DE102011114843A1

DE102011114843A1 - Filter mit wenigstens einem Keramikfilterkörper als Filterelement

Info

Publication number: DE102011114843A1
Application number: DE102011114843A
Authority: DE
Inventors: Peter Bolduan
Original assignee: Atech Innovations GmbH
Current assignee: Atech Innovations GmbH
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2011-10-05
Publication date: 2012-06-14

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Filter (6) mit wenigstens einem Keramikfilterkörper (5) als Filterelement, wobei der Keramikfilterkörper (5) erhältlich ist durch Keramisierung eines mehrlagigen Verbundes (1) von flächigen präkeramischen Papier- und/oder Papplagen (2–4). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Verbund (1) wenigstens eine Trennlagenanordnung (7) mit wenigstens einer Trennlage (2) aus einem präkeramischen Papier- und/oder Pappmaterial und wenigstens einer mit der Trennlage (2) verbundenen Zwischenlage (3, 4) aus einem präkeramischen Papier- und/oder Pappmaterial als Abstandshalter für die Trennlage (2) aufweist, wobei die Trennlage (2) bei Keramisierung des Verbundes (1) eine Trennschicht (9) und die wenigstens eine Zwischenlage (3, 4) eine Zwischenschicht (10) und Durchströmungszone im Keramikfilterkörper (5) bildet, wobei die Trennlage (2) auf den Flachseiten geschlossen ist und die Zwischenlage (3, 4) eine Mehrzahl von Flächenausnehmungen (11, 12) aufweist und mit der Trennlage (2) oberseitig oder unterseitig vollflächig verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Filter mit wenigstens einem Keramikfilterkörper als Filterelement, wobei der Keramikfilterkörper erhältlich ist durch Keramisierung eines mehrlagigen Verbundes von flächigen präkeramischen Papier- und/oder Papplagen.
Poröse Keramiken werden in der Technik für zahlreiche Anwendungen eingesetzt, beispielsweise als Wärmeisolationsstrukturen, Brennhilfsmittel, Porenbrennersubstrate sowie Brandschutzstrukturen.
Zur Herstellung dünnwandiger Strukturkeramiken können Papierstrukturen und/oder Pappstrukturen als Formgebungsinstrument eingesetzt werden. Dabei ist aus dem Stand der Technik bereits bekannt, Papier- und/oder Pappstrukturen in einen Schlicker aus metallischen oder keramischen Pulvern zu tauchen, wodurch eine äußere Beschichtung erfolgt. Die entsprechend getauchten Pappen bzw. Papiere werden anschließend über Oxidation bzw. Pyrolyse und Sinterbrand in Keramikformkörper überführt, was nachfolgend als „Keramisierung” bezeichnet wird. Bei dieser Verfahrensführung ergeben sich bereits hochtemperaturbeständige, zellulare Keramiken mit vergleichsweise geringem Gewicht. Durch Laminieren können beispielsweise mehrere Lagen von präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen zu Platten und durch Verbinden gewellter Lagen mit planaren präkeramischen Papieren oder Pappen tragfähige Wellpappen-Strukturen realisiert werden. Nach der thermischen Behandlung und der Sinterung entstehen daraus reinkeramische Bauteile. Verglichen mit einer massiven Keramik gleicher Dicke, beispielsweise aus Aluminiumoxid, werden so erhebliche Gewichtsersparnisse erreicht.
Aus der WO 2007/042105 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Keramik bekannt, wobei Faserstoffe und Füllstoffe gemischt und zu einem präkeramischen Papier bzw. einer Pappe verarbeitet werden. Anschließend wird das so hergestellte Papier bzw. die hergestellte Pappe einer Pyrolyse und/oder einem Sintervorgang ausgesetzt. Die so erhältliche Keramik ist in Form einer zuvor abgebildeten Papier- oder Pappstruktur als Verbundkeramik ausgebildet. Die Füllstoffe können ausgewählt sein aus der Gruppe der Karbide, Nitride, Oxide, Boride und/oder Zeolithe. Als Füllstoffe können insbesondere auch Al₂O₃, ZrO₂, SiC, Si₃N₄, TiO₂, B₄C, TiC, TiB₂ und/oder Mischungen derselben und/oder Gläser wie Alumosilikate eingesetzt werden. Im Übrigen ist aus der WO 2007/042105 A1 bereits bekannt, eine Keramik aus präkeramischen Papier- oder Pappstrukturen zur Gastrennung bzw. Flüssigfiltration einzusetzen. Derartige keramische Membranen finden Anwendung in der Micro-, Ultra- und Nanofiltration. Hier werden flache, großflächige Filterkonstruktionen angestrebt, welche mittels konservativer Verfahren, beispielsweise dem Extrudieren, nicht realisierbar sind. Der Vorteil des Einsatzes der in Rede stehenden Keramikstrukturen liegt darin, dass großflächige, dünne keramische Substrate herstellbar sind und durch papiertechnische Verfahren in Mehrschichtsystemen realisiert werden können. Die Dicke der keramischen Substrate liegt hier unter 500 μm bei Papieren, jedoch bis 50 mm bei Pappen.
Weitere Verfahren zur Herstellung von Keramiken aus präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen sind aus der WO 2007/113219 A1 und aus der WO 2005/049524 A1 bekannt.
Von Nachteil bei Keramiken, die durch thermische Umsetzung eines Verbundes von mehreren präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen erhältlich sind und beispielsweise eine Wellpappen- oder eine ähnliche Leichtbaustruktur aufweisen können, ist jedoch, dass die Verbindung zwischen den einzelnen keramisierten Schichten aus den präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen keinen dauerhaften Zusammenhalt gewährleistet und die Keramik eine nicht ausreichende mechanische Festigkeit aufweist. Werden beispielsweise aus präkeramischen Papier- und/oder Pappstrukturen erhaltene Keramiken mit Wellpappen-Struktur zur Filtration von Fluiden eingesetzt, kann es bei einer Filterrückspülung sehr leicht zum Abplatzen von Teilen der Keramik kommen, was sich nachteilig auf die Lebensdauer der Keramik auswirken und/oder die Funktionsfähigkeit der Keramik beeinträchtigen kann. Die Gefahr von Abplatzungen ist insbesondere erhöht, wenn korrosive Medien gefiltert werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Filter der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, der sich durch eine verbesserte mechanische Festigkeit und durch ein geringes Gewicht auszeichnet und in einfacher Weise bei geringen Kosten herstellbar ist.
Die vorgenannte Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Filter mit den Oberbegriffsmerkmalen von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass der Verbund wenigstens eine Trennlagenanordnung mit wenigstens einer Trennlage aus einem präkeramischen Papier- und/oder Pappmaterial und wenigstens einer mit der Trennlage verbundenen Zwischenlage aus einem präkeramischen Papier- und/oder Pappmaterial als Abstandshalter für die Trennlage aufweist, wobei die Trennlage bei Keramisierung des Verbundes eine Trennschicht und die wenigstens eine Zwischenlage eine Zwischenschicht und Durchströmungszone im Keramikfilterkörper bildet, wobei die Trennlage auf den Flachseiten geschlossen ist und die Zwischenlage eine Mehrzahl von Flächenausnehmungen aufweist und mit der Trennlage oberseitig oder unterseitig vollflächig verbunden ist. Der Verbund kann vorzugsweise wenigstens eine Trennlagenanordnung mit wenigstens zwei Trennlagen aus einem präkeramischen Papier- und/oder Pappmaterial und wenigstens einer zwischen den Trennlagen angeordneten Zwischenlage aus einem präkeramischen Papier- und/oder Pappmaterial als Abstandshalter für die Trennlagen aufweist, wobei die Trennlagen bei Keramisierung des Verbundes Trennschichten und die wenigstens eine Zwischenlage eine Zwischenschicht (Spacerschicht) und Durchströmungszone zwischen zwei Trennschichten im Keramikfilterkörper bilden, wobei die Trennlagen auf den Flachseiten geschlossen sind und die Zwischenlage eine Mehrzahl von Flächenausnehmungen aufweist und in dem Verbund oberseitig und/oder unterseitig mit wenigstens einer angrenzenden präkeramischen Papier- und/oder Papplage vollflächig verbunden ist. Die Struktur der Trennlagenanordnung in dem zuvor beschriebenen Verbund wird bei Keramisierung des Verbundes als doppelte Trennschichtanordnung im Keramikfilterkörper abgebildet, wobei die nebeneinanderliegenden Trennschichten die Filtration eines flüssigen, gasförmigen oder dampfförmigen Mediums ermöglichen.
Grundsätzlich ist es auch möglich, dass zur Herstellung des Filters mit so genannten ”verlorenen Kernen” gearbeitet wird. Der Verbund weist dann wenigstens eine Trennlagenanordnung mit wenigstens einer Trennlage aus einem präkeramischen Papier- und/oder Pappmaterial auf. Die Trennlage kann auf einer Außenseite, vorzugsweise auf einer Permeatseite, des durch Keramisierung des Verbundes erhältlichen Keramikfilterkörpers mit einer Zwischenlage aus einem präkeramischen Papier- und/oder Pappmaterial als Abstandshalter verbunden sein. Bei Keramisierung des Verbundes bildet die Zwischenlage auf der Permeatseite eine Zwischenschicht und Durchströmungszone für den Permeatstrom aus. Auf der anderen Außenseite, vorzugsweise der Feedseite, kann die Trennlage in dem Verbund mit einem nicht keramisierbaren Papier- und/oder Pappmaterial und/oder einem nicht-keramisierbaren Zellstoffgewebe oder -material verbunden sein, das bei Keramisierung des Verbundes verbrennt, so dass beispielsweise zwischen zwei benachbarten Trennlagen ein Hohlraum gebildet wird, der bei Durchströmung einen nur geringen Strömungswiderstand verursacht. Auf der Permeat- bzw. Filtratseite kann dagegen eine Zwischenschicht mit Lochstruktur oder dergleichen durch Keramisierung der Zwischenlage aus dem präkeramischen Papier- und/oder Pappmaterial gebildet werden.
Durch einen mit Bezug auf die Flachseiten vollflächigen Verbund zwischen angrenzenden präkeramischen Papier- und/oder Papplagen wird bei dem erfindungsgemäßen Filter eine hohe Festigkeit des Keramikformkörpers sichergestellt. Die Gefahr von Abplatzungen bzw. Absprengungen von Teilen der Keramik ist bei einer bestimmungsgemäßen Nutzung somit deutlich gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Keramikfiltern mit beispielsweise Wellpappenstruktur verringert. Auch bei Filtration von korrosiven Medien und/oder bei einer Filterrückspülung kann eine Beschädigung des Keramikformkörpers weitgehend ausgeschlossen werden.
Vorzugsweise ist eine Zwischenlage im Verbund auf beiden Flachseiten jeweils vollflächig mit einer weiteren präkeramischen Papier- und/oder Papplage verbunden, was beispielsweise durch Laminieren erfolgen kann. Grundsätzlich ist es dabei möglich, die Papier- und/oder Papplagen des Verbundes vor dem Sinterprozess durch an sich aus dem Stand der Technik bekannte Papierfügetechniken (kraft- und/oder formschlüssig) miteinander zu verbinden.
Durch die Flächenausnehmungen bzw. Perforationen in der bzw. den Zwischenlage(n) können miteinander verbundene Leer- und Hohlräume geschaffen sein, die Kanäle zwischen angrenzenden präkeramischen Papier- und/oder Papplagen bilden und bei der Keramisierung als Durchströmungszonen bzw. Fluidkanäle in einer Zwischenschicht zwischen angrenzenden (Trenn-)Schichten erhalten bleiben und eine gerichtete Durchströmung des Keramikfilterkörpers vorzugsweise in Richtung der Flachseiten der Zwischenschicht ermöglichen. Über Durchströmungszonen in wenigstens einer Zwischenschicht ist feedseitig der Transport eines zu filtrierenden Mediums zu einer oder mehreren Trennschichten oder permeatseitig der Abtransport eines Permeatstroms von der bzw. den Trennschichten bei geringem Strömungswiderstand möglich. Feedseitig können auch Durchströmungszonen durch verlorene Kerne des Verbundes geschaffen werden, wie oben beschrieben. Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Flächenausnehmungen der Zwischenlage wird gleichzeitig ein geringes Gewicht des Keramikfilterkörpers erreicht. Die Flächenausnehmungen werden vorzugsweise durch Schneidplotten oder durch Stanzen von ebenen Papier- und/oder Papplagen vor deren Verbindung erhalten.
Um eine hohe mechanische Festigkeit des Keramikformkörpers sicherzustellen, ist es möglich, den Verbund während der thermischen Behandlung zur Überführung in eine Keramik mit einem Gewicht zu belasten. Aufgrund des erfindungsgemäß vorgesehenen vollflächigen Verbundes zwischen den präkeramischen Papier- und/oder Papplagen ist eine hohe Formhaltigkeit des Verbundes auch bei hohen Temperaturen und der damit verbundenen Materialerweichung gewährleistet.
Der Begriff ”präkeramisches Papier- und/oder Pappmaterial” betrifft jede Papier- und/oder Pappstruktur, die in an sich aus dem Stand der Technik bekannter Weise in eine Keramikstruktur umgewandelt werden kann. Ein Verbund aus Papier- und/oder Papplagen kann zur Herstellung eines Keramikformkörpers beispielsweise in einen Schlicker aus metallischen oder keramischen Pulvern getaucht und/oder von außen beschichtet werden. Das Tauchen bzw. die Beschichtung kann vor oder nach einer Formgebung eines Papier- und/oder Pappmaterials vorgesehen sein. Anschließend wird der entsprechend getauchte und/oder beschichtete Verbund wie oben beschrieben über Oxidation bzw. Pyrolyse und Sinterbrand in eine Keramik überführt. Darüber hinaus ist es beispielsweise auch möglich, präkeramische Papier- und/oder Papplagen aus einer Mischung von Faserstoffen und Füllstoffen zu erhalten.
Ein Papier- und/oder Pappmaterial kann insbesondere nach einer entsprechenden Formgebung mit einem keramisierbaren Material beschichtet werden, um zunächst eine Glättungs- bzw. Ausgleichsschicht auf das Papier- und/oder Pappmaterial aufzubringen. Anschließend erfolgt ein erster Sintervorgang bei dem das Papier- und/oder Pappmaterial verbrennt und ein keramischer Stützkörper entsteht, der anschließend erneut mit einem keramisierbaren Material beschichtet wird. Es schließt sich dann ein nochmaliger Sintervorgang an. Durch mehrfaches Beschichten und Sintern lassen sich auf diesem Weg sehr kleine Porendurchmesser einer Trennschicht gezielt einstellen bzw. vorgeben. Um eine geringe Porengröße einer Trennschicht zu erreichen, kann auch eine mehrfache Beschichtung und Sinterung einer Trennlage bzw. eines daraus erhältlichen Stützkörpers lediglich auf einer Feedseite vorgesehen sein.
Vorzugsweise können planare bzw. eben ausgebildete präkeramische Papier- und/oder Papplagen miteinander verbunden werden und äußere Schichten (Trennlagen) und/oder innere Schichten (Zwischenlagen) des Verbundes bilden. Der Verbund kann dann vor der thermischen Behandlung bzw. vor der Keramisierung durch Sinterung umgeformt werden, wobei zu diesem Zweck an sich aus dem Stand der Technik bekannte Papier- bzw. Pappformgebungstechniken eingesetzt werden können, um beispielsweise dünnwandige, komplex geformte Strukturkeramiken herzustellen. Insbesondere ist es möglich, dass die Lagen vor der thermischen Behandlung spiralförmig gewickelt und der Verbund im gewickelten Spiralzustand der Lagen keramisiert wird.
Über die Größe der Flächenausnehmungen bzw. Öffnungen in einer Zwischenlage lässt sich der Strömungswiderstand beim Durchströmen einer Zwischenschicht des Keramikfilterkörpers beeinflussen. Zu berücksichtigen ist in diesem Zusammenhang allerdings, dass mit steigender Größe der Flächenausnehmungen die verbleibende Oberfläche abnimmt, die für eine vollflächige Verbindung angrenzender Papier- und/oder Papplagen zur Verfügung steht. Je nach Anforderungen an die mechanische Festigkeit des Keramikfilterkörpers ist somit die Größe der Flächenausnehmungen festzulegen.
Die Dicke einer beispielsweise ebenen präkeramischen Papier- und/oder Papplage im Grünzustand des Verbundes, d. h. vor dem Sinterprozess, kann wenigstens 80 μm, vorzugsweise 300 bis 400 μm, betragen. Die maximale Papierstärke im Grünzustand kann vorzugsweise zwischen 1 mm bis 1,5 mm betragen. Aus dem Stand der Technik sind allerdings auch Papiermaschinen bekannt, die zwei oder mehr Lagen zunächst separat herstellen und dann innerhalb der Maschine zusammenfügen (gautschen), so dass eine aus mehreren Lagen zusammengesetzte Bahn gebildet wird mit einer entsprechenden Dicke, die einem Vielfachen der Dicke einer Lage des Papier- und/oder Pappmaterials im Grünzustand entsprechen kann. Die Schwindung beim Sinterprozess kann grundsätzlich zwischen 20 bis 30% betragen. Je nach eingesetztem Material kann die Schwindung beim Sinterprozess auch zwischen 10 bis 40% betragen.
Zur Herstellung des Verbundes können Papier- und/oder Papplagen eingesetzt werden, die eine gleiche Dicke aufweisen. Dies trägt zu einem geringen Herstellungsaufwand des erfindungsgemäßen Filters bei. Vorzugsweise weisen die präkeramischen Papier- und/oder Pappmaterialien, die eine Trennlage bilden, und die präkeramischen Papier- und/oder Pappmaterialien, die eine Zwischenlage bilden, jedoch eine unterschiedliche Dicke auf. Die Trennlage sollte so dünn wie möglich sein, um einen geringen Strömungswiderstand beim Durchtritt durch die Trennschicht zu gewährleisten. Die Zwischenlage kann entsprechend dicker ausgebildet sein, um eine ausreichend große Durchströmungszone mit geringem Strömungswiderstand zu schaffen. Dies gilt insbesondere für eine Zwischenschicht und Durchströmungszone auf der Feedseite der Trennschicht.
Die Flächenausnehmungen in einer Zwischenlage können regelmäßig über die Grundfläche verteilt angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Flächenausnehmungen kreis-, ellipsen- oder polygonförmig ausgebildet. Auch können als Langlöcher ausgebildete oder waben-, dreieck-, trapez- oder viereckförmige Ausnehmungen vorgesehen sein. Vorzugsweise sind alle Flächenausnehmungen in einer Zwischenlage gleich konturiert. Der Anteil der Flächenausnehmungen in einer Zwischenlage an der Gesamtgrundfläche der Zwischenlage kann ca. 20 bis 80%, vorzugsweise ca. 30 bis 70%, betragen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der zur Herstellung des Keramikfilterkörpers eingesetzte Verbund eine Mehrzahl von nebeneinander liegenden Trennlagenanordnungen – jeweils gebildet durch wenigstens zwei Trennlagen und wenigstens eine Zwischenlage zwischen den beiden Trennlagen – aufweist, die über wenigstens eine zwischen den Trennlagenanordnungen angeordnete weitere Zwischenlage aus einem präkeramischen Papier- und/oder Pappmaterial als Abstandshalter für die Trennlagenanordnungen verbunden sind. Wie bereits oben beschrieben, kann auch vorgesehen sein, dass eine Trennlagenanordnung gebildet wird durch zwei Trennlagen und wenigstens eine Zwischenlage zwischen den beiden Trennlagen, wobei zwei benachbarte Trennlagenanordnungen verbunden sind durch ein nicht-keramisierbares Papier- und/oder Pappmaterial, d. h. ein Material, das beim Sinterprozess verbrennt. Zwei Trennlagenanordnungen können somit durch einen verlorenen Kern miteinander verbunden sein. Zwischen zwei Trennlagenanordnungen entsteht dann beim Sinterprozess ein Hohlraum im Keramikfilterkörper, der vorzugsweise für eine Feedzuleitung vorgesehen sein kann.
Eine Zwischenlage aus einem präkeramischen Papier- und/oder Pappmaterial kann eine Mehrzahl von Flächenausnehmungen aufweisen und oberseitig und/oder unterseitig vollflächig mit einer angrenzenden präkeramischen Papier- und/oder Papplage verbunden sein. Diese Zwischenlage bildet dann bei Keramisierung des Verbundes eine Zwischenschicht des Keramikfilterkörpers, beispielsweise eine Drainageschicht zum Ableiten von Permeat von benachbarten Trennschichten.
Über erste Zwischenschichten kann ein zu filtrierendes Medium einer benachbarten Trennschicht zugeführt und über eine zweite Zwischenschicht ein durch die Trennschicht hindurchtretender Permeatstrom abgeführt werden. In diesem Zusammenhang ist es möglich und vorzugsweise vorgesehen, dass erste und zweite Zwischenschichten bei der Filtration in unterschiedlichen, vorzugsweise um 90° gedreht zueinander angeordneten, Strömungsrichtungen durchströmt werden, so dass eine Kreuzstromfiltration möglich ist.
Eine bestimmte Strömungsrichtung in einer Zwischenschicht lässt sich durch die Struktur der präkeramischen Zwischenlagen vorgeben, die bei der Keramisierung des Verbundes eine Zwischenschicht bilden. Der Begriff „Struktur” einer präkeramischen Papier- und/oder Papplage kann im Sinne der Erfindung bezogen sein auf eine bestimmte Anzahl, Geometrie, Größe und Verteilung sowie Ausrichtung der Flächenausnehmungen in einer Papier und/oder Papplage.
Zwischen wenigstens zwei Trennlagen des Verbundes sind vorzugsweise wenigstens zwei flächig miteinander verbundene Zwischenlagen vorgesehen, so dass eine wenigstens vierlagige Trennlagenanordnung mit äußeren Trennlagen und inneren Zwischenlagen erhalten wird. Vorzugsweise weisen die unmittelbar bzw. direkt miteinander verbundenen Zwischenlagen komplementär zueinander ausgebildete und lediglich bereichsweise überlappende Flächenausnehmungen bzw. Öffnungen auf. Dadurch lässt sich zum einen eine hohe Festigkeit des Keramikfilterkörpers erreichen. Durch eine größere Anzahl von Zwischenlagen im Verbund und/oder durch Verwendung von Zwischenlagen mit größerer Dicke lässt sich bedarfsweise die Festigkeit des Keramikfilterkörpers weiter steigern. Durch die überlappenden Flächenausnehmungen miteinander verbundener Zwischenlagen werden miteinander verbundene Hohlräume bzw. Leerstellen und Kanäle zwischen den Trennlagen gebildet, die bei der Keramisierung des Verbundes erhalten bleiben und in dem Keramikfilterkörper einen Fluidtransport innerhalb der aus den Zwischenlagen gebildeten Zwischenschichten des Filters vorzugsweise in Richtung der Flachseiten der Zwischenschichten ermöglichen. Je nach Anzahl, Geometrie, Größe und Verteilung sowie Ausrichtung der überlappenden Flächenausnehmungen lassen sich Größe und Anzahl der Fluidkanäle in den Zwischenschichten verändern und damit der Strömungswiderstand beeinflussen sowie eine bestimmte Strömungsrichtung erzwingen.
Um sicherzustellen, dass sich die Flächenausnehmungen von miteinander verbundenen identischen Zwischenlagen lediglich bereichsweise überlappen, können benachbarte Zwischenlagen beispielsweise um 90° gedreht zueinander ausgerichtet sein. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass miteinander verbundene Zwischenlagen unterschiedlich strukturiert sind. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Flächenausnehmungen einer ersten Zwischenlage kleiner sind und/oder eine andere Geometrie aufweisen als die Flächenausnehmungen einer angrenzenden zweiten Zwischenlage. Verbundene Zwischenlagen können dabei eine gleiche oder eine unterschiedliche Dicke aufweisen.
Vorzugsweise weist der Keramikfilterkörper einen im Bereich der Mittellängsachse verlaufenden Sammelkanal für Permeat oder für ein zu filtrierendes Medium auf, wobei Trennschichten und Zwischenschichten über den Umfang des Sammelkanals verteilt angeordnet, vorzugsweise spiralförmig um den Sammelkanal angeordnet, sein können. Um die Permeatableitung von den Trennschichten oder die Mediumzufuhr zu den Trennschichten zu ermöglichen, ist der Sammelkanal strömungsleitend mit wenigstens einer Zwischenschicht verbunden. Vorzugsweise weist der Keramikfilterkörper abwechselnd erste und zweite Zwischenschichten auf wobei die ersten Zwischenschichten mit dem Sammelkanal strömungsleitend verbunden sind und die zweiten Zwischenschichten mit dem Sammelkanal nicht in fluidischer Verbindung stehen. Dadurch lässt sich die Trennaufgabe des Filters sicherstellen und eine Vermischung von Permeat und zu filtrierendem Fluid bzw. Retentat ausschließen.
Der Verbund kann einen Rohrkörper aus einem präkeramischen Papier- und/oder Pappmaterial aufweisen, wobei die Trennlagen und die Zwischenlagen über den Umfang des Rohrkörpers verteilt angeordnet und an dem Rohrkörper befestigt sind. Bei der Keramisierung des Verbundes bildet der Rohrkörper einen rohrförmigen Bereich im Keramikfilterkörper aus, der einen Sammelkanal für einen Permeatstrom oder ein zu filtrierendes Fluid bzw. einen Retentatstrom begrenzt. Um Permeat von den Trennschichten über den Sammelkanal ableiten zu können oder ein Fluid den Trennschichten zuführen zu können, ist es erforderlich, dass wenigstens eine Zwischenschicht mit dem Sammelkanal strömungsleitend verbunden ist. Hierzu kann vorgesehen sein, dass durch Flächenausnehmungen bzw. Öffnungen in verbundenen Zwischenlagen gebildete Hohlräume, Leerstellen und Kanäle über Öffnungen im Rohrkörper mit dem Inneren des Rohrkörpers verbunden sind.
Sofern der Rohrkörper und die mit dem Rohrkörper verbundenen Trenn- und Zwischenlagen aus einem gleichen präkeramischen Papier- und/oder Pappmaterial bestehen, weist der Verbund in allen Bereichen ein vergleichbares Schwindungsverhalten bei Wärmebehandlung und Keramisierung auf. Die beim Schwindungsprozess auftretenden Spannungen sind daher gering, was zu einer hohen Festigkeit des Keramikfilterkörpers beiträgt.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Verbund einen rohrförmigen Grünkörper aufweist, wobei die Trennlagen und die Zwischenlagen über den Umfang des Grünkörpers verteilt angeordnet und an dem Grünkörper befestigt sind. Hierzu kann vorgesehen sein, dass durch Flächenausnehmungen bzw. Öffnungen in verbundenen Zwischenlagen gebildete Hohlräume, Leerstellen und Kanäle über Öffnungen im Grünkörper mit dem Inneren des Grünköpers verbunden sind. Der Grünkörper und die Trenn- sowie Zwischenlagen werden gemeinsam gesintert. Aufgrund des unterschiedlichen Schwindungsverhaltens kommt hierbei der Befestigung der Papier- und/oder Papplagen an dem Grünkörper eine besondere Bedeutung zu.
Schließlich ist es auch möglich, dass die Trennlagen und die Zwischenlagen in dem Verbund um einen zylindrischen Hohlraum herum spiralförmig angeordnet sind. Die präkeramischen Papier- und/oder Papplagen können beispielsweise vor der Keramisierung um einen Stab oder dergleichen gewickelt werden, so dass sich nach dem Herausziehen des Stabes ein mittlerer zylindrischer Hohlraum ergibt, der nach Keramisierung des Verbundes den Sammelkanal bildet. Zur Abdichtung können an den Enden des Sammelkanals Stöpsel oder dergleichen vorgesehen und in den Sammelkanal eingesteckt und eingedichtet sein. Auch hier kann vorgesehen sein, dass in dem Verbund durch Flächenausnehmungen bzw. Öffnungen von verbundenen Zwischenlagen gebildete Hohlräume, Leerstellen und Kanäle mit dem Inneren des Hohlraums verbunden sind, um im Keramikfilterkörper einen Flüssigkeitstransport über die Zwischenschichten und den Sammelkanal zu ermöglichen.
Aus der EP 1 464 379 A1 und der DE 397 31 430 T2 sind spiralförmig gewickelte Membranfilter (Spiralwickelmodule) bekannt, die hüllenartige Doppel-Filtermembranen aufweisen, die in einem Quadrat oder einem Rechteck ausgebildet sind und einen inneren Zwischenraum, wie beispielsweise einen Maschenzwischenraum, zum Ausbilden eines Kanals im Inneren der Membran aufweisen. Die Membranen sind um einen Schaft gewickelt und an dem Schaft befestigt. Die Herstellung der bekannten spiralförmig gewickelten Membranfilter ist aufwendig und kostenintensiv.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird daher ein Filter mit einem Keramikfilterkörper als Filterelement vorgeschlagen, wobei der Keramikfilterkörper erhältlich ist durch Keramisierung eines Verbundes von mehreren spiralförmig gewickelten flächigen präkeramischen Papier- und/oder Papplagen. Vorzugsweise ist der Keramikfilterkörper erhältlich durch Keramisierung eines Verbundes der oben beschriebenen Art und/oder weist Merkmale des oben beschriebenen Keramikfilterkörpers auf. Erfindungsgemäß werden erstmals Papier- und/oder Pappstrukturen als Formgebungsinstrument zur Ausbildung von Keramikfilterköpern mit spiralförmig angeordneten Trenn- und Zwischenschichten eingesetzt, was eine einfache und kostengünstige Herstellung des erfindungsgemäßen Filters zulässt.
Die vorgenannten Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung sowie die nachfolgend anhand der Zeichnung beschriebenen Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung können unabhängig voneinander, in einer beliebigen Kombination, aber auch jeweils im Zusammenhang mit den Oberbegriffsmerkmalen von Patentanspruch 1 der vorliegenden Erfindung realisiert werden, auch wenn dies nicht im Einzelnen beschrieben ist. Hier kann jedem beschriebenen Merkmal oder Aspekt eigenerfinderische Bedeutung zukommen. Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der Zeichnung. Es zeigen
1 eine schematische Darstellung eines Verbundes mit mehreren präkeramischen Papier- und/oder Papplagen zur Herstellung eines Keramikfilterkörpers durch Keramisierung des Verbundes,
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Filters mit einem Keramikfilterkörper, wobei der Keramikfilterkörper erhältlich ist durch Keramisierung eines Verbundes von mehreren spiralförmig aufgewickelten flächigen präkeramischen Papier- und/oder Papplagen, in einer perspektivischen Ansicht schräg von der Seite,
3 eine schematische Draufsicht auf einen Verbund mit einem mittleren Rohrkörper und mehreren über den Umfang des Rohrkörpers verteilt angeordneten Trenn- und Zwischenlagen und die Wickelart der Trenn- und Zwischenlagen,
4 eine schematische Draufsicht auf mehrere Trennlagen und Zwischenlagen eines Verbundes von präkeramischen Papier- und/oder Papplagen, wobei die Trennlagen und die Zwischenlagen einen zylindrischen Hohlraum begrenzen, und die Wickelart der Trenn- und Zwischenlagen,
5 eine schematische Darstellung eines Verbundes mit zwei äußeren Trennlagen aus einem präkeramischen Papier- und/oder Pappmaterial und zwei zwischen den Trennlagen angeordneten Zwischenlagen aus einem präkeramischen Papier- und/oder Pappmaterial als Abstandshalter für die Trennlagen, wobei die inneren Zwischenlagen teilweise überlappende Flächenausnehmungen aufweisen, und
6 bis 13 alternative Möglichkeiten zur Anordnung und Ausbildung bzw.
Ausgestaltung von Flächenausnehmungen in den Zwischenlagen aus 5.
1 zeigt schematisch den Aufbau eines Verbundes 1 mit mehreren präkeramischen Papier- und/oder Papplagen 2 bis 4, wobei durch Keramisierung des Verbundes 1 ein Keramikfilterkörper 5 eines in 2 dargestellten Filters 6 erhältlich ist. Der Verbund 1 weist mehrere Trennlagenanordnungen 7 auf, wobei jede Trennlagenanordnung 7 gebildet wird durch zwei Trennlagen 2 und vorliegend zwei zwischen den äußeren Trennlagen 2 angeordnete Zwischenlagen 3 als Abstandshalter für die äußeren Trennlagen 2. Die Trennlagen 2 bilden bei Keramisierung des Verbundes 1 Trennschichten 9 und die Zwischenlagen 3 zwischen zwei Trennlagen 2 jeweils eine gemeinsame Zwischenschicht 10 (Spacerschicht) und Durchströmungszone zwischen zwei benachbarten Trennschichten 9 im Keramikfilterkörper 5.
Wie sich weiter aus 1 ergibt, weist der Verbund 1 eine Mehrzahl von nebeneinanderliegenden Trennlagenanordnungen 7 auf, die über zwei zwischen den Trennlagenanordnungen 7 angeordnete weitere Zwischenlagen 4 als Abstandshalter für die Trennlagenanordnungen 7 miteinander verbunden sind.
Die weiteren Zwischenlagen 4 bilden bei der Keramisierung eine weitere Zwischenschicht 13 (Drainageschicht) im Keramikfilterkörper 5.
Es versteht sich, dass der Verbund 1 auch mehr als zwei Zwischenlagen 3, 4 zwischen zwei benachbarten Trennlagen 2 und/oder mehrere unmittelbar miteinander verbundene Trennlagen 2 aufweisen kann. Die unmittelbar miteinander verbundenen Zwischenlagen 3, 4 können gleich oder auch unterschiedlich ausgebildet bzw. strukturiert sein und/oder eine gleiche oder unterschiedliche Dicke aufweisen.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Trennlagen 2 eine geschlossene Oberfläche aufweisen und die Zwischenlagen 3, 4 jeweils eine Mehrzahl von Flächenausnehmungen 11, 12 bzw. Öffnungen, wobei die Zwischenlagen 3, 4 in dem Verbund 1 oberseitig und/oder unterseitig mit wenigstens einer angrenzenden Trennlage 2 und/oder einer angrenzenden Zwischenlage 3, 4 vollflächig verbunden sind. Dadurch ergibt sich eine hohe Festigkeit des durch Keramisierung des Verbundes 1 erhältlichen Keramikfilterkörpers 5.
Zwei miteinander verbundenen Zwischenlagen 3, 4 weisen vorzugsweise komplementär zueinander ausgebildete und bereichsweise überlappende Flächenausnehmungen 11, 12 auf zur Bildung von verbundenen Hohlräumen, Leerstellen und Kanälen zwischen zwei Trennlagen 2. Bei der Keramisierung bleiben diese Hohlräume, Leerstellen und Kanäle erhalten und schaffen eine Durchströmungszone in einer Zwischenschicht 10, 13 des Keramikfilterkörpers 5 aus. Hierauf wird im Zusammenhang mit 2 weiter unten im Einzelnen eingegangen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Zwischenlagen 3 einer Trennlagenanordnung 7 einerseits und die Zwischenlagen 4 zwischen zwei Trennlagenanordnungen 7 andererseits eine unterschiedliche Anzahl, Geometrie, Größe und Verteilung sowie Ausrichtung der Flächenausnehmungen 11, 12 und/oder eine unterschiedliche Dicke aufweisen. Es ist auch möglich, dass die Anzahl der Zwischenlagen 3 zwischen zwei Trennlagen 2 einer Trennlagenanordnung 7 und die Anzahl der Zwischenlagen 4 zwischen zwei benachbarten Trennlagenanordnungen 7 unterschiedlich groß ist.
In 2 ist ein Filter 1 mit einem Keramikfilterkörper 5 als Filterelement dargestellt, wobei der Keramikfilterkörper 5 erhältlich ist beispielsweise durch Keramisierung eines Verbundes 1 der in 1 beschriebenen Art. Der Keramikfilterkörper 5 weist mehrere Trennschichten 9 auf, die über Zwischenschichten 10 und weitere Zwischenschichten 13 voneinander getrennt sind. Die Trennschichten 9 und die Zwischenschichten 10, 13 sind spiralförmig um den Sammelkanal 16 angeordnet.
Zwei benachbarte Zwischenschichten 10, 13 sind jeweils durch eine Trennschicht 9 voneinander getrennt und vorzugsweise im Kreuzstrom durchströmbar. Ein zu filtrierendes Fluid 14 tritt an einer Stirnseite in den Keramikfilterkörper 5 ein und durchströmt die Zwischenschichten 10 in axialer Richtung. Die Zwischenschichten 10 dienen als Spacerschichten und sorgen für eine effektive Überströmung sowie optimale Verwirbelung des Fluides 14 an der inneren Oberfläche der Trennschichten 9. Dadurch wird die Deckschichtbildung an den Trennschichten 9 verringert. Infolge eines Druckgefälles permeiert ein Permeatstrom 15 durch die an die Zwischenschichten 10 angrenzenden Trennschichten 9 in die weiteren Zwischenschichten 13, die als Drainageschichten dafür sorgen, dass der Permeatstrom 15 zu einem Sammelkanal 16 geleitet wird und über den Sammelkanal 16 abfließt. Die Zwischenschichten 13 sind dazu strömungsleitend mit dem Sammelkanal 16 verbunden.
Die Zwischenschichten 10 können auch erhältlich sein durch einen Verbund, der auf der jeweiligen Feedseite der Trennlagen 2 verlorene Kerne aufweist, die aus einem nicht-keramisierbaren Papier- und/oder Pappmaterial oder Zellstoffgewebe oder -material bestehen, das bei der Keramisierung des Verbundes verbrennt, so dass die Zwischenschichten 10 als Hohlräume zwischen benachbarten Trennschichten 9 ausgebildet sind. Dadurch kann ein sehr geringer Druckverlust beim Durchströmen des Filters gewährleistet werden.
Die Umfangsfläche des Keramikfilterkörpers 5 ist vorzugsweise geschlossen ausgebildet, so dass hier kein Austritt von Permeat erfolgen kann. Dies kann durch eine entsprechende Beschichtung der Mantelfläche des Keramikfilterkörpers 5 erreicht werden. Auf der anderen Stirnseite tritt ein Retentatstrom 17 aus dem Keramikfilterkörper 5 aus.
In 3 ist ein Verbund 1 mit einem Rohrkörper 18 dargestellt, der ebenfalls aus einem präkeramischen Papier- und/oder Pappmaterial besteht. Bei der Keramisierung bildet der Rohrkörper 18 einen rohrförmigen Bereich des Keramikfilterkörpers 5 aus, der einen Sammelkanal 16 des Keramikfilterkörpers 5 begrenzt. Die Trennlagen 2 und die Zwischenlagen 3, 4 sind spiralförmig um den Rohrkörper 18 gewickelt und werden zusammen mit dem Rohrkörper 18 keramisiert, so dass ein Keramikfilterkörper 5 mit spiralförmig verlaufenden Trennschichten 9 und Zwischenschichten 10, 13 erhalten wird.
Die Trennlagen 2 und die Zwischenlagen 3, 4 sind im Verbund 1 über den Umfang des Rohrkörpers 18 sternförmig ”erteilt angeordnet und an dem Rohrkörper 18 befestigt. Die Zwischenlagen 4 sind im Bereich von Öffnungen 19 des Rohrkörpers 18 mit diesem verbunden, wobei Hohlräume, Leerstellen und Kanäle in den Zwischenlagen 4 über die Öffnungen 19 mit dem Innenraum des Rohrkörpers 18 in einer offenen Verbindung stehen. Über die aus den Zwischenlagen 4 gebildeten Zwischenschichten 13 (Drainageschichten) und den Sammelkanal 16 des Keramikfilterkörpers 5 wird so eine Permeatabfuhr oder Fluidzufuhr ermöglicht.
In 4 ist eine weitere Ausführungsform eines Verbundes 1 dargestellt, wobei die Trennlagen 2 und die Zwischenlagen 3, 4 in dem Verbund 1 sternförmig um einen zylindrischen Hohlraum 20 herum angeordnet sind. Der Hohlraum 20 kann gebildet werden durch spiralförmiges Aufwickeln der Trennlagen 2 und der Zwischenlagen 3, 4 auf einen Stab, der vor dem Keramisieren aus dem Verbund 1 herausgezogen wird. Die Trennlagen 2 und die Zwischenlagen 3, 4 sind an den einander zugewandten Enden seitlich miteinander verbunden, so dass ein im Wesentlichen geschlossener Hohlraum 20 geschaffen wird. Auch hier ist ein Fluidaustausch zwischen den bei der Keramisierung des Verbundes 1 aus den Zwischenlagen 4 gebildeten Zwischenschichten 13 des Keramikfilterkörpers 5 und einem aus dem Hohlraum 20 gebildeten Sammelkanal 16 möglich.
5 zeigt eine Anordnung mit zwei äußeren Trennlagen 2 aus einem präkeramischen Papier- und/oder Pappmaterial und mit zwei inneren Zwischenlagen 3, 4 aus einem gleichen präkeramischen Papier- und/oder Pappmaterial, wobei die präkeramischen Papier- und/oder Papplagen insbesondere durch Verkleben zu einem Verbund zusammenzufügen sind. In dem Verbund bilden die beiden inneren Zwischenlagen 3, 4 einen Abstandshalter für die äußeren Trennlagen 2. Aus dem durch Zusammenflügen der Trennlagen 2 mit den Zwischenlagen 3, 4 erhältlichen Verbund lässt sich durch thermische Umsetzung der Papier- und/oder Pappstrukturen eine Keramik in an sich aus dem Stand der Technik bekannter Weise herstellen.
Gemäß 5 sind die Trennlagen 2 und die Zwischenlagen 3, 4 eben bzw. planar ausgebildet, was das formflächige Verbinden der Papier- und/oder Pappstrukturen miteinander, insbesondere durch Laminieren, erleichtert und eine hohe Festigkeit des Verbundes und damit des aus dem Verbund erhältlichen Keramikformkörpers gewährleistet. Es ist möglich, dass der Verbund nach dem Verbinden der Papier- und/oder Pappstrukturen und vor dem Keramisieren als solcher einem Formgebungsverfahren unterzogen wird, um eine bestimmte in der Verbundstruktur abgebildete Form der Keramik zu erhalten.
Wie sich weiter aus 5 ergibt, weisen die Zwischenlagen 3, 4 eine Mehrzahl von Flächenausnehmungen 11, 12 auf, die gemäß 1 regelmäßig angeordnet sind und eine gleiche Größe und Form aufweisen können. Durch die Flächenausnehmungen 11, 12 wird zum einen ein geringes Gewicht des aus den Papier- und/oder Pappstrukturen erhältlichen Verbundes und damit der erhältlichen Keramik erreicht. Die Flächenausnehmungen 11 einer ersten oberen Zwischenlage 3, 4 und die Flächenausnehmungen 12 einer zweiten unteren Zwischenlage 3, 4 sind um 90° gedreht zueinander angeordnet. Die verbleibenden Oberflächen der Zwischenlagen 3, 4 werden miteinander und mit den äußeren Trennlagen 2 verklebt, so dass eine hohe Festigkeit des Verbundes und damit der aus dem Verbund erhältlichen Keramik erreicht wird. Die Anzahl der inneren Zwischenlagen 3, 4 kann beliebig gewählt sein, um einen bestimmten Abstand zwischen den äußeren Trennlagen 2 und damit eine bestimmte Dicke und Stabilität des Verbundes 1 zu erreichen.
Wie sich aus den 6 bis 13 ergibt, können die Flächenausnehmungen 11 in einer ersten Zwischenlage 3, 4 und die Flächenausnehmungen 12 in einer verbundenen zweiten Zwischenlage 3, 4 komplementär ausgebildet und in einem Verbund 1 bereichsweise übereinanderliegend angeordnet sein. Durch die überlappenden Flächenausnehmungen 11, 12 werden miteinander verbundene Hohlräume, Leerstellen und Kanäle in den verbundenen Zwischenlagen 3, 4 gebildet, die bei der Keramisierung des Verbundes 1 erhalten bleiben. Vorzugsweise ist es dabei so, dass eine Durchströmung der so erhältlichen Keramikstruktur in wenigstens zwei Raumrichtungen Y₁, Y₂ möglich ist.
Die Flächenausnehmungen 11 einer ersten Zwischenlage 3, 4 erstrecken sich gemäß 6 und 7 in Strömungsrichtung Y₁, während sich die Flächenausnehmungen 12 einer angrenzenden zweiten Zwischenlage 3, 4 quer dazu in Strömungsrichtung Y₂ erstrecken. Die Flächenausnehmungen 11 werden dabei über die quer dazu verlaufenden Flächenausnehmungen 12 miteinander verbunden und umgekehrt. Dadurch werden Fluidkanäle in der Filterkeramik in beiden Strömungsrichtungen Y₁, Y₂ geschaffen.
Wie sich weiter aus den 6 bis 13 ergibt, können die Flächenausnehmungen 11, 12 einer Zwischenlage 3, 4 regelmäßig verteilt angeordnet sein. Gemäß den 6, 7 und 10 sind die Flächenausnehmungen 11, 12 langgestreckt und ellipsenförmig ausgebildet. Gemäß 11 sind die Flächenausnehmungen 11, 12 als Langlöcher ausgebildet. Gemäß 8 können die Ausnehmungen 11, 12 auch kreisförmig sein. Gemäß den 9 und 12 können die Ausnehmungen 11, 12 und 13 auch rechteckförmig, dreieckförmig oder wabenförmig ausgebildet sein.
Die in 9 dargestellte Ausführungsform mit abwechselnd angeordneten dreieckförmigen Flächenausnehmungen 11 einer ersten Zwischenlage 3, 4 und rechteckförmigen Flächenausnehmungen 12 einer zweiten Zwischenlage 3, 4 sowie die in 12 und 13 gezeigten Ausführungsformen mit sechseckigen bzw. wabenförmigen Flächenausnehmungen 11, 12 zeichnen sich bei entsprechend größeren Hohlräumen und Öffnungen in den verbundenen Zwischenlagen 3, 4 durch eine vergleichsweise geringe Gesamtverbindungsfläche zwischen den Zwischenlagen 3, 4 und den Trennlagen 2 aus.
Darüber hinaus sind die Flächenausnehmungen einer Zwischenlage 3, 4 vorzugsweise gleich konturiert. Bei den in den 5 und 6 dargestellten Ausführungsformen sind die Flächenausnehmungen 11, 12 gleich konturiert. Gleiches gilt für die in 11 und 13 dargestellten Ausführungsformen.
Wie sich aus den 8, 9, 10 und 12 ergibt, können die Flächenausnehmungen 11, 12 der beiden Zwischenlagen 3, 4 auch unterschiedlich konturiert sein, insbesondere eine unterschiedliche Größe aufweisen. Beispielsweise ist bei den in den 8 und 12 dargestellten Ausführungsformen vorgesehen, dass die Flächenausnehmungen 11 einer ersten Zwischenlage 3, 4 bei gleicher Form kleiner sind als die Flächenausnehmungen 12 einer angrenzenden zweiten Zwischenlage 3, 4. Dabei kann jeweils eine Mehrzahl von Flächenausnehmungen 11 mit einer größeren Flächenausnehmung 12 verbunden sein.
Gemäß den in den 10 und 11 dargestellten Ausführungsformen kann durch eine bestimmte Ausrichtung der Flächenausnehmungen 11, 12 auch eine Durchströmung einer Zwischenschicht 10, 13 in dem Keramikfilterkörper 5 lediglich in einer Strömungsrichtung Y₁ möglich sein. Gemäß 10 folgt dies aus den in Strömungsrichtung Y₁ angeordneten Flächenausnehmungen 11 und quer dazu angeordneten Flächenausnehmungen 12. Die Flächenausnehmungen 12 verbinden jeweils lediglich einen Teil der nebeneinanderliegenden Flächenausnehmungen 11, so dass eine Strömungsleitung quer zur Strömungsrichtung Y₁ nur über einen geringen Bereich der miteinander verbundenen Zwischenlagen 3, 4 möglich ist. Gemäß 11 erstrecken sich alle Flächenausnehmungen 11, 12 in Strömungsrichtung Y₁, wobei ein Fluidübertritt von einer Flächenausnehmung 11 in eine benachbarte Flächenausnehmung 11 quer zur Strömungsrichtung Y₁ nicht möglich ist.
13 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform, wobei die Flächenausnehmungen 11, 12 beider Zwischenlagen 3, 4 gleich konturiert sind. Die Zwischenlagen 3, 4 weisen einen waben- oder netzförmigen Aufbau auf mit Stegen 21, deren Verbindungsstellen 22 Eckpunkte der Flächenausnehmungen 11, 12 bilden. Die miteinander verbundenen Lagen 3, 4 können versetzt oder gedreht zueinander angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Lagen 3, 4 so gegeneinander versetzt oder gedreht angeordnet, dass zumindest einige Verbindungsstellen 22 einer oberen ersten Zwischenlage 3, 4 oberhalb von den Flächenausnehmungen 12 bzw. Öffnungen in einer darunter angeordneten zweiten Zwischenlage 3, 4 angeordnet sind. Dadurch wird ein sehr geringer Strömungswiderstand beim Durchströmen einer Zwischenschicht 10, 13 gewährleistet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2007/042105 A1 [0004, 0004]
WO 2007/113219 A1 [0005]
WO 2005/049524 A1 [0005]
EP 1464379 A1 [0032]
DE 39731430 T2 [0032]

Claims

Filter (6) mit wenigstens einem Keramikfilterkörper (5) als Filterelement, wobei der Keramikfilterkörper (5) erhältlich ist durch Keramisierung eines mehrlagigen Verbundes (1) von flächigen präkeramischen Papier- und/oder Papplagen (2–4), dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund (1) wenigstens eine Trennlagenanordnung (7) mit wenigstens einer Trennlage (2) aus einem präkeramischen Papier- und/oder Pappmaterial und wenigstens einer mit der Trennlage (2) verbundenen Zwischenlage (3, 4) aus einem präkeramischen Papier- und/oder Pappmaterial als Abstandshalter für die Trennlage (2) aufweist, wobei die Trennlage (2) bei Keramisierung des Verbundes (1) eine Trennschicht (9) und die wenigstens eine Zwischenlage (3, 4) eine Zwischenschicht (10) und Durchströmungszone im Keramikfilterkörper (5) bildet, wobei die Trennlage (2) auf den Flachseiten geschlossen ist und die Zwischenlage (3, 4) eine Mehrzahl von Flächenausnehmungen (11, 12) aufweist und mit der Trennlage (2) oberseitig oder unterseitig vollflächig verbunden ist.
Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund (1) eine Mehrzahl von nebeneinander liegenden Trennlagenanordnungen (7) aufweist, wobei jede Trennlagenanordnung (7) jeweils wenigstens zwei Trennlagen (2) und wenigstens eine Zwischenlage (3, 4) zwischen den Trennlagen (2) aufweist und wobei benachbarte Trennlagenanordnungen (7) über wenigstens eine zwischen den Trennlagenanordnungen (7) angeordnete weitere Zwischenlage (4) als Abstandshalter für die Trennlagenanordnungen (7) verbunden sind.
Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Zwischenschichten (10, 13) des Keramikfilterkörpers (2) durch eine Trennschicht (9) voneinander getrennt und vorzugsweise im Kreuzstrom durchströmbar sind.
Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen wenigstens zwei Trennlagen (2) des Verbundes (1) wenigstens zwei miteinander verbundene Zwischenlagen (3, 4) vorgesehen sind, wobei, vorzugsweise, die miteinander verbundenen Zwischenlagen (3, 4) komplementär zueinander ausgebildete und bereichsweise überlappende Flächenausnehmungen (11, 12) aufweisen zur Bildung wenigstens eines Strömungskanals zwischen den Trennlagen (2).
Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikfilterkörper (5) einen sich in axialer Richtung erstreckenden Sammelkanal (16) aufweist und dass Trennschichten (9) und Zwischenschichten (10, 13) über den Umfang des Sammelkanals (16) verteilt angeordnet, vorzugsweise spiralförmig um den Sammelkanal (16) gewickelt angeordnet, sind.
Filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelkanal (16) strömungsleitend mit wenigstens einer Zwischenschicht (13) verbunden ist.
Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund (1) einen Rohrkörper (18) aus einem präkeramischen Papier- und/oder Pappmaterial aufweist, wobei die Trennlagen (2) und die Zwischenlagen (3, 4) über den Umfang des Rohrkörpers (18) verteilt angeordnet und an dem Rohrkörper (18) befestigt sind.
Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund (1) einen rohrförmigen Grünkörper aufweist, wobei die Trennlagen (2) und die Zwischenlagen (3, 4) über den Umfang des Grünkörpers verteilt angeordnet und an dem Grünkörper befestigt sind.
Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennlagen (2) und die Zwischenlagen (3, 4) in dem Verbund (1) um einen Hohlraum (20) angeordnet, vorzugsweise spiralförmig um den Hohlraum (20) gewickelt sind, wobei der Hohlraum (20) von den Trennlagen (2) und den Zwischenlagen (3, 4) begrenzt wird.
Filter (1) mit einem Keramikfilterkörper (5) als Filterelement, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Keramikfilterkörper (5) erhältlich ist durch Keramisierung eines Verbundes (1) von mehreren spiralförmig aufgewickelten flächigen präkeramischen Papier- und/oder Papplagen (2, 3, 4).