DE69632299T2

DE69632299T2 - Anorganisches rohrförmiges Filterelement mit Kanälen die einen nicht-kreisförmigen Durchschnitt und optimierte Profile aufweisen

Info

Publication number: DE69632299T2
Application number: DE69632299T
Authority: DE
Inventors: Andre Grangeon; Philippe Lescoche
Original assignee: T A M I IND NYONS; TAMI Industries SA
Current assignee: T A M I IND NYONS; TAMI Industries SA
Priority date: 1995-12-05
Filing date: 1996-11-27
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2016-11-28
Also published as: DE69632299D1; US5873998A; CA2192107C; EP0778074A2; FR2741822A1; CA2192107A1; EP0778074B1; EP0778074A3; FR2741822B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Molekular- oder Partikulartrennung, die Trennelemente einsetzt, die im allgemeinen Membranen genannt werden und aus anorganischen Stoffen gebildet sind.
Der Gegenstand der Erfindung betrifft genauer die Herstellung eines anorganischen Filterelements von im wesentlichen rohrförmiger Form, das es ermöglicht, Molekular- oder Partikulargattungen, die in einem flüssigen Medium enthalten sind, das einen gegebenen Druck auf die Membran ausübt, zu konzentrieren, zu sortieren oder zu extrahieren.
Der Gegenstand der Erfindung findet eine besonders vorteilhafte Anwendung auf dem Gebiet der Nanofiltration, der Ultrafiltration, der Mikrofiltration, der Filtration oder der Umgekehrosmose.
Im Stand der Technik sind zahlreiche Membrane bekannt, die aus rohrförmigen Filterelementen hergestellt sind. So ist ein Filterelement vom Typ Mehrkanalelement bekannt, das einen starren porösen Träger länglicher Form umfaßt, der einen polygonalen oder kreisförmigen geraden Querschnitt aufweist. Der poröse Träger, der beispielsweise aus Keramik ist, ist derart ausgebildet, daß er eine Reihe von zueinander und zur Längsachse des porösen Trägers parallelen Kanälen umfaßt, die jeweils einen kreisförmigen geraden Querschnitt aufweisen. Die Oberfläche der Kanäle ist mit mindestens einer Trennschicht überzogen, deren Natur und Morphologie derart ausgebildet sind, daß sie die Trennung der Moleküle oder der Partikel, die in dem im Inneren der Kanäle zirkulierenden flüssigen Medium enthalten sind, sicher stellt. Eine solche Membran ermöglicht durch eine Siebwirkung eine Trennung der Molekular- oder Partikulargattungen des zu behandelnden Produktes, sofern alle Moleküle oder Partikel, die größer als der Porendurchmesser der Membran sind, aufgehalten werden. Während der Trennung erfolgt der Fluidtransfer durch die Trennschicht(en), dann breitet sich das Fluid in der Porosität des Trägers aus, um sich zur Außenfläche des porösen Trägers auszurichten.
Ein großer Nachteil dieser Mehrkanal-Filterelemente besteht in der geringen Durchsatzmenge des erhaltenen Filtrats. Die Bahn, der das Filtrat folgen muß, bevor es die Außenfläche des Trägers erreicht, ist nämlich für die Kanäle, die sich im Mittelteil des Trägers befinden, wesentlich länger als jene der anderen Kanäle, insbesondere der Peripheriekanäle. Ferner nehmen die Filtrate, die von den Kanälen des Mittelbereichs des Trägers kommen, die Filtrate auf, die von den anderen Kanälen kommen. Aus diesen Gründen kommt es zu einem Lastverlust beim Transfer des Filtrats zur Außenfläche des Trägers. Dieser Lastverlust wirkt dem Druck des Transfers entgegen und verringert die Durchgangsgeschwindigkeit.
Um zu versuchen, diesen Nachteil zu beseitigen, schlägt die Patentanmeldung WO 93/07 959 ein rohrförmiges Filterelement vor, dessen Kanäle jeweils einen nicht kreisförmigen geraden Querschnitt aufweisen. Nach einer ersten Ausführungsart umfaßt das Filterelement einen anorganischen porösen Träger, in dem die Kanäle parallel zur Mittelachse des Trägers angeordnet sind, wobei sie im wesentlichen in einem zur Mittelachse koaxialen Kreis angeordnet sind. Jeder Kanal umfaßt entlang eines geraden Querschnitts eine Umfangswand, die zu der Außenfläche des Trägers gerichtet ist und mit dieser letztgenannten einen Gang mit konstanter Dicke begrenzt, der die Beförderung des Filtrats sicherstellt. Jede Umfangswand ist auf beiden Seiten durch Radialwände fortgesetzt, die miteinander verbunden sind und jeweils eine Trennwand mit der Radialwand gegenüber einem benachbarten Kanal begrenzen. Das Profil der Kanäle wird derart gewählt, daß Trennwände verbleiben, die sich in Keilform zum Äußeren des Substrats erweitern. Nach einer zweiten Ausführungsart befinden sich die Achsen der Kanäle entweder auf mehreren zur Achse des Trägers koaxialen Kreisen oder entlang von Schichten, die zueinander und zur Achse des porösen Trägers parallel sind. Nach dieser zweiten Ausführungsart lassen die benachbarten Kanäle zwischen zwei Schichten eine Trennwand frei, die sich ebenfalls zum Äußeren des Substrats erweitert. Es stellt sich somit heraus, daß die Keilform der zwischen den Radialwänden begrenzten Trennwände den Transfer des Permeats zur Außenfläche des Trägers begünstigt.
Es zeigt sich auch, daß es ein solches Element ermöglicht, durch die Verwirklichung von Kanälen mit nicht kreisförmigem Querschnitt das Verhältnis der Filterfläche zum Volumen des verwendeten porösen Trägers zu erhöhen. Es ist allerdings festzustellen, daß ein solches Element sehr schwierig einzusetzen ist. Um nämlich den Querschnitt des porösen Trägers optimal einzunehmen, um die Filterfläche zu vergrößern, beschreibt die oben erwähnte Patentanmeldung in ihrer 3 eine Ausführungsvariante, bei der die Kanäle in drei unterschiedliche Kategorien eingeteilt werden können. Die Kanäle der ersten Kategorie haben Achsen, die sich auf einem zur Mittelachse des Trägers koaxialen Kreis befinden. Alle diese Kanäle weisen einerseits einen identischen geraden Querschnitt auf, der als fünfeckig bezeichnet werden kann, und haben andererseits einen identischen Hydraulikdurchmesser. Es ist zu erwähnen, daß auf Grund der nicht kreisförmigen Form der Kanäle der Durchmesser jedes Kanals durch den Hydraulikdurchmesser Φh definiert ist, wie beispielsweise Φh = 4.S/P, wobei S der Querschnitt des Kanals und P der Umfang dieses Kanals ist. Die Achsen der Kanäle der zweiten Kategorie befinden sich auf einem zur Mittelachse des Trägers koaxialen Kreis, der sich aber im Inneren des Kreises befindet, auf dem die Achsen der Kanäle der ersten Kategorie angeordnet sind. Alle Kanäle der zweiten Kategorie weisen einerseits einen identischen Querschnitt auf, der als dreieckig bezeichnet werden kann, und haben andererseits einen identischen Hydraulikdurchmesser. Eine dritte Kategorie umfaßt einen Kanal mit kreisförmigem Querschnitt, der auf der Mittelachse des porösen Trägers zentriert ist.
Eine Studie dieses Typs von Element führt dazu, festzustellen, daß die geraden Querschnitte der Kanäle für die drei Kanalkategorien unterschiedlich sind. Daraus folgt, daß die Zirkulationsgeschwindigkeit des Fluids in den Kanälen der drei Kategorien unterschiedlich ist, da diese Geschwindigkeit gleich dem Durchfluß in dem Kanal dividiert durch den geraden Querschnitt dieses Kanals ist. Die Zirkulationsgeschwindigkeit ist einer der Parameter, der am Wert der Scherspannung beteiligt ist, wobei diese Spannung an der Wand des Elements auf Grund der Funktion des Filterelements im Tangentialbetrieb erzeugt wird. Dieses Funktionsprinzip begünstigt die Reinigung der Oberfläche des Filterelements durch diese Scherspannung, die die abgelagerten Stoffe beseitigt. In dem oben beschriebenen Filterelement ist die Tangentialreinigung auf Grund der unterschiedlichen Zirkulationsgeschwindigkeiten nicht für alle Kanäle homogen, was zu einer Funktionsstörung des Filterelements führt.
Überdies führt das Streben nach Optimierung des Verhältnisses der Filterfläche zum Volumen des verwendeten porösen Trägers zur Verwirklichung eines oben beschriebenen Filterelements, dessen Kanäle Hydraulikdurchmesser mit unterschiedlichen Werten aufweisen. Bei gewissen Anwendungen, bei denen das zu behandelnde Fluid einen heterogenen Charakter hat, kann ein Verstopfen der Kanäle, die einen zu kleinen Hydraulikdurchmesser aufweisen, festgestellt werden.
Die Patentanmeldung EP 0 780 148 A , die zum Stand der Technik nach Artikel 54 (3) EPÜ gehört, beschreibt ein anorganisches Filterelement, umfassend einen porösen Träger zylindrischer Form und auf dem Träger vorgesehene Kanäle, wobei diese Kanäle in mehrere Kategorien eingeteilt werden können, wobei die Form der geraden Querschnitte der Kanäle zwischen den Kategorien unterschiedlich ist. Alle Kanäle weisen denselben Hydraulikdurchmesser auf. Der Transfer des Permeats zur Außenfläche des Trägers wird begünstigt, wenn eine bestimmte Form der zwischen den Kanälen bestehenden Trennwände gewählt wird.
Wenn die Verwirklichung eines Filterelements, das Kanäle mit nicht kreisförmigem Querschnitt aufweist, auch einen unbestreitbaren Vorteil hinsichtlich der Vergrößerung der Filterfläche im Verhältnis zum Volumen des verwendeten porösen Trägers bietet, muß festgestellt werden, daß ein Problem bei der Definition der Abmessungen und der Form der Kanäle vorhanden ist, um eine inhomogene Reinigung zwischen den Kanälen und ein Verstopfen gewisser Kanäle mit dem zu behandelnden Fluid zu vermeiden.
Es ergibt sich somit das Bedürfnis, die Merkmale eines Filterelements zu definieren, das derart ausgebildet, daß das Verhältnis der Filterfläche zum Volumen des verwendeten porösen Trägers optimiert und es gleichzeitig eine homogene Reinigung in allen Kanälen und ein Nichtverstopfen der Kanäle durch das zu behandelnde Fluid erzielt wird.
Das Ziel der Erfindung ist es, ein anorganisches Element vorzuschlagen, das das oben erwähnte Bedürfnis befriedigen soll.
Um dieses Ziel zu erreichen, umfaßt das anorganische Element zum Filtrieren eines flüssigen Mediums zur Gewinnung eines Filtrats:

– einen porösen, starren anorganischen Träger von zylindrischer Form, der eine Mittellängsachse hat und einen geraden hexagonalen oder kreisförmigen Querschnitt besitzt;
– Kanäle, die auf dem Träger parallel zu dessen Achse angeordnet sind und eine Fläche aufweisen, die von mindestens einer Trennschicht überzogen ist, die dazu bestimmt ist, in Kontakt mit dem flüssigen Medium zu sein, wobei diese Kanäle in n Kategorien eingestuft werden können, wobei n ≥ 2, in denen jeweils alle Kanäle einen identischen geraden Querschnitt, einen identischen Hydraulikdurchmesser und einen identischen Äquivalentdurchmesser haben, wobei die Form der geraden Querschnitte der Kanäle zwischen den Kategorien unterschiedlich ist.

Erfindungsgemäß besitzen die Kanäle der verschiedenen Kategorien:

– solche Hydraulikdurchmesser, daß die Verhältnisse zwischen zwei beliebigen geraden Hydraulikdurchmessern zwischen 0,75 und 1,3 betragen;
– solche geraden Querschnitte, daß die Verhältnisse zwischen zwei beliebigen geraden Querschnitten zwischen 0,75 und 1,3 betragen;
– und solche Äquivalentdurchmesser, daß das Verhältnis zwischen dem Äquivalentdurchmesser und dem Hydraulikdurchmesser für jeden Kanal kleiner oder gleich 2 ist.

Verschiedene weitere Merkmale gehen aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen hervor, die als nicht einschränkende Beispiele Ausführungs- und Einsatzarten des Gegenstandes der Erfindung darstellen.
1 ist eine Querschnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Filterelements.
2 ist eine Querschnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Filterelements.
Wie in 1 zu sehen, ist das erfindungsgemäße anorganische Filterelement 1 derart ausgebildet, daß es die Trennung oder Filterung von Molekülen oder Partikeln, die in einem fluiden, vorzugsweise flüssigen Medium von unterschiedlicher Natur mit oder ohne Festphase enthalten sind, sicherstellt. Das Filterelement 1 umfaßt einen anorganischen starren porösen Träger 2, der in einem Stoff ausgebildet ist, dessen Transferwiderstand an die durchzuführende Trennung angepaßt ist. Der Träger 2 ist aus anorganischen Stoffen hergestellt, wie beispielsweise Metalloxiden, Kohlenstoff oder Metallen. Der Träger 2 ist im allgemeinen in einer länglichen Form oder in Form einer Leitung ausgeführt, die sich entlang einer Längsmittelachse A erstreckt. Der poröse Träger 2 besitzt einen durchschnittlichen Äquivalentdurchmesser der Poren zwischen 2 und 12 μm und vorzugsweise von ungefähr 5 μm. Der Träger 2 besitzt einen hexagonalen oder, wie in dem in 1 dargestellten Beispiel, kreisförmigen geraden Querschnitt. Der Träger 2 bietet somit eine zylindrische Außenfläche 2₁ .
Der Träger 2 ist derart ausgeführt, daß er eine erste Kategorie I₁ von Kanälen C₁ umfaßt, die parallel zur Achse A des Trägers verwirklicht sind. Die Kanäle C₁ weisen jeweils eine Fläche 4 auf, die mit mindestens einer nicht dargestellten Trennschicht überzogen und dazu bestimmt ist, mit dem zu behandelnden fluiden Medium, das im Inneren der Kanäle C₁ zirkuliert, in Kontakt zu sein. Die Natur der Trennschicht(en) wird in Abhängigkeit von der zu erzielenden Trenn- oder Filterleistung gewählt und bildet mit dem Träger eine enge Verbindung, so daß der von dem flüssigen Medium kommende Druck auf den porösen Träger 2 übertragen wird. Diese Schichten) können beispielsweise aus Suspensionen aufgetragen werden, die mindestens ein Metalloxid enthalten und herkömmlicherweise bei der Produktion der mineralischen Filterelemente verwendet werden. Diese Schichten) werden nach dem Trocknen einem Sinterverfahren unterzogen, das es ermöglicht, sie zu festigen und miteinander sowie mit dem porösen Träger 2 zu verbinden.
Alle Kanäle C₁ weisen einen geraden Querschnitt auf, der eine Fläche oder einen Bereich S₁ mit demselben Wert besitzt. Daraus folgt, daß alle Kanäle C₁ einen Äquivalentdurchmesser Φe₁ mit demselben Wert aufweisen, sofern Φe₁= (S₁ · 4/π)^½. Vorzugsweise weisen alle Kanäle C₁ ein identisches Profil oder eine identische Form auf. Ferner besitzen alle Kanäle C₁ einen identischen Hydraulikdurchmesser Φh₁. In dem in 1 dargestellten Beispiel umfaßt die erste Kategorie I₁ sechzehn Kanäle C₁. Peripheriekanäle genannt, deren Mitten sich auf einem zur Mittelachse A koaxialen Kreis befinden. Alle Kanäle C₁ weisen einen geraden Querschnitt von im wesentlichen viereckiger Form auf.
Erfindungsgemäß umfaßt das Filterelement 1 mindestens eine zweite Kategorie I₂ von Kanälen C₂ die jeweils auch eine Fläche 4 aufweisen, die von mindestens einer Trennschicht überzogen ist, wie oben erklärt. Alle Kanäle C₂ weisen einen geraden Querschnitt auf, der eine Fläche oder einen Bereich S₂ mit demselben Wert besitzt. Die Kanäle C₂ besitzen denselben Wert für den Äquivalentdurchmesser Φe₂. Vorzugsweise weisen alle Kanäle C₂ ein identisches Profil oder eine identische Form auf. Allerdings unterscheidet sich die Form des geraden Querschnitts der Kanäle C₂ der zweiten Kategorie I₂ von der Form oder dem Profil des geraden Querschnitts der Kanäle C₁ der ersten Kategorie I₁. Ferner besitzen alle Kanäle C₂ einen identischen Hydraulikdurchmesser Φh₂.
In dem in 1 dargestellten Beispiel umfaßt die zweite Kategorie I₂ sechs sogenannte innere Kanäle C₂, deren Mitten auf einem zur Mittelachse A koaxialen Kreis angeordnet sind, wobei dieser koaxiale Kreis einen im Verhältnis zum koaxialen Kreis, auf dem sich die Mitten der Kanäle C₁ befinden, kleineren Durchmesser aufweist. In diesem dargestellten Beispiel weisen alle Kanäle C₂ einen geraden, im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt auf.
Erfindungsgemäß weisen die Kanäle C, der ersten Kategorie I₁ einen geraden Querschnitt auf, dessen Wert S₁ im wesentlichen identisch mit dem Wert S₂ des geraden Querschnitts der Kanäle der zweiten Kategorie I₂ ist. Die Werte S₁ und S₂ werden als im wesentlichen identisch betrachtet, wenn das Verhältnis S₁/S₂ (oder S₂/S₁) im Bereich von 0,75 – 1,3 und vorzugsweise im Bereich von 0,95 – 1,05 liegt. So weisen in dem in 1 dargestellten Beispiel alle Kanäle C, einen geraden Querschnitt mit dem Wert S₁= 12 mm² auf, während alle Kanäle C₂ einen geraden Querschnitt mit dem Wert S₂= 10 mm² aufweisen. Das Verhältnis S₁/S₂= 1,2 oder S₂/S₁= 0,83 liegt sehr wohl in dem oben angeführten Bereich.
Sofern alle Querschnitte der Kanäle C₁ und C₂ des Elements im wesentlichen identische Werte S₁, S₂ aufweisen, ist die Zirkulationsgeschwindigkeit des Fluids im Inneren dieser Kanäle dieselbe, so daß eine Homogenität der Tangentialreinigung erzielt werden kann, unabhängig von dem in dem Filterelement genommenen Kanal.
Erfindungsgemäß ist der Wert des Hydraulikdurchmessers Φh₁ der Kanäle C₁ der ersten Kategorie I₁ im wesentlichen identisch mit dem Wert des Hydraulikdurchmessers Φh₂ der Kanäle C₂ der zweiten Kategorie I₂. Die Werte Φh₁ und Φh₂ werden als im wesentlichen identisch betrachtet, wenn das Verhältnis Φh₁/Φh₂ (oder Φh₂/Φh₁) in dem Bereich von 0,75 – 1,3 und vorzugsweise in dem Bereich von 0,95 – 1,05 liegt. In dem in 1 dargestellten Beispiel ist der Hydraulikdurchmesser Φh₁= 3,5 mm, während der Hydraulikdurchmesser Φh₂= 3,5 mm ist.
Sofern alle Kanäle C₁, C₂ einen im wesentlichen identischen Hydraulikdurchmesser aufweisen, kann vorgesehen werden, angepaßte Kanäle mit einem gegebenen Hydraulikdurchmesser zu verwirklichen, um das Filtern eines heterogenen, auch viskosen und Schwebeteilchen enthaltenden Fluids zu ermöglichen, ohne jedoch die Kanäle zu verstopfen.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weisen die Kanäle C₁, C₂ ein zusätzliches Merkmal auf, um ein Verstopfen der Kanäle beim Filtern eines Fluids mit heterogenem Charakter, d.h. das Schwebepartikel enthält, zu vermeiden. Es ist nämlich ein Filterelement vorstellbar, das beispielsweise eine erste Reihe von Kanälen mit einem kreisförmigen geraden Querschnitt und eine zweite Reihe von Kanälen mit einem rechteckigen Querschnitt besitzt, bei denen eine Abmessung kleiner als die andere Abmessung ist. Wenn diese beiden Reihen von Kanälen auch derart bestimmt werden können, daß die Bedingungen von im wesentlichen identischen Hydraulikdurchmessern und Querschnitten eingehalten werden, wie vorher definiert, zeigt sich, daß die Kanäle der zweiten Reihe, die eine Zirkulation des Fluids in Form eines flüssigen Streifens definieren, leichter verstopfen können als die Kanäle der anderen Reihe.
Um ein Verstopfen der Kanäle zu vermeiden, ist somit der Äquivalentdurchmesser der Kanäle derart, daß das Verhältnis zwischen dem Äquivalentdurchmesser und dem Hydraulikdurchmesser für jeden Kanal kleiner oder gleich 2 ist. So müssen die Verhältnisse Φe₁/Φh₁ für die Kanäle C₁ der ersten Kategorie und Φe₂/Φh₂ für die Kanäle C₂ der zweiten Kategorie kleiner oder gleich 2 sein. Das Verhältnis zwischen dem Äquivalentdurchmesser und dem Hydraulikdurchmesser definiert nämlich die Abweichung von der Zirkularität der Kanäle. Wenn dieses Verhältnis gleich 1 ist, ist der Kanal kreisförmig. Wenn somit dieses Verhältnis hoch ist, hat entweder die Form des Kanals eine sehr große Abmessung gegenüber der anderen Abmessung (Fall eines flüssigen Streifens), oder die Form des Kanals besitzt n Seiten (wobei n > 4 oder 5, Fall des sternförmigen Kanals). Unabhängig von der Form der Kanäle wird die Beseitigung des Filtrats durch die Porosität des Trägers 2 durch das Vorhandensein eines hohen Verhältnisses des Äquivalentdurchmessers zum Hydraulikdurchmesser gebremst, da die Bahn des Filtrats zur Außenfläche 2₁ des Elements notwendigennreise länger wird. Es wurde festgestellt, daß, wenn das Verhältnis des Äquivalentdurchmessers zum Hydraulikdurchmesser größer als 2 ist, das Abfließen des Filtrats verringert wird, was eine Verringerung der Durchlässigkeit nach sich zieht.
Daher ermöglicht es die Einhaltung dieses sogenannten Zirkularitätsmerkmals, das Verstopfen der Kanäle unabhängig von ihrer Form zu vermeiden, ohne dabei die Durchsatzmenge des Filtrats zu verringern. In dem dargestellten Beispiel sind die sogenannten Zirkularitätsverhältnisse für die erste und die zweite Kategorie von Kanälen C₁, C₂ jeweils gleich 1,11 (Φe₁/Φh₁) und 1,02 (Φe₂/Φh₂), wobei Φe₁= 3,9 mm und Φe₂= 3,56 mm.
In dem in 1 dargestellten Beispiel umfaßt das erfindungsgemäße Filterelement eine dritte Kategorie I₃ von Kanälen C₃, die jeweils eine Oberfläche aufweisen, die mit mindestens einer Trennschicht überzogen ist. Die Kanäle C₃ dieser dritten Kategorie weisen einen geraden Querschnitt S₃ mit identischem Wert auf. Die Kanäle C₃ besitzen einen selben Wert für den Äquivalentdurchmesser Φe₃. Alle Kanäle C₃ besitzen ein identisches Profil oder eine identische Form. Allerdings unterscheidet sich der Querschnitt der Kanäle C₃ von der Form des geraden Querschnitts der Kanäle der ersten und der zweiten Kategorie. Wie bei den Kanälen C₁, C₂ weisen die Kanäle C₃ der dritten Kategorie erfindungsgemäß auf:

– einen Wert für den geraden Querschnitt S₃, der im wesentlichen mit den Werten der geraden Querschnitte der Kanäle C₁ und C₂ identisch ist,
– einen Hydraulikdurchmesser Φh₃, dessen Wert im wesentlichen mit den Hydraulikdurchmessern der Kanäle C₁ und C₂ identisch ist,
– und einen derartigen Äquivalentdurchmesser Φe₃, daß das Verhältnis zwischen dem Äquivalentdurchmesser Φe₃ und dem Hydraulikdurchmesser Φh₃ kleiner oder gleich 2 ist.

Wie oben erklärt, wird der gerade Querschnitt S, der Kanäle C₃ als im wesentlichen mit den Querschnitten der Kanäle C₁, C₂ identisch betrachtet, wenn die Verhältnisse der Querschnitte, zwei und zwei genommen, nämlich S₃/S₁ (oder S₁/S₃) und S₃/S₂ (oder S₂/S₃) in dem Bereich von 0,75 – 1,3 und vorzugsweise 0,95 – 1,05 liegen. Ebenso wird der Hydraulikdurchmesser Φh₃ der Kanäle C₃ der dritten Kategorie als im wesentlichen mit den Hydraulikdurchmessern der Kanäle C₁/C₂ betrachtet, wenn die Verhältnisse der Hydraulikdurchmesser, zwei und zwei genommen, nämlich Φh₃/Φh₁ (oder Φh₁/Φh₃) und Φh₃/Φh₂ (oder Φh₂/Φh₃) in dem Bereich von 0,75 – 1,3 und vorzugsweise 0,95 – 1,05 liegen.
In dem dargestellten Beispiel umfaßt die dritte Kategorie I₃ einen einzigen Kanal C₃, dessen gerader Querschnitt durch die Mittelachse A des Elements verläuft. Vorzugsweise, aber nicht ausschließlich, weist der Mittelkanal C₃ einen kreisförmigen geraden Querschnitt auf, der auf die Mittelachse A zentriert ist. Beispielsweise hat der Kanal C₃ einen geraden Querschnitt mit dem Wert S₃= 10,17 mm², einen Hydraulikdurchmesser Φh₃= 3,6 mm und einen Äquivalentdurchmesser Φe₃= 3,6 mm. Daraus folgt, daß das Verhältnis der Werte der geraden Querschnitte S₁/S₃ = 1,17 oder S₃/S₁= 0,84 und S₂/S₃= 0,98 oder S₃/S₂= 1,02 sehr wohl in dem Bereich von 0,75 – 1,3 liegt. Ebenso sind die Verhältnisse zwischen den Hydraulikdurchmessern des Kanals C₃ und den Kanälen C₁/C₂ derart, daß Φh₁/Φh₃ = 0,97 (oder Φh₃/Φh₁ = 1,02) und Φh₂/Φh₃ = 0,97 (oder Φh₃/Φh₂ = 1,02). Diese Verhältnisse liegen sehr wohl in dem Bereich 0,75 – 1,3. Schließlich ist das Verhältnis Φe₃/Φh₃ = 1 sehr wohl kleiner als 2.
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung hervorgeht, wird die Erfindung für ein Filterelement angewandt, dessen Kanäle C_n in n Kategorien I₁, I₂, I₃.....I_n eingeteilt werden können, wobei n ≥ 2, wobei in jeder von ihnen alle Kanäle einen identischen geraden Querschnitt S_n und einen identischen Hydraulikdurchmesser Φh_n aufweisen, wobei die Form der geraden Querschnitte der Kanäle zwischen den Kanalkategorien unterschiedlich ist.
In dem allgemeinen Fall eines Filterelements, das n Kategorien von Kanälen umfaßt, weisen die Kanäle der verschiedenen Kategorien einen im wesentlichen identischen Wert für die geraden Querschnitte und die Hydraulikdurchmesser auf, sofern einerseits die Verhältnisse zwischen zwei beliebigen Querschnitten und andererseits die Verhältnisse zwischen zwei beliebigen Hydraulikdurchmessern in den oben definierten Bereichen liegen, nämlich 0,75 – 1,3 und vorzugsweise 0,95 – 1,05. Ferner muß das Verhältnis zwischen dem Äquivalentdurchmesser und dem Hydraulikdurchmesser jedes Kanals kleiner oder gleich 2 sein. Die Einhaltung dieser drei Bedingungen ermöglicht es, das Verhältnis der Filtertläche zum Volumen des verwendeten porösen Trägers zu optimieren und gleichzeitig eine homogene Reinigung aller Kanäle und ein Vermeiden eines Verstopfens der Kanäle durch das zu behandelnde Fluid zu erzielen.
In dem dargestellten Beispiel ist anzumerken, daß die Kanäle derart verwirklicht sind, daß die Kategorien, denen sie angehören, konzentrisch verteilt sind. Es ist natürlich zu berücksichtigen, daß die Kanäle derart angeordnet sein können, daß sie eine beliebige Position einnehmen, die nicht einer bestimmten Verteilung der Kanalkategorien entspricht.
In dem in 1 dargestellten Beispiel umfassen die erste I₁ die zweite I₂ und die dritte I₃ Kategorie 16, 6 bzw. 1 Kanäle C₁, C₂ und C₃. Natürlich kann jede dieser Kategorien eine andere Anzahl von Kanälen umfassen. In demselben Sinn können die Kanäle C₁, C₂ und C₃ unterschiedliche Profile aufweisen, wobei die oben erwähnten Merkmale eingehalten werden. In dem in 1 dargestellten Beispiel ist das Filterelement mit einem Mittelkanal C₃ versehen, der es ermöglicht, die Probleme der Anhäufung von Material in einem Volumen zu vermeiden, das niemals durch die Flüssigkeiten, hauptsächlich Reinigungsflüssigkeiten, gespült wird. Ein solcher Kanal ermöglicht es, die Probleme der Bakterienwucherung zu vermeiden, da die Reinigung des Mittelvolumens durch Reinigungsflüssigkeiten ermöglicht wird. Beispielsweise ist dieses Element 1 insbesondere für das Filtern von viskosen Flüssigkeiten angepaßt. In dem in 1 dargestellten Beispiel weist das Filterelement einen Außendurchmesser von 25 mm auf. Es versteht sich, daß die Erfindung auch für Filterelemente angewandt werden kann, die einen anderen Außendurchmesser aufweisen, beispielsweise gleich 10 mm, und die eine andere Anzahl von Kanalkategorien umfassen.
2 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, bei dem die erste Kategorie I₁ von Kanälen sieben Kanäle C₁ umfaßt, während die zweite Kategorie I₂ einen einzigen Kanal C₂ umfaßt. Die Oberfläche S₁ aller Kanäle C₁ der ersten Kategorie I₁ besitzt einen im wesentlichen mit dem Wert S₂ der Oberfläche des Kanals C₂ identischen Wert. Beispielsweise besitzen die Oberflächen S₁ und S₂ einen Wert gleich 34 bzw. 33 mm2. Das Verhältnis S₁/S₂= 1,03 (oder S₂/S₁ = 0,97) liegt im vorher definierten Bereich.
Nach diesem Beispiel ist der Hydraulikdurchmesser Φh, der Kanäle der ersten Kategorie I₁ im wesentlichen gleich dem Wert des Hydraulikdurchmessers Φh₂ des Kanals C₂ der zweiten Kategorie I₂, Beispielsweise ist der Hydraulikdurchmesser Φh₁ gleich 6 mm, während der Hydraulikdurchmesser Φh₂ gleich 6,5 mm ist. Das Verhältnis Φh₁/Φh₂= 0,92 (oder Φh₂/Φh₁ = 1,08) liegt in dem vorher definierten Bereich. Ferner ist das Verhältnis zwischen dem Äquivalentdurchmesser und dem Hydraulikdurchmesser für jeden Kanal C₁, C₂ ≤ 2, wobei Φe₁ = 6,58 mm und Φe₂= 6,5 mm.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Beispiele beschränkt, da verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne ihren Rahmen zu überschreiten.

Claims

Anorganisches Filterelement eines flüssigen Mediums zur Gewinnung eines Filtrats, wobei das Element folgendes enthält: – einen porösen, starren anorganischen Träger (2) von zylindrischer Form, der eine Mittenlängsachse (A) hat und einen geraden hexagonalen oder kreisförmigen Querschnitt besitzt; – Kanäle (C₁, C₂, C₃,..., C_n), die auf dem Träger parallel zu dessen Achse angeordnet sind und die eine Fläche (4) haben, die von mindestens einer Trennschicht überzogen ist, die dafür bestimmt ist, in Kontakt mit dem flüssigen Medium zu sein, wobei diese Kanäle in n Kategorien (I₁, I₂, I₃,..., I_n) eingestuft werden können, wobei n > 2, in jeder von welchen alle Kanäle einen identischen geraden Querschnitt (S₁, S₂, S₃,..., S_n), einen Hydraulikdurchmesser (Φh₁, Φh₂, Φh₃,..., Φh_n) und einen entsprechenden Durchmesser (Φe₁, Φe₂, Φe₃,..., Φe_n) haben, wobei die Form der geraden Querschnitte der Kanäle zwischen den Kategorien verschieden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (C₁, C₂, C₃,..., C_n) der einzelnen Kategorien folgendes aufweisen: – solche Hydraulikdurchmesser (Φh₁, Φh₂, Φh₃,..., Φh_n), daß die Verhältnisse zwischen zwei beliebigen Hydraulikdurchmessern zwischen 0,75 und 1,3 betragen, – solche geraden Querschnitte (S₁, S₂,S₃,..., S_n), daß die Verhältnisse zwischen zwei beliebigen geraden Querschnitten zwischen 0,75 und 1,3 betragen, – und solche entsprechenden Durchmesser (Φe₁, Φe₂, Φe₃,..., Φe_n), daß das Verhältnis zwischen dem entsprechenden Durchmesser und dem Hydraulikdurchmesser für jeden Kanal kleiner als oder gleich 2 ist.
Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (C₁, C₂, C₃,..., C_n) der verschiedenen Kategorien solche geraden Querschnitte haben, daß die Verhältnisse der paarweisen geraden Querschnitte zwischen 0,95 und 1,05 betragen.
Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (C₁, C₂, C₃,..., C_n) der verschiedenen Kategorien solche Hydraulikdurchmesser haben, daß die Verhältnisse der paarweisen Hydraulikdurchmesser zwischen 0,95 und 1,05 betragen.
Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Kanalkategorien einen Kanal (C₃) enthält, dessen gerader Querschnitt durch die Mittenachse (A) des porösen Trägers geht.
Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (C₃), dessen gerader Querschnitt durch die Mittenachse des Trägers geht, auf dieser Achse zentriert ist.
Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrierte Kanal (C₃) von einem kreisförmigen geraden Querschnitt ist.