面的实际所有范围进行过滤。
如果通过相应构造的端板可以保证待过滤液或滤液输入过滤元件里面或者从过滤元件里输出的话，则可以取消延伸到过滤元件边缘的开口。
最好是具有圆外轮廓的滤板，在这里，第一种开口和第二种开口位于同心圆上。第一种开口通过一个在径向方向延伸的连接开口同滤板边缘连接。一个收集开口可以安置在滤板中心点，该收集开口通过一个径向连接开口同第二种开口连接。
为了创造尽可能大的过滤面积，可交替配置第一种开口和第二种开口。有利的是整个可供使用的过滤元件面配有开口。开口宽度必须与各自的过滤任务相适应。宽度较小时也可在一个过滤元件上设置尽可能多的开口，从而有大的过滤面积供使用。另一方面，如果不是正好在极细净化范围内工作，允许开口尺寸不选择的太小，以致在很短时间内开口中出现堵塞和必须更换过滤元件。
除了圆的或者椭圆的外轮廓之外，滤板也可以具有n-角形外轮廓，在这里，开口最好与一个滤板边平行配置。
如果滤板特别是具有圆的外轮廓，第一种开口和第二种开口也可以分别位于至少一个螺旋线上。在这种情况下，螺旋线是交错盘绕的，这样在各个螺旋线圈内可以通过深过滤材料尽可能同样厚的有效过滤部分过滤。
为了在过滤元件里面达到尽可能大的过滤面积，最好是在过滤元件中开有微长的、尽可能窄的开口。这样，内部结构是筛式的或者栅格形，在这里，过滤元件的稳定性只由留在第一种和第二种开口之间的深过滤材料来确定。为了提高稳定性，开口和/或连接开口最好具有加固片。这些加固片最好由与过滤元件相同的材料组成，厚度可以与过滤元件的厚度一样，也可以薄一点。在冲压开口时可以同时压制或者压实加固片，这样其厚度就小于过滤元件的厚度了。
如果在开口内的加固片具有与过滤元件相同的厚度，在滤板摞在一起时滤液可以不是从所有开口到达收集开口，这样看来就需要相应构造的过滤组件端板，以便使滤液流和待过滤液流相聚。为了在相同种类的开口之间制造连接，过滤元件根据开口和加固片的构造扭转、移动或者相类似地摞在一起。
为了保证以预先规定的方式在相互摞在一起时各个过滤元件对齐，边缘可以至少具有一个定位开口，这可以减轻过滤元件摞在一起时的工作。定位开口也可以设于过滤元件里。即使不规则的内轮廓或者外轮廓也能在同合适的部件连接时使过滤元件定位和配合。
也可以将相同或者不同类型的过滤元件摞在一起组成一个过滤组件。在最简单的情况下，过滤元件或者滤板的类型不过是镜像对称的。
具有与过滤元件边缘连接的开口的过滤元件也可以同具有不与过滤元件边缘连接的开口的过滤元件组合使用。这些过滤元件最好是这样交替地摞在一起。根据加固片的构造和开口的配置，过滤元件必须彼此相对扭转地摞在一起，这样，在过滤组件中属于一个整体的开口构成了滤液通道和待过滤液通道。扭转角度由加固片的位置和宽度来定，或者预先规定一个固定的旋转角，例如180°。
过滤元件可以直接摞在一起，但是它们也可以是粘接或者焊接的。也可以设想，在两个过滤元件之间配置具有开口或者没有开口的、比如说由耐滑材料组成的中间层，以便改善过滤组件的稳定性，特别是应进行过滤组件反流冲洗时，则特别有意义。例如，合适的薄膜或者传统的、没有开口和没有内部结构的滤板适用于此。
过滤组件具有两个端板，过滤元件安装在两个端板之间，在这里，特别是由于过滤层的膨胀能力，一个端板被安装的是可移动的。
下面借助于附图详细介绍了举例的实施形式。
其中：
图1a：一个回形过滤元件的俯视图，
图1b：图1a示出的过滤元件的透视图，
图2：按照另一个实施形式的一个过滤元件俯视图，
图3：沿着III-III线通过图2示出的过滤元件剖面图，
图4至9：不同实施形式的过滤元件俯视图，
图10：具有缝隙的过滤元件的一部分，
图11：一个过滤组件的透视图，
图12：以分解图示出的一个过滤组件，
图13：两个摞在一起的过滤元件的局部的放大详细视图，
图14：带有一个过滤组件的过滤装置。
在图1a中示出了一个平的过滤元件10，它具有一个回形结构。在制造一个通常的、例如具有正方形规格的过滤元件之后，在过滤元件10中开设一个开口20，通过此确定内部结构17。由深过滤材料12围成的开口20的面构成了用于滤液或者待过滤液的流通面11a或者11b，这个流通面面积比采用相同面积环形时的相应面积大了系数2。在这里示出的实施形式中涉及到指状的开口20，同样例如通过冲压制造的外轮廓18与该开口相匹配。因此留下的深过滤材料12具有一个回形结构，在这里，有效过滤范围的宽度到处一样大。
如果该过滤元件10例如被径向从外面通过圆周面19流入，则在外侧的回线构成待过滤液腔25。滤液被收集在过滤元件10里面，通过一个位于没有示出的端板中的、用虚线示出的芯孔34排出。
待过滤液通过芯孔34并且因此通过开口20输入，通过此该过滤元件10也可以以相反的方向流过。在这两种情况下，与过滤元件平面平行地、确切地说基本上径向地流过过滤元件10。
在图1b中示出了图1a示出的过滤元件10的透视图，以便清楚地说明凸体60，62。过滤元件10被最小可能的凸体(外体)包围，在所示出的例子中，凸体是一个具有八角基面的多面体，在这里，角被倒圆。属于此的外圆周面61可以被设想为一个围绕着过滤元件10的一条带。以类似的方式将一个尽可能大的、具有圆周面63的凸体(内体)62放入开口20里。这个凸内体具有一个四角基面。由于过滤元件10的角形构造，流通面11a、19面积的总和大于面61和63面积的总和。
在图2中示出了以滤板10’形式的过滤元件的另一个实施形式，在这里，滤板10’里开设有两个同心配置的环形开口20和30。两个开口20，30不相互连接并构成了一个第一种开口和一个第二种开口。凸外体60的外圆周面61与滤板10’外圆周面19是相同的。
开口20和30不是完全封闭成一个环，因为另外还要设置连接开口21和31，它们分别切断开口20和30的圆。连接开口21是从内开口20到圆周面19的连接。连接开口31同样在径向方向延伸并且使外环形开口30与中间的一个圆孔、也就是所谓的收集开口33连接。全部开口共同构成了内部结构17。
在这里示出的实施形式中，收集开口33是滤板10’里面最大的开口，这样在那里可以装入最大可能的凸内体62(阴影线示出的)，它同收集开口33是相同的。如果将所有流通面面积的总和同面61和63面积的总和相比，则所有流通面面积的总和大一些。
圆周面19和外开口30或者外开口30和内开口20之间以及这个开口20和收集开口33之间的有效过滤范围宽度到处都是一样大，这样在滤板10’中到处都达到了同样的过滤效果。
滤板可以这样工作，待过滤液通过用24标明的连接开口21的入口导入内开口20里。通过此，不仅通过圆周面19、而且也在里面通过由内开口20构成的流通面流入过滤元件。
如在图3中所看到的那样，该图示出了沿着III-III线、通过按照图2过滤元件的剖面图，待过滤液沿箭头方向13从外面流过有效过滤范围，也就是说，通过圆周面19，因此它构成了一个流通面。滤液在流通面11b流入相应的开口30，滤液在那里聚集，并且通过连接开口31到达收集开口33里。同时通过只在图2中示出的连接开口21将待过滤液输送给开口20。在那里，待过滤液穿过流通面11a进入深过滤材料里。然后作为滤液穿过流通面11b进入开口30以及收集开口33。
假如在采用反过来的工作方法时，待过滤液通过收集开口33输入，从那里通过连接开口31到达开口30，在那里被分派并且穿过有效过滤范围作为在内开口20内的滤液流出。在这种情况下，通过连接开口21排出滤液。
在图4中示出了另一个实施形式，该实施形式基本上相当于图2示出的实施形式。采用环形开口20和30可能会使整个滤板10’变得不稳定，特别是在直径较大和过滤元件厚度较小时。
为了提高稳定性，在开口20中设置了两个加固片41，加固片将开口20大约分成三个同样大的圆弧形段。外面的开口30也相应的具有两个加固片42。如果滤板10’摞在一起组成过滤组件1，如在图11中示出的那样，在按照图4的实施形式中要注意，滤板要精确地相互对齐，这样连接开口21和31不会无意地与开口20或者30交叉，这种交叉会导致滤液和待过滤液混合。因此，在组装时必须要注意，第一种开口、在这里是开口20，21，不能与第二种开口(开口30，31和33)连接。为了确定滤板10’对齐，在圆周面19上设置了定位结构44，在图11中示出的杆71插入里面。在图11中，在图4中示出的滤板10’同按照另一种实施形式的过滤元件组合，其开口没有与外边缘连接。
如果按照图4实施形式的相同滤板10’摞在一起，在这里连接开口21全部重叠在一起，则需要设置一个相应的端板，这样，开口20或者30的各个段可以相互相连。为了不必采用复杂的端板，滤板10’也可以相互有点扭转的摞在一起。扭转角度必须根据加固片41和42的宽度这样选择，使每个相邻滤板10’的开口20和30覆盖这些加固片。另一方面，不允许扭转选择的这么大，以致使连接开口21和31同开口20和30交叉。
在图5中示出了另一个实施形式，在这种实施形式中，设置了总共6个同心环形开口。这些开口20a至20c构成了第一种开口，而开口30a至30c构成了第二种开口，它们通过一个共同的连接开口31同收集开口33连接。开口20a至20c通过连接开口21同圆周面19连接。这种实施形式具有加固片41和42。
在下面的表格中汇总了过滤组件的流通面面积(单位为平方米)，该过滤组件由250个厚度为0.4cm的过滤元件组成。随着环形开口数量N在相应于过滤元件更大外径dmax时的增加，在N＝15个开口时几乎达到了70m2，开口宽度是5mm和有效过滤范围宽度是20mm。
N dmax A滤液
[mm] [m2]
0 60 0.17
1 160 0.82
2 260 2.04
3 360 3.82
4 460 6.16
5 560 9.08
6 660 12.55
7 760 16.60
8 860 21.21
9 960 26.38
10 1060 32.12
11 1160 38.43
12 1260 45.30
13 1360 52.73
14 1460 60.73
15 1560 69.30
有趣的是用过滤器厚度乘过滤面积和过滤组件占用的空间的商，因为这个值复述了过滤组件与空间有关的吸收能力。要注意，在采用传统的滤层之间的滤层过滤时，过滤器框架为1cm厚，这个商是29％。与此相反，在按照本发明的组件中，这个商在73％(例如N＝12)。因此，按照本发明的组件可以更好地利用空间。
在图6中示出了另一个实施形式，在这种实施形式中设置了两个以交错盘绕的螺旋线形式的开口20和30。这些开口20和30也具有加固片41和42。
在图7至9中示出了设有直开口20a至20f，30a至30g的滤板10’。所有第一种开口20a至20f通到圆周面19，所有第二种开口30a至30g都通过两个径向连接开口31a和31b同收集开口33连接。
在图8中示出了相类似的实施形式，不过具有正方形外轮廓。开口20，30平行于过滤元件10侧边16伸展。此外，设置了有两个收集开口33a和33b。因此，在第二种开口33a至33c和33d至33f内又构成了两个组。在这个实施形式中设置了加固片41和42，它们把相应的开口20a至20f和30a至30f分成不同长度的段。
在图9中示出了一个八角滤板10’，在这种滤板中，不仅开口20a-20f，30a-30g，而且连接开口21a，21b和31a，31b都配有加固片41，42和43。可以将相同的滤板10’摞在一起构成过滤组件。为此有各种不同的可能性。相邻的滤板可以分别扭转180 °配置。通过此保证各自的连接片41，42和43位于相应开口上方，这样只有相同种类的开口相互连接，不会发生滤液和待过滤液混合。也可以设想只是每个第n个过滤元件旋转180°。
在图10中示出了过滤元件10的另一个实施形式，在这里，宽的开口20、30同缝槽27，37组合，它们同各自的开口连接。也可以只设置缝槽27和37。
在图11中示出了一个过滤组件1，它具有例如9个滤板，滤板10’相当于图4示出的实施形式。过滤元件放在一个端板70上，两个杆71固定在该端板上，这两个杆插入滤板边缘上的相应的定位开口44里并且以这种方式保证滤板10’对齐。整个组件可以被握在杆71上，并且可从过滤装置取下来。省掉了复杂的拆卸和安装工作。此外，包括杆71和端板70的整个组件可以整个清理，不必将各个滤板相互分开。
在图12中可以看到以分解图示出的滤板垛，在这里滤板10a’和10b’的两个实施形式交替地摞在一起。滤板10a’具有一个径向连接开口21，带有在边缘上的一个入口24，而滤板10b’只具有同心的开口20，30。通过在开口20，30内适当配置加固片，可以使第一种开口不与第二种开口交叉。相互摞在一起的收集开口33构成了一个用虚线标明的滤液通道35，而待过滤液室36构成了包围过滤元件10a，10b’的室。
在图13中示出了两个摞在一起的滤板放大的部分视图。待过滤液通过连接开口21b输入并且被分派到开口20b。这里可明显地看到，上滤板10a’的加固片41a，42a位于下滤板10b’的相应开口上方。加固片41b和42b相应地位于上滤板10a’相应开口20a或者30范围内。待过滤液流13和滤液流14波浪形地通过在加固片41b或者42b上和下的流动被输送进入或到各自的开口。收集的滤液通过连接开口31b排出去。
不是所有的加固片41a，42a，41b，42b必须具有与滤板10a’，10b’相同的厚度。因此，为了清楚起见，用减小的厚度示出了加固片41a’。
图14说明了一个过滤装置51，由多个滤板10’组成的过滤组件1装到这里面。该过滤组件放在一个下面固定的端板53上。为了补偿组件为工作进行的长度变化，上端板52是可移动安装的。在图中，待过滤液室25位于组件1的外面或者上面，滤液室在这里位于组件1里面或者下面。待过滤液经过容器外壳56侧壁上的接管54到达过滤装置51内，滤液经过底板上的中心接管55离开装置。