WO2010076119A1 - Flüssigkeitsfilter und filtersystem - Google Patents

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WO2010076119A1
WO2010076119A1 PCT/EP2009/066424 EP2009066424W WO2010076119A1 WO 2010076119 A1 WO2010076119 A1 WO 2010076119A1 EP 2009066424 W EP2009066424 W EP 2009066424W WO 2010076119 A1 WO2010076119 A1 WO 2010076119A1
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filter
channels
liquid
liquid filter
inlet channels
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PCT/EP2009/066424
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Andreas Mattern
Tobias Hoeffken
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Robert Bosch Gmbh
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    • C02F2305/04—Surfactants, used as part of a formulation or alone

Definitions

  • the present invention relates to a liquid filter, in particular for filtering water and a filter system with a liquid filter and a liquid.
  • Liquid filters are known from the prior art in various configurations. More recently, membrane processes are increasingly being used, in particular in the treatment of drinking water, in which case polymer-based membranes are used in particular. However, such polymer membranes have the disadvantage that they have a relatively low robustness. However, this leads to relatively frequent necessary repairs of the membrane module in drinking water treatment. Furthermore, it is for maintaining a predetermined quality of
  • Claim 1 in contrast, has the advantage that it is constructed very robust and resistant and is particularly suitable for filtering water.
  • the liquid filter according to the invention can be provided very inexpensively.
  • the liquid filter according to the invention comprises a plurality of inlet channels and a plurality of
  • Exit channels which through filter walls between the entrance and Outlet channels are separated.
  • the inlet channels and outlet channels are arranged parallel to each other and the filter walls have a plurality of pores. About these pores, the inlet channels are connected to the outlet channels. In this case, a cross-sectional area of all inlet channels is greater than a cross-sectional area of all the outlet channels.
  • a value of diameters of the pores of the filter walls determined by means of mercury porosimetry has a median value dso, wherein the median value d "for the diameter is between 0.01 to 0.5 ⁇ m, preferably 0.03 to 0.2 ⁇ m, particularly preferred is between 0.05 to 0.15 microns.
  • mercury porosimetry e.g. according to DIN 66133
  • a value for a pore diameter or a pore diameter distribution can be determined by means of a standard measuring method. In order to describe the complex pore networks that arise in sintered structures, it is customary to assume cylindrical pores with a diameter corresponding to the dso value.
  • a filter medium adapted to these requirements is used according to the invention, so that the lowest possible pressure losses occur during operation.
  • the essential influencing parameters on the side of the filter medium in particular pore size, porosity and wall thicknesses of the filter material
  • the fluid side of the liquid to be filtered in particular the area-specific fluid volume flow (flux) and the fluid viscosity and density
  • the filter material is characterized mainly by the internal surface, which may be indicated by a function of pore size, porosity and wall thickness. It is assumed that the pores are small enough to separate the substances to be separated and their effect is considered only with respect to the pressure loss and not the deposition behavior.
  • the liquid filter is preferably characterized in that a flow resistance through the filter walls is defined as follows:
  • L wall thickness of the filter layer, wherein a thickness of a very fine filter layer is used, since liquids are filtered according to the invention
  • This equation is based on the equation of Ergun, which indicates a flow resistance of a packing, this equation being modified accordingly for use of liquids by the inventors.
  • a replacement pore diameter was used as a substitute for a value of a specific inner surface of the pores of the filter walls. This is inversely proportional to the inner surface assuming cylindrical pores and can with the
  • the liquid filter has such a structure that all inlet channels and / or all outlet channels are each formed geometrically equal. As a result, a particularly uniform flow through the liquid filter is achieved.
  • the inlet channels and / or the outlet channels are formed such that they have a hexagonal cross-section.
  • the exit channels are formed as equilateral hexagons.
  • both the inlet channels and the outlet channels are formed as equilateral hexagons.
  • the filter walls preferably have a porosity of between 30% and 70%, preferably between 40% and 50%.
  • the filter walls comprise a base wall and an outer layer which are on the side the inlet channels is arranged.
  • a pore size of the outer layer is smaller than a pore size of the base wall.
  • a thickness of the outer layer is preferably in a range from 10 to 200 .mu.m, particularly preferably from 20 to 80 .mu.m. Further preferably, one or more further are between the outer wall and the base wall
  • a pore size of these further layers lies between the pore size of the outer wall and the pore size of the base wall.
  • the filter wall is made of a ceramic material.
  • Al 2 O 3 , ZrO 2 , SiC, mullite, Si 2 , TiO 2 , silicates or any combination of these materials are particularly preferred as materials.
  • the filter wall can be made entirely of one or a combination of these ceramic materials or be made in the embodiment of the filter wall with an outer wall and a base wall, only the outer wall of one of these ceramic materials.
  • the base wall can then be made of a particularly inexpensive material.
  • the surface of the filter wall is additionally provided with a coating, which is preferably made of a material which allows an increase in the hydrophilicity.
  • a coating with silanes can be provided for this purpose.
  • a coating of the filter walls with a substance having an antibacterial effect is preferably provided.
  • the filter walls can be coated with Ag, AgO or T ⁇ O 2 .
  • the material for the filter wall or a coating is chosen such that special surface charges can be set at certain pH values. By adjusting the surface charge on the filter wall, it is possible to enable a selective deposition of certain components or a Tendency to deposit certain impurities. In this way, a greater cleaning interval for the liquid filter can be provided or a cleaning of the liquid filter can be simplified.
  • the through-flow resistance m described above is preferably within a range of 5 * 10 2 to 5 * 10 5 N / m 2 , whereby only the geometric parameters of the functional, ie finely porous layer be based on.
  • the present invention relates to a filter system with a liquid filter and a liquid to be filtered, in particular water.
  • the liquid to be filtered is passed through the liquid filter for filtering.
  • the filter system is designed especially for filtering water to produce drinking water or process water with similar purity requirements.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a liquid filter according to a first exemplary embodiment of the invention
  • Figure 2 is a schematic cross-sectional view of a liquid filter according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is an enlarged fragmentary view of that shown in FIG.
  • the liquid filter 1 comprises a plurality of inlet channels 2 and a multiplicity of outlet channels 3.
  • a filter wall 4 is provided in each case between the inlet channels 2 and the outlet channels 3.
  • the inlet channels 2 and the outlet channels 3 are arranged parallel to one another and a thickness W of the filter walls 4 is chosen to be constant.
  • the inlet channels 2 and the outlet channels 3 each have a cross-sectional shape of a uniform hexagon. Here is the arrangement of the hexagons in
  • Liquid filter such that the outer walls of the inlet channels 2 are each arranged parallel to the outer walls of the outlet channels 3 (see Figure 1). This results in a honeycomb structure of the liquid filter. 1
  • the filter wall 4 thus serves as
  • the Fitterwand has a pore size in a range between 0.01 to 0.5 microns.
  • a wall thickness of the filter wall 4 is between 100 to 300 microns and a porosity of the filter wall 4 is between 35% and 70%.
  • the filter walls are constructed homogeneously and thus have a pore size in the above-mentioned area
  • Filter walls can be made by sintering from a powder.
  • a porosity of the wall regions 4 is about 50%, wherein a median d 50 for a pore diameter is about 0.1 microns.
  • the total wall thickness W between two mutually parallel surfaces of inlet and outlet channels is about 200 microns.
  • An entire cross-sectional area of all inlet channels 2 is twice as large as the entire cross-sectional area of the outlet channels 3.
  • Filter wall 4 is a powder of a ceramic material, in particular Al 2 O 3 or a silicate used. It should be noted that in this case additionally a very thin charge for an antibacterial effect with a nanoscale catalytically active substance and / or a coating with a material to increase the hydrophilicity (eg coating with silanes) are provided.
  • the starting powders used to produce the filter walls can also be chemically modified or mixed with other materials in order to achieve special surface charges on the surface of the filter walls 4.
  • the outer shape of the liquid filter 1 is preferably cylindrical, wherein the inlet channels 2 at an axial
  • the outlet channels 3 in the second exemplary embodiment are formed as equilateral hexagons.
  • the inlet channels 2 are not formed as equilateral hexagons.
  • the entry channels 2 are also hexagons, they have two pairs of sides, namely three longer sides and three shorter sides.
  • the hexagons are formed such that a longer side and a shorter side are parallel to each other.
  • the buzzer of the cross-sectional areas of all the entrance channels 2 is larger by 1.5 times than the buzzer of the cross-sectional areas of all the exit channels 3.
  • the non-equilateral hexagons of the entrance channels 2 are nevertheless symmetrical to a central axis. In this case, a side length of the longer side of the non-equilateral hexagons is the same length as one side of the equilateral hexagons of the outlet channels 3.
  • the filter walls 4 are constructed differently from the first embodiment.
  • 2 layers 5 are provided on the surfaces of the inlet channels, which is applied as a functional membrane layer on a base wall 6.
  • the base wall 6 can be made of a coarsely porous material with low flow resistance and serves as a carrier for the coating
  • the Porengrölie the coating 5 is about 0.08 microns at a porosity of about 45%.
  • the thickness of the coating 5 is about 20 to 80 microns and is uniformly formed at each inlet channel 2.
  • the wall thickness of the base wall 6 is between 150 and 600 microns, preferably between 200 and 400 microns.
  • the base wall 6 has a
  • the coating 5 can be produced, for example, by sucking a suspension through the liquid filter, the coating then forming on the surface of the inlet channels 2.
  • the coating can be applied by means of a SOL / SOL or SOL / GEL process.
  • a further coating with antibacterial effect and / or a further coating for increasing a hydrophilicity can be provided. It is also possible to provide a coating to provide a special surface charge on the surfaces of the inlet channels 2.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsfilter, insbesondere zur Filterung von Wasser, umfassend eine Vielzahl von Eintrittskanälen (2), eine Vielzahl von Austrittskanälen (3), und Filterwände (4), welche die Eintrittskanäle (2) von den Austrittskanälen (3) trennen, wobei die Eintrittskanäle (2) parallel zu den Austrittskanälen (3) angeordnet sind, wobei die Filterwände (4) eine Vielzahl von Poren aufweisen, über welche die Eintrittskanäle (2) mit den Austrittskanälen (3) verbunden sind, wobei eine Querschnittsfläche aller Eintrittskanäle (2) größer ist als eine Querschnittsfläche aller Austrittskanäle (3), und ein mittels Quecksilber-Porosimetrie ermittelter Wert von Durchmessern der Poren der Filterwände (4) einen Medianwert d50 ist, welcher zwischen 0,01 bis 0,5 μm, bevorzugt zwischen 0,03 bis 0,2 μm, weiter bevorzugt zwischen 0,05 bis 1,5 μm liegt und am bevorzugtesten zwischen 0,05 und 0,1 μm beträgt.

Description

Beschreibung
Titel
Flüssiαkeitsfilter und Filtersvstem
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsfilter, insbesondere zur Filterung von Wasser sowie ein Filtersystem mit einem Flüssigkeitsfilter und einer Flüssigkeit.
Flüssigkeitsfilter sind aus dem Stand der Technik in verschiedenen Ausgestaltungen bekannt. In jüngster Zeit werden insbesondere bei der Trinkwasseraufbereitung verstärkt Membranverfahren eingesetzt, wobei insbesondere Membrane auf Polymerbasis verwendet werden. Derartige Polymermembranen haben jedoch den Nachteil, dass sie eine relativ geringe Robustheit aufweisen. Dies führt jedoch bei der Trinkwasseraufbereitung zu relativ häufigen notwendigen Reparaturen des Membranmoduls. Ferner ist es zur Aufrechterhaltung einer vorbestimmten Qualität des
Trinkwassers notwendig, die Membrane regelmäßig mit aggressiven Chemikalien zu reinigen. Diese greifen jedoch die Membranen an und reduzieren die Lebensdauer der Membranen. Zur Reinigung werden häufig Säuren, Laugen oder oxidierende Reinigungsmittel auf Chlorbasis verwendet. Hierbei ist auch ein erhebliches Wissen einer Bedienperson gefragt, um z.B. nicht eine maximal zulässige Chlorkonzentration zu überschreiten.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemälJe Flüssigkeitsfilter mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass er sehr robust und widerstandsfähig aufgebaut ist und insbesondere zur Filterung von Wasser geeignet ist. Dabei kann der erfindungsgemäße Flüssigkeitsfilter sehr kostengünstig bereitgestellt werden. Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsfilter umfasst dabei eine Vielzahl von Eintrittskanälen und eine Vielzahl von
Austrittskanälen, welche durch Filterwände zwischen den Eintritts- und Austrittskanälen getrennt sind. Die Eintrittskanäle und Austrittskanäle sind dabei parallel zueinander angeordnet und die Filterwände weisen eine Vielzahl von Poren auf. Über diese Poren sind die Eintrittskanäle mit den Austrittskanälen verbunden. Dabei ist eine Querschnittsfläche aller Eintrittskanäle größer als eine Querschnittsfläche aller Austrittskanäle. Erfindungsgemäß wird hierbei unter der
Querschnittsfläche der Eintritts- bzw. Austrittskanäle eine Fläche verstanden, welche senkrecht zur Strömungsrichtung der Kanäle ermittelt wird. Weiter ist erfindungsgemäß ein mittels Quecksilber-Porosimetrie ermittelter Wert von Durchmessern der Poren der Filterwände ein Medianwert dso, wobei der Medianwert d« für den Durchmesser zwischen 0,01 bis 0,5 μm, bevorzugt 0,03 bis 0,2 μm, besonders bevorzugt zwischen 0,05 bis 0,15 μm liegt. Durch Anwendung der Quecksilber-Porosimetrie, z.B. gemäß DIN 66133, kann mittels eines Standard-Messverfahrens ein Wert für einen Porendurchmesser bzw. eine Porendurchmesserverteilung ermittelt werden. Um die bei Sinterstrukturen entstehenden komplexen Porennetzwerke zu beschreiben ist es üblich, von zylindrischen Modellporen mit einem Durchmesser entsprechend des dso-Wertes auszugehen.
Da üblicherweise bei Poren in der oben genannten Größenordnung eine spezifische innere Oberfläche experimentell nur sehr schwer zu ermitteln ist, kann diese unter Verwendung der obigen Modellbetrachtung mit Zylinderporen näherungsweise berechnet werden Hierbei ist unter Annahme von zylindrischen Poren die innere Oberfläche der Porenstruktur umgekehrt proportional zum mittels Standard-Messverfahren Quecksilber-Porosimetrie ermittelten mittleren Porendruchmesser.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
In Abhängigkeit der Anforderungen der Filtrationsaufgaben wird erfindungsgemäß ein derart an diese Anforderungen angepasstes Filtermedium verwendet, sodass im Betrieb möglichst geringe Druckverluste auftreten. Hierzu sind die wesentlichen Einflussparameter auf der Seite des Filtermediums (insbesondere Porengröße, Porosität und Wandstärken des Filtermaterials) und der Fluidseite der zu filternden Flüssigkeit (insbesondere der flächenspezifische Fluidvolumenstrom (Flux) sowie die Fluidviskosität und -dichte) in besonderer
Abstimmung zueinander berücksichtigt. Das Filtermaterial wird hauptsächlich von der inneren Oberfläche charakterisiert, welche durch eine Funktion der Porengröße, der Porosität sowie der Wandstarke angeben werden kann. Dabei wird vorausgesetzt, dass die Poren klein genug sind, um die zu trennenden Stoffe abzuscheiden und deren Effekt nur noch bezügliche des Druckverlustes und nicht des Abscheideverhaltens betrachtet.
So ist erfindungsgemäß der Flüssigkeitsfilter vorzugsweise dadurch charakterisiert, dass ein Strömungswiderstand durch die Filterwände wie folgt definiert ist:
5x102 [N/m2! ≤ 4,16 ( ~ f * μk* Φ'S/L + 0,292 (1 ~ 3 £) p,k ΦV L ≤ I ,5X1 O7 [N/rrfl
wobei:
ε = Porosität μ = dynamische Fluidviskosität k = Proportionalitätsfaktor zwischen Porendurchmesser und innerer
Oberfläche
Φ = Median dm Porendurchmesser p/ = Fluiddichte v = spezifischer Volumenstrom (Flux)
L = Wandstärke der Filterschicht, wobei eine Dicke einer feinsten Filterschicht verwendet wird, da erfindungsgemäß Flüssigkeiten filtriert werden
Berücksichtigt ist hierbei ein Temperaturbereich von 00C - 6O0C und ein Flux- Bereich von 200 - 600 l/hm2.
Zur Bestimmung von Absolutwerten und dem Vergleich sehr unterschiedlicher Filterwandmaterialien (z.B. Fasergewebe gegenüber Sinterstrukturen) muss der
Proportionalitätsfaktor k ggf. experimentell oder über Modelle zur jeweiligen Porenstruktur ermittelt werden. Für einen relativen Vergleich von ähnlichen Porenstrukturen (beispielsweise bei Stnterstrukturen aus extrudierten Pulvern) ist es zulässig, ihn konstant als 1 anzunehmen. Durch diese Auslegung des Durchströmungswiderstands m der Filterwand kann dann insbesondere eine auf Wasser optimal abgestimmte Filterung erreicht werden. Besonders bevorzugt liegen die Werte für den Durchströmungswiderstand zwischen 2x103 bis 2x105 N/m2 bei einem spezifischen Volumenstrom v von 200 l/hm2, einem Proportionalitätsfaktor k=1 und einem Temperaturbereich zwischen O0C und 40°C für eine Ausführung der Filterwände aus feinporigem Substrat ohne Beschichtung.
Diese Gleichung basiert auf der Gleichung von Ergun, welche einen Durchströmungwiderstand einer Packung angibt, wobei diese Gleichung entsprechend für eine Verwendung von Flüssigkeiten durch die Erfinder abgewandelt wurde. Insbesondere wurde als Ersatz für einen Wert einer spezifischen inneren Oberfläche der Poren der Filterwände ein Ersatz- Porendurchmesser verwendet. Dieser ist unter Annahme von zylindrischen Poren umgekehrt proportional zur inneren Oberfläche und kann mit dem
Standardmessverfahren der Quecksilber-Porosimetrie leicht gemessen werden.
Weiter bevorzugt weist der Flüssigkeitsfilter einen derartigen Aufbau auf, dass alle Eintrittskanäle und/oder alle Austrittskanäle jeweils geometrisch gleich ausgebildet sind. Hierdurch wird ein besonders gleichmäßiger Durchfluss durch den Flüssigkeitsfilter erreicht.
Um weiter möglichst geringe Strömungsverluste aufzuweisen, sind vorzugsweise die Eintrittskanäle und/oder die Austrittskanäle derart ausgebildet, dass sie einen sechseckigen Querschnitt aufweisen. Vorzugsweise sind nur die Austrittskanäle als gleichseitige Sechsecke ausgebildet. Hierdurch wird ein besonders reduzierter Strömungsverlust erreicht. Alternativ ist es auch möglich, dass sowohl die Eintrittskanäle als auch die Austrittskanäle als gleichseitige Sechsecke ausgebildet sind.
Damit über die Filterwände noch die notwendige Stabilität für den Flüssigkeitsfilter erhalten wird, weisen die Filterwände vorzugsweise eine Porosität zwischen 30% und 70%, vorzugsweise zwischen 40% und 50% auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfassen die Filterwände eine Basiswand und eine äußere Schicht, welche an der Seite der Eintrittskanäle angeordnet ist. Dabei ist eine Porengröße der äußeren Schicht kleiner als eine Porengröße der Basiswand. Somit wird die Filtrationsleistung durch die äußere Schicht bereitgestellt, da die Flüssigkeit zuerst durch die äußere Schicht und dann durch die Basiswand strömt. Die Basiswand kann dabei sehr großporig ausgestaltet werden, da sie lediglich für die mechanische Festigkeit des Flüssigkeitsfilters verantwortlich ist.
Bevorzugt liegt dabei eine Dicke der äußeren Schicht in einem Bereich von 10 bis 200 μm, besonders bevorzugt 20 bis 80 μm. Weiter bevorzugt sind ferner zwischen der äußeren Wand und der Basiswand eine oder mehrere weitere
Schichten vorgesehen. Hierbei liegt eine Porengröße dieser weiteren Schichten zwischen der Porengröße der äußeren Wand und der Porengröße der Basiswand. Hierdurch wird ein Aufbau der Filterwände mit graduell steigender Porengröße möglich, was insbesondere das Strömungsverhalten durch die Filterwand positiv beeinflusst und die Herstellbarkeit vereinfacht.
Besonders bevorzugt ist die Filterwand aus einem keramischen Werkstoff hergestellt. Insbesondere bevorzugt sind dabei als Werkstoffe AI2O3, ZrO2, SiC, Mullit, SiÜ2, TiO2, Silikate oder eine beliebige Kombination dieser Werkstoffe. Dabei kann die Filterwand vollständig aus einem oder einer Kombination dieser keramischen Werkstoffe hergestellt sein oder bei der Ausgestaltung der Filterwand mit einer äußeren Wand und einer Basiswand lediglich die äußere Wand aus einem dieser keramischen Werkstoffe hergestellt sein. Die Basiswand kann dann aus einem besonders kostengünstigen Material hergestellt sein.
Weiter bevorzugt ist die Oberfläche der Filterwand zusätzlich noch mit einer Beschichtung versehen, welche vorzugsweise aus einem Material ist, das eine Steigerung der Hydrophilie ermöglicht. Beispielsweise kann hierzu eine Beschichtung mit Silanen vorgesehen werden. Weiterhin ist vorzugsweise eine Beschichtung der Filterwände mit einem Stoff mit antibakterieller Wirkung vorgesehen. Beispielsweise kann zur Bereitstellung der antibakteriellen Wirkung die Filterwände mit Ag, AgO oder TΪO2 beschichtet werden. Weiter bevorzugt wird das Material für die Filterwand oder eine Beschichtung derart gewählt, dass spezielle Oberflächenladungen bei bestimmten pH-Werten einstellbar sind. Durch die Einstellung der Oberflächenladung an der Filterwand ist es möglich, eine selektive Abscheidung bestimmter Komponenten zu ermöglichen oder eine Neigung zur Ablagerung von bestimmten Verunreinigungen zu reduzieren. Hierdurch kann ein größeres Reinigungsintervall für den Flüssigkeitsfilter vorgesehen werden bzw. eine Reinigung des Flüssigkeitsfilters kann vereinfacht werden.
Bevorzugt liegt der bereits weiter oben beschriebene Durchströmungswiderstand m für eine Ausführung der Filterwände aus feinporigem Substrat mit einer funktionalen Membranbeschichtung in einem Bereich von 5*102 bis 5*105 N/m2, wobei nur die geometrischen Parameter der funktionalen, d.h. feinporigsten Schicht zugrundegelegt werden.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Filtersystem mit einem Flüssigkeitsfilter und einer zu filternden Flüssigkeit, insbesondere Wasser. Im Fütersystem wird die zu filternde Flüssigkeit zur Filterung durch den Flüssigkeitsfilter hindurchgeführt. Das Filtersystem ist insbesondere zur Filterung von Wasser zur Erzeugung von Trinkwasser oder Prozesswasser mit ähnlichen Reinheitsanforderungen ausgelegt.
Zeichnung
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Flüssigkeitsfilters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 eine schematische Querschnittsansicht eines Flüssigkeitsfilters gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Figur 3 eine vergrößerte Teildarstellung des in Figur 2 gezeigten
Flüssigkeitsfilters. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 1 ein Flüssigkeitsfilter 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist nur ein Teilausschnitt des Flüssigkeitsfilters 1 in der Querschnittsansicht von Figur 1 dargestellt. Der Gesamtquerschnitt des Flüssigkeitsfilters 1 kann dabei kreisförmig oder quadratisch sein. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst der Flüssigkeitsfilter 1 eine Vielzahl von Eintrittskanälen 2 und eine Vielzahl von Austrittskanälen 3. Zwischen den Eintrittskanälen 2 und den Austrittskanälen 3 ist jeweils eine Filterwand 4 vorgesehen. Die Eintrittskanäle 2 und die Austrittskanäle 3 sind parallel zueinander angeordnet und eine Dicke W der Filterwände 4 ist konstant gewählt. Die Eintrittskanäle 2 und die Austrittskanäle 3 weisen jeweils im Querschnitt eine Form eines gleichmäßigen Sechsecks auf. Dabei ist die Anordnung der Sechsecke im
Flüssigkeitsfilter derart, dass die Außenwände der Eintrittskanäle 2 jeweils parallel zu den Außenwänden der Austrittskanäle 3 angeordnet sind (vgl. Figur 1). Hierdurch ergibt sich eine wabenförmige Struktur des Flüssigkeitsfilters 1.
Bei dem in Figur 1 gezeigten Flüssigkeitsfilter 1 dient somit die Filterwand 4 als
Ftlterelement, wobei die Fitterwand eine Porengröße in einem Bereich zwischen 0,01 bis 0,5 μm aufweist. Eine Wandstärke der Filterwand 4 beträgt dabei zwischen 100 bis 300 μm und ein Porositätsbereich der Filterwand 4 liegt zwischen 35% und 70%. Die Filterwände sind dabei homogen aufgebaut und verfügen somit Über eine Porengröße im oben genannten Bereich Die
Filterwände können dabei mittels Sinterverfahren aus einem Pulver hergestellt werden.
In diesem Ausführungsbeispiel beträgt eine Porosität der Wand bereiche 4 ca. 50%, wobei ein Medianwert d50 für einen Porendurchmesser ca. 0,1 μm beträgt.
Die gesamte Wandstärke W zwischen zwei zueinander parallelen Flächen von Einlass- und Auslasskanälen beträgt ca. 200 μm.
Eine gesamte Querschnittsfläche aller Eintrittskanäle 2 ist dabei doppelt so groß wie die gesamte Querschnittsfläche der Austrittskanäle 3. Als Pulver für die
Filterwand 4 wird dabei ein Pulver aus einem keramischen Werkstoff, insbesondere AI2O3 oder ein Silikat verwendet. Es sei angemerkt, dass hierbei zusätzlich noch eine sehr dünne Beschickung für eine antibakterielle Wirkung mit einem nanoskaligen katalytisch wirksamen Stoff und/oder eine Beschichtung mit einem Stoff zur Steigerung der Hydrophilie (z.B. Beschichtung mit Silanen) vorgesehen werden. Auch können die zur Herstellung der Filterwände verwendeten Ausgangspulver noch chemisch modifiziert werden oder mit weiteren Materialien vermischt werden, um spezielle Oberflächenladungen an der Oberfläche der Filterwände 4 zu erreichen.
Da die Wandbereiche vollständig aus dem gleichen Material hergestellt sind, kann eine Herstellung sehr einfach und kostengünstig, beispielsweise mittels Extrusion keramischem Pulver sowie anschließendem Sintern realisiert werden. Auch kann hierdurch sichergestellt werden, dass eine homogene Porenverteilung in den Filterwänden 4 vorliegt. Die äußere Gestalt des Flüssigkeitsfilters 1 ist dabei vorzugsweise zylindrisch, wobei die Eintrittskanäle 2 an einem axialen
Ende des Zylinders verschlossen sind und die Austrittskanäle 3 am anderen axialen Ende des Zylinders verschlossen sind. Wenn somit verschmutztes Wasser über die Eintrittskanäle 2 zugeführt wird, geht dieses durch die Filterwände 4 hindurch zu den Austrittskanälen 3. Hierbei werden Schmutzpartikel usw. an der eintrittskanalseitigen Oberfläche der Filterwände 4 herausgefiltert. Wenn nach einer gewissen Dauer ein Zusetzen der Oberflächen der Eintrittskanäle 2 auftritt, muss eine Reinigung dieser Flächen erfolgen. Dies wird durch Umkehren einer Spülungsrichtung erreicht, indem zu Reinigungszwecken Wasser oder ein Reinigungsmedium in die Austrittskanäle 3 eingeleitet wird, welches dann durch die Filterwände 4 in die Eintrittskanäle 2 eintritt und dabei die Oberflächen der Eintrittskanäle 2 wieder reinigt. Ein derartiger Reinigungsprozess muss z.B. bei Trinkwasser abhängig von der Verschmutzung des zu filternden Wassers ca. alle 30 bis 120 Minuten ausgeführt werden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 ein Flüssigkeitsfilter 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, sind die Austrittskanäle 3 im zweiten Ausführungsbeispiel als gleichseitige Sechsecke ausgebildet. Im Gegensatz dazu sind die Eintrittskanäle 2 nicht als gleichseitige Sechsecke ausgebildet. Die Eintritts kanäle 2 sind zwar ebenfalls Sechsecke, jedoch weisen sie zwei Paare von Seiten, nämlich drei längere Seiten und drei kürzere Seiten auf. Hierbei sind die Sechsecke derart gebildet, dass jeweils eine längere Seite und eine kürzere Seite parallel zueinander sind. Weiter ist beim zweiten Ausführungsbeispiel die Summer der Querschnittsflächen aller Eintrittskanäle 2 um 1 ,5 Mal größer als die Summer der Querschnittsflächen aller Austrittskanäle 3. Die nicht gleichseitigen Sechsecke der Eintrittskanäle 2 sind dabei trotzdem symmetrisch zu einer mittleren Achse. Dabei ist eine Seitenlänge der längeren Seite der nicht gleichseitigen Sechsecke gleich lang wie eine Seite der gleichseitigen Sechsecke der Austrittskanäle 3.
Wie weiter aus Figur 3 ersichtlich ist, sind die Filterwände 4 unterschiedlich zum ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sind an den Oberflächen der Eintrittskanäle 2 ßeschichtungen 5 vorgesehen, welche als funktionale Membranschicht auf einer Basiswand 6 aufgebracht ist. Die Basiswand 6 kann dabei aus einem grobporigen Material mit niedrigem Strömungswiderstand hergestellt sein und dient als Träger für die Beschichtung
5, welche eine feinporige Struktur aufweist. Die Porengrölie der Beschichtung 5 liegt dabei bei ca. 0,08 μm bei einer Porosität von ca. 45%. Die Dicke der Beschichtung 5 beträgt dabei ca. 20 bis 80 μm und ist an jedem Eintrittskanal 2 gleichmäßig gebildet. Die Wandstärke der Basiswand 6 liegt zwischen 150 und 600 μm, bevorzugt zwischen 200 und 400 μm. Die Basiswand 6 weist eine
Porengröße größer als 1 μm auf.
Die Beschichtung 5 kann beispielsweise durch Durchsaugen einer Suspension durch den Flüssigkeitsfilter hergestellt werden, wobei sich dann die Beschichtung an der Oberfläche der Eintrittskanäle 2 bildet. Alternativ kann die Beschichtung mittels eines SOL-/SOL- oder SOL-/GEL-Verfahrens aufgetragen werden. Zusätzlich kann noch eine weitere Beschichtung mit antibakterieller Wirkung und/oder eine weitere Beschichtung zur Steigerung einer Hydrophilie vorgesehen werden. Ebenfalls kann noch eine Beschichtung zur Bereitstellung einer speziellen Oberflächenladung an den Oberflächen der Eintrittskanäle 2 vorgesehen werden.

Claims

Ansprüche
1. Flüssigkeitsfilter, insbesondere zur Filterung von Wasser, umfassend
- eine Vielzahl von Eintrittskanälen (2), - eine Vielzahl von Austrittskanälen (3), und
- Filterwände (4), welche die Eintrittskanäle (2) von den Austrittskanälen (3) trennen,
- wobei die Eintrittskanäle (2) parallel zu den Austrittskanälen (3) angeordnet sind, - wobei die Filterwände (4) eine Vielzahl von Poren aufweisen, über weiche die
Eintrittskanäle (2) mit den Austrittskanälen (3) verbunden sind,
- wobei eine Querschnittsfläche aller Eintrittskanäle (2) größer ist als eine Querschnittsfläche alier Austrittskanäle (3), und
- ein mittels Quecksilber-Porosimetrie ermittelter Wert von Durchmessern der Poren der Filterwände (4) einen Medianwert d50 ist, welcher zwischen 0,01 bis
0,5 μm, bevorzugt zwischen 0,03 bis 0,2 μm, weiter bevorzugt zwischen 0,05 bis 1,5 μm liegt und am bevorzugtesten zwischen 0,05 und 0,1 μm beträgt.
2. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchströmungswiderstand durch die Filterwände bei einem Flux-Berich von 200
- 600 l/(hm2), einem Temperatur-Bereich zwischen 00C und 600C sowie einem Proportinalitätsfaktor k =1 nachfolgende Ungleichung erfüllt
SxIO2 N/m2 ≤ 4,16 (1 ~ ,£) ' μk2 ctΛ/L + 0,292 (1 " £) pykφV L . 1 ,5x107 N/m2 ε3 ε
wobei:
ε = Porosität μ = dynamische Fluidviskosität k = Proportionalitätsfaktor zwischen Porendurchmesser und innerer
Oberfläche
Φ = Medianwert Porendurchmesser p/ = Fluiddichte v = spezifischer Volumenstrom (Flux) L = Wandstärke der Filterschicht.
3. Flüssigkeitsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Eintrittskanäle (2) jeweils eine geometrisch gleiche Form aufweisen und/oder dass alle Austrittskanäle (3) jeweils eine geometrisch gleiche Form aufweisen.
4. Flüssigkeitsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittskanäle (2) und/oder die Austrittskanäle (3) jeweils als Sechsecke ausgebildet sind.
5. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Eintrittskanäle (2) und/oder die Austrittskanäle (3) als gleichseitige Sechsecke ausgebildet sind.
6. Flüssigkeitsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterwände (4) eine Porosität zwischen 30% und 70%, vorzugsweise zwischen 40% und 50%, aufweisen.
7. Flüssigkeitsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterwände (4) eine Basiswand (6) und eine äußere Schicht (5) aufweisen, wobei die äußere Schicht {5) an der zu den
Eintrittskanälen (2) gerichteten Seite der Filterwände angeordnet ist und wobei eine Größe der Poren der äußeren Schicht (5) kleiner ist als eine Größe der Poren der Basiswand (6).
8. Flüssigkeitsfilter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke der äußeren Schicht (5) zwischen 10 bis 200 μm, bevorzugt 20 bis 80 μm, ist.
9. Flüssigkeitsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der äußeren Schicht (5) und der Basiswand (6) wenigstens eine weitere Zwischenschicht angeordnet ist, deren Porengröße zwischen einer Porengröße der äußeren Schicht und einer Porengröße der Basiswand (6) liegt.
10. Flüssigkeitsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche der Filterwände (4), welche zu den
Eintrittskanäle (2) gerichtet ist, zusätzlich noch eine Beschichtung mit einem Material zur Steigerung einer Hydrophilie, z.B. eine Beschichtung mit Silanen und/oder eine antibakterielle Beschichtung und/oder eine Beschichtung zur Festlegung von Oberflächenladungen, aufweist.
11. Flüssigkeitsfilter nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchströmungswiderstand m bei Filterwänden ohne Beschichtung bei einem konstanten Flux von 200 |/(hm2), einem Temperatur- Bereich zwischen O0C und 4O0C sowie einem Proportinalitätsfaktor k =1 nachfolgende Ungleichung erfüllt: 2XiO3 NZm2..4,16 (1 ~ .£) ' μk2 Φ-2vL + 0,292 (1 ~ £) P/k Φ'V L ≤ 2x105 N/m2 ε ε
12. Flüssigkeitsfilter nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Durchströmungswiderstand m bei Filterwänden mit einer funktionalen Membranbeschichtung bei einem konstanten Flux von 200 (/(hm2), einem Temperatur- Bereich zwischen 00C und 4O0C sowie einem Proportinalitätsfaktor k =1 und unter Verwendung der geometrischen Eigenschaften der feinporigsten Schicht nachfolgende Ungleichung erfüllt:
5X102 N/m2 ≤ 4,16 £) P/k Φ-1 v2 L ≤ 1 ,5x105 N/m2
Figure imgf000014_0001
13. Flüssigkeitsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterwand (4) aus keramischem Material hergestellt ist und insbesondere AI2O3, ZrO2, SiC, Mullit, SiO2, TiO2, Silikate oder eine beliebige Kombination dieser Werkstoffe umfasst.
14. Filtersystem, umfassend eine zu filternde Flüssigkeit, insbesondere Wasser, und einen Flüssigkeitsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zu filternde Flüssigkeit durch den Flüssigkeitsfilter zu Filterung hindurchführbar ist.
15. Filtersystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtersystem derart ausgelegt ist, Trinkwasser zu erzeugen.
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