DE4308390C2

DE4308390C2 - Verfahren zum Aufladen, Koagulieren und Ausfiltern von in Fluiden vorkommenden Schwebstoffen, ein in diesem Verfahren verwendetes Filterelement und eine Fluidfiltervorrichtung

Info

Publication number: DE4308390C2
Application number: DE4308390A
Authority: DE
Inventors: Noboru Inoue
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-03-16
Filing date: 1993-03-16
Publication date: 1995-12-07
Anticipated expiration: 2013-03-17
Also published as: US5593560A; DE4308390A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufladen, Koagulieren und Ausfiltern von Partikulate in einem Fluid, ein in diesem Verfahren verwendetes Filterelement und eine Fluidfiltervorrichtung. In den letzten Jahren ist es erforderlich geworden, Techniken zur Reinigung von Gasen, z. B. Luft oder anderen Gasen, zur Reini gung von Flüssigkeiten, z. B. Wasser, Öl, Reinigungsflüssigkei ten, Bearbeitungsflüssigkeiten, d. h. Techniken zur Reinigung der irdischen Umwelt einzusetzen. Mit der Erfindung wird ein Verfah ren zum elektrischen Aufladen, Koagulieren und Ausfiltern von Partikulaten in einem Fluid, einschließlich von in Abwasser enthaltenen Farbstoffpartikeln in der Größenordnung von Angström, ein in diesem Verfahren verwendetes Filterelement und eine Fluidfiltervorrichtung angegeben.

Jedes mikroskopische Partikulat aus Staub in einem Fluid ist elektrisch geladen und hat an der Grenzfläche zum Fluid ein elektrisches Potential. Ein bekanntes Verfahren zum Entfernen solcher Staubpartikel basiert auf der Verwendung ei nes mit einem Zeta-Potential versorgten Filterelements, das aus einem Filter besteht, das mit einem Pulver aus Bariumtita nat beschichteten ist, das ein Eigenpotential hat, wenn kein externes Potential angelegt wird; daher hat das Filter selbst also ein Potential. Wenn dieses Filterelement verwendet wird, strömt jedoch das Beschichtungsmaterial allmählich mit ab, so daß das Potential des Filters allmählich verloren geht. Folg lich ist die Einsatzzeit des Filters kurz. Demnach muß es häu fig gewechselt werden. Dadurch steigen die Kosten.

Angesichts der oben beschriebenen Umstände hat der An melder in dem offengelegten japanischen Gebrauchsmuster 3-98913 U1 eine neue Vorrichtung vorgeschlagen. Insbesondere ist eine innere zylindrische Elektrode in einer äußeren zylin drischen Elektrode angeordnet, die außerdem wie ein Behälter des Grundkörpers der Vorrichtung wirkt. Die innere und die äu ßere Elektrode befinden sich auf dem gleichen Potential und sind in einem koaxialen Verhältnis zueinander angeordnet. Zwi schen beiden Elektroden ist ein Zwischenraum ausgebildet, durch den eine zu verarbeitende Flüssigkeit zirkuliert. Ein Filter mit einer porösen metallischen Platte, die sich direkt auf dessen Oberfläche befindet, ist in dem Zwischenraum ange ordnet. Die poröse metallische Platte wird direkt elektrisch geladen, um das Grenzflächenpotential (oder Zeta-Potential) jedes Fremdpartikels in der zwischen der äußeren Elektrode, der inneren Elektrode und der porösen Platte befindlichen Flüssigkeit durch die Coulombsche Kraft anzuziehen, so daß die Fremdpartikel koagulieren und gröbere Partikel bilden können. Die gröberen Fremdpartikel werden von den Maschen des Filters festgehalten, das hinter der porösen Platte angeordnet ist, um die Fremdkörper aus dem Fluid auszufiltern. Bei dieser Vor richtung wird das Potential zur Neutralisierung des Zeta-Po tentials von außen angelegt, und daher geht das Potential auf der Oberfläche des Filters selbst nach längerer Anwendung der Vorrichtung nicht verloren.

Da jedoch bei dieser Vorrichtung das Fluid durch die poröse metallische Platte in das Filter eingeleitet wird, hängt die Menge des in das Filter einströmenden Fluids von der Porosität der porösen Platte ab. Deshalb besteht eine Be schränkung für die zu verarbeitende Menge. Außerdem wird bei dieser Vorrichtung das Potential nur an die Oberfläche des Filters angelegt, und daher werden radial vertiefte Abschnitte des Filters nicht ausreichend elektrisch geladen. Daher ent steht die bekannte Situation, daß Fremdpartikel sich mit ge ringem Wirkungsgrad in radial vertieften Abschnitten des Fil ters sammeln.

Ferner werden in der oben beschriebenen Vorrichtung die radial vertieften Abschnitte des Filters nicht ausreichend elektrisch geladen, und deshalb kann die Vorrichtung nur für relativ große Partikel mit Abmessungen von etwa 10 µm verwen det werden. Um Partikel mit kleineren Abmessungen koagulieren zu lassen, ist es erforderlich, daß das Fluid mehrere Male durch das Filter zirkuliert. Folglich ist die Verarbeitungs zeit lang.

Wenn die oben beschriebene Vorrichtung verwendet wird und der Wirkungsgrad, mit dem die Fremdpartikel zu gröberen Partikeln koagulieren, erhöht werden soll, ist es außerdem die einzig anwendbare Methode, die Spannung zum Aufladen des Fil ters zu erhöhen. Insbesondere wenn beim elektrischen Auflade verfahren mittels Gleichstrom die angelegte Spannung erhöht wird, ist die Ladeelektrode von elektrolytische Korrosion be troffen und ionisiert dadurch die metallische Elektrode. Wenn z. B. eine Elektrode aus rostfreiem Stahl verwendet wird, ent steht sechswertiges Chrom. Deshalb ist es schwierig, Abwasser zu verarbeiten. Folglich bestehen Beschränkungen für die Erhö hung der angelegten Spannung.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein solches Verfah ren zum elektrischen Aufladen, Koagulieren und Ausfiltern von Partikulaten in einem Fluid bereitzustellen, bei dem das zu verarbeitende Fluid ungehindert in das Filter strömt und das Fluid in großer Menge gefiltert werden kann, wobei das Verfah ren ferner so ausgelegt sein soll, daß es eine hohe Fil terwirkung bietet, ohne daß eine hohe Spannung angelegt werden muß.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein solches Verfahren zum elektrischen Aufladen, Koagulieren und Ausfil tern von Partikulaten in einem Fluid bereitzustellen, bei dem das Filter elektrisch tief geladen werden kann, um den Wir kungsgrad, mit dem Fremdpartikel festgehalten werden, zu ver bessern, d. h. das Verfahren soll in der Lage sein, mikroskopi sche Fremdpartikulate in der Größenordnung von Angström, z. B. Farbstoffpartikel, mit hohem Wirkungsgrad auszufiltern.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Filtere lement bereitzustellen, das in jedem der in den beiden voran gegangenen Absätzen beschriebenen Verfahren verwendet werden kann.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Fluid filtervorrichtung mit dem in dem vorangegangenen Absatz be schriebenen Filterelement bereitzustellen.

Diese Aufgaben werden mit den in den Ansprüchen 1, 2, 7, 8 bzw. 11 angebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Um das Problem mit den oben genannten bekannten Techni ken zu lösen, wurde das Prinzip des Verfahrens zum elek trischen Aufladen, Koagulieren und Ausfiltern von Partikulaten in einem Fluid studiert und wiederholt Untersuchungen und Ex perimente durchgeführt, die auf den bis dahin gemachten Erfah rungen basieren. Als Ergebnis wurde ein neues Prinzip und ein neues Gesetz gefunden, wie nachstehend beschrieben. Die Erfin dung basiert auf der Grundlage dieser Erkenntnisse.

Das Prinzip des Verfahrens zum elektrischen Aufladen, Koagulieren und Ausfiltern von Partikulaten in einem Fluid ist so erschlossen, wie nachstehend beschrieben. In der elektro chemischen Theorie besitzt jedes Partikulat in einem Fluid ein Phasengrenzpotential aufgrund des Zeta-Potentials einer elek trischen Doppelschicht an der Grenze zu dem Fluid. Die Cou lombsche Kraft, die zu diesem Phasengrenzpotential beiträgt, kommt zwischen den Partikulaten zur Wirkung. Die Partikulate schweben also in dem Fluid, während sie sich gegenseitig ab stoßen. Wenn eine bestimmte Form der externen Energie vor liegt, um das Phasengrenzpotential zu neutralisieren oder zu verringern, dann verringert sich die abstoßende Kraft aufgrund der Coulombschen Kraft. Daraus ergibt sich, daß die intermole kulare Anziehung, auch van-der-Waalssche Kraft genannt, die als eine Eigenkraft zwischen den Partikulaten wirkt, stärker wird als die abstoßende Kraft aufgrund der Coulombschen Kraft. Folglich ziehen die Partikulate einander an und koagulieren, wobei sie gröbere Partikulate bilden. Eine genaue Filterung kann erreicht werden, indem die gröberen Partikel durch ein Filter befördert werden, dessen Maschen so beschaffen sind, daß die Partikel festgehalten werden. In diesem Fall, wo die Maschen gröber ausgeführt sind, ist es weniger wahrscheinlich, daß eine Verstopfung eintritt. Dadurch werden die Lebensdauer des Filters verlängert und die Betriebskosten gesenkt.

Das Filtern ist bis zu dieser Stelle konzeptionell er schlossen worden. Die Beziehungen zwischen den Parametern, z. B. die Beziehung zwischen der angelegten Spannung, die als eine externe Energiequelle wirkt, und der Menge der Energie, die auf jedes Partikulat übertragen wird, und andere Parameter sind noch nicht erschlossen worden. Deshalb ist es schwierig gewesen, die wichtigen Faktoren beim Konstruieren der Vorrich tung zu bewerten. Deshalb ist es schwierig gewesen, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die auf der Grundlage einer ein heitlichen Theorie verbessert worden ist.

Im Rahmen der Erfindung wurden die folgenden Beziehun gen zwischen diesen Parametern herausgefunden:

Wenn die angelegte Spannung eine Wechselspannung ist, gilt:

G = K m f² a² / r² (1).

Wenn die angelegte Spannung eine Gleichspannung ist, gilt:

G = K m a² / r² (2)

wobei gilt: G ist die Gesamtenergie, die auf ein Partikulat wirkt, K ist eine Konstante, m ist die Masse des Partikulats, f ist die Frequenz des Wechselstroms, a ist eine Spannung oder Amplitude, und r ist der Abstand zwischen den elektrischen La deelektroden.

Die folgenden Bewertungen können auf der Grundlage die ser allgemeinen Formeln durchgeführt werden. Wir erörtern zu erst den Fall, wo die angelegte Spannung eine Wechselspannung ist. Aus Gleichung (1) erkennt man folgendes: Wenn die anderen Parameter konstant sind und wenn die Nasse m des Partikulats verringert wird, d. h. wenn sich der Durchmesser des Partiku lats verringert, verringert sich die Gesamtenergie G, die auf das Partikulat wirkt. Dadurch wird es schwieriger, das Phasen grenzpotential zu neutralisieren oder zu verringern. Daraus kann man erkennen, daß Partikulate mit kleineren Abmessungen schwerer koagulieren.

Da die Gesamtenergie G in dieser Formel in ein Verhält nis gesetzt wird zum Quadrat der Frequenz f und zum Quadrat der Spannung a, kann die neutralisierende Energie, die auf das Partikulat wirkt, sich logarithmisch erhöhen, indem die Fre quenz f und die Spannung a erhöht werden. Koagulation und Fil terung von mikroskopischen Partikulaten kann dadurch erzielt werden, daß die Spannung a oder die Frequenz f erhöht wird.

Wenn jedoch die Spannung a zu groß gewählt wird, kann ein dielektrischer Durchschlag eintreten. Auch die Sicherheit wirft Probleme auf beim Umgang mit der Vorrichtung. Insbeson dere wenn die angelegte Spannung eine Gleichspannung ist, be steht eine Tendenz zur elektrolytische Korrosion. Aus diesen Gründen wird die obere Grenze der Spannung a vom elektrischen Widerstand des Fluids bestimmt. Im Falle einer Wasserlösung liegt die obere Grenze bei 25 V/cm. Bei Öl liegt die obere Grenze bei 500 V/cm. Bei Luft liegt die obere Grenze bei etwa 10 000 V/cm.

Es bestehen ebenfalls Beschränkungen für die Erhöhung der Frequenz f. Ein Experiment hat folgendes gezeigt. Wenn die Frequenz 100 kHz überschreitet, verhält sich der Strom in er ster Linie wie eine elektromagnetische Welle und wirkt sich schädlich auf das Aufladen- Koagulieren und Ausfiltern aus. Wenn die angelegte Spannung eine Wechselspannung ist, wirken aufgrund der Richtungsänderung der angelegten Spannung eine anziehende und eine abstoßende Kraft abwechselnd auf das Partikulat im Fluid. Daher kann die dabei wirkende Energie als eine Schwingungsenergie definiert werden.

Als nächstes wird der Fall erörtert, wo die angelegte Energie eine Gleichspannung ist. In diesem Fall ist die allge meine Formel für die Gesamtenergie G mit der Gleichung (2) ge geben. Gleichung (2) ist identisch mit Gleichung (1), außer daß der Parameter f, auch Frequenz genannt, weggelassen ist. In diesem Fall kann die Kraft, die auf das Partikulat wirkt und die durch die Gesamtenergie G repräsentiert wird, als eine Coulombsche Kraft definiert werden. Aus Gleichung (2) erkennt man folgendes: Wenn die angelegte Spannung eine Gleichspannung ist, kann der Wirkungsgrad nur verbessert werden, wenn die Spannung a erhöht wird. Wenn die angelegte Spannung eine Gleichspannung ist, ist es demnach wichtig, eine hohe Spannung anzulegen. Um zu verhindern, daß die Ladeelektroden elektroly tisch korrodieren, wenn eine so hohe Spannung angelegt wird, sind die Ladeelektroden deshalb aus einem nichtmetallischen Ma terial hergestellt.

Wenn die angelegte Spannung eine Wechselspannung ist, sind somit die Frequenz f und die Spannung a wichtige Fakto ren, die die Gesamtenergie G bestimmen. Wenn die angelegte Spannung eine Gleichspannung ist, ist andererseits die Span nung a ein wichtiger Faktor. Außerdem muß der Abstand r der Ladeelektroden, der auch ein wichtiger Faktor ist, der sich auf die Gesamtenergie G auswirkt, erörtert werden. Wie man aus den Gleichungen (1) und (2) erkennen kann, steht die Gesamt energie G in umgekehrtem Verhältnis zum Quadrat des Abstands r der Ladeelektroden, was mit dem allgemeinen Kenntnisstand in der Theorie einer zwischen zwei Punkten wirkenden Kraft übereinstimmt. Wie oben erwähnt, bestehen Beschränkungen für die Erhöhung der Gesamtenergie G, wenn die Frequenz f und die Spannung a erhöht werden. In diesem Fall ist es wichtig, die Gesamtenergie G dadurch zu erhöhen, daß man den Abstand r zwi schen den Ladeelektroden einstellt.

Theoretisch erhöht sich die Gesamtenergie G dadurch, daß der Abstand r zwischen den Ladeelektroden verringert wird. Dadurch verbessert sich wiederum der Wirkungsgrad, mit dem Partikulate zu gröberen Partikeln koagulieren. Es bestehen je doch Beschränkungen für die Verringerung des Abstands r, weil es nämlich schwierig ist, die Vorrichtung herzustellen.

Statt den Abstand r zwischen den Ladeelektroden zu ver ringern, wird erfindungsgemäß eine Filterschicht aus einem leitenden Material ausgebildet. Diese Filterschicht selbst wird als eine Ladeelektrode verwendet. Daraus folgt im wesent lichen, daß der Abstand zwischen der Ladeelektrode und dem Partikulat sich unbegrenzt nahe gegen Null bewegt. Wenn man diese technischen Vorrichtungen kombiniert, können für die Frequenz f und die Spannung a Werte aus normalen Bereichen ge wählt werden. Dadurch kann der Grad der Freiheit, mit dem die Vorrichtung konstruiert werden kann, vergrößert werden.

Es wurden auch allgemeine Formeln für die Gesamtenergie unter Berücksichtigung der Temperatur t des Fluids erörtert und dabei die folgenden Gleichungen abgeleitet. Wenn die ange legte Spannung eine Wechselspannung ist, gilt:

G = K m f² a² t/r² (1′).

Wenn die angelegte Spannung eine Gleichspannung ist, gilt:

G = K m a² t/r² (2′)

In den Gleichungen (1′) und (2′) sind die Frequenz f, die Spannung a und der Abstand r zwischen den Ladeelektroden die Konstruktionsfaktoren des mechanischen Aufbaus der Vor richtung. Die Elemente, die durch das Fluid bestimmt werden, sind die Masse m des Partikulats und die Temperatur t des Fluids. Das heißt, wenn die Frequenz f, die Spannung a, der Abstand r der Maschine konstant sind, kann die Gesamtenergie sich erhöhen, wenn die Temperatur t des Fluids erhöht wird. Daraus folgt, daß die Partikulate bereitwilliger koagulieren.

Ein Verfahren zum Aufladen, Koagulieren und Ausfiltern von Partikulaten in einem Fluid ist entwickelt worden auf der Grundlage der bisher beschriebenen Theorie. Dieses neue Ver fahren weist die folgenden Schritte auf: Anordnen einer elek trischen Ladeelektrode in einem Durchgangsbereich, durch den das Fluid hindurchströmt, wobei die Ladeelektrode aus einem leitenden Material hergestellt ist, wobei die Ladeelektrode außerdem wie eine Filterschicht wirkt und zylindrisch ist; Anordnen einer Gegen elektrode im Durchgangsbereich gegenüber der Ladeelektrode; Anlegen einer Gleichspannung zwischen der Ladeelektrode und der Gegenelektrode, um die gesamte Filterschicht elektrisch aufzuladen, so daß eine Coulombsche Kraft aufgrund der Gleich spannung in voller Breite auf die Partikulate wirkt, die in dem Zwischenraum zwischen der Ladeelektrode und der Gegenelek trode im Fluid schweben, um die Partikulate koagulieren zu lassen, wobei gröbere Partikel ausgebildet werden; und Hinein drängen der gröberen Partikel in die Filterschicht mit der Strömung des Fluids, so daß die Partikel durch die Filter schicht strömen können, wodurch die Partikulate im Fluid aus gefiltert werden.

Eine weitere erfindungsgemäße Methode weist folgende Schritte auf: Anlegen einer Wechselspannung zwischen eine elektrische Ladeelektrode und eine Gegenelektrode, um die ge samte Filterschicht elektrisch aufzuladen; und Bewirken, daß eine Schwingungsenergie, die von der Wechselspannung erzeugt wird, in voller Breite auf die Partikulate wirkt, die in dem Zwischenraum zwischen der Ladeelektrode und der Gegenelektrode im Fluid schweben.

Die Filterschicht, die außerdem wie die Ladeelektrode wirkt, kann verschiedene Formen haben. Es kann z. B. ein zylin drisches Filter, das aus einem leitenden Material hergestellt ist, verwendet werden. Ein Filter, bei dem ein leitendes Mate rial koaxial angeordnet ist und das die Form eines Hohlbehäl ters hat, kann auch verwendet werden. Ferner kann ein flaches Filter, das aus einem leitenden Material hergestellt ist, ver wendet werden. Dieses flache Filter kann in die Flüssigkeit in einem vorher installierten Tank eingetaucht werden. Zusätzlich dazu kann eine Filterschicht, die außerdem wie eine Ladeelek trode wirkt, unter Verwendung eines leitenden Adsorptionsmit tels ausgebildet sein.

Die Erfindung bietet außerdem ein Filterelement, das bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Aufladen, Koagulieren und Ausfiltern von Fremdpartikulaten verwendet wird. Dieses Fil terelement ist geeignet für die Unterbringung in einem Durch gangsbereich, durch den ein zu filterndes Fluid strömt, um Fremdpartikulate im Fluid auszufiltern, wobei das Filterele ment folgendes aufweist: erste Filterschichten aus einem lei tenden Material mit zahlreichen Hohlräumen, die das Fluid durchlassen; zweite Filterschichten, die aus einem dielektri schen Material oder einem Adsorptionsmittel bestehen und sich mit den ersten Filterschichten abwechseln; ein oberes dichten des Isolierpackteil und ein unteres dichtendes Isolierpack teil, die das obere bzw. das untere Ende der ersten und zwei ten Filterschichten abschließen, wobei die ersten Filter schichten als elektrische Ladeelektroden verwendet werden, wo durch das Filterelement radial tief elektrisch geladen wird.

Anstatt das gesamte Filterelement aus einer Filter schicht auszubilden, die aus einem leitenden Material herge stellt ist und die außerdem wie eine Ladeelektrode wirkt, kön nen viele Filterschichten, die aus einer leitenden Schicht hergestellt sind und außerdem als Ladeelektroden wirken, im Gesamtaufbau des Filterelements ausgebildet sein. Filter schichten, die aus einem leitenden Material hergestellt sind und die außerdem als Ladeelektroden wirken, können sich mit Filterschichten aus einem dielektrischen Material oder einem Adsorptionsmittel abwechseln.

Die Filterschichten aus dem leitenden Material können aus einem leitenden Material ausgebildet sein, das eine große Oberfläche hat, z. B. Kohlefasern und Aktivkohle. Die Filter schichten können z. B. dadurch ausgebildet werden, daß Schnüre aus Kohlefasern auf eine Spule aufgewickelt werden oder ein Tuch aus Kohlefasern in mehreren Schichten aufgewickelt wird.

Eine Filtervorrichtung unter Verwendung des Filterele ments, die so aufgebaut ist, wie oben beschrieben, kann auf weisen: einen äußeren Zylinder mit einem Eingang, durch den ein zu filterndes Fluid eingeleitet wird; eine zentrale geer dete Elektrode, die die Form eines Rohres hat, wobei die Elek trode außerdem als ein Ausströmbereich für das gefilterte Fluid wirkt, wobei die zentrale Elektrode die gleiche Polari tät hat wie der äußere Zylinder; einen Zwischenraum, der zwi schen dem äußeren Zylinder und der zentralen geerdeten Elek trode ausgebildet ist; und ein Filterelement, das eine Filter schicht aufweist, die außerdem als eine elektrische Ladeelek trode wirkt. Die Filterschicht ist aus einem leitenden Mate rial hergestellt und in dem Zwischenraum angeordnet. Eine Spannung, die dem spezifischen Widerstand des Fluids ent spricht, wird zwischen das Filterelement und jeweils den äuße ren Zylinder und die zentrale geerdete Elektrode angelegt.

Zunächst wird das Prinzip des neuen Verfahrens zum Auf laden, Koagulieren und Ausfiltern von Partikulaten in einem Fluid, wenn die angelegte Spannung eine Wechselspannung ist, beschrieben. Danach wird das Prinzip des Verfahrens, wenn die angelegte Spannung eine Gleichspannung ist, beschrieben.

a) Aufladen mittels Wechselspannung

Da die angelegte Spannung ihre Polarität ändert, schwingt jedes Partikulat in ständiger Wiederholung. Wenn die Spannung a erhöht wird, erhöht sich die Amplitude der Schwin gung jedes Partikulats. Wenn die Spannung a in einem bestimm ten Maße steigt, wird sie stärker als die abstoßende Kraft der Coulombschen Kraft, die zwischen den Partikulaten mit der gleichen Polarität des Phasengrenzpotentials wirkt, so daß die Partikulate einander sehr nahekommen. Eine starke intermoleku lare Kraft wirkt zwischen den Partikulaten. Daraus ergibt sich, daß die Partikulate koagulieren, um gröbere Partikel auszubilden. Da die Wechselspannung eine Gleichspannungskompo nente enthält, hebt diese Gleichspannungskomponente die Pha sengrenzpotentiale der Partikulate auf. Dadurch wird die Ko agulation und die Vergröberung der Partikulate gefördert.

Da die Frequenz f die Anzahl der Wiederholungen der Schwingungen ist, ergibt sich folgendes: Wenn die Anzahl steigt, werden die Phasengrenzpotentiale häufiger aufgehoben. Wenn also die Frequenz f steigt, beschleunigt sich demnach die Koagulation und die Vergröberung der Partikulate. Wenn die Masse m sich verringert, ist es erforderlich, die Spannung a oder die Frequenz f zu erhöhen. Insbesondere wenn Beschränkun gen für die Spannung a vorhanden sind, ist es wichtig, die Frequenz f zu erhöhen, um eine Energie zu erzielen, die not wendig ist, um die Phasengrenzpotentiale aufzuheben.

Wenn der Abstand r zwischen den Elektroden sich verrin gert, wird das elektrische Feld stärker, und die Energie, die auf jedes Partikulat übertragen wird, steigt. Wenn jede Elek trode ihren Abstand verringert, erhöht sich die Kraft, die das Phasengrenzpotential des Partikulats aufhebt. Deshalb ist die elektrische Ladeelektrode erfindungsgemäß aus einem leitenden Material hergestellt. Daraus folgt im wesentlichen, daß der Abstand zwischen den Elektroden sich unbegrenzt nahe gegen Null bewegt. Beim Aufladen mittels Wechselstrom tritt die Ko agulation im elektrischen Feld und in der Nähe der Ladeelek trode ein. Koagulierte Partikulate werden mit der Strömung des Fluids mitbefördert und sammeln sich auf der Oberfläche der Filterschicht, wobei eine Kuchenschicht bzw. eine zusammenge backene Nasse entsteht. Diese Kuchenschicht wirkt als eine vorläufige Filterschicht. Dadurch wird verhindert, daß der Grundkörper der Filterschicht verstopft. Außerdem wird die Filtergenauigkeit verbessert.

b) Aufladen mittels Gleichstrom

Partikulate mit positiven Phasengrenzpotentialen werden zu der geerdeten Elektrode hin angezogen, die eine negative Elektrode ist, und zwar durch eine Coulombsche Kraft, und so mit sammeln sich die Partikulate. Die positiven Phasengrenzpo tentiale der Partikulate werden an der Oberfläche der geerde ten Elektrode neutralisiert, so daß die Partikulate elektrisch neutral werden. Die Partikulate ziehen sich durch intermoleku lare Anziehung einander an, verbinden sich und koagulieren. Die koagulierten Partikulate ohne Potential werden von der Strömung des Fluids mitbefördert und sammeln sich an der Ober fläche der Ladeelektrode, wobei eine Kuchenschicht entsteht. Diese Kuchenschicht wirkt als eine vorläufige Filterschicht ebenso wie bei der Aufladung mittels Wechselstrom.

Die geerdete Elektrode zieht immer die positiven Parti kulate durch eine Coulombschen Kraft an, und deshalb neigt die Oberfläche ständig zum Verstopfen. Folglich ist es erforder lich, daß die Oberfläche gelegentlich gereinigt wird.

Andererseits werden Partikulate mit negativen Phasen grenzpotentialen zu der Oberfläche der Filteroberfläche eines positiven Potentials hin angezogen, das aus einem leitenden Material hergestellt ist, und zwar durch eine Coulombschen Kraft, und somit sammeln sich die Partikulate. Die Phasen grenzpotentiale gehen an der Oberfläche der Filterschicht ver loren. Die Partikulate ziehen durch die intermolekulare An ziehung einander an, so daß sie koagulieren. Auf diese Weise wird eine Kuchenschicht auf der Oberfläche der Filterschicht ausgebildet. Das Fluid strömt durch die Hohlräume in der Ku chenschicht und wird gefiltert. Partikulate mit negativen Pha sengrenzpotentialen werden mit einem hohen Wirkungsgrad ausge filtert, weil die Adsorptionsfilterung ebenfalls auf sie wirkt, d. h. sie werden ständig zum positiven Potential der Filterschicht hin durch eine Coulombsche Kraft angezogen und sammeln sich dort.

Wenn die Ladeelektrode, die außerdem als eine Filter schicht wirkt, aus einem nichtmetallischen leitenden Material hergestellt ist, strömen keine schädlichen Metallionen wegen elektrolytischer Korrosion aus. In diesem Fall kann eine ziem lich hohe Spannung angelegt werden. Daher ist es möglich, die angelegte Spannung bis zu dem Wert zu erhöhen, bei dem die Neutralisierung des Phasengrenzpotentials mit hohem Wirkungs grad erfolgt. Somit können selbst ultramikroskopische Parti kel, z. B. Farbstoffpartikel in der Größenordnung von Ångström, entfernt werden.

Wenn eine Wasserlösung verarbeitet wird und wenn eine hohe Spannung angelegt wird, entsteht eine große Menge Wasser stoffgas, das von der negativen Elektrode kommt, während eine große Menge Sauerstoffgas entsteht, das von der positiven Elektrode kommt, und zwar aufgrund der Elektrolyse der Wasser lösung. Es müssen daher gesonderte Maßnahmen ergriffen werden, um die Möglichkeit auszuschließen, daß das Mischgas aus Was serstoff und Sauerstoff Feuer fängt und explodiert.

Ein spezifisches Beispiel für das Filterelement, das auf der Grundlage des oben beschriebenen Prinzips aufgebaut ist, filtert ein Fluid so, wie nachstehend beschrieben. Fremd partikulate im Fluid, das in das Filterelement strömt, strömen durch die Filterschicht, die außerdem wie die Ladeelektrode wirkt, wobei die Filterschicht zahlreiche Hohlräume hat, die das Fluid durchlassen. Wenn das Fluid durch die Filterschicht strömt, werden Fremdpartikulate direkt durch eine Coulombsche Kraft angezogen, die durch die Spannung erzeugt wird, die di rekt an der Filterschicht anliegt, und werden in der Filter schicht festgehalten. Das leitende Material ist in mehreren Schichten über dem gesamten Filterelement oder in dem Element ausgebildet. Deshalb wird die gesamte Filterschicht elektrisch aufgeladen, oder ein großer Bereich der Filterschicht wird elektrisch aufgeladen. Während des gesamten Vorganges des Durchströmens des Fluids durch das Filter wirkt daher eine starke Coulombsche Kraft auf das Fluid. Daher können Fremdpar tikulate mit hohem Wirkungsgrad selbst in vertieften Abschnit ten des Filters festgehalten werden. Da die Fremdpartikulate durch die Coulombsche Kraft festgehalten werden, können die Fremdpartikulate, die viel kleiner sind als die Maschen der Filterschicht, die aus dem leitenden Material hergestellt ist, mit hohem Wirkungsgrad festgehalten werden.

Zusätzlich zu der direkten Anziehung durch die Coulomb sche Kraft hebt die Wirkung des elektrischen Feldes das Zeta potential jedes Fremdpartikulats auf. Dadurch werden die Ko agulation und die Vergröberung der Fremdpartikulate gefördert.

Daraus ergibt sich, daß die Filterschicht die Fremdpartikulate besser festhalten kann.

Insbesondere wenn die Filterschicht, die außerdem wie die Ladeelektroden wirkt, aus einem leitenden Material mit ei ner großen Oberfläche hergestellt ist, z. B. Kohlefasern oder Aktivkohle, tragen alle engen mikroskopischen Oberflä chenabschnitte zur Funktion der Ladeelektrode bei. Folglich können Fremdpartikulate in dem verarbeiteten Fluid mit hohem Wirkungsgrad festgehalten werden. Außerdem kann eine große Menge des Fluids mit hohem Wirkungsgrad verarbeitet werden, weil im wesentlichen unzählige Zwischenräume, die das Fluid durchlassen, zwischen den Fasern oder in der Aktivkohle ausge bildet werden.

In einer Filtervorrichtung mit einem solchen Filterele ment wird das zu verarbeitende Fluid vom Eingang her, der im äußeren Zylinder ausgebildet ist, eingeleitet, und strömt durch das Filterelement radial nach innen, wobei Fremdpartiku late im Fluid entfernt werden. Das gefilterte Fluid verläßt die Vorrichtung durch den Ausgang, der an einem Ende der rohrähnlichen Elektrode ausgebildet ist, die außerdem wie die geerdete Elektrode wirkt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine konzeptionelle Darstellung des Koagulati onsvorgangs von Partikulaten, wenn eine Gleichspannung erfin dungsgemäß angelegt wird;

Fig. 2 eine konzeptionelle Darstellung wie in Fig. 1, wobei jedoch eine Wechselspannung angelegt wird;

Fig. 3 eine geschnittene perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Filterelements;

Fig. 4 eine geschnittene Ansicht des Filterelements ge mäß Fig. 3;

Fig. 5 (I) und (II) fragmentarische vergrößerte Ansich ten von Modifikationen des Kerns des Filterelements gemäß Fig. 3 und 4;

Fig. 6 (I) eine Seitenansicht des Fadens, der eines der Materialien der Filterschicht ist, die aus einem leitenden Ma terial besteht;

Fig. 6 (II) eine Seitenansicht einer Schnur, die eines der Materialien der Filterschicht bildet;

Fig. 6 (III) eine Vorderansicht eines Flachmaterials, das eines der Materialien der Filterschicht bildet;

Fig. 6 (IV) eine perspektivische Ansicht eines Zylin ders, aus dem eine erfindungsgemäße Filterschicht gebildet werden kann;

Fig. 7 eine geschnittene Ansicht eines Filterelements mit einer Vielzahl von Filterschichten aus einem leitenden Ma terial;

Fig. 8 (I) einen horizontalen Schnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Filterelements;

Fig. 8 (II) einen vertikalen Schnitt des Filterelements gemäß Fig. 8 (I);

Fig. 9 (I) einen horizontalen Schnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Filterelements;

Fig. 9 (II) einen vertikalen Schnitt eines Filterele ments (I) gemäß Fig. 9 (I);

Fig. 10 (I) einen horizontalen Schnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Filterelements;

Fig. 10 (II) einen vertikalen Schnitt des Filterele ments gemäß Fig. 10 (I);

Fig. 11 einen horizontalen Schnitt einer erfindungsge mäßen Fluidfiltervorrichtung;

Fig. 12 einen vertikalen Schnitt der Fluidfiltervor richtung gemäß Fig. 11;

Fig. 13 einen horizontalen Schnitt einer weiteren er findungsgemäßen Fluidfiltervorrichtung;

Fig. 14 einen vertikalen Schnitt der Fluidfiltervor richtung gemäß Fig. 13;

Fig. 15 einen horizontalen Schnitt einer weiteren er findungsgemäßen Fluidfiltervorrichtung;

Fig. 16 einen vertikalen Schnitt der Fluidfiltervor richtung gemäß Fig. 15;

Fig. 17 einen horizontalen Schnitt einer weiteren er findungsgemäßen Fluidfiltervorrichtung;

Fig. 18 einen vertikalen Schnitt der Fluidfiltervor richtung gemäß Fig. 17;

Fig. 19 einen horizontalen Schnitt einer weiteren er findungsgemäßen Fluidfiltervorrichtung;

Fig. 20 einen vertikalen Schnitt der erfindungsgemäßen Fluidfiltervorrichtung gemäß Fig. 19;

Fig. 21 einen horizontalen Schnitt einer weiteren er findungsgemäßen Fluidfiltervorrichtung;

Fig. 22 einen vertikalen Schnitt der Fluidfiltervor richtung gemäß Fig. 21;

Fig. 23 eine horizontale Ansicht des Endes einer Fil tereinheit, die in einem Tank installiert ist, der bereits an geordnet ist; und

Fig. 24 eine vertikale Endansicht der Filtereinheit ge mäß Fig. 23.

Die Art und Weise, wie Partikulate durch das neue Ver fahren zum Aufladen, Koagulieren und Ausfiltern von Partikula ten zu gröberen Partikeln koagulieren, wird nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Aufladung durch Gleichstrom

Fig. 1 zeigt den Vorgang der Koagulation und der Ver gröberung von Partikulaten bei einer Aufladung mittels Gleich strom. X ist eine elektrische Ladeelektrode. Y ist eine geer dete Elektrode. Die Ladeelektrode X ist aus einem leitenden Material hergestellt, das mit zahlreichen Hohlräumen versehen ist, durch die das Fluid strömt. Die Ladeelektrode X wirkt au ßerdem wie eine Filterschicht.

Partikulate 101 und 102 haben ein positives Phasen grenzpotential. Eine abstoßende Kraft, die durch eine Coulomb sche Kraft erzeugt wird, wirkt zwischen den Partikulaten 101 und 102, wie durch die Pfeile 103 angezeigt wird. Wenn die Gleichspannung zwischen die Ladeelektrode X und die geerdete Elektrode Y angelegt wird, um ein elektrisches Feld auf die Partikulate 101 und 102 auszuüben, werden diese zu der geerde ten Elektrode Y mit einem negativen Potential aufgrund der Coulombschen Kraft in die Richtungen hin angezogen, die durch die Pfeile 104 bzw. 105 angezeigt werden. Sie sammeln sich auf der Oberfläche der geerdeten Elektrode Y. Das positive Poten tial der Partikulate 101 und 102 wird durch das negative Po tential der geerdeten Elektrode Y neutralisiert, und die Par tikulate ziehen dann durch die intermolekulare Kraft einander an, die mit dem Pfeil 108 angezeigt wird. Sie koagulieren also, wie durch 110 angezeigt wird. Die Partikulate, die auf diese Weise zu gröberen Partikeln koaguliert sind, werden mit der Strömung des Fluids mitgeführt, die durch 111 angezeigt wird, und bewegen sich zur Ladeelektrode X hin. Danach sammeln sich die Partikel auf der Oberfläche der Ladeelektrode X, wie durch 112 angezeigt wird.

Andererseits werden die Partikulate 201 und 202 mit ne gativem Phasengrenzpotential angezogen durch das positive Po tential der Ladeelektrode X und sammeln sich auf der Oberflä che der Ladeelektrode X. Das negative Phasengrenzpotential der Partikulate 201 und 202 wird neutralisiert durch das positive Potential der Ladeelektrode X. Die Partikulate 201 und 202, die gegenwärtig elektrisch neutral sind, koagulieren durch die intermolekulare Kraft 203 und sammeln sich auf der Oberfläche der Ladeelektrode X.

Auf diese Weise sammeln sich die Partikulate 101, 102 mit positivem Phasengrenzpotential und die Partikulate 201, 202 mit negativem Phasengrenzpotential alle auf der Oberfläche der Ladeelektrode X, während sie zu gröberen Partikeln koagu lieren. Ob das Phasengrenzpotential jedes Partikulats, das in einem Fluid schwebt, positiv oder negativ ist, hängt ab von der Art des Fluids und auch von der Art des Fremdpartikulats. Häufig sind Partikulate mit positivem Phasengrenzpotential und Partikulate mit negativen Phasengrenzpotential vermischt.

Die koagulierten Partikulate an der Oberfläche der La deelektrode x dringen in die Ladeelektrode X ein mit der Strö mung des Fluids, wobei die Ladeelektrode außerdem wie eine Filterschicht wirkt. Abschnitte der koagulierten Partikulate setzen sich an der Oberfläche der Elektrode X ab und erzeugen dabei eine Kuchenschicht 112. Koagulierte Partikulate, die daraufhin in die Filterschicht oder in die Ladeelektrode X strömen, strömen durch die Kuchenschicht, die an der Oberflä che der Ladeelektrode X ausgebildet wird, wobei die Partiku late vorläufig ausgefiltert werden. Die Partikulate, die dann in die Filterschicht oder in die Ladeelektrode x eindringen, strömen durch die Maschen der Filterschicht und dringen tief in die Filterschicht ein. Wie 113, 114, 115 und 116 zeigen, wird die Korngröße der koagulierten Partikulate, die durch die Maschen strömen, nach und nach kleiner. Die Filterschicht oder die Ladeelektrode X ist aus einem leitenden Material herge stellt und vollständig elektrisch aufgeladen. Deshalb erzeugen die koagulierten Partikulate, die durch die Filterschicht strömen, eine Kuchenschicht auch in der Filterschicht. Dies trägt zu einer Verbesserung der Filtergenauigkeit bei.

Auf diese Weise koagulieren die Partikulate schließlich und werden durch die Filterschicht ausgefiltert, ganz gleich, ob das Phasengrenzpotential jedes Partikulats positiv oder ne gativ ist. Wie oben erwähnt, werden Partikulate mit positivem Phasengrenzpotential ständig zur geerdeten Elektrode Y hin an gezogen, die eine negative Elektrode ist, und die Partikulate, die auf der Oberfläche der geerdeten Elektrode Y koaguliert und vergröbert worden sind, werden mit der Strömung des Fluids zur Ladeelektrode X hin mitgeführt. Einige Partikulate bewegen sich jedoch nicht von der Oberfläche der geerdeten Elektrode Y weg, sondern verbleiben an der Oberfläche und kontaminieren somit die Oberfläche der geerdeten Elektrode Y. Deshalb ist es erforderlich, die Oberfläche der geerdeten Elektrode Y regel mäßig zu reinigen.

Aufladung durch Wechselstrom

Fig. 2 zeigt den Vorgang der Koagulation und des Ver gröberns der Partikulate bei Aufladung mittels Wechselstrom. Ebenso wie bei dem oben beschriebenen Aufladen mittels Gleich strom ist X eine elektrische Ladeelektrode und Y eine geerdete Elektrode. Da die Polarität beim Aufladen mittels Wechselstrom ständig wechselt, verändern sich die Potentiale und die Pola ritäten der Elektroden ständig.

Bei Aufladung mittels Wechselstrom wirkt eine Kraft zwischen den Partikulaten 301 und 302 derartig, daß sich der Abstand zwischen ihnen durch die Schwingungsenergie verrin gert, die durch die Frequenz und die Spannung der Ladestrom versorgung bestimmt wird, unabhängig von den Polaritäten der Phasengrenzpotentiale der Partikulate 301 und 302. Wenn der Abstand zwischen den Partikulaten unter einen bestimmten Wert abfällt, erhöht sich die intermolekulare Kraft plötzlich. Das führt dazu, daß die intermolekulare Anziehung größer wird als die abstoßende Kraft, die durch eine Coulombsche Kraft erzeugt wird, wodurch die Partikulate koagulieren. Wie durch 303 ange zeigt wird, koagulieren demzufolge Partikulate in Positionen, die von der Ladeelektrode X und von der geerdeten Elektrode Y entfernt sind. Da die Wechselspannung eine Gleichspannungskom ponente enthält, werden die Phasengrenzpotentiale der in der Nähe befindlichen Partikulate neutralisiert.

Die koagulierten Partikulate werden mit der Strömung des Fluids mitgeführt, bewegen sich zu der gefilterten Schicht oder der Ladeelektrode X hin und werden ausgefiltert, wobei Kuchenschichten an und in der Oberfläche der Filterschicht entstehen, ebenso wie bei Aufladung mittels Gleichstrom.

Bei dem neuen Verfahren zum Aufladen, Koagulieren und Ausfiltern von Partikulaten verhalten sich die Partikulate im Fluid so, wie oben beschrieben. Filterelemente und Fluidfil tervorrichtungen, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Theorie gebaut worden sind, werden nachstehend beschrieben.

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines erfin dungsgemäßen Filterelements. Fig. 4 ist eine geschnittene An sicht dieses Filterelements. Dieses Filterelement, allgemein mit F bezeichnet, weist auf: einen Kern 2 mit zahlreichen Lö chern 1 zum Durchlassen das Fluids, eine leitende Filter schicht 3, die ausgebildet wird durch Wickeln von schnurförmi gen oder fadenähnlichen Fasern auf den Kern 2, einen oberen Ring 4 und einen unteren Ring 4. Die Ringe 4 sind am oberen bzw. unteren Ende der Filterschicht 3 angeordnet und wirken außerdem wie Dichtungsteile. Der Kern 2 und die Ringe 4 der Isolierpackung sind aus Polypropylen oder einem anderen Kunst harz hergestellt, das einen ausgezeichneten Widerstand gegen Korrosion und chemische Widerstandsfähigkeit aufweist. Obwohl der Kern 2 normalerweise aus einem Kunstharz hergestellt ist, gilt folgendes: Wenn die Isolierung keine Probleme verursacht und wenn das Filterelement F in eine Filtervorrichtung einge bracht wird, kann der Kern 2 auch aus einem Metall hergestellt werden. Der Kern 2 kann ein Zylinder sein, dessen Oberfläche mit zahlreichen Löchern versehen ist, wie Fig. 5 (I) zeigt. Als Alternative dazu kann der Kern 2 aus einem Netz bestehen, wie in Fig. 5 (II) dargestellt ist.

Das leitende Fasermaterial der Filterschicht ist nicht auf Kohlefasern beschränkt. Wie oben beschrieben, kann das fa denähnliche (Fig. 6 (I)) oder schnurförmige (Fig. 6 (II)) Fa sermaterial um den Kern 2 gewickelt sein. Wie Fig. 6 (III) zeigt, kann ein Fasermaterial in der Form eines Tuches, eines Netzes oder eines Flachmaterials auf den Kern 2 aufgewickelt sein. Ferner kann ein Zylinder 5, wie in Fig. 6 (IV) darge stellt, direkt ausgebildet sein, indem Kohlefasern oder dgl. durch Zusammendrücken geformt werden, und dieser Zylinder 5 kann dann verwendet werden. Außerdem ist das Material der Fil terschicht nicht auf leitende Fasermaterialien beschränkt. Sintermetalle, leitende poröse Keramikmaterialien und Aktiv kohle mit relativ großer Porosität können z. B. auch verwendet werden. Die Maschen des Filterelements, das auf diese Weise hergestellt wird, sind mit etwa 25 bis 50 µm festgelegt, was größer ist als die Maschen des Filterelements, das in der be kannten Vorrichtung verwendet wird, und viel größer ist als die auszufilternden Fremdpartikel.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Filterelement, mit F gekenn zeichnet. Bei diesem Filterelement sind die Filterschichten 3, die außerdem als Ladeelektroden wirken, aus einem leitenden Material hergestellt und wechseln sich mit Filterschichten A und B ab. Die Filterschicht A besteht z. B. aus einem Adsorpti onsmittel, z. B. Aktivkohle oder einem Ionenaustausch-Harz. Die Filterschicht B kann aus einem dielektrischen Material unter Verwendung dielektrischer Fasern bestehen. Die Filterschichten 3, die aus dem leitenden Material hergestellt sind, sind durch ein leitendes Material (nicht dargestellt) miteinander elek trisch verbunden und befinden sich auf dem gleichen Potential. Der spezifische Aufbau der Filterschichten A und B ist nicht auf den oben beschriebenen Aufbau beschränkt. Die Positionen der Filterschicht des Adsorptionsmittels und der Filterschicht des dielektrischen Materials können ausgetauscht werden. Fer ner können die Filterschichten A und B beide aus einem Adsorp tionsmittel oder einem dielektrischen Material hergestellt sein.

Wenn man als nächstes Fig. 8 (I) und (II) betrachtet, sieht man ein weiteres Filterelement, das dem Filterelement gemäß Fig. 4 ähnlich ist, außer daß der Kern weggelassen wor den ist. Das Element setzt sich völlig aus einer Filterschicht 3 aus einem leitenden Material zusammen, ebenso wie das Filte relement gemäß Fig. 4.

Wenn man Fig. 9 (I) und (II) betrachtet, sieht man ein Filterelement zum Wechseln. Dieses Filterelement, allgemein mit F bezeichnet, weist auf: einen äußeren Zylinder 401, einen inneren Zylinder 402, eine äußere Filterschicht 403, die auf der inneren Oberfläche des äußeren Zylinders 401 ausgebildet ist, eine innere Filterschicht 404, die auf der äußeren Ober fläche des inneren Zylinders 402 ausgebildet ist, und ein Ad sorptionsmittel 405, das den inneren Zwischenraum zwischen der äußeren Filterschicht 403 und der inneren Filterschicht 404 ausfüllt und dabei ein auswechselbares Paket bildet. Der äu ßere Zylinder 401 und der äußere Zylinder 402 sind jeweils aus einer porösen Platte hergestellt, die aus einem leitenden Ma terial hergestellt ist. Die Filterschichten 403 und 404 sind aus einem leitenden Material hergestellt und haben eine be stimmte Dicke.

Wenn man Fig. 10 (I) und (II) betrachtet, sieht man ein weiteres Filterelement. Dieses Filterelement, allgemein mit F bezeichnet, besteht aus einem koaxialen Hohlzylinder mit einem äußeren Zylinder 401, einem inneren Zylinder 402, einer äuße ren Filterschicht 403, die auf der inneren Oberfläche des äu ßeren Zylinders 401 ausgebildet ist, und einer inneren Filter schicht 404, die auf der äußeren Oberfläche des inneren Zylin ders 402 ausgebildet ist. Der äußere Zylinder 401 und der in nere Zylinder 402 sind jeweils aus einer porösen Platte herge stellt, die aus einem leitenden Material hergestellt ist. Die Filterschichten 403 und 404 sind aus einem leitenden Material hergestellt und haben eine bestimmte Dicke. Ein Eingang 406 ist an der Oberfläche des oberen Endes des Filterelements F ausgebildet. Ein kontaminiertes Fluid wird in den Zwischenraum im Element F durch den Eingang 406 gedrückt. Das Fluid, das durch den äußeren Zylinder 401 und den inneren Zylinder 402 geströmt ist, strömt nach draußen ab.

Die Filterelemente F, die so aufgebaut sind, wie oben beschrieben, sind in Filtervorrichtungen angeordnet und werden so verwendet. Fig. 11 und 12 zeigen den grundsätzlichen Aufbau einer Filtervorrichtung mit einem Filterelement F, das ebenso beschaffen ist, wie das Filterelement gemäß Fig. 3 und 4. Die Filtervorrichtung weist einen äußeren Zylinder 7 und eine zen trale geerdete Elektrode 9 auf. Der äußere Zylinder 7 ist aus gestattet mit einem Eingang 6, durch den ein zu filterndes Fluid eintritt. Die geerdete Elektrode 9 hat die Form eines Rohres und wirkt außerdem wie ein Austrittsbereich für das ge filterte Fluid. Die geerdete Elektrode 9 hat einen Ausgang 8 an ihrem unteren Ende. Das Element F ist in dem Zwischenraum zwischen dem äußeren Zylinder und der zentralen geerdeten Elektrode 9 untergebracht, wobei bewirkt wird, daß das Fluid durch den Zwischenraum sich bewegt. Das Filterelement F ist entfernbar in einer Position angeordnet, indem ein oberes Iso lierpackteil 4 und ein unteres Isolierpackteil 4 mit einem oberen Filterhalter 10 bzw. einem unteren Filterhalter 11 festgehalten wird. Die Halter 10 und 11 sind aus einem Iso liermaterial hergestellt. Da die Isolierpackteile 4 am oberen Ende bzw. am unteren Ende des Filterelements angeordnet sind, kann die Bildung eines Zwischenraums zwischen dem oberen Fil terhalter 10, dem unteren Filterhalter 11 und dem Filterele ment F vollständig verhindert werden. Damit das Fluid die Vor richtung durch den Ausgang 8 und durch die zentrale geerdete Elektrode 9 verlassen kann, muß das Fluid durch das Filterele ment F strömen. Der Eingang 6 ist in der Nähe des unteren Teils des unteren Zylinders 7 ausgebildet. Eine Öffnung ist am oberen Ende der geerdeten Elektrode 9 ausgebildet. Wenn das Fluid vom Eingang 6 unter Druck, der von einer Pumpe oder dgl. kommt, eintritt, strömt das Fluid durch das Filterelement F nach oben, erreicht die Öffnung 12 am oberen Ende der zentra len geerdeten Elektrode 9, strömt durch die geerdete Elektrode 9 und verläßt die Vorrichtung durch den Ausgang 8, der am un teren Teil der geerdeten Elektrode 9 ausgebildet ist. Somit besteht eine Umgehungsstrecke, auch Bypass genannt.

Der äußere Zylinder 7 und die zentrale geerdete Elek trode 9 sind auf dem gleichen Potential. Dagegen wird an das Filterelement F ein Potential angelegt. Zu diesem Zweck er strecken sich Zuleitungen 14 von einer extern installierten Ladestromversorgung 13. Eine der Zuleitungen 14 ist mit den äußeren Zylinder 7 verbunden. Die andere wird in den äußeren Zylinder 7 geführt, wobei sie elektrisch vom äußeren Zylinder über einen Isolator 15 getrennt ist. Eine Ladefeder 16 wird gegen die Oberfläche des Filterelements F gedrückt. Auf diese Weise wird über die Feder 16 ein Potential auf das gesamte Filterelement übertragen.

Die Art der angelegten Spannung und die Amplitude wer den entsprechend gewählt, und zwar je nach Art des verarbeite ten Fluids und je nach Art der zu entfernenden Fremdpartikel. Es kann z. B. eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung von 0,1 bis 5 000 V/cm oder eine Kombination aus einer Gleichspan nung und einer Wechselspannung verwendet werden. Jedes Parti kulat in einem Fluid ist elektrisch positiv oder negativ auf geladen, je nach Art des Fluids und je nach Art des Partiku lats selbst. Ebenso variiert das Phasengrenzpotential oder das Zeta-Potentials entsprechend dem spezifischen Widerstand des Fluids. Deshalb ist es erforderlich, den Wert der Ladespannung und die Polarität entsprechend der Art des Fluids und der Art des Partikulats festzulegen. Das Vorzeichen kann zwischen po sitiv und negativ unter Verwendung eines Schalters umgeschal tet werden. Die Spannung kann mit einem Rheostat eingestellt werden.

Bei der Filtervorrichtung dieser Bauart wird das zu verarbeitende Fluid vom Eingang 6 her in die Filtervorrichtung in der Nähe des unteren Teils des äußeren Zylinders 7 unter Verwendung einer Pumpe oder dgl. hineingepumpt. Das Fluid, das vom Eingang 6 kommt, strömt durch das Filterelement F nach oben, erreicht die Öffnung 12 am oberen Ende der zentralen geerdeten Elektrode 9, strömt nach unten in der geerdeten Elektrode 9 und verläßt die Vorrichtung durch den Ausgang 8 am unteren Teil der geerdeten Elektrode 9.

Da das Filterelement F vollständig aus einem leitenden Fasermaterial besteht, z. B. Kohlefasern, ist das gesamte Ele ment auf dem gleichen Potential. Fremdpartikulate im Fluid, die durch das Filterelement strömen, werden direkt stark zum Element F durch eine Coulombsche Kraft angezogen und durch die Kohlefasern festgehalten, die das Filterelement F bilden. Da Partikulate durch die Coulombsche Kraft angezogen werden, kön nen Partikulate, die viel größer sind als die Maschen des Fil terelements, z. B. schwarze Kohlepartikel mit einem Durchmesser von etwa 0,1 µm und Farbstoffpartikel in der Größenordnung von mehreren Angström, festgehalten werden. Weil die festgehalte nen Partikulate viel kleiner sind als die Maschen, kann das Filterelement für eine lange Zeit als eine Filterschicht wir ken, ohne zu verstopfen. Diejenigen Partikulate, die elek trisch zum Filterelement hin angezogen werden, befinden sich auf dem gleichen Potential wie das Filterelement. Die elek trisch geladene Schicht der anhaftenden Partikulate bildet eine Filtermaterialschicht, auch Precoatschicht genannt, oder eine Kuchenschicht. Daraus ergibt sich im wesentlichen, daß die Maschengröße verringert wird. Die Filtergenauigkeit wird verbessert. Diese Vorteile können auch erreicht werden, wenn Aktivkohle verwendet wird.

Die Partikulate werden direkt durch die Coulombsche Kraft angezogen. Außerdem hebt das elektrische Feld, das auf die Partikulate wirkt, das Zeta-Potential der Partikulate auf. Daraus ergibt sich, daß die intermolekulare Kraft die Koagula tion und die Vergröberung der Partikulate fördert. Somit wer den die Partikulate mit höherem Wirkungsgrad festgehalten.

Bei dem vorliegenden Beispiel der Fluidfiltervorrich tung wirkt das gesamte Filterelement als eine Filterschicht und außerdem als eine Ladeelektrode. Das Filterelement ist vollständig auf dem gleichen Potential. Deshalb wird das Fluid durch das Filterelement angezogen durch die Anziehungskraft, die durch eine Coulombsche Kraft entsteht. Ferner besteht das Filterelement aus Kohlefasern. Mikroskopisch betrachtet, sam meln sich unzählige fadenähnliche Fasern in großer Nähe zuein ander. Die Fasern üben elektrische Anziehungskraft auf Fremd partikulate im Fluid aus, und zwar von ziemlich geringen Ent fernungen aus. Folglich ist die Filtergenauigkeit sehr hoch. Außerdem werden beinahe unzählige Zwischenräume, durch die das Fluid strömt, zwischen den benachbarten Fasern ausgebildet. Folglich kann eine große Menge des Fluids mit einem hohen Wir kungsgrad verarbeitet werden.

Da Fremdpartikulate durch die Coulombsche Kraft festge halten werden, können die Maschen des Filters viel größer sein als die Abmessungen der Fremdpartikulate. Auf diese Weise er zielt man eine Fluidfiltervorrichtung, die eine ausgezeichnete Filtergenauigkeit hat, kaum verstopft und eine lange Lebens dauer hat. Wenn das Filterelement nach einer langen Daueran wendung verstopft ist, ist nichts weiter zu tun als das Filterelement zu wechseln.

Wenn man Fig. 13 und 14 betrachtet, sieht man eine Fil tervorrichtung mit der gleichen Art von Filterelement F wie das Filterelement gemäß Fig. 7. Das Filterelement F dieser Vorrichtung weist auf: Filterschichten 3 aus einem leitenden Material, eine Filterschicht A, die sich zwischen den Filter schichten 3 befindet, einen Kern 2 und eine Filterschicht B, die sich zwischen der inneren Filterschicht 3 und dem Kern 2 befindet. Die Filterschicht 3 wirkt außerdem als Ladeelektro den. Die Filterschicht A besteht aus einem Adsorptionsmittel, z. B. Aktivkohle oder einem Ionenaustausch-Harz. Die Filter schicht B ist aus dielektrischen Materialien hergestellt, z. B. aus dielektrischen Fäden. Bei dieser Filtervorrichtung zieht die Coulombsche Kraft, die durch die Filterschichten 3 erzeugt wird, die außerdem als Ladeelektroden wirken, Fremdpartikulate an. Gleichzeitig adsorbiert die Aktivkohle Fremdpartikulate auf Molekularebene. Die dielektrische Substanz, die die Fil terschicht B bildet, wird in einem elektrischen Feld pola risiert und wirkt wie ein Kondensator. Daher verhält sich die dielektrische Substanz wie eine Anzahl von Elektroden.

Fig. 15 und 16 zeigen ein praktisches Beispiel der Fil tervorrichtung gemäß Fig. 11 und 12. In diesem Beispiel ist eine elektrische Ladeplatte 17, die außerdem wie eine Trenn platte wirkt, koaxial zwischen dem äußeren Zylinder 7 und den Filterelement F angeordnet. Das obere Ende der Ladeplatte 17 wird durch eine Seitenströmungsverhinderungsplatte 18 gehal ten. Das untere Ende ist mittels einem Isolator 19 an dem un teren Zylinder 7 befestigt. Die Seitenströmungsverhinderungs platte 18 ist aus einem Isoliermaterial hergestellt und wirkt außerdem wie ein oberer Filterhalter. Diese Vorrichtung ist so konstruiert, daß das Fluid, das vom Eingang 6 her eintritt, der in der Nähe des oberen Teils des äußeren Zylinders 7 aus gebildet ist, einmal nach unten über den Zwischenraum zwischen dem unteren Zylinder 7 und der Ladeplatte 17 strömt, dann durch das Element F nach oben strömt und die Öffnung 12 am oberen Ende der zentralen geerdeten Elektrode 9 erreicht. Die Seitenströmungsverhinderungsplatte 18 dient als Lagerung für das obere Ende der Ladeplatte 17 und schließt den oberen Zwi schenraum der Ladeplatte 17 ab; ansonsten würde das Fluid, das von der oberen Position des oberen Zylinders her eintritt, über die Ladeplatte 17 strömen und direkt in das Filterelement F eindringen.

In dieser Fluidfiltervorrichtung wird das Fluid, das aus der Nähe des oberen Teils des äußeren Zylinders 7 tangen tial zum Zylinder 7 unter dem Druck der Pumpe in die Vorrich tung eintritt, durch den Zwischenraum zwischen dem äußeren Zy linder 7 und der Ladeplatte 17 befördert, während es im Zwi schenraum kreist, wobei die Ladeplatte 17 außerdem wie eine Trennplatte wirkt. Partikulate koagulieren zu gröberen Parti keln. Die Koagulation wird gefördert durch die Zentrifugal kraft und durch die Wirkung des elektrischen Feldes. Die grö beren Partikel beruhigen sich. Bevor die Partikulate durch das Filterelement F strömen, werden sie auf diese Weise vergrö bert. Dadurch wird die Belastung des Filterelements F gerin ger, und die Lebensdauer des Filterelements F verlängert.

In jedem der Beispiele wird nur ein Filterelement F verwendet. Es können auch mehrere Filterelemente F verwendet werden. Wenn man Fig. 17 und 18 betrachtet, so sind dort meh rere Filterelemente F radial angeordnet. Dementsprechend sind mehrere zentrale geerdete Elektroden 9 vorhanden. Der untere Teil des Zwischenraums im oberen Zylinder 7 ist durch eine Trennplatte 20 getrennt, um einen Sammelraum 21 auszubilden.

Die Ausgänge 8 an den unteren Enden der geerdeten Elektroden 9 sind mit dem Sammelraum 21 kommunizierend verbunden. Das ver arbeitete Fluid sammelt sich im Sammelraum 21 und wird aus der Filtervorrichtung über einen Sammelausgang 22 ausgestoßen, der mit dem Sammelraum 21 kommunizierend verbunden ist. Die Fil tervorrichtung mit diesem Aufbau ist geeignet, eine große Menge zu verarbeitende Flüssigkeit zu filtern. Ein Befe stigungsbolzen 23 dient dazu, das Filterelement F festzuziehen und zu befestigen. Eine Befestigungsschraube ist mit 24 be zeichnet.

Wenn man Fig. 19 und 20 betrachtet, sieht man eine Fil tervorrichtung unter Verwendung des Filterelements F gemäß Fig. 8. Diese Vorrichtung ist im wesentlichen in ihrem Aufbau identisch mit der Vorrichtung gemäß Fig. 12. Diese Filtervor richtung gemäß Fig. 19 und 20 hat eine Filterlagerungsplatte 407, die aus einem isolierenden Harz hergestellt ist. Die La gerungsplatte 407 dient als Lagerung für das untere Ende der Oberfläche des Filterelements F. Die Lagerungsplatte 407 wird durch eine stoßdämpfende Feder 408 nach oben gedrückt, um das Filterelement F festzuhalten. 409 ist ein O-Ring, der für Dichtzwecke verwendet wird. Die Pfeile zeigen die Strömungs richtung des Fluids an.

Wenn man Fig. 21 und 22 betrachtet, sieht man eine Fil tervorrichtung mit dem Filterelement F gemäß Fig. 10, wobei das Filterelement F die Form eines Hohlbehälters hat. In die sem Beispiel wird ein kontaminiertes Fluid von einem Eingang 406 her, der am oberen Ende der Oberfläche des Elements F aus gebildet ist, in den Zwischenraum im Filterelement F eingelei tet. Das Fluid strömt dann durch eine innere Filterschicht 404 und verläßt das Element F über die Löcher, die in einem inne ren Zylinder 402 ausgebildet sind. Als Alternative dazu strömt das Fluid durch eine äußere Filterschicht 403 und verläßt das Element F durch die Löcher, die in einem äußeren Zylinder 401 ausgebildet sind. Das gefilterte Fluid aus dem Filterelement F strömt in einen Sammelraum 422 für gefiltertes Fluid durch eine Ausgangsöffnung 421, die in einer Filterlagerungsplatte 420 ausgebildet ist, die aus einem Isolierharz hergestellt ist. Die Lagerungsplatte 420 dient als Lagerung für die untere Oberfläche des Elements F. Die Hohlräume 420 sind regelmäßig voneinander beabstandet. Das Fluid strömt dann durch einen Sammelausgang 22, der in der unteren Seitenwand des äußeren Zylinders 7 ausgebildet ist und wird aus der Filtervorrichtung ausgestoßen. Das Filterelement F ist auf einfache Weise mit einer Befestigungsschraube 423 in der Filtervorrichtung befe stigt.

In dieser Filtervorrichtung sammeln sich die abgeschie denen und koagulierten Partikulate in dem Hohlraum innerhalb des Filterelements F. Das Verstopfen der Filterschicht kann mit einem Vakuummesser festgestellt werden. Wenn der Pumpen druck einen bestimmten Druck überschreitet, wird die Filter schicht als verstopft angesehen. Das Element F wird daher er setzt. Im vorliegenden Beispiel ist das Filterelement F als ein Paket hergestellt. Das Filterelement, das im Grundkörper der Filtervorrichtung angeordnet worden ist, kann leicht ge löst werden, weil das Element nur mit einer Befestigungs schraube 423 festgezogen und befestigt ist.

Wenn in dem vorliegenden Beispiel die Menge der abgela gerten und koagulierten Partikulate im Filterelement F sich vergrößert und dabei die Leistung des Filters sich verringert, kann die Leistung einfach dadurch wiederhergestellt werden, daß das Element F ausgewechselt wird. Außerdem kann das gelö ste Element F, so wie es ist, weggeworfen werden. Das vorlie gende Beispiel ist geeignet zum Filtern eines kontaminierten Fluids, z. B. eines Maschinenöls oder einer Verarbeitungsflüs sigkeit, die eine große Menge Pulver enthält. In dem vorlie genden Beispiel lagern sich die koagulierten Partikulate nur im Filterelement F ab; die Partikulate verbleiben nicht im Grundkörper des Tanks. Folglich ist es nicht erforderlich, das Innere des Tanks zu reinigen. Daher ist die Wartung leicht durchzuführen.

In jedem der bisher beschriebenen Beispiele befindet sich ein zylindrisch oder koaxial-zylindrisch ausgebildetes Filterelement in einem Tank, der aus einem zylindrischen äuße ren Zylinder 7 besteht. Die Erfindung kann auch für Tanks an gewendet werden, die keine zylindrischen Tanks sind. Ferner ist die Form des Filterelements nicht auf die zylindrische Form beschränkt.

Wenn man als nächstes Fig. 23 und 24 betrachtet, sieht man eine Einheitsfiltervorrichtung, die in einem kastenähnli chen Tank, der bereits installiert ist, wenn die Filtervor richtung verwendet wird, angeordnet werden soll. Diese Ein heitsfiltervorrichtung hat eine flache Filterschicht 411, die aus einem leitenden Material hergestellt ist, und eine poröse Platte 412, die die Filterschicht hält. Die Filterschicht 411 wirkt außerdem wie eine elektrische Ladeelektrode. Die Filter schicht 411 und die poröse Platte 412 sind übereinander ange ordnet und sind außerdem an einer Seitenwand eines geschlosse nen Tanks 413 angeordnet, um ein Fluid anzuziehen. Die poröse metallische Platte 414, die als eine geerdete Elektrode dient, befindet sich von der flachen Filterschicht 411 entfernt. Diese Einheitsfiltervorrichtung ist in einem vorher angeordne ten Tank angeordnet und und wird so verwendet.

Wenn die Einheitsfiltervorrichtung im Tank angeordnet ist, der vorher installiert worden ist, und wenn das Fluid in nerhalb des geschlossenen Tanks 413 über einen Ansaugkanal 415 angesaugt wird, der ausgebildet ist, um gefiltertes Fluid an zuziehen, dann strömt das Fluid in die Richtung, die durch die Pfeile in der Filtervorrichtung angezeigt ist, wobei die Par tikulate im Fluid ausgefiltert werden. Insbesondere strömt das kontaminierte Fluid im Tank durch die poröse metallische Platte 414 und strömt dann durch die flache Filterschicht 411, die außerdem wie eine Ladeelektrode wirkt, wobei die Partiku late im Fluid entfernt werden. Das gefilterte Fluid, das in den geschlossenen Tank 413 eingeleitet wird, wird über den An saugkanal 415 nach draußen befördert. Das Fluid wird durch eine Saugpumpe 416 gefördert. Der Saugdruck wird mit einem Va kuummesser 417 kontrolliert.

Die Vorrichtung kann in einem Tank, der bereits instal liert ist, angeordnet sein, wobei die obere Oberfläche des Tanks offen ist. Die Filtervorrichtung kann eingebaut werden, ohne daß ein vorher installierter Tank unwirtschaftlich wird. Deshalb kann eine Filtervorrichtung mit wirtschaftlichen Ei genschaften angeboten werden. Ferner kann Platz eingespart werden, weil ein Tank, der für die Filtervorrichtung vorgese hen ist, nicht benötigt wird. Außerdem setzen sich die koagu lierten Partikulate im unteren Teil des Tanks ab, dessen obere Oberfläche offen ist, und somit ist die Vorrichtung leicht zu reinigen. Außerdem ist die Wartung der Vorrichtung leicht durchzuführen.

Im vorliegenden Beispiel wird das gefilterte Fluid durch eine Pumpe angesaugt, und deshalb verschleißt die Pumpe nicht schnell. Außerdem ist es leicht, das erforderliche Maß an Vakuum aufrecht zu erhalten. Die Pumpe erleidet keine häufigen Defekte.

In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist eine elektrische Ladeelektrode, die aus einem leitenden Material hergestellt ist und außerdem wie eine Filterschicht wirkt, in einem Durchgangsbereich, durch den ein Fluid strömt, das zu filternde Partikulate enthält, zusammen mit einer Gegenelek trode vorhanden, die gegenüber der Ladeelektrode angeordnet ist. Eine Gleichspannung, eine Wechselspannung oder eine Kom bination von beiden wird zwischen der Ladeelektrode und der Gegenelektrode angelegt.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform be steht die Filterschicht eines Filterelements vollständig aus einem porösem leitenden Material mit zahlreichen Hohlräumen, die das Fluid durchlassen. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform hat ein Filterelement eine Vielzahl von Fil terschichten, die aus einem leitenden Material hergestellt sind.

In diesen erfindungsgemäßen Ausführungsformen können das ganze oder ein beträchtlicher Teil des Filterelements elektrisch aufgeladen werden. Das elektrische Feld kann so hergestellt werden, daß es direkt radial tief in das Filtere lement hineinwirkt. Selbst in tiefen Abschnitten des Filters können Fremdpartikulate mit hohem Wirkungsgrad festgehalten werden. Während des gesamten Vorganges der Filterung wirkt ständig eine starke Coulombsche Kraft auf das Fluid, das immer durch das Filter strömt, um die Fremdstoffe im Fluid anzuzie hen. Die Anziehungskraft ist zurückzuführen auf die Coulomb sche Kraft und ist sehr stark. Deshalb können Fremdpartiku late, die viel größer sind als die Maschen, z. B. Farbstoffpar tikel, mit einem hohen Wirkungsgrad festgehalten werden. Au ßerdem können die Maschen, die viel größer sind als die Abmes sungen der Fremdpartikulate, entsprechend gestaltet sein. So mit kann eine Filtervorrichtung mit einer langen Lebensdauer, die auch nach langer Daueranwendung nicht verstopft, erzielt werden. Außerdem kann eine große Menge des Fluids verarbeitet werden, weil die Maschen groß sind.

Mikroskopische Partikulate werden direkt durch eine Coulombsche Kraft angezogen. Gleichzeitig koagulieren Fremd partikulate und werden durch die Wirkung des elektrischen Fel des vergrößert. Dadurch wird der Wirkungsgrad, mit dem Fremd partikulate festgehalten werden, verbessert.

Wenn ein Filter, das die Form eines Hohlbehälters hat, dadurch hergestellt wird, daß ein leitendes Material koaxial angeordnet wird, das Filter herausnehmbar gestaltet ist und das Filter als eine Filterschicht dient, die außerdem wie eine elektrische Ladeelektrode wirkt, können die folgenden Vorteile erzielt werden. Die abgeschiedenen, koagulierten Partikulate setzen sich in dem Zwischenraum im Filterelement ab. Wenn die Menge der abgesetzten Partikulate größer wird und sich dadurch die Leistung des Filter verschlechtert, kann die Leistung des Filters einfach dadurch wiederhergestellt werden, daß das Fil terelement ausgewechselt wird. Außerdem kann das herausgenom mene Filterelement F so, wie es ist, weggeworfen werden. Somit ist die Vorrichtung für das Filtern eines kontaminierten Fluids, z. B. eines Maschinenöls oder einer Verarbei tungsflüssigkeit, geeignet, das eine große Menge staubförmiges Material enthält, das bei einem Verarbeitungsvorgang entsteht. Die koagulierten Partikulate lagern sich nur innerhalb der Filterelemente ab; sie verbleiben nicht im Grundkörper des Tanks. Dadurch ist es nicht erforderlich, das Innere des Tanks zu reinigen. Außerdem ist die Wartung leicht durchzuführen.

Wenn ein flaches Filter, das aus einem leitenden Mate rial hergestellt ist, als eine Filterschicht verwendet wird, die außerdem wie eine Ladeelektrode wirkt, und diese Filter schicht in die Flüssigkeit in einem vorher installierten Tank eingetaucht wird, kann eine Filtervorrichtung so aufgebaut sein, daß der vorher installierte Tank nicht unwirtschaftlich wird. Somit kann eine Filtervorrichtung mit niedrigen Kosten angeboten werden. Ferner ist ein getrennter Tank für die Fil tervorrichtung nicht erforderlich. Dadurch wird der dafür benötigte Platz eingespart.

Wenn die Filterschicht, die außerdem wie die Ladeelek trode wirkt, aus einem leitenden Material mit einer großen Oberfläche hergestellt ist, z. B. Kohlefasern und Aktivkohle, können alle mikroskopischen Fasern, die sich eng nebeneinander befinden, zur Funktion der Ladeelektrode beitragen, und somit können Fremdpartikulate in einem verarbeiteten Fluid mit hohem Wirkungsgrad festgehalten werden. Ferner kann eine große Menge des Fluids mit hohem Wirkungsgrad verarbeitet werden, weil im allgemeinen unzählige Zwischenräume, die das Fluid durchlas sen, zwischen den Fasern vorhanden sind.

Claims

1. Verfahren zum Aufladen, Koagulieren und Ausfiltern von Partikulaten in einem Fluid mit den Schritten:
Anordnen einer elektrischen Ladeelektrode in einem Durchgangsbereich, durch den das Fluid strömt, wobei die Lade elektrode aus einem leitenden Material hergestellt ist wobei die Ladeelektrode außerdem wie eine Filterschicht wirkt und zylindrisch ist;
Anordnen einer Gegenelektrode gegenüber der Ladeelek trode in dem Durchgangsbereich;
Anlegen einer Gleichspannung zwischen der Ladeelektrode und der Gegenelektrode, um die gesamte Filterschicht elek trisch aufzuladen, so daß eine Coulombsche Kraft, die durch die Gleichspannung erzeugt wird, großräumig auf die Par tikulate wirkt, die in dem Zwischenraum zwischen der Ladeelek trode und der Gegenelektrode im Fluid schweben, um die Parti kulate koagulieren zu lassen, wobei gröbere Partikel ausgebil det werden; und
Befördern der gröberen Partikel in die Filterschicht mit der Strömung des Fluids, so daß die Partikel durch die Filterschicht strömen können, wodurch die Partikulate im Fluid ausgefiltert werden.

2. Verfahren zum Aufladen, Koagulieren und Ausfiltern von Partikulaten in einem Fluid mit den Schritten:
Anordnen einer elektrischen Ladeelektrode in einem Durchgangsbereich, durch den das Fluid strömt, wobei die Lade elektrode aus einem leitenden Material hergestellt ist, wobei die Ladeelektrode außerdem wie eine Filterschicht wirkt;
Anordnen einer Gegenelektrode gegenüber der Ladeelek trode in dem Durchgangsbereich;
Anlegen einer Wechselspannung zwischen der Ladeelek trode und der Gegenelektrode, um die gesamte Filterschicht elektrisch aufzuladen, so daß eine Schwingungsenergie aufgrund der Wechselspannung großräumig auf die Partikulate wirkt, die in dem Zwischenraum zwischen der Ladeelektrode und der Ge genelektrode im Fluid schweben, um die Partikulate koagulieren zu lassen, wobei gröbere Partikel ausgebildet werden; und
Befördern der gröberen Partikel in die Filterschicht mit der Strömung des Fluids, so daß die Partikel durch die Filterschicht strömen können, wodurch die Partikulate im Fluid ausgefiltert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein zylin drisches Filter, das aus einem leitenden Material hergestellt ist, als die Filterschicht verwendet wird, die außerdem wie die Ladeelektrode wirkt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Filter verwendet wird, in dem ein leitendes Material koaxial angeord net ist und das die Form eines Hohlbehälters hat, und wobei das Filter so aufgebaut ist, daß es herausnehmbar ist und als die Filterschicht verwendet wird, die außerdem wie die Lade elektrode wirkt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein flaches Filter, das aus einem leitenden Material hergestellt ist, als die Filterschicht verwendet wird, die außerdem wie die Lade elektrode wirkt, und wobei die Filterschicht in die Flüssig keit eingetaucht ist, die in einem vorher installierten Tank enthalten ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Filterschicht, die außerdem wie die Ladeelektrode wirkt, ausgebildet ist unter Verwendung eines leitenden Adsorptions mittels.

7. Filterelement, das geeignet ist, in einem Durch gangsbereich angeordnet zu werden, durch den ein zu filterndes Fluid strömt, um Fremdpartikulate im Fluid auszufiltern, wobei das Filterelement aufweist:
eine Filterschicht, die aus einem leitenden Material mit zahlreichen Hohlräumen hergestellt ist, die das Fluid durchlassen;
ein oberes dichtendes Isolierpackteil und ein unteres dichtendes Isolierpackteil, die das obere bzw. das untere Ende der Filterschicht abschließen, wobei die Filterschicht als eine elektrische Ladeelektrode verwendet wird, wodurch die ge samte Filterschicht elektrisch aufgeladen wird.

8. Filterelement, das geeignet ist, in einem Durch gangsbereich untergebracht zu werden, durch den ein zu fil terndes Fluid strömt, um Fremdpartikulate im Fluid auszufil tern, wobei das Filterelement aufweist:
erste Filterschichten, die aus einem leitenden Material mit zahlreichen Hohlräumen hergestellt sind, die das Fluid durchlassen;
zweite Filterschichten, die abwechselnd mit den ersten Filterschichten angeordnet sind und aus einem dielektrischen Material oder einem Adsorptionsmittel bestehen;
ein oberes dichtendes Isolierpackteil und ein unteres dichtendes Isolierpackteil, die das obere bzw. das untere Ende der ersten und der zweiten Filterschichten abschließen, wobei die ersten Filterschichten als elektrische Ladeelektroden ver wendet werden, wodurch das Filterelement radial tief elek trisch aufgeladen wird.

9. Filterelement nach Anspruch 7 oder 8, wobei das lei tende Material der Filterschicht oder Filterschichten ein lei tendes Material mit einer großen Oberfläche ist, z. B. Kohlefa sern oder Aktivkohle.

10 Filterelement nach Anspruch 9, wobei die Filter schicht oder Filterschichten dadurch ausgebildet sind, daß Schnüre aus Kohlefasern auf einer Spule aufgewickelt sind oder Tücher aus Kohlefasern in mehreren Schichten aufgewickelt sind.

11. Fluidfiltervorrichtung mit:
einem äußeren Zylinder mit einem Eingang, durch den ein zu filterndes Fluid eingeleitet wird;
einer zentralen geerdeten Elektrode, die die Form eines Rohres hat, wobei die Elektrode außerdem als ein Austrittsbe reich für das gefilterte Fluid wirkt, wobei die zentrale Elek trode die gleiche Polarität hat wie der äußere Zylinder;
einem Zwischenraum, der zwischen dem äußeren Zylinder und der zentralen geerdeten Elektrode ausgebildet ist;
einem Filterelement mit einer Filterschicht, die außer dem wie eine elektrische Ladeelektrode wirkt, wobei die Fil terschicht aus einem leitenden Material hergestellt ist, wobei das Filterelement in dem Zwischenraum angeordnet ist;
und wobei eine Spannung gemäß dem spezifischen Wider stand des Fluids zwischen dem Filterelement, einer Lade elektrode und dem äußeren Zylinder und der zentralen geerdeten Elektrode angelegt wird.

12. Fluidfiltervorrichtung nach Anspruch 11, wobei die angelegte Spannung eine Gleichspannung oder eine Wechselspan nung von 0,1 bis 5000 V/cm oder eine Kombination aus einer Gleichspannung und einer Wechselspannung ist.