DE4324347A1

DE4324347A1 - Monolithischer Keramikfilter

Info

Publication number: DE4324347A1
Application number: DE4324347A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Yorita; Hisatomi Taguchi; Yuji Kamei
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 1992-07-23
Filing date: 1993-07-20
Publication date: 1994-01-27
Also published as: FR2693918B1; FR2693918A1; US20010002008A1; KR100232013B1; TW225480B; US20020179519A1; KR940005309A; US5855781A

Description

Die Erfindung betrifft einen monolithischen Keramikfilter, der eine Wabenstruktur aufweist, die in der Lage ist, eine große Filtrationsfläche und einen niedrigen Filtrationswiderstand zu erreichen, und für die Mikrofiltration, Ultrafiltration und Reverse Osmose verwendet werden kann.

Bisher sind eine Reihe Untersuchungen mit dem Ziel durchgeführt worden, einen kompakten Keramikfilter mit großer Filtrations fläche zu erhalten, und es sind monolithische Keramikfilter mit Wabenstruktur vorgeschlagen worden.

Bei den monolithischen Keramikfiltern fließt das Filtrat, das bei Filtration durch eine Filtrationsmembran erzeugt worden ist, die auf der Oberfläche der Flüssigkeitszuführpassagen gebildet worden ist, bevor es an der Außenwand des Filters aus dem Filter ausfließt, innerhalb der Trennwände in Richtung einer Außenwand des Filters. Daher wird das Fließvolumen des Filtrats innerhalb der Trennwand größer, wenn sich die Außenwand nähert.

Bei den herkömmlichen Keramikfiltern mit Wabenstruktur weist die Trennwand eine konstante Wanddicke auf. Demzufolge steigt die Fließrate des Filtrats innerhalb der Trennwand in einer Region nahe bei der Außenwand signifikant an, so daß der Filtratfließ widerstand signifikant ansteigt, um die Filtrationsgeschwindig keit zu begrenzen. Dementsprechend ist ein Keramikfilter mit größerer Filtrationsfläche in industriellem Maßstab schwierig einzusetzen gewesen.

Als Lösungen für dieses Problem sind Querstromkeramikfilter mit Filtratkanälen vorgeschlagen worden, wie sie beispielsweise in den japanischen KOHYO-Patentveröffentlichungen (nationale Offen legung der internationalen PCT-Anmeldung) Nr. 01-501534 (WO 88/07398) oder Nr. 03-500386 (WO 90/03831) beschrieben sind.

Die oben genannten Keramikfilter mit den Filtratkanälen weisen jedoch hinsichtlich der Struktur und der Notwendigkeit äußerst komplexer Herstellungstechniken kompliziert. Beispielsweise erfordern diese Keramikfilter entweder eine zusätzliche kompli zierte Verarbeitung und maschinelle Bearbeitung an einer monoli thischen Wabenstruktur oder eine komplizierte Arbeit bei der Zusammensetzung einer Anzahl von Wabenelementen (Platten), um Ausflußkanäle des Filtrats herzustellen.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Kera mikfilter mit hoher Filtrationsfläche zu liefern, bei dem die oben erwähnten Probleme nicht auftreten und mit dem es möglich ist, das Ansteigen des Filtratfließwiderstandes innerhalb der Trennwand zu inhibieren, ohne die Filtrationsgeschwindigkeit zu begrenzen.

Weitere Ziele ergeben sich aus der Beschreibung.

Gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Aspekt kann das oben ge nannte Ziel durch einen monolithischen Keramikfilter erreicht werden, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Endfläche eines Abschnitts einer Trennwand einer Wabenstruktur des Filters an einer Außenwandoberfläche der Wabenstruktur frei liegt und dieser Abschnitt der Trennwand verglichen mit dem Rest der Trennwand eine erhöhte Dicke aufweist, um einen Fließwiderstandrelaxa tionsabschnitt (einen den Fließwiderstand verringernden Ab schnitt) zu bilden. Es ist am vorteilhaftesten, daß dieser mono lithische Keramikfilter einfach mittels Extrusionstechnologie hergestellt werden kann.

Gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Aspekt, zusätzlich zu dem ersten Aspekt, kann der Fließwiderstandrelaxationsabschnitt (d. h. der dicke Wandabschnitt) eine Filtratkanalausflußöffnung aufweisen, die eine Außenwandoberfläche der Wabenstruktur er reicht. Gemäß dem zweiten Aspekt ist die Herstellung ebenfalls einfach und leicht, da zusätzlich zu dem ersten Aspekt die Fil tratkanalausflußöffnungen innerhalb des dicken Wandabschnitts erzeugt werden können.

Mit einem solchen Fließwiderstandrelaxationsabschnitt kann ver hindert werden, daß der dem Filtrat dargebotene Fließwiderstand ansteigt.

Außerdem kann mit der oben erwähnten Filtratkanalausflußöffnung zusätzlich verhindert werden, daß der dem Filtrat aufgebürdete Fließwiderstand ansteigt.

Gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Aspekt kann das obige Ziel durch einen monolithischen Keramikfilter erreicht werden, der Verbindungshohlräume aufweist, die von den Zellen einer Waben struktur des Filters durch Zelltrennwände getrennt sind, wobei die Hohlräume mit dem seitlichen Äußeren der Wabenstruktur in Verbindung stehen und sich ununterbrochen axial durch die Waben struktur erstrecken.

Gemäß einem vierten erfindungsgemäßen Aspekt, der auf dem mono lithischen Keramikfilter gemäß dem dritten Aspekt basiert, kann am Ende des Keramikfilters, vorzugsweise an beiden Enden ein Endrahmen aufgesetzt sein.

Vorzugsweise sind die Verbindungshohlräume rinnenförmige Ver tiefungen, die in der äußeren peripheren Wand der Wabenstruktur ausgebildet sind.

Vorzugsweise weisen die Keramikfilter eine solche Gestalt auf, daß ihre Herstellung durch Strangpressung (Formung durch Extru sion) möglich ist, was die Herstellung signifikant vereinfacht.

Vorzugsweise sind die Endrahmen jeweils mit Vorsprüngen verse hen, die in die Verbindungshohlräume oder die rinnenförmigen Vertiefungen eingreifen, um die Verbindungshohlräume an den Enden der Wabenstruktur zu verschließen.

Die Verbindungshohlräume können sich vom Innern der Wabenstruk tur, ausgenommen des zentralen Teils der Wabenstruktur, in Quer richtung derselben erstrecken. Die Verbindungshohlräume können sich von der äußeren peripheren Wand in Richtung des Inneren erstrecken, wobei sie an einer dazwischen liegenden Position enden.

Die Verbindungshohlräume können sich auch alternierend von einer Seite der äußeren peripheren Wand und von der gegenüberliegenden Seite davon erstrecken (bei Betrachtung des Querschnitts der Wabenstruktur). Diese Anordnung ist insbesondere in dem Fall möglich, wenn die Wabenstruktur einen quadratischen Querschnitt aufweist.

Weitere Anordnungen der Verbindungshohlräume (rinnenförmigen Vertiefungen) oder der Fließwiderstandrelaxationsabschnitte sind in den Fig. 8 und 9 beispielhaft angegeben.

Obwohl ein Filter vom Wabentyp als Keramikfilter mit großer Filtrationsfläche effektiv ist, ist die Filtrationsgeschwindig keit aufgrund des signifikant angestiegenen Fließwiderstandes begrenzt, der dem Filtrat dargeboten wird, was zur Folge hat, daß es schwierig ist, Wabenkeramikfilter mit großer Filtrations fläche in industriellem Maßstab einzusetzen. Die vorliegende Erfindung liefert einen monolithischen Keramikfilter mit großer Filtrationsfläche, bei dem die Begrenzungen der Filtrationsge schwindigkeit vermieden werden, indem das Ansteigen des dem Filtrat entgegenstehenden Fließwiderstandes verhindert wird.

Der dem Filtrat dargebotene Fließwiderstand innerhalb der Trenn wand (Druckverlust ΔP) wird durch die Kozeny-Carmen-Formel

wiedergegeben.

Da

ist, gilt die Formel (3)

In den obigen Formeln (1) bis (3) ist Q das Fließvolumen, A die Querschnittsfläche, ε das Porenverhältnis, ΔP der Druckverlust, eine Konstante, L ein Abstand, µ die Viskosität, S die Ober fläche und D der Porendurchmesser.

Die obige Formel zeigt, daß der Filtratfließwiderstand verklei nert werden kann, wenn die Querschnittsfläche A vergrößert wird, der Porendurchmesser D vergrößert wird, der Abstand L verklei nert oder das Porenverhältnis ε vergrößert wird. Die vorliegende Erfindung ist auf Basis des obigen verwirklicht worden.

Gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Aspekt wird, wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, die Querschnittsfläche A vergrößert, indem ein dicker Wandabschnitt (12) einer mit der Außenwand (13) verbundenen Trennwand vorhanden ist, der eine erhöhte Dicke aufweist, um so als Filtratpassage zu dienen (Fließwiderstand relaxationsabschnitt), während gemäß dem zweiten Aspekt der Ab stand L um die Filtratkanalausflußöffnung (14) verkürzt ist, die mit der Außenwandoberfläche in Verbindung steht.

Gemäß dem dritten erfindungsgemäßen Aspekt wird der Fließab stand L, der von dem Filtrat durchflossen wird, das von der Filtration durch die Filtrationsmembran herrührt, bevor das Filtrat an einer Außenwand des Filters ausfließt, nachdem es durch das Innere der Trennwand geflossen ist, verringert, indem zur Verbindung mit der Außenseite der Wabenstruktur Verbindungs hohlräume vorgesehen werden, die von den Zellen der Wabenstruk tur mittels Trennwänden (Zelltrennwänden) getrennt sind. Auf diese Weise wird ein monolithischer Keramikfilter verwirklicht, bei dem der dem Filtrat dargebotene Fließwiderstand auf einen kleineren Wert verringert wird und die der Filtrationsgeschwin digkeit auferlegte Begrenzung signifikant beseitigt worden ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Seitenansicht, die ein Trägerelement einer Wa benstruktur gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 2 ist eine Seitenansicht, die ein Trägerelement einer Wa benstruktur gemäß Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A′ in Fig. 2.

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Trägerelements einer Wabenstruktur gemäß einem Vergleichsbeispiel.

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Trägerelement einer Wabenstruktur gemäß Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die den Keramikfilter von Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung zeigt, wenn dieser mit Endrahmen ausgestattet ist.

Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Wabenträger element gemäß einer modifizierten Ausführungsform zeigt.

Fig. 8 und Fig. 9 zeigen weitere Anordnungen von Fließwider standrelaxationsabschnitten oder Verbindungshohlräumen bei Betrachtung des Querschnitts der Wabenstruktur.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen beschrieben.

Bei allen Aspekten kann die Gestalt, die die Herstellung des Filters durch Strangpressung ermöglicht, beispielsweise eine solche Gestalt sein, bei der eine Anzahl von dicken Wandabsch nitten oder Hohlräumen unterbrochen von einer Endfläche der Wabenstruktur zum anderen Ende der Wabenstruktur in der gleichen Richtung wie die Extrusionsrichtung der offenen Zellen der Wa benstruktur ausgebildet ist.

In bezug auf den zweiten Aspekt können die Kanalausflußöffnungen innerhalb der dicken Wandabschnitte axial zur Wabenstruktur aus gebildet sein, was vorteilhafte Strangpressung erlaubt. Diese Anordnung erfordert jedoch an beiden Enden zusätzliche Maßnahmen zur Trennung des Filtrats von den ein- und ausfließenden Flüs sigkeiten. Gemäß dem ersten bis vierten Aspekt kann das Filtrat seitlich aus der äußeren peripheren Wand ausfließen und die Trennkanäle für das Filtrat an beiden Wabenenden werden entweder weggelassen oder signifikant vereinfacht.

Bei dem monolithischen Keramikfilter gemäß dem ersten erfin dungsgemäßen Aspekt ist ein Teil der Trennwand der Wabenstruktur verdickt und als Fließwiderstandrelaxationsabschnitt ausgestal tet. Beispielsweise können die verdickten Wände in einem Inter vall einer bestimmten Anzahl von Zellen angeordnet sein. Ein einfachstes Beispiel ist eine parallele Anordnung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist. In Fig. 1 können zusätzlich dicke Wände quer (z. B. vertikal) zu den horizontalen, dicken Wänden angeordnet sein.

Der Fließwiderstandrelaxationsabschnitt umfaßt einen Abschnitt der Trennwand der Wabenstruktur, wobei dieser Abschnitt eine Dicke aufweist, die größer ist als diejenige des Restes der Trennwand, und die Endfläche des Abschnitts an der Außen(sei ten)wandoberfläche der Wabenstruktur freiliegt. Vorzugsweise weist die Trennwand des Fließwiderstandrelaxationsabschnitts eine Dicke auf, die zwei- bis fünfmal so groß ist wie diejenige des Restes der Trennwand.

Es ist anzumerken, daß, wenn die Dicke weniger als zweimal so groß ist, die Effekte des Fließwiderstandrelaxationsabschnitts verringert werden, während, wenn die Dicke mehr als fünfmal so groß ist, die Filtrationsfläche verringert ist, wodurch die gesamte Filtrationskapazität des Filters verringert ist.

Es ist bevorzugt, daß die Wabenstruktur ein Trägerelement oder -substrat der Wabenstruktur, das aus poröser Keramik mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser, der vorzugsweise im Bereich von 1 µm bis 100 µm, bevorzugter im Bereich von 5 µm bis 20 µm liegt, gebildet ist, und eine Filtrationsmembran 1 (vorzugsweise aus poröser Keramik) mit einem durchschnittlichen Porendurch messer im Bereich von 5 nm bis 5 µm umfaßt, die auf dem oben erwähnten Trägerelement gebildet ist. Die Filtrationsmembran kann aus jedem geeigneten Material sein, das von Keramik als Filtrationsmembran verschieden ist.

Die Wabenstruktur kann auch eine Zwischenschicht umfassen, die zwischen dem Trägerelement der Wabenstruktur und der Filtra tionsmembran gebildet ist. Diese gegebenenfalls vorhandene Zwi schenschicht weist einen durchschnittlichen Porendurchmesser auf, der zwischen dem durchschnittlichen Porendurchmesser des Trägerelements und demjenigen der Filtrationsmembran liegt. Das Trägerelement für die Wabenstruktur ohne die Filtrationsmembran reicht jedoch auch aus, was von der gewünschten Filtrationsge nauigkeit abhängt.

Im folgenden ist ein typisches Verfahren zur Herstellung des Trägerelements für die Wabenstruktur beschrieben.

Das keramische Ausgangsmaterial mit einem geeigneten Teilchen durchmesser wird mit organischem Bindemittel und Wasser gemischt und die resultierende Mischung wird geknetet und zu einem Körper extrudiert, der plastische Formbarkeit besitzt. Sinterhilfsmit tel wie Ton, Glas usw. können ebenfalls als anorganische Binde mittel zugesetzt werden, wenn dies notwendig ist. Der Körper wird ferner mittels einer Strangpreßmaschine, die eine vorgege bene Düsenlippe aufweist, stranggepreßt. Das geformte Produkt wird getrocknet und gesintert, um ein Trägerelement fertigzu stellen, das ein Wabengerippe ist (erster und dritter Aspekt).

Gemäß dem zweiten Aspekt werden Filtratkanalausflußöffnungen (14), die sich in die äußere periphere Oberfläche öffnen, vor zugsweise nach der Trocknung, an vorgegebenen Stellen gebildet. Die Kanalöffnungen (14) sind vorzugsweise in rechten Winkeln zu der Wabenachse angeordnet, um eine bessere Verteilung und ein fache Herstellung zu ermöglichen.

Gemäß dem dritten Aspekt wird ein Grünprodukt mittels einer Strangpreßmaschine stranggepreßt, die eine korrespondierende Düsenlippe aufweist. Ansonsten wird wie gemäß dem ersten Aspekt ein Trägerelement einer Wabenstruktur hergestellt, das an der äußeren Peripherie rillenförmige periphere Vertiefungen (15) aufweist (Fig. 5 und Fig. 7).

Die poröse Keramik kann aus einem Material wie Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Zirkoniumdioxid, Mullit, Spinell, Cordierit, Kohlenstoff, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid oder dergleichen bestehen.

Auf der Oberfläche einer Rohflüssigkeitszuführpassage (11) eines Trägerelements mit Wabenstruktur gemäß den Fig. 1 und 3 oder den Fig. 5 und 7 wird eine Filtermembran gebildet, die aus poröser Keramik mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser von 5 nm bis 5 µm gebildet worden ist, um einen Keramikfilter herzustellen. Im folgenden ist ein typisches Verfahren zur Her stellung solcher Filtrationsmembrane angegeben.

Zu einem Keramikausgangsmaterial in Pulverform oder in Form einer kolloidalen Lösung geeigneter Teilchengröße werden ein Lösungsmittel wie Wasser, organisches Bindemittel, Deflockulie rungsmittel, pH-Wert einstellendes Mittel usw. gegeben und mit einander vermischt, um Schlicker herzustellen. Dieser Schlicker wird auf die Oberflächen von Rohflüssigkeitszuführpassagen (11) eines Trägerelements mit Wabenstruktur beschichtet. Das resul tierende Produkt wird getrocknet und gesintert, um eine Filtra tionsmembran herzustellen. Die Materialien der Filtrationsmem branen umfassen Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid, Titandioxid usw.

Gemäß dem vierten Aspekt wird der erfindungsgemäß hergestellte Keramikfilter an beiden Enden mit Endrahmen 16 ausgestattet. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, umfaßt jeder Endrahmen 16 vorzugsweise einen Randabschnitt 16a und eine Vielzahl von Vorsprüngen 16b, die zum Abdichten der rinnenförmigen Vertiefungen des Keramik filters an den Wabenenden vorhanden sind. Der Endrahmen 16 be steht aus Edelstahl, Keramik, Harzen oder dergleichen und ist mit einem organischen oder anorganischen Klebstoff oder Gläsern abgedichtet oder verschmolzen. Durch Montierung des Endrah mens 16 auf diese Weise ist es möglich, eine Rohflüssigkeit daran zu hindern, sich mit einem Filtrat zu vermischen, und das Einsetzen des Keramikfilters in ein Gehäuse, nicht gezeigt, zu vereinfachen. Die Rahmen können auch zur Verstärkung der Kera mikwabenstruktur dienen.

Der Keramikfilter kann auch unter solchen Bedingungen verwendet werden, bei denen beide Enden der rinnenförmigen Vertiefungen mit einem organischen Material wie Epoxyharz oder einem anorga nischem Material wie Zement oder Glassiegelpaste versiegelt sind, d. h., ohne Verwendung der Endrahmen. Zusätzlich kann der Keramikfilter unter solchen Bedingungen verwendet werden, bei denen die Endrahmen keine Vorsprünge aufweisen und an dem Filter befestigt sind, wobei beide Enden der rinnenförmigen Vertiefun gen desselben wie oben beschrieben versiegelt sind.

Obwohl das Querschnittsprofil jeder Flüssigkeitszuführpassage (-zelle), wie beispielsweise in den Fig. 1 bis 3 und den Fig. 5 bis 7 quadratisch ist, kann es auch andere Polygonformen wie Dreiecke, Hexagons usw., Kreise usw. aufweisen. Außerdem können die Flüssigkeitszuführpassagen (-zellen), obwohl sie in einem Muster quadratischer Maschen an den Wabenenden angeordnet sind und ein äußeres Profil mit kreisförmiger oder quadratischer Gestalt angenommen wird, auch in anderen Mustern angeordnet sein wie Mustern von Hexagons, konzentrischen Kreisen usw., bei denen die dicken Wandabschnitte und rinnenförmigen Vertiefungen radial angeordnet sein können.

Weitere mögliche Anordnungen der Fließwiderstandrelaxationsab schnitte (12) oder Verbindungshohlräume (15) sind in den Fig. 8 und 9 jeweils für die quadratischen Zellen (11) veran schaulicht. Fig. 8 zeigt ein rundes Profil der Außenwand 13, während Fig. 9 ein quadratisches Profil derselben zeigt. Obwohl nicht abgebildet ist eine konzentrische Anordnung von Zel len (11) möglich, bei der die Fließwiderstandrelaxationsab schnitte (12) oder die Verbindungshohlräume (15) radial angeord net sein können. Wie aus diesen Figuren ersichtlich ist, ist auch eine Kombination des/der Fließwiderstandrelaxationsab schnitt(e) (12′) und des/der Verbindungshohlraums(-räume) (15) möglich. Der erste (12′) ist in Fig. 9 im Querschnitt gezeigt. Eine solche Kombination würde der Verstärkung der Wabenstruktur dienen, die mit den Verbindungshohlräumen (15) versehen ist.

Beispiele Beispiel 1 (Erster Aspekt)

Zu 100 Gewichtsteilen Aluminiumoxid mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 40 µm wurden 8 Gewichtsteile Glaspulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 5 µm als anorgani sches Bindemittel, 7 Gewichtsteile Methylcellulose als organi sches Bindemittel und eine vorbestimmte Menge Wasser gegeben und geknetet, um einen plastischen Körper für die Extrusion zu bil den. Unter Verwendung einer Strangpreßmaschine mit einer Düsen lippe, die eine wie in Fig. 1 gezeigte Querschnittsgestalt er zeugt, wurde der für die Extrusion bestimmte Körper strangge preßt und zu einem ausreichend getrockneten Trägerelement ge trocknet. Das resultierende Trägerelement wurde bei 1250°C in einem Sinterofen gesintert, um ein Trägerelement mit einer wie in Fig. 1 gezeigten Wabenstruktur herzustellen. Das Trägerele ment hatte einen Durchmesser und eine Länge von 150 mm bzw. 1000 mm, eine durchschnittliche Porengröße von 10 µm, eine Trennwanddicke von 2 mm, eine Dicke eines Abschnitts der Trenn wand, die mit einer Außenwand in Verbindung steht und verdickt ist, um als Filtratpassage (Fließwiderstandrelaxationsabschnitt) (12) verwendet zu werden, von 18 mm und eine Größe der Flüssig keitszuführpassage mit der Größe eines Quadrats einer Seite von 4 mm.

100 Gewichtsteile feine Aluminiumpulver mit einer durchschnitt lichen Teilchengröße von 0,6 µm, 75 Gewichtsteile Wasser und 40 Gewichtsteile organisches Bindemittel (wasserlösliches Acrylharz mit einem Feststoffgehalt von 30%) wurden in einen Behälter aus synthetischem Material gefüllt, gerührt und mit Aluminiumoxid steinen 24 Stunden lang in einer Kugelmühle gemischt, um Schlicker zur Bildung einer Filtrationsmembrane herzustellen. Dieser Schlicker zur Bildung der Filtrationsmembran wurde auf der Ober fläche von Flüssigkeitszuführpassagen des Trägerelements der Wabenstruktur adsorbiert, um eine (Grün)Filtrationsmembran zu bilden. Das Trägerelement mit der (Grün)Filtrationsmembran dar auf wurde dann getrocknet und bei 1250°C gesintert. Die so her gestellte Filtrationsmembran hatte eine durchschnittliche Poren größe von 0,2 µm.

Der so hergestellte Keramikfilter hatte bei einem Differenzdruck von 1 kg/cm eine Reinwasserdurchflußgeschwindigkeit von 2,5 m³/m² h.

Beispiel 2 (Zweiter Aspekt)

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, wurde ein Keramikfilter auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, ausgenom men, daß in den Fließwiderstandrelaxationsabschnitten (12) des Trägerelements der Wabenstruktur eine Vielzahl von Kanalöffnun gen (Durchgangslöcher) (14) für die Abführung des Filtrats durch die Wabenstruktur gebildet wurden, um die Außenwandoberfläche des Trägerelements in dem Fließwiderstandrelaxationsabschnitt zu erreichen. Die Kanalöffnungen (14) zur Abführung des Filtrats hatten einen Durchmesser von 4 mm, während der Abstand zwischen benachbarten Durchgangslöchern in dem Fließwiderstandrelaxa tionsabschnitt 10 cm bei einer parallelen Anordnung betrug.

Der so hergestellte Keramikfilter hatte bei einem Differenzdruck von 1 kg/cm² eine Reinwasserdurchgangsfließgeschwindigkeit von 2,7 m³/m² h.

Es ist jedoch anzumerken, daß die Kanalöffnungen zur Abführung kein Durchgangsloch sein müssen, sondern nur an einem Ende davon offen sein können, wobei in diesem Fall eine alternierende An ordnung von Öffnungen zu den rechten und linken (oder oberen und unteren) Oberflächen der Außenwand bevorzugt ist.

Vergleichsbeispiel 1

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wurde ein Keramikfilter auf die glei che Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß der Abschnitt der Trennwand, der mit der Außenwand in Verbindung stand und verdickt war, um als Filtratpassage (Fließwiderstand relaxationsabschnitt) (12) verwendet zu werden, in dem Träger element mit Wabenstruktur nicht ausgebildet war. Der so herge stellte Keramikfilter besaß bei einem Differenzdruck von 1 kg/cm² eine Reinwasserdurchflußgeschwindigkeit von 1,9 m³/m² h.

Beispiel 3 (Dritter und vierter Aspekt)

Unter Verwendung einer Düsenlippe mit entsprechendem Querschnitt wurde ein wie in Fig. 5 gezeigtes Trägerelement einer Waben struktur mit einem Querschnitt mit den rillenförmigen peripheren Vertiefungen 15, die in der äußeren peripheren Wand gebildet worden sind, hergestellt, wobei ansonsten die Verfahrensweise wie in Beispiel 1 angewendet wurde.

Das Trägerelement besaß eine durchschnittliche Porengröße von 10 µm, einen Durchmesser und eine Länge von 150 mm bzw. 1000 mm, eine Trennwanddicke von 2 mm, eine Breite der rinnenförmigen, peripheren, geraden Vertiefungen von 4 mm und eine Größe jeder Seite eines Quadrats einer Flüssigkeitszuführpassage(-zelle) von 4 mm.

Anschließend wurde wie in Beispiel 1 Schlicker hergestellt. Dieser Schlicker für die Bildung der Filtrationsmembran wurde auf der Oberfläche von Flüssigkeitszuführpassagen des Träger elements der Wabenstruktur adsorbiert, um eine (Grün)Filtra tionsmembran zu bilden. Das Trägerelement mit der (Grün)Filtra tionsmembran darauf wurde dann getrocknet und bei 1250°C ge sintert. Die so hergestellte Filtrationsmembran besaß eine durch schnittliche Porengröße von 0,2 µm.

Der auf diese Weise hergestellte Keramikfilter wurde wie in Fig. 6 gezeigt mit Endrahmen ausgestattet und bei einem Diffe renzdruck von 1 kg/cm² wurde die Reinwasserfiltrationsfließrate gemessen und als 2,9 m³/m² h bestimmt.

Vergleichsbeispiel 2

Wie in Fig. 4 gezeigt wurde ein Keramikfilter auf dieselbe Weise wie in Beispiel 3 hergestellt, mit der Ausnahme, daß in dem Trägerelement der Wabenstruktur keine peripheren, rinnenförmigen Vertiefungen ausgebildet wurden und auf die Enden des Trägerele ments keine Endrahmen aufgesetzt wurden. Dieser Filter war der gleiche wie in Vergleichsbeispiel 1 und das Ergebnis ist das gleiche.

Vorteilhafter Effekt der Erfindung

Der erfindungsgemäße monolithische Keramikfilter weist im all gemeinen eine Wabenstruktur auf, die mittels Strangpressung hergestellt werden kann und dennoch kompakt und hinsichtlich der industriellen Massenproduktion einfach ist, und auch in seiner Filtrationsfläche vergrößert werden kann. Zusätzlich ist der dem Filtrat dargebotene Fließwiderstand innerhalb der Trennwand gemäß dem ersten Aspekt verringert, wie durch die Reinwasser durchflußgeschwindigkeitsdaten der obigen Beispiele gezeigt ist, was dazu führt, daß die Filtration effizient durchgeführt werden kann, indem ein Teil der Trennwand der Wabenstruktur als Fließ widerstandrelaxationsabschnitt ausgebildet ist, der einen Teil der Trennwand der Wabenstruktur umfaßt, mit seiner Endfläche an der Außenwandoberfläche der Wabenstruktur frei liegt und dicker ist als der Rest der Trennwand. Außerdem können mit dem monoli thischen Keramikfilter gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung die komplizierten Herstellungsverfahren der Abdichtung beider Enden der Filtratausflußpassagen(-zellen) oder der Flüs sigkeitszuführpassagen beseitigt werden, um eine weniger teure Herstellung zu ermöglichen.

Gemäß dem zweiten Aspekt weist der dicke Wandabschnitt, der den Fließwiderstandrelaxationsabschnitt bildet, Kanalöffnungen für das Ausfließen des Filtrats auf, und daher wird zusätzlich zu dem ersten Aspekt eine weiter verbesserte Filtrationsrate er reicht.

Der monolithische Keramikfilter gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine kompakte Größe und eine ein fache Struktur auf und besitzt eine vergrößerte Filtrationsflä che. Da der Filter Verbindungshohlräume einschließt, die von den Zellen der Wabenstruktur via Zelltrennwände getrennt sind und mit der Außenseite der Wabenstruktur in Verbindung stehen, ist der Fließwiderstand, der dem Filtrat innerhalb der Trennwände (Zellwände) dargeboten wird, wie durch die Reinwasserfiltra tionsfließratendaten der Beispiele gezeigt ist, zusätzlich ver ringert, was eine effizient durchgeführte Filtration erlaubt. Außerdem kann der monolithische Keramikfilter mit einer solchen Gestalt, wodurch die Herstellung davon mittels Strangpressung möglich ist, gemäß dem dritten Aspekt mit geringen Kosten herge stellt werden, weil es keine Notwendigkeit gibt, Öffnungen für das Ausfließen des Filtrats in die Wabenstruktur zu bohren.

Gemäß dem vierten Aspekt kann die Einheit gemäß dem dritten Aspekt ohne Schwierigkeit und mit verbesserter Festigkeit in ein Filtergehäuse eingesetzt werden.

Es ist anzumerken, daß an der Ausführung und dem Konzept der Erfindung Modifizierungen, die sich in naheliegender Weise erge ben, vorgenommen werden können, ohne den Umfang der angefügten Ansprüche zu verlassen.

Claims

1. Monolithischer Keramikfilter, der eine Wabenstruktur umfaßt, wobei sich ein Trennwandabschnitt der Wabenstruktur vom Inneren der Wabenstruktur zu einer Außenwandoberfläche der Wabenstruktur erstreckt und verglichen zu dem Rest der Trennwand eine erhöhte Dicke aufweist, um einen Fließwider standrelaxationsabschnitt zu bilden.

2. Keramikfilter nach Anspruch 1, bei dem der Fließwiderstand relaxationsabschnitt mindestens eine Filtratkanalausflußöff nung aufweist, die sich innerhalb der erhöhten Dicke des Fließwiderstandrelaxationsabschnitts bis zu einer Außenwand oberfläche der Wabenstruktur erstreckt.

3. Keramikfilter nach Anspruch 1, bei dem der Fließwiderstand relaxationsabschnitt sich über die gesamte axiale Länge der Wabenstruktur erstreckt.

4. Keramikfilter nach Anspruch 3, bei dem der Fließwiderstand relaxationsabschnitt eine Vielzahl von Wandabschnitten höhe rer Dicke umfaßt, die sich von einer Seite zur anderen Seite desselben erstrecken.

5. Keramikfilter nach Anspruch 3, bei dem der Fließwiderstand relaxationsabschnitt eine Vielzahl von Wandabschnitten grö ßerer Dicke umfaßt, die sich parallel zueinander erstrecken.

6. Keramikfilter nach Anspruch 2, bei dem die Filtratkanalaus flußöffnung Bohrungen umfaßt, die sich quer zur Wabenstruk tur erstrecken.

7. Keramikfilter nach Anspruch 6, bei dem die Bohrungen par allel zueinander angeordnet sind.

8. Keramikfilter nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Fließwi derstandrelaxationsabschnitt eine Dicke aufweist, die zwei- bis fünfmal so groß ist wie die der Trennwand der Waben struktur.

9. Monolithischer Keramikfilter, der eine Wabenstruktur umfaßt, die Verbindungshohlräume umfaßt, die von den Zellen der Wabenstruktur der Filterzelltrennwände getrennt sind, wobei diese Hohlräume mit der seitlichen Außenseite der Waben struktur über die gesamte Länge der Wabenstruktur in Ver bindung stehen und sich über die gesamte axiale Länge der selben erstrecken.

10. Keramikfilter nach Anspruch 9, bei dem die Verbindungshohl räume jeweils eine rinnenförmige Vertiefung sind, die sich von der äußeren peripheren Wand der Wabenstruktur in Rich tung des Inneren erstrecken.

11. Keramikfilter nach Anspruch 9, bei dem die Wabenstruktur eine solche Gestalt hat, daß ihre Herstellung durch Strang pressung möglich ist.

12. Keramikfilter nach Anspruch 9, der einen Endrahmen umfaßt, der die Wabenstruktur umgibt und an mindestens einem Ende derselben angebracht ist.

13. Keramikfilter nach Anspruch 12, bei dem dieser Endrahmen Vorsprünge aufweist, die in die Verbindungshohlräume ein greifen, um diese an den Enden der Wabenstruktur zu ver schließen.

14. Keramikfilter nach Anspruch 11, bei dem die Verbindungshohl räume sich vom Inneren der Wabenstruktur, ausgenommen dem zentralen Teil der Wabenstruktur, in Querrichtung derselben erstrecken.

15. Keramikfilter nach Anspruch 11, bei dem die Verbindungshohl räume sich von der äußeren peripheren Wand in Richtung des Inneren erstrecken und an einer dazwischenliegenden Position enden.

16. Keramikfilter nach Anspruch 15, bei dem sich die Verbin dungshohlräume bei Betrachtung des Querschnitts der Waben struktur alternierend von einer Seite der äußeren peripheren Wand und der gegenüberliegenden Seite derselben erstrecken.

17. Keramikfilter nach einem der Ansprüche 1, 2, 9 oder 12, bei dem die Wabenstruktur aus porösem Keramikmaterial gebildet ist und auf einer Oberfläche, die jeweils zu den Zellen der Wabenstruktur zeigt, eine Filtrationsmembran aufweist.

18. Keramikfilter nach Anspruch 17, bei dem zwischen der Waben struktur und der Filtermembran eine poröse Zwischenschicht aufgebracht ist.

19. Keramikfilter nach Anspruch 17, bei dem die Filtermembran eine poröse Keramik mit einer kleineren Porengröße ist als derjenigen der Wabenstruktur.

20. Keramikfilter nach Anspruch 9, bei dem die Wabenstruktur ferner einen Fließwiderstandrelaxationsabschnitt umfaßt, der aus einem verdickten Abschnitt der Zelltrennwand gebildet ist, wobei sich der verdickte Abschnitt vom Inneren der Wabenstruktur zu einer Außenwand derselben erstreckt.

21. Verwendung eines monolithischen Keramikfilters nach einem der Ansprüche 1 bis 20 bei einer Feinfiltration, Ultrafil tration und Rückosmose.

22. Verfahren zur Herstellung eines monolithischen Keramikfil ters nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeich net, daß der Keramikfilter stranggepreßt wird.