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Dokumentenidentifikation DE69520795T2 06.09.2001
EP-Veröffentlichungsnummer 0784503
Titel FILTER, DAS FILTER ENTHALTENDE VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR VERWENDUNG DER VORRICHTUNG
Anmelder Imas Technology Ltd., Leamington Spa, Warwickshire, GB
Erfinder BRAY, James, David, Warwickshire CV32 4PP, GB;
DAVIDSON, Philip, Alexander, Shipston-on-Stour, Warwickshire CV36 5PG, GB
Vertreter Kreutz und Kollegen, 80805 München
DE-Aktenzeichen 69520795
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 02.10.1995
EP-Aktenzeichen 959328519
WO-Anmeldetag 02.10.1995
PCT-Aktenzeichen GB9502334
WO-Veröffentlichungsnummer 9610453
WO-Veröffentlichungsdatum 11.04.1996
EP-Offenlegungsdatum 23.07.1997
EP date of grant 25.04.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.09.2001
IPC-Hauptklasse B01D 71/02
IPC-Nebenklasse B01D 39/20   B01D 65/02   B01D 35/06   B01D 61/42   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Filter, eine Vorrichtung, welche das Filter aufweist und ein Verfahren, welches die Vorrichtung verwendet.

Filter sind zur Filtrierung bei verschiedenen Teilchengrößenniveaus bekannt. Eine Filtrierung bei sehr feinen Teilchengrößenniveaus ist beispielsweise bei der Verarbeitung von Bier zur Klärung, bei der Behandlung von chemischem Abwasser und insbesondere bei der Wasserbehandlung erforderlich, um beispielsweise Bakterien zu entfernen.

Viele herkömmliche Membranfilterverfahren für eine Filtrierung von Flüssigkeiten mit feiner Teilchengröße beruhen auf einem Hochgeschwindigkeits-Querstrom, welcher Turbulenzen in der Zufuhr bewirkt und die Dicke der Laminarstrom-Grenzschicht entlang der Membranoberfläche verringert. In dieser Weise wird der Grad, bei welchem der Filterkuchen entsteht, verringert, und der Fluß durch die Membran kann höher als es sonst der Fall wäre gehalten werden. Jedoch beträgt der für eine beliebige Membranform zu erwartende typische Fluß durch die Membran bei Verwendung für reale Zuführungen ~1001/hr/m²/Bar, verglichen mit einem Fluß von reinem Wasser einer typischen polymeren oder einer organischen Mikrofiltriermembran in dem Bereich von ~1000-100001/hr/m²/Bar. Daher werden nicht nur alle Typen von Mikrofiltriermembranen bei < 10% von deren theoretischer Wirksamkeit verwendet, sondern es wird auch eine große Menge Leistungszufuhr dabei verschwendet.

Das direkte Membranreinigungsverfahren, entwickelt von AEA Technology, Harwell und beschrieben in GB 2160545, beruht auf der Erzeugung von Wasserstoffblasen an der Oberfläche einer elektrisch leitenden, kathodisch geladenen, porösen Membran zur Zerstörung des Filterkuchens. In dieser Weise ist es möglich, Flüße durch die Membran aufrechtzuerhalten, welche sich dem zu erwartenden Wert für reines Wasser annähern. Anorganische Membranen kosten mindestens das Fünffache von organischen Membranen. Wenn der Fluß durch die Membran für eine anorganische Membran durch Verwendung dieses Verfahrens in bedeutender Weise erhöht werden kann, so wird dies nicht nur kosteneffizienter, da der Filtrierbereich viel kleiner wird, sondern die Betriebskosten können ebenfalls niedriger sein, da keine Hochgeschwindigkeits-Querströme erforderlich sind.

Das Verfahren von GB 2160545 verwendet Sintermetallmembranen. Diese weisen Porengrößen in dem Bereich von 1 Mikrometer auf, filtern deshalb keine Bakterien oder ähnliche Mikroorganismen aus und können für viele kritische Verfahren von kommerziellem Interesse nicht verwendet werden. Kohlemembranen können mit einem weiten Bereich von Porengrößen erhalten werden. Jedoch brauchten diese, da die meisten die Form von Röhren aufweisen, entweder eine Koaxialdrahtanode oder eine externe Röhrenanode, welche bei dem elektrolytischen Verfahren verwendet wird. Diese Membrane neigen dazu, flexibel zu sein und müßten deshalb kurz sein, um den richtigen Anoden-Kathoden-Abstand aufrechtzuerhalten. Ferner wäre es viel schwieriger, einen ausreichend guten elektrischen Kontakt zu entwickeln. Diese Faktoren würden die Konstruktionskosten eines derartigen Filtermoduls beachtlich erhöhen.

Das Dokument von L. Celille mit dem Titel "Future industrial prospects of membrane processes" Elsevier, London 1989 offenbart eine Filtriermembran, welche ein mikroporöses Graphitrohr mit ultrafeinem porösen Zirconiumdioxid, welches auf die Öffnung aufgebracht wird.

EP 0 344 961 A und EP 0 380 266 A offenbaren ein Gitter aus rostfreiem Stahl mit Keramikkörnern, welche in den Zwischenräumen ausgebildet sind.

Eine bekannte Membran, welche von Ultram Company hergestellt wird, umfaßt ein flaches Sintermetallsubstrat mit einer Porengroße von etwa einem Mikrometer und eine keramische Endfiltrierschicht mit einer geringeren Porengröße. Letztere wird gewöhnlich so dünn wie möglich gehalten, da die Materialien, aus welchen diese besteht, teuer sind. Jedoch sind die geringen Porengrößen für die Membran erforderlich, um Bakterien auszufiltern. Es ist bekannt, diesen Filter unter Verwendung von Rückdruck zu reinigen. Das Filter wird in US 5 364 586 A, veröffentlicht zwischen dem frühesten Prioritätsdatum und dem Einreichungsdatum der vorliegenden Anmeldung und entsprechend WO 95 052 56 A unter Art. 54(3) EPC, beschrieben.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Filter vorgesehen, welcher eine erste Filterschicht mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit und eine zweite Filterschicht mit höherer elektrischer Leitfähigkeit stromabwärts davon, wobei die erste Schicht eine kleinere Porengröße als die zweite Schicht aufweist, und eine Zwischenschicht zwischen der ersten und der zweiten Schicht umfaßt, wobei die Zwischenschicht eine höhere elektrische Leitfähigkeit als die erste Schicht und einen Widerstand gegen eine Bewegung von elektrolytisch erzeugtem Gas dadurch hindurch aufweist, wenn das Filter von einer Flüssigkeit permeiert wird, welche hinsichtlich der Größe ähnlich der ersten Schicht oder größer als die erste Schicht ist, so daß ein derartiges Gas die Stromaufwärtsseite des Filters vor der Stromabwärtsseite erreicht.

In dieser Weise können Filter mit dem generellen Aufbau der oben beschriebenen bekannten Ultram-Membranen elektrolytisch gereinigt werden, da mindestens ein Teil des elektrolytisch erzeugten Gases an der Oberfläche der leitfähigen Schicht durch die nicht leitfähige Schicht zu der Stromaufwärtsflache des Filters strömt, um den Filterkuchen wegzuspülen.

In dieser Weise kann Gas an dem Übergang der Zwischenschicht und der ersten Schicht erzeugt werden und einen niedrigeren Strömungswiderstand durch Durchströmen der ersten Schicht erfahren. Die Dicke der Zwischenschicht und deren Strömungswiderstand darf nicht so hoch sein, daß diese eine große Auswirkung auf die Strömung durch das Filter bei normaler Verwendung hat.

Die Zwischenschicht kann einen Kompositwerkstoff aus einem Material mit höherer elektrischer Leitfähigkeit und aus einem Material mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit umfassen. Die Porosität der Zwischenschicht kann zwischen 0,1 und 50% niedriger als die Porosität der ersten Schicht sein. Der Strömungswiderstand ist bei einer um 0,1% verminderten Porosität wirksam, während bei einer um 50% verminderten Porosität die Verringerung in der Maximal-Durchströmungsrate durch das Filter beginnt, die Leistung zu beeinträchtigen. Der Voluruenanteil des Materials mit höherer elektrischer Leitfähigkeit in der Zwischenschicht ist am höchsten neben der zweiten Schicht. In geeigneter Weise kann das Material mit höherer elektrischer Leitfähigkeit der Zwischenschicht das gleiche Material wie das der zweiten Schicht sein, und das Material mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit der Zwischenschicht kann das gleiche Material mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit sein wie das der ersten Schicht. Dies kann ein Verbinden der drei Schichten unterstützen und Spannungen einer relativen Wärmeausdehnung verringern. Die Zwischenschicht kann einen Kompositwerkstoff von größeren Teilchen und kleineren Teilchen umfassen. Wenn die erste Schicht aus kleinen Teilchen mit einheitlicher Größe besteht so liefert die Verwendung von kleinen und großen Teilchen in der Zwischenschicht den gewünschten erhöhten Strömungswiderstand. Die größeren Teilchen können aus einem Material mit höherer elektrischer Leitfähigkeit und die kleineren Teilchen aus einem Material mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit bestehen. Die Teilchen mit höherer Leitfähigkeit können in der Form von isolierten Teilchen oder Anhäufungen von Teilchen in dem Bereich von 50 bis 2500 Teilchen und Anhäufungen pro Quadratmillimeter der Zwischenschicht in Entwurf vorhanden sein, vorzugsweise in dem Bereich von 100 bis 2500mm&supmin;² und am bevorzugtesten in dem Bereich von 250 bis 2500mm&supmin;². Im Bereich von 250mm&supmin;² und darüber ist eine bedeutenden Leistungsverbesserung zu sehen. Die Zwischenschicht kann alternativ Teilchen in einer porösen Matrix umfassen. Die Teilchen können aus einem Material mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit und die Matrix kann aus einem Material mit höherer elektrischer Leitfähigkeit bestehen.

Die erste Schicht kann aus einem im wesentlichen nicht leitfähigen Material bestehen. Die erste Schicht kann aus Keramik, wie einem Titanoxid, beispielsweise Titandioxid, bestehen. Die Keramik kann eine Keramik mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, wie Ti&sub4;O&sub7;, sein. Die zweite Schicht kann aus einem Material, welches ein guter Leiter ist, und aus Metall, wie rostfreiem Stahl, bestehen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Filter vorgesehen, welcher eine erste Filterschicht mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit und eine zweite Filterschicht mit höherer elektrischer Leitfähigkeit stromabwärts davon umfaßt, wobei die erste Filterschicht eine kleinere Porengröße als die zweite Schicht aufweist, wobei der Filter mit einer weiteren Schicht stromabwärts der zweiten Schicht aufgebaut ist und einen erhöhten Widerstand gegen eine Bewegung von elektrolytisch erzeugtem Gas dadurch hindurch aufweist, wenn der Filter von einer Flüssigkeit permeiert wird, so daß Gas zu der Stromaufwärtsseite des Filters vor der Stromaufwärtsseite gelangt. Die Porengröße der Schicht mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit kann nicht größer als 10 um bzw. nicht größer als 2,5 um sein, am bevorzugtesten nicht größer als 0,5 um. Vorzugsweise weist die Schicht mit geringerer Leitfähigkeit eine ausreichende Größe auf, um Bakterien auszufiltern.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, welche ein Filter gemäß dem ersten bzw. dem zweiten Aspekt der Erfindung und eine entgegengesetzte Elektrode umfaßt, um eine Elektrolyse zu ermöglichen, wobei das Filter als weitere Elektrode dient.

Die Vorrichtung umfaßt daher das Filter und die Einrichtung, um diesen zu reinigen. Die Reinigung kann in der gleichen Weise wie in GB 2160545 durchgeführt werden.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung ferner eine Pulseinrichtung auf, um eine gepulste Leistung an die Elektroden zu liefern. Die Verwendung einer ausreichenden Spannung zur Erzeugung einer Stromdichte ist erforderlich, welche ein gutes Gasniveau, welches erzeugt wird, bewirkt. Diese Leistung ist niedriger als in der Vorrichtung von GB 2160545 und muß ferner für eine kürzere Zeit zugeführt werden, was zu einem wirtschaftlicheren Filtrierverfahren führt.

Die Elektrode kann eine beliebige geeignete Form annehmen und eine Platte oder ein Gitter umfassen, welche parallel zu der Filterfläche angeordnet ist. Vorzugsweise ist die entgegengesetzte Elektrode derart angeordnet, daß eine Potentialdifferenz an Teile der Filter sequentiell angelegt wird. Die Breite der entgegengesetzten Elektrode kann im wesentlichen kleiner als die Filterfläche sein, und die Vorrichtung kann ferner eine Einrichtung zum Bewegen der entgegengesetzten Elektrode über die Filteroberfläche aufweisen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die entgegengesetzte Elektrode eine flexible Lage und eine Einrichtung, welche die Lage derart betätigt, daß jedes Teil der Lage aufeinanderfolgend an die Filterfläche angenähert bzw. von der Filterfläche weggeführt wird, umfassen. Die Betätigungseinrichtung kann eine Einrichtung zum Senden einer Welle über die Lage umfassen.

In dem dritten Aspekt der Erfindung kann die Filtervorrichtung eine Vielzahl von Filtermodulen und eine Vielzahl von Elektrodenmodulen umfassen, wobei jedes Filtermodul das Filter mit der Schicht mit höherer Leitfähigkeit umfaßt, welche mit einer elektrischen Versorgung verbunden ist, wobei jedes Elektrodenmodul die entgegengesetzte Elektrode umfaßt, wobei jedes Modul durch einen Rahmen begrenzt ist, wobei die Filter- und Elektrodenmodule abwechselnd nebeneinander angeordnet und die Rahmen in einer im wesentlichen flüssigkeitsundurchlässigen Weise fest miteinander verbunden sind.

Die Filtervorrichtung kann daher in einer sehr kompakten Weise geliefert werden, und ferner vereinfacht die modulare Form die Herstellung.

Vorzugsweise weisen die Rahmen Außenabmessungen eines gemeinsamen Entwurfs auf.

Jedes Elektrodenmodul umfaßt vorzugsweise eine Vielzahl von Elektrodenplatten, welche in einer im wesentlichen koplanaren Weise angeordnet sind. Jede Elektrodenplatte weist vorzugsweise eine Fläche von 250 bis 400 cm² auf. Dies ermöglicht die Verwendung einer europäischen Netzstromversorgung.

Jedes Elektrodenmodul umfaßt vorzugsweise mindestens ein Elektrodenelement zu einer Seite des Rahmens und mindestens ein Elektrodenelement zu der entgegengesetzten Seite des Rahmens. Dies ermöglicht die Bewegung von Flüssigkeit in das Modul hinein und aus dem Modul heraus und verringert ferner dadurch Kosten, daß ermöglicht wird/ dünnere Elemente zu verwenden. Die Elektrodenelemente zu jeder Seite des Rahmens können durch ein Verbindungselement zwischen den Elektrodenelementen verbunden werden, wobei das Verbindungselement mit einer elektrischen Versorgung verbunden ist.

Vorzugsweise ist ein Leckpfad zwischen zwei Modulrahmen von innerhalb der Rahmen auf der Eingangsseite des Filters nach außerhalb der Rahmen vorgesehen. Der Leckpfad gewährleistet, daß, wenn ein Leck von der Eingangsseite zu der Ausgangsseite des Filters auftreten sollte, das Lecken vorzugsweise entlang des Leckpfads, welcher zwischen den beiden Modulrahmen vorgesehen ist, stattfindet, da dieser Leckpfad zur Atmosphäre führt, wohingegen ein Leck zu der Ausgangsseite des Filters ein Leck zu einem Druck über dem Atmosphärendruck infolge des Rückdrucks von einem Widerstand weiter durch die Filtervorrichtung wäre. Der Leckpfad kann in geeigneter Weise eine Vertiefung oder eine Mulde in mindestens einem der beiden nebeneinander liegenden Rahmen umfassen. Die Membranperipherie in dem Bereich der Abdichtungen wird selbst abgedichtet, um ein Lecken durch die Membran zu verhindern.

Das Filter von jedem Filtermodul ist vorzugsweise ein Filter gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.

Jedes Filtermodul umfaßt vorzugsweise eine Filtermembran, welche die offene Seite des Rahmens bedeckt. Jede Filtermembran ist vorzugsweise an einer perforierten Stütze, welche ein Sieb sein kann, vorgesehen. Die perforierte Stütze weist vorzugsweise eine elektrische Leitfähigkeit auf. Die perforierte Stütze kann an einer zweiten Stütze vorgesehen sein, welche weniger, größere Perforationen definiert. Die zweite Stütze weist vorzugsweise eine elektrische Leitfähigkeit auf. Vorzugsweise ist ein Federelement zwischen den Filtermembranen vorgesehen. Das Federelement kann gewellt sein. Das Federelement kann eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen und aus Kunststoff bestehen.

Ein Elektrodenelement umfaßt in geeigneter Weise einen Eingang für eine Flüssigkeit, welche gefiltert wird, und die Elektrodenmodule können parallel oder in Reihe verbunden sein. In dieser Weise kann die Vorrichtung mit einer konstanten Durchströmung von Flüssigkeit, welche gefiltert wird, oder alternativ als ein Totende-In-Reihe-System verwendet werden. Bei der Totende-Reihenanordnung neigt das feste Material in der Flüssigkeit, welche gefiltert wird, dazu, sich an dem Tötende anzusammeln, und vorzugsweise das letzte Elektrodenmodul in der Reihe umfaßt ein Ventil, um ein kontinuierliches bzw. intermittierendes Entleeren von angehäuftem festem Material zu ermöglichen.

Gemäß einem weiterem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Reinigung eines Filters unter Verwendung der Vorrichtung gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung vorgesehen, wobei das Verfahren ein Anlegen von Potential über die Elektroden umfaßt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Filtermembran gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen, wobei das Verfahren ein Aufbringen von Material auf eine Grenzfläche in einem Körper umfaßt, welcher eine erste Filterschicht mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit und eine zweite Filterschicht mit höherer elektrischer Leitfähigkeit umfaßt, wobei die Grenzfläche zwischen den Schichten definiert ist, wobei die erste Schicht eine kleinere Porengröße als die zweite Schicht aufweist, wobei das Material eine höhere elektrische Leitfähigkeit als die erste Schicht aufweist.

Die Aufbringung wird in geeigneter Weise durch eine galvanische Abscheidung, eine hydrometallurgische oder eine stromlose Abscheidung durchgeführt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Filtermembran gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen, wobei das Verfahren ein Durchlaufen eines Stroms über zwei Elektroden in einem Elektrodenbad umfaßt, wobei eine erste Elektrode einen Körper umfaßt, welcher eine erste Filterschicht mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit und eine zweite Filterschicht mit höherer elektrischer Leitfähigkeit umfaßt, wobei die erste Schicht eine kleinere Porengröße als die zweite Schicht aufweist und das Verfahren derart ist, daß die galvanische Abscheidung an der Grenzfläche zwischen den Schichten stattfindet.

Die zweite Elektrode kann die Anode sein.

Die galvanische Abscheidung an der Grenzfläche zwischen den Schichten bewirkt die Bildung eines Bereichs mit verringerter Porosität. Vorzugsweise ist das Verfahren ein Verfahren zur Herstellung eines Filters gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Daher führt die galvanische Abscheidung dazu, daß die vorher erwähnte Zwischenschicht gebildet wird.

Das Elektrolyt kann ein einfaches Elektrolyt oder ein Glanzgalvanisierelektrolyt sein.

Ein Vorteil eines Galvanisierens an der Grenzfläche besteht darin, die beiden Filterschichten mittels des galvanisch abgeschiedenen Materials zu verbinden. Die zweite Schicht des Körpers kann ein Schicht von Teilchen umfassen, beispielsweise gewalzte Teilchen, auf welche die erste Schicht aufgebracht wird. Das Verfahren ist insbesondere in der Situation nützlich, in welcher die pulvergewalzte zweite Schicht eine flache Fläche aufweist, auf welcher die erste Schicht ohne eine derartige Behandlung nicht gut haftet. Alternativ kann der Körper eine zweite Schicht von Teilchen umfassen, beispielsweise pulvergewalzte Teilchen, wobei weitere ähnliche Teilchen an der Oberfläche befestigt sind, auf welche die erste Schicht anschließend aufgebracht wird. Der Körper kann das Titandioxidfilter bzw. das Filter aus rostfreiem Stahl umfassen, welche derzeit von Ultram Company hergestellt werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Filtermembran gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen, wobei das Verfahren ein Liefern einer zweiten Filterschicht, ein Texturieren der Oberfläche der Schicht und ein Bilden einer ersten Filterschicht auf der texturierten Oberfläche umfaßt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Filters in einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine genaue Ansicht der Ansicht von Fig. 1, welche Wasserstoff-Entstehungsstellen zeigt;

Fig. 3 einen Graphen des Drucks über die Zeit während einer Blasenbildung innerhalb des Filters von Fig. 1;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines Filters in einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht eines Filters in einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 6 einen Graphen der Krümmung und der Porengröße durch die Tiefe des Filters von Fig. 5;

Fig. 7 eine Ansicht von Fig. 5, welche eine Blasenverteilung zeigt;

Fig. 8 eine teilweise schematische Ansicht, teilweise in Querschnitt, der Vorrichtung, welche das Filter von Fig. 5 aufweist;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung in einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung:

Fig. 10 eine Querschnittsansicht einer Zwischenstufe bei der Herstellung eines Filters gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 11 eine Querschnitts-seitenansicht von zwei Elektrodenmodulen und einem Filtermodul der Vorrichtung in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht eines Elektrodenmoduls von Fig. 11.

Fig. 13 eine Querschnitts-seitenansicht eines Verbindungselements des Elektrodenmoduls von Fig. 11;

Fig. 14 eine Draufsicht eines Elektrodenmoduls von Fig. 11;

Fig. 15 eine genaue Querschnitts-seitenansicht von einem Ende des Filtermoduls von Fig. 11;

Fig. 16 eine genaue Querschnitts-seitenansicht von einem anderen Ende des Filtermoduls von Fig. 11; und

Fig. 17 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung in einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Die Filtermembran 10 von Fig. 1 umfaßt eine erste Schicht 12 aus Titandioxid-Keramikteilchen, welche auf einer flachen, zweiten Substratschicht 14 vorgesehen ist, wodurch eine Stromaufwärts- bzw. eine Stromabwärtsseite der Filtermembran 10 gebildet wird. Die zweite Schicht 14 besteht aus Sinterteilchen 16 aus rostfreiem Stahl. Die Keramikteilchen 18 sind feiner als die Sintermetallteilchen 16, so daß eine kleinere Porengroße geliefert wird. Unter normaler Verwendung strömt die Flüssigkeit 8, welche gefiltert wird, durch die Filtermembran 10 von der Keramikschicht 12 zu der Sintermetallschicht 14, und ein Filterkuchen 23 bildet sich auf der Keramikschicht 12. Zur Reinigung des Filters 10 ist die Sintermetallschicht 14 mit einer (nicht dargestellten) Stromversorgung verbunden, welche ferner mit einer länglichen Elektrode 20 verbunden ist, welche in Querschnitt in Fig. 1 dargestellt ist. Die Stromversorgung liefert Pulse von elektrischem Strom zwischen dem Filter 10 und der Elektrode 20, wobei der Filter 10 die Kathode ist. Die Flüssigkeit 8 kann eine wäßrige Lösung sein. Daher wird Wasserstoff an der Grenze zwischen dem Sintermetallsubstrat 14 und der Keramikschicht 12 erzeugt.

Die Sintermetallschicht 14 ist ein guter elektrischer Leiter, und es wird, wenn diese zur Kathode einer elektrochemischen Zelle gemacht wird, Wasserstoff an der Oberfläche der Metallteilchen 16 am nächsten neben der Anode 20 erzeugt. Es ist nicht von Belang, daß der Wasserstoff unter der Membranoberfläche erzeugt wird, wenn diese eine Oberflächenschicht von nicht leitfähigen Teilchen 18 aufweist, nur daß ausreichend Wasserstoff von der Stromaufwärtsflache hervortritt.

Drei Faktoren sind wichtig:

(1) Die Stelle, an welcher die Gasblasen eine Kernbildung erfahren.

(2) Der in den Gasblasen erforderliche Druck, um zu erzwingen, daß eine Flüssigkeit durch die Poren fließt.

(3) Die Seite der Membran 10, von welcher die Wasserstoffblasen austreten.

Der Druckunterschied, Dp, des Gases im Innern einer kugeligen Gasblase in einer Flüssigkeit ist durch Young's Gleichung gegeben:

Dp = 2 γ /r (1) γ ist die Oberflächenspannung der Flüssigkeit bezüglich des Gases, r ist der Radius der Blase.

Wenn der Radius sehr klein ist, so wird Dp sehr hoch. Wenn das Gas in einer Vertiefung eine Kernbildung erfährt, so ist weniger Gas/Flüssigkeits-Oberfläche vorhanden. Der erforderliche Druck, um den Blasenkern zu bilden, ist dann geringer als dieer für eine halbkugelförmige Kappe auf einer flachen Oberfläche wäre. Daher ist der wahrscheinlichste Ort, an welchem sich Wasserstoffblasen 9 bilden, dort, wo die kleinen Keramikteilchen 18 die größeren Metallteilchen 16 berühren, siehe Fig. 2. Dies ist der Fall an der Grenzfläche zwischen den beiden Schichten 12, 14, welche ferner die der Anode 20 nächstgelegene Position ist und daher den niedrigsten Lösungswiderstand zum Durchlassen von Ionen über den Anoden-Kathoden-Abstand aufweist.

Der Wasserstoff 9 füllt vorzugsweise den Teil der Membran 10 mit dem niedrigsten Kapillardruck. Es ist dies, gemäß (1), derjenige mit der größten Porengröße, das Substrat 14. Wenn der Wasserstoff 9 in einer ausreichend niedrigen Geschwindigkeit erzeugt wird, so daß dessen Druck immer unter dem Kapillardruck der Schicht 12 mit der geringen Porengröße liegt, so tritt der gesamte Wasserstoff 9 von der Stromabwärtsflache der Membran 10 hervor und dient keinem nützlichen Zweck. Bis die erste Blase von der Stromabwärtsseite austritt, liegt der Druck innerhalb des Substrats 14 zwischen dem Kapillardruck des Substrats 14 plus dem Stromabwärtsdruck und dem Kapillardruck der ersten Schicht 12 plus dem Stromaufwärtsdruck. Wenn Blasen erzeugt werden, so schwankt der Druck innerhalb des Substrats innerhalb dieses Bereichs, siehe Fig. 3.

Wenn der Wasserstoff verwendet wird, um den Filterkuchen von der Oberfläche der Schicht 12 mit geringer Porengröße zu entfernen, so muß dessen Druck mindestens auf den Kapillardruck der Schicht 12 plus dem Druck in der Stromaufwärtskammer erhöht werden. Dies kann in zwei Weisen durchgeführt werden, ohne die Membran 10 zu ändern. Die erste Weise besteht darin, die Kammer hinter dem Filter beispielsweise mit einem Solenoidventil abzuschließen. Das Wasserstoffgas setzt die Kammer unter Druck. Dabei gibt es vier Nachteile. Der erste besteht darin, daß die Filtermembran biaxial beansprucht wird und mechanisch versagen kann. Der zweite Nachteil besteht darin, daß diese die Stützstruktur ablösen kann und den elektrischen Kontakt damit verliert. Der dritte Nachteil besteht darin, daß lediglich ein geringer Anteil des Wasserstoffs von der Stromaufwärtsseite austritt, was eine niedrige elektrische Effizienz bewirkt. Der vierte Nachteil besteht darin, daß sich das Kathodenfilter so weit neigen kann, daß es die Anode berührt und einen Kurzschluß bewirkt. Die zweite Weise, dies durchzuführen, besteht darin, die Wasserstofferzeugungsrate durch Verwendung eines Hochstrompulses bedeutend zu steigern, so daß der Rückdruck, welcher durch den Strömungswiderstand der Permeirflüssigkeit durch das Substrat 14 zu der Stromabwärtsfläche der Membran 10 erzeugt wird, ausreichend hoch ist, daß ein Teil des Wasserstoffs zu der Stromaufwärts- Membranflache gelangt. Jedoch ist es zuerst notwendig, bevor Blasen von der Stromaufwärtsseite austreten, die Flüssigkeit in den kleinen Poren zu verdrängen, was ferner zu der Entfernung des Filterkuchen beiträgt. Ferner muß diese Flüssigkeit verdrängt werden, bevor die Flüssigkeit durch das Substrat 14 verdrängt wird. Zwei Faktoren sind hierbei wichtig: die Porenradien und die Porenlänge.

Die Hagen-Poisseuille-Gleichung gibt den volumetrischen Durchsatz durch eine Kapillare mit der Länge l, dem Radius r und der Krümmung t einer Flüssigkeit mit einer Viskosität η unter einem Druckabfall p an:

Unter Annahme von konstantem Druck und bei Vernachlässigung der kinetischen Energie wird die Momentangeschwindigkeit der Wasserstoff lüssigkeitsgrenzfläche in der Kapillare erhalten durch Teilen der Durchströmungsrate durch die Fläche der Kapillare. Eine Integration der Gleichung zeigt, daß das Rohr leer wird zu einer Zeit, welche gegeben ist durch:

t = 8ηπl² / Δpr²

In diesem Fall ist p die Differenz zwischen dem Innendruck des Wasserstoffs und dem Kapillardruck plus dem statischen Druck, so daß die Nettodruck-Antriebsflüssigkeit durch den Bereich kleiner Poren viel niedriger ist als die Antriebsflüssigkeit durch das Substrat 14. Daher muß, um zu gewährleisten, daß der Wasserstoff zuerst die kleinen Poren durchbricht, die Dicke des Bereichs 12 mit kleinen Poren bzw. die Dicke des Substrats 14 auf geeignete relative Größen verringert bzw. erhöht werden. Ersteres ist schwieriger als letzeres. Jedoch ist, da die Kosten von Metallpulver/-fasern einen bedeutenden Teil der gesamten Substratherstellungskosten darstellen, diese Vorgehensweise vom Gesichtspunkt der Kosten her weniger attraktiv. Wenn die Membran in einer derartigen Weise verändert wird, treten die folgenden Vorteile auf: geringere Spannungen, besserer elektrischer Kontakt, höhere elektrische Effizienz, und es ist nicht nötig, das gesamte Filter auf einmal zu reinigen.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4 ist die Membran symmetrisch und es ist eine Schicht 12, 22 mit geringer Porengröße an beiden Seiten einer Sintermetallschicht 14 vorhanden. Die Stromaufwärtsschicht 12 ist dünner als die Stromabwärtsschicht 22. In diesem Fall wird, wenn der Wasserstoff erzeugt wird, das gesamte Innere 14 der Membran 10 unter einen Druck gesetzt, welcher mindestens dem Kapillardruck der Stromaufwärtsschicht 12 mit geringer Porengröße plus dem Stromaufwärtsdruck entspricht. Der Wasserstoff erreicht zuerst die Stromaufwärtsfläche 25 der Membran 10, da die Stromaufwärtsschicht 12 ausreichend dünner als die Stromabwärtsschicht 22 ist.

Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, welches ebenfalls drei Schichten aufweist.

Die erste Schicht 12 ist eine Filtrierschicht. Diese besteht aus Titandioxid-Keramikpulver, obwohl andere geeignete Keramikpulver verwendet werden können. Die Schicht 12 kann bis zu 100 Mikron dick sein, wobei sie hier 40 um beträgt, obwohl sie in einem anderen Ausführungsbeispiel bis zu 50 um dick sein kann, wobei sie vorzugsweise 15 um dick ist. Die Porengröße kann 0,2 um betragen.

Außerdem ist eine Zwischenschicht 24 vorhanden, welche eine Vielzweckschicht ist, wobei ein Zweck davon ist, einen zusätzlichen Gasströmungswiderstand zu liefern. Sie besteht aus einer Mischung aus dem Pulver der ersten Schicht 12 und Pulver aus rostfreiem Stahl. Die Dicke dieser Schicht kann bis zu etwa 50 um betragen, wobei sie hier 30 um und in einem anderen Ausführungsbeispiel 15 um beträgt. Die Porengröße beträgt etwa 0,2 um.

Die Endschicht 14 ist ein Sintersubstrat aus rostfreiem Stahl, typischerweise gasatomisiertes Pulver oder Kurzfaser des gleichen Typs, welche bei der Zwischenschicht 24 verwendet werden. Diese kann bis zu etwa 250 um dich sein, wobei sie hier 200 um beträgt. Die Porengröße beträgt etwa 1-2 um.

Die Teilchen von Schicht 14 sind pulvergewalzt und gesintert, um die Schicht 14 zu bilden. Die Teilchen der Zwischenschicht 24 werden anschließend aufgebracht, gewalzt und gesintert. Schlußendlich werden die Keramikteilchen der Schicht 12 als Schlamm aufgebracht und gewalzt.

Die Zwischenschicht 24 führt drei Funktionen aus:

Die erste besteht darin, daß sie als Verbindungsschicht dient. Die Fläche der zweiten Schicht 14 ist mit hoher Wahrscheinlichkeit glatt, da diese gewöhnlich hergestellt wird durch eine Art Press- oder Walzverfahren. Wenn die erste Schicht 12 direkt auf diese aufgebracht werden würde, so würden sich Kräfte, welche durch unterschiedliche Wärmekontraktion auf das Abkühlen von dem Hochtemperatur-Sinterverfahren hin erzeugt werden, in einem kleinen Materialanteil konzentrieren, und ein Bruch entlang dieser Grenzfläche wäre wahrscheinlich. Die Zwischenschicht 24 weist einen Zwischenwärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) zwischen den anderen beiden Schichten 12, 14 auf, so daß die maximale unterschiedliche Wärmekontraktionsspannung verringert wird, und der beanspruchte Bereich weist ein größeres Volumen auf, wodurch die Möglichkeit eines Bruchs verringert wird. Dies ist insbesondere wichtig für Keramik (anders als Zirconiumdioxid oder Ceroxid, welche ungewöhnlich hohe CTE für Keramik aufweisen). In dieser Weise ist der Abstand zwischen der Oberfläche von Metallteilchen an der Oberseite der Zwischenschicht und der Oberseite der zweiten Schicht 14 größer als der Abstand zwischen der Oberfläche von Metallteilchen an der Oberseite der Zwischenschicht 24 und der Oberseite der ersten Schicht.

Die zweite Funktion besteht darin, daß die Metallteilchen an der Grenzfläche zwischen der Zwischenschicht 24 und der ersten Schicht 12 als die Stellen für die Erzeugung von Wasserstoff in verhältnismäßiger Nähe zu der Fläche der ersten Schicht 12 dienen. Ein typisches Metallteilchen 16 kann ~15-20 um groß sein. Wenn dieses um ein Drittel seines Durchmessers von der Einrichtung an der Oberseite der Zwischenschicht 24 vorsteht, dringt es wesentlich in die erste Schicht 12 ein. Es ist vorteilhaft, daß der Wasserstoff von einer Anzahl derartiger Stellen mit gesteuertem Abstand erzeugt wird. Es ist ferner vorteilhaft, wenn ein gesteuerter Zusatz von größeren Metallteilchen zugefügt wird, um Wasserstoffquellen näher an der Fläche der ersten Schicht 12 zu erzeugen.

Die dritte Funktion besteht darin, daß diese als Sperre für die Strömung des Wasserstoffs zu der Stromabwärtsseite der Membran 10 durch Verringern des Volumenanteils von Hohlräumen verglichen mit der ersten Schicht 12 und durch Erhöhen der Krümmung dient. Anhand der oben gegebenen Argumente ist es leicht ersichtlich, daß, wenn die Permeierungsrate durch die Zwischenschicht 24 für eine Flüssigkeit und für Wasserstoff größer, jedoch nicht zu groß ist, mehr Wasserstoff durch die erste Schicht 12 von der Stromaufwärtsseite, wo er erwünscht ist, austritt. Fig. 6 zeigt einen Graphen der Porengröße P und der Krümmung T über die Distanz durch die Filtermembran 10 parallel zu Fig. 5. Die Porengröße in der ersten Schicht 12 und der Zwischenschicht 24 ist etwa die gleiche, diese nimmt jedoch in der zweiten Schicht 14 deutlich zu. Die Krümmung ist in der Zwischenschicht 24 am höchsten. Die Tatsache, daß die Krümmung von der ersten Schicht 12 bis zu der Zwischenschicht 24 zunimmt, während die Porengröße die gleiche bleibt, hemmt die Bewegung von elektrolytisch erzeugtem Wasserstoff durch die Zwischenschicht 24 hin zu der Stromabwärtsseite 21 der Filtermembran 10. Fig. 7 zeigt eine typische Verteilung von Wasserstoffblasen in der Filtermembran 10 während der Reinigung.

Der primäre Zweck der Zwischenschicht 24 ist, als Sperre für die Permeierung des Wasserstoffs zu der zweiten Schicht 14 zu dienen, welcher an den Metallteilchen 16 innerhalb dieser erzeugt wird. In einem gewissen Ausmaß reduziert dies ebenfalls die Permeierungsrate der Flüssigkeit. Jedoch ist, da ohne den elektrolytischen Reinigungsvorgang die Permeierungsrate für eine Flüssigkeit ohnehin sehr niedrig ist, diese Minderung unbedeutend, verglichen mit der Verstärkung an einer anderen Stelle. Wichtige Faktoren beim Bestimmen der Permeierungsrate durch die Zwischenschicht 24 sind: Volumenanteil und Größe von Metallteilchen 16, Volumenanteil und Größe der Keramikpräkursorteilchen 18 und kolloidbildende/dispergierende Zusätze zu dem Keramikschlamm.

Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung der Erfindung. Flüssigkeit, welche gefiltert wird, wird durch eine Pumpe 26 in einen Behälter 28 gepumpt. In dem Behälter 28 ist eine Vielzahl von parallel in gleichen Abständen angeordneten Anodenplatten 30 vorgesehen. In Verschachtelung mit den Anodenplatten 30 ist eine Vielzahl von Filtereinheiten 32 vorgesehen. Jede Filtereinheit 32 umfaßt zwei flache Filtermembranen 10, welche parallel zu den benachbarten Anodenplatten 30 durch ein umgebendes Rahmengestell 34 angeordnet sind, so daß Flüssigkeit, welche in den Behälter gepumpt wurde, lediglich durch eine Filtermembran in einen Filter eintreten kann. Jede Filtereinheit 32 umfaßt ein Ausgangsrohr 36, und die Ausgangsrohre 36 der Filtereinheiten 32 vereinigen sich in einem Hauptausgangsrohr 38. Ein Impulsgenerator 40 ist mit jeder der Anodenplatten 30 und ferner mit den Filtermembranen 10 verbunden. Der Abstand jeder Anodenplatte 30 von der benachbarten Filtermembran 10 beträgt etwa 3 mm, und eine gepulste Stromdichte von etwa 0,1 A/cm² wird durch den Impulsgenerator 40 entwickelt. Der Behälter 28 umfaßt einen Auslaß 42 für das Recyceln von Flüssigkeit. Bei Gebrauch wird Flüssigkeit durch die Pumpe 26 in den Behälter 28 gepumpt. Mindestens ein Teil der Flüssigkeit wird durch die Filtereinheiten 32 gefiltert und strömt durch die Rohre 36, 38 aus. Wenn sich ein Filterkuchen auf den Filtermembranen 10 gebildet hat, so wird der Impulsgenerator 40 betätigt, um eine Wasserstofferzeugung innerhalb der Membranen 10 zu bewirken, so daß diese, wie beschrieben, gereinigt werden.

Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung der Erfindung, dieses Mal in Modulform. Die Pumpe 26 und der Generator 40 sind nicht dargestellt. Die Vorrichtung besteht aus Filtermodulen 50 und Elektrodenmodulen 52.

Jedes Elektrodenmodul 52 besteht aus einem Körper 53 mit einem quadratischen Rahmen 42 aus einem Vierkantmaterial, wie Polypropylen. Das Material sollte ein guter Isolator, für das Aufbringungsverfahren chemisch reaktionsträge und für die Verfahrenstemperatur wärmebeständig sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann es beispielsweise PVC sein. Der Körper 53 ist vertieft, wobei jede Seite Vertiefungen 55 liefert, und umfaßt zwölf runde Öffnungen 56, welche durch den Körper 53 an jeder der beiden gegenüberliegenden Innenseitenkanten 58 der Rahmen 54 gebohrt sind. Die runden Öffnungen 56 kreuzen Bohrungen 57 durch zwei Seiten des Rahmens 54. Anodenplatten 30 sind in jeder Vertiefung 55 zwischen den Innenseitenkanten 58 angeordnet. Drei Anodenplatten 30 sind in einer im wesentlichen koplanaren Weise vorgesehen, wobei jede Anodenplatte 30 sich von der Innenseitenkante 58 zu der gegenüberliegenden Innenseitenkante 58 erstreckt, so daß die Platten 30 Kante-zu- Kante angeordnet sind. Weitere drei Platten 30 sind in der gleichen Weise in der anderen Vertiefung 55 hinter den ersten drei Platten und parallel dazu angeordnet, um ausgerichtete Paare zu bilden. Ein Verbindungselement 61 ist zwischen jedem Paar von Platten 30 in einer Öffnung in dem Körper 53 vorgesehen und ist an jede Platte 30 widerstandsgeschweißt. Jedes Verbindungselement 61 weist die Form eine Stahlscheibe auf und definiert eine radiale Gewindebohrung 63, um ein Gewindeende einer Anodenstange 68 aufzunehmen. Jede Anodenstange 68 erstreckt sich durch eine Bohrung in dem Körper 53 zu der Seite 70 des Rahmens 54 und durch die Seite 70 des Rahmens 54, an welcher diese mit einer Stromschiene verbunden ist. Eine Dichtung kann dort vorgesehen sein, wo die Stange 68 den Körper 53 verläßt. Die Enden der Bohrungen 57 bilden einen Einlaß und einen Auslaß für das Modul 52 an jeder Ecke des Rahmens 54.

Jedes Filtermodul 50 umfaßt ferner einen Rahmen 72. Der Rahmen 72 ist schmaler als der Elektrodenmodulrahmen 54. Er weist gleiche Außenabmessungen in Entwurf auf. Der Rahmen 72 umfaßt neun gebohrte Öffnungen 74 an einer Innenseitenkante 76. Die Öffnungen 74 kreuzen eine Bohrung 75 durch den Rahmen 72, deren Ende an einer Ecke des Rahmens 72 als Auslaß 99 dient. Zwei Schultern 78, 80 sind an jeder Seitenfläche des Rahmens 72 ausgebildet, um Mulden 82, 84 zu bilden. Die erste Mulde 82 nimmt die Filtermembran 10 von einem der vorherigen Ausführungsbeispiele auf. Die Keramikteilchenschicht 12 zeigt nach außen. Die zweite Mulde nimmt eine Lage 86 aus rostfreiem Stahl auf, welche verhältnismäßig große runde Perforationen 88 aufweist. Zwischen der Stahllage 86 und der Filtermembran 10 ist ein Stahlsieb 90 in der Mulde 84 vorgesehen. In Berührung mit und sich zwischen den beiden perforierten Stahllagen 86 von jedem Modul 50 erstreckend befindet sich eine (nicht dargestellte) gewellte Lage, in welcher die Wellung hin zu den Öffnungen 74 verläuft, um zu ermöglichen, daß eine gefilterte Flüssigkeit in dieser Richtung strömt. Zu der gegenüberliegenden Seite des Rahmens 72 von den Öffnungen 74 erstreckt sich eine Kathodenstange 92 durch den Rahmen 72 von der Außenkante 94 zu der Innenkante 76. Ein U-förmiges Verbindungsstück 96 ist mit dem Ende der Kathodenstange 92 derart verschraubt, daß ein Kontakt mit den perforierten Lagen 86 vorliegt. Das U- förmige Verbindungsstück 96 liegt in einer Vertiefung in dem Rahmen 72. Die Kathodenstange 92 ist an der Außenkante 94 abgedichtet und mit einer weiteren Stromschiene verbunden. Eine flache Aushöhlung 98 ist auf jeder Seite des Rahmens 72 von der Mulde 82 zu der Außenkante 94 des Rahmens 72 vorgesehen.

Bei Gebrauch sind eine Vielzahl der Filtermodule 50 und der Elektrodenmodule 52 abwechselnd nebeneinander angeordnet, wobei sich ein Elektrodenmodul an jedem Ende der Reihe befindet. Eine Klemmplatte ist über jedem Ende angeordnet, und die Klemmplatten sind durch (nicht dargestellte) Verbindungsstangen verbunden. Die Rahmen 52, 72 werden daher in einer im wesentlichen flüssigkeitsundurchlässigen Weise zusammengehalten. In einem Reihenmodus des Systems sind die Auslasse 99 von den Filtermodulen 72 zu einer gemeinsamen Entnahmeleitung miteinander verbunden, und die Auslasse 59 von dem Elektrodenmodul 52 an einem Ende der Vorrichtung sind mit dem Einlaß 57 zu dem nächsten Modul 52 und so weiter bis zu dem Endelektrodenmodul 52 verbunden, welches ein (nicht dargestelltes) Ventil an dessen Auslaß 59 umfaßt. In jedem Fall wird Flüssigkeit, welche gefiltert wird, durch den Einlaß 57 zu dem ersten Elektrodenmodul 52 gepumpt und läuft durch den Rahmen 54 in den an die Filtermembran 10 angrenzenden Bereich. Die gefilterte Flüssigkeit läuft durch die Öffnungen in dem Sieb 90 und durch die perforierten Öffnungen 88 in der Lage 86 in die Falten der gewellten Lage in der Mittenöffnung des Filtermoduls 72. Die gefilterte Flüssigkeit läuft durch die Öffnungen 74 in dem Rahmen 72 und fließt durch den Auslaß 99 aus. Wenn ein Leck auf einer Seite der Filtermembran 10 auftreten sollte, so strömt das Leck vorzugsweise entlang des flachen Kanals 98 an die Atmosphäre, anstatt entlang des Bodens der Mulde 82 und in die Mittenöffnung der Filtermoduls 72 zu laufen, da dies einen größeren Druckabfall darstellt.

Die Verwendung einer Vielzahl von verhältnismäßig dünnen Elektrodenplatten ermöglichte die Verwendung eines verhältnismäßig niedrigen Stroms zur Entwicklung von Wasserstoff in der Filtermembran 10, um den Filterkuchen davon zu entfernen. Tatsächlich kann die Netzversorgung, wenn jede Anodenplatte etwa 10 cm auf 30 cm aufweist, für jede Platte zur Erzeugung einer geeigneten Stromdichte verwendet werden.

Bei einem Totende-Reihenmodus des Systems tritt Flüssigkeit, welche gefiltert wird, in den Einlaß 57 des ersten Anodenmoduls 52 ein. Flüssigkeit von dessen Auslaß 59 tritt anschließend in den Einlaß 59 des zweiten Moduls und so weiter bis zu dem letzten Modul ein. Bei Gebrauch werden die Teilchen, welche den Filterkuchen bilden, durch das Strömen von Flüssigkeit in das letzte Anodenmodul 52 fortlaufend konzentriert. Unter Verwendung eines (nicht dargestellten) Solenoidventils ist es periodisch bzw. kontinuierlich möglich, dieses hochkonzentrierte Material von dem Auslaß 59 des letzten Anodenmoduls 52 zu beseitigen.

Dies ist wirksamer als Systeme, bei welchen die gesamte Vorrichtung durchgewaschen werden muß, um den Filterkuchen zu entfernen, da eine konzentrierte Anhäufung von Filterkuchen mit einem minimalen Flüssigkeitsverlust entfernt werden kann.

Die bei Gebrauch in dem Totendemodus beschriebene Vorrichtung kann zur Filtrierung einer Suspension von gespaltenen Bakterien verwendet werden, welche zur Erzeugung eines erforderlichen Stoffs, wie eines Arzneimittels, genmanipuliert wurden. Das Arzneimittel läuft durch den Filter, während die Zellkörper der Bakterien nicht durch die Filtermembranen 10 gelangen. Diese biotechnologische Technik ist teuer und es ist wichtig, den Verlust des Arzneimittels durch Minimierung des Flüssigkeitsverlusts in dem Filtriervorgang zu minimieren.

Die Vorrichtung kann ferner für eine Verwendung in einem Querstrommodus umgestaltet werden, und in diesem Fall können sämtliche Einlasse 57 der Anodenmodule 52 mit einem (nicht dargestellten) gemeinsamen Einlaßverteiler verbunden werden. Ferner können sämtliche Auslasse 58 der Anodenmodule mit einem (nicht dargestellten) gemeinsamen Auslaßverteiler verbunden werden. Ein Teil der Flüssigkeit von dem gemeinsamen Auslaßverteiler kann durch ein (nicht dargestelltes) Steuerventil abgelassen werden, wobei der Rest durch die Umwälzpumpe geführt wird. Es ist ferner möglich, das System in einem Querstrommodus noch mit Sätzen von Anodenmodulen 52 zu betreiben, welche in Reihe verbunden sind, so daß der Auslaß 59 des ersten derartigen Moduls mit dem Einlaß 57 des zweiten Moduls verbunden ist und dies eventuell für eine Vielzahl von anderen Anodenmodulen wiederholt wird, wobei jedoch der Ausgang 59 des Endanodenmoduls in dem Satz mit dem Endausgang anderer Modulsätze für einen gemeinsamen Verteiler zur Aufteilung in Ablassen und Recyceln verbunden werden soll. Die Geschwindigkeit der Flüssigkeit, welche in die Elektrodenmodule 52 eintritt, wird gesteuert, um entweder eine Laminarströmung, welche den Stromverbrauch minimiert, oder eine Turbulenzströmung, welche dazu führt, daß ein Teil des Filters durch die Turbulenzbewegung der Flüssigkeit.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Teilchengrößenverteilung nach zwei Arten bei den Metallteilchen 16 zur Verwendung in der Zwischenschicht 24 verwendet. Eine kontrollierte Anzahl von größeren Teilchen 16 mit einem Durchmesser von etwa 25 um ist vorgesehen, welche weit in die erste Schicht 12 eindringt, um zu gewährleisten, daß der Wasserstoff so nah wie möglich an der Fläche dieser Schicht und mit einem optimalen Abstand zur Reinigung des Filters so schnell wie möglich mit einem minimalen Stromverbrauch und einer daraus resultierenden verringerten Heizwirkung erzeugt wird. Dies gewährleistet, daß der Strömungswiderstand von Flüssigkeit/Gas durch die Zwischenschicht 24 ausreichend niedrig gehalten werden kann, so daß dieser die Leistung des gesamten Systems nicht wesentlich verringert.

Als Alternative zu der länglichen Elektrode 20 und den Anodenplatten 30 kann eine flexible leitfähige Lage 44 parallel zu der Filtermembran 10, wie in Fig. 9 dargestellt, verwendet werden. Ein Motor 46 drückt eine Stange 48 über die elastische Lage, um eine Welle bilden. Der Anoden-Kathoden-Abstand beträgt etwa 3 mm und die Wellenamplitude beträgt 1,5 mm. In diesem Fall wird ein konstantes Potential zwischen der Lage 44 und der Filtermembran 10 angelegt, und die über die Lage 44 übertragenen Wellen liefern den Reinigungseffekt seriell über die Membran 10.

Fig. 17 zeigt eine weitere alternative Anordnung. Hier wird eine Lage 110 mit einer Dicke von 0,5 mm aus rostfreiem Stahl als Anode verwendet. Gegenüberliegende Kanten 112 der Lage 110 sind entlang deren Länge mit zwei Stangen 114 verbunden. Jede Stange 114 ist teilweise drehbar durch einen (nicht dargestellten) Motor. Eine teilweise Drehung der Stangen 114 im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn bewirkt eine Welle, welche über die verhältnismäßig steife Lage übertragen wird. Der Tiefpunkt der Welle 116 befindet sich nahe der Schicht 14, welche die Kathode des Systems darstellt, und die Trennung zwischen der Lage 110 und dem Filter 10 ist derart, daß gewährleistet wird, daß es zu einer guten Wasserstofferzeugungsrate gegenüber dem Tiefpunkt 116 in der Lage 110 kommt, wobei eine geringe oder keine Wasserstoffproduktion gegenüber dem Rest der Lage 110 stattfindet. In dieser Weise kann ein niedrigerer Strom verwendet werden, und der Filter 10 kann in einer Kehrbewegung des Tiefpunkts 116/der Welle über die Lage 110 gereinigt, werden.

Zum gleichen Zeitpunkt, an welchem eine elektrolytische Reinigung stattfindet, kann ferner ein Rückdruck von Flüssigkeit in der bekannten Weise verwendet werden. Außerdem kann das Filter beispielsweise durch einen piezoelektrischen Wandler zur Unterstützung der Reinigung geschüttelt werden. Der Rückdruck kann in Phase sein mit der Anwendung von Stromimpulsen, bei Verwendung davon.

Die in Fig. 1 dargestellte Filtermembran 10 kann derart bearbeitet werden, daß eine Zwischenschicht in einer Vielzahl von Weisen geliefert wird. Das für die Wasserstoffentwicklung verwendete Elektrolyt an der Grenzfläche kann durch ein geeignetes Elektrolyt für die Aufbringung eines leitfähigen Materials auf die Teilchen 16 aus rostfreiem Stahl an der Grenzfläche ersetzt werden. Das Elektrolyt kann eine wäßrige Nickel-Zinn- Sulfatlösung sein, wobei diese hierin Zinnmonosulfat SnSO&sub1; plus 60gl&supmin;¹ Nickelsulfat NiSO&sub1;.6H&sub2;O plus 70ml/l konzentrierte Schwefelsäure ist, welche Nickel-Zinn galvanisiert. Andere geeignete Materialien, welche aufgebracht werden können, können reines Nickel, reines Zinn, Kobalt, Gold oder Platin sein. Es ist angebracht, ausgehend von einer wäßrigen Lösung zu galvanisieren, welche erfordert, daß das Metall, welches galvanisiert wird, vorzugsweise vor Wasserstoff aufgebracht wird. Zur Aufbringung von reinem Nickel kann das oben erwähnte Verfahren unter Weglassung des Zinnmonosulfats verwendet werden.

Das intermetallische Nickel-Zinn wird aufgebracht und bildet unter bestimmten Umständen eine dendritische Struktur, welche in die erste Schicht aus Keramikteilchen 18 eindringt. Die dendritische Struktur verbindet die Schichten 12, 14 dichter zusammen und liefert eine Zwischenschicht von galvanisch abgeschiedenen Metalldendriten und Keramikteilchen 18. Dies dient zwei Zwecken. Der erste besteht darin, daß Wasserstoff näher an der Stromaufwärtsflache erzeugt wird. Der zweite besteht darin, eine Schicht mit erhöhtem Strömungswiderstand von gebildetem Wasserstoff zu der Stromabwärtsflache zu liefern, so daß gebildeter Wasserstoff die Stromaufwärtsfläche 25 der Membran 10 vor der Stromabwärtsflache erreicht.

Wenn Wasserstoffgas elektrochemisch erzeugt wird, so kann dessen Druck, und folglich dessen chemische Aktivität, ausreichend hoch sein, um einen Teil der Metallsalze zu Metall zu reduzieren, wie in der Hydrometallurgie bekannt. Dieses Verfahren kann ferner zum Abscheiden von Metall in der ersten Keramikschicht 12 verwendet werden. Andere stromlose Abscheidungsverfahren können ferner verwendet werden.

Die Schichtstruktur des anfänglichen Materials des Ausführungsbeispiels von Fig. 1 wird gebildet durch Walzen eines Pulvers aus rostfreiem Stahl und durch teilweises Sintern davon, um eine flache Metallschicht in Grünzustand zu liefern. Die Titandioxidschicht wird anschließend als Teilchenschlamm auf eine Fläche aufgebracht. Wie erörtert, liefert die pulvergewalzte Fläche des Sintermaterials eine flache Grenzfläche, welche zu der Konzentration von Wärmekontraktionsspannung führt, welche zu einer Abblätterung führen kann. Die Struktur kann daher zerbrechlich sein und der Abblätterung bei deren erwünschter Verwendung unterliegen. Das galvanisch abgeschiedene Material liefert nicht nur die erforderliche Zwischenschicht mit erhöhtem Widerstand, um zu gewährleisten, daß die Membran 10 durch Gasentwicklung gereinigt werden kann, sonder kann auch arbeiten, um den Widerstand gegen mechanisches Versagen des Filters zu verbessern. Das dehnbare galvanisch abgeschiedene Metall kann die Brucharbeit des Keramikkörpers verbessern. Das galvanisch abgeschiedene Material kann derart zugefügt werden, daß die Porosität der ersten Schicht an der Grenzfläche um 0,1 bis 50% verringert wird.

Fig. 10 zeigt eine weitere Membranstruktur 100. In diesem Fall wird, um zu verhindern, daß aufgrund der Wärmekontraktionsspannung ein Abblättern der Schichten 12, 14 erfolgt, sobald die Schicht 14 aus rostfreiem Stahl gewalzt und teilweise gesintert wurde, ein Schlamm von Teilchen 16 aus rostfreiem Stahl auf deren Oberfläche aufgebracht und erwärmt, um eine unregelmäßige und eine weniger dicht gedrängte Haftung der Teilchen aus rostfreiem Stahl an die Oberfläche der flachen, gewalzten anfänglichen Schicht zu liefern. Dies bildet eine Oberfläche, welche Hochpunkte 102 und Tiefpunkte 104 auf der Mikroskala umfaßt. Die Titandioxidteilchen 18 werden anschließend als Schlamm zugefügt und füllen die Tiefpunkte 104. Die Tendenz zur Abblätterung infolge von Wärmekontraktionsspannung wird für diese Struktur 100 verringert. Wenn das für die Bildung einer Zwischenschicht in dem Filter von Fig. 1. beschriebene Verfahren verwendet wird, so findet die galvanische Abscheidung des intermetallischen Zinn-Nickels vorzugsweise an den Hochpunkten 102 der Schicht 14 aus Teilchen aus rostfreiem Stahl als an den Tiefpunkten 104 statt. Lücken in der Abdeckung durch die Keramikteilchen infolge von Herstellungsfehlern werden durch die Abscheidung, welche dazu neigt, die Lücken zu füllen, verbessert. Die Lücken können beispielsweise durch Hautteilchen oder Haare verursacht werden. Wenn der Abstand zwischen Hochpunkten zu groß ist, ist es möglich, daß einige Bereiche der Membran nicht effektiv gereinigt werden. Gute Reinigungsergebnisse werden bei isolierten Teilchen oder Teilchenanhäufungen, das heißt, bei Hochpunkten 102, vorgesehen bei einer Dichte von 50 bis 2500mm&supmin;², erreicht. Bei über 150mm&supmin;² befinden sich die Hochpunkte 102 ausreichend nah, so daß während der Reinigung wenige oder keine Bereiche der Membran nicht durch die H&sub2;-Bildung gereinigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein wäßriges Glanzgalvanisierelektrolyt, welches beispielsweise 30gl&supmin;¹ Kaliumstannat plus 30 ml/l konzentrierte Schwefelsäure enthält, verwendet werden, um eine gleichmäßigere galvanische Abscheidung zu bewirken. Der Konzentrationsgradient von Metallionen, welcher zu einem dendritischen Wachstum führt, wird durch dieses Verfahren verringert und auf diese Weise wird eine gleichmäßigere Abscheidung auf der Grenzfläche zwischen den Schichten 12, 14 erreicht.

Eine alternative Weise, um die gewünschte texturierte Oberfläche zu liefern, ist, die Sintermetallteilchen unter Verwendung eines Texturrolle zu walzen, bevor die Keramikteilchen zugefügt werden. Geeignete laserbeschriebene Walzen sind bekannt, welche eine Texturierung auf einer Mikrometerskala vornehmen können. Dies liefert eine sehr gute Steuerung der Texturierung, so daß zwei "Hochpunkte" nicht zu weit voneinander entfernt sind, was bei dem Schlammaufbringungsverfahren auftreten kann. Das Walzen kann ferner während des Sinterns stattfinden, um die Herstellungsdauer weiter zu verringern.

Die TiO&sub2;-Teilchen können durch Ti&sub1;O&sub1;-Teilchen ersetzt oder auf diese Verbindung reduziert werden. Ti&sub1;O&sub1; weist eine Leitfähigkeit von etwa 3000Ω&supmin;¹ auf, was nahe der von Metallen liegt. Dies hebt die Fläche der Wasserstoffbildung weg von der Grenzfläche zwischen der Keramikteilchen- und der Metallteilchenschicht und kann verwendet werden, um zu gewährleisten, daß der Wasserstoff zuerst die Stromaufwärtsflache der Membran erreicht. Ti&sub1;O&sub1;-Teilchen können durch Erwärmen auf 1200ºC in Wasserstoff reduziert werden. Um die Produktion zu verbessern kann das Endsintern des Filters in einer mit Wasserstoff angereicherten Atmosphäre stattfinden, so daß der Sintervorgang und der Reduktionsvorgang kombiniert werden.

Alternativ können sehr kleine Metallteilchen verwendet werden, um die Leitfähigkeit zu steigern, jedoch sind die einzigen Metalle, die mit hoher Wahrscheinlichkeit ausreichend chemisch stabil sind, die Edelmetalle Gold und Platin, welche sehr teuer sind.

Eine weitere Keramik mit höherer Leitfähigkeit, wie LaCr0,9Mg0,1O&sub3; kann verwendet werden (B. C. H. Steele; kendall et al. Proceedings of the Conference "Advanced Ceramics in Chemical Process Engineering" Imperial College London 19./20. Dezember 1988 pp 163-172, veröffentlicht vom Institute of Ceramics.


Anspruch[de]

1. Filter, umfassend eine erste Filterschicht (12) mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit und eine zweite Filterschicht (14) mit höherer elektrischer Leitfähigkeit stromabwärts davon, wobei die erste Schicht (12) eine kleinere Porengröße als die zweite Schicht (14) aufweist, und eine Zwischenschicht (24) zwischen der ersten und der zweiten Schicht, wobei die Zwischenschicht (24) eine höhere elektrische Leitfähigkeit als die erste Schicht (12) und einen Widerstand gegen eine Bewegung von elektrolytisch erzeugtem Gas dadurch hindurch aufweist, wenn der Filter von einer Flüssigkeit permeiert wird, welche hinsichtlich der Größe ähnlich der ersten Schicht (12) oder größer als die erste Schicht (12) ist, so daß ein derartiges Gas die Stromaufwärtsseite des Filters vor der Stromabwärtsseite erreicht.

2. Filter nach Anspruch 1, wobei die Zwischenschicht (24) eine Porosität aufweist, welche um 0,1% oder mehr niedriger als die Porosität der ersten Schicht ist.

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zwischenschicht (24) eine Porosität aufweist, welche 50% oder weniger der Porosität der ersten Schicht beträgt.

4. Filter nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Zwischenschicht (24) einen Kompositwerkstoff aus einem Material mit höherer elektrischer Leitfähigkeit und einem Material mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit umfaßt.

5. Filter nach Anspruch 4, wobei der Volumenanteil des Materials mit höherer elektrischer Leitfähigkeit in der Zwischenschicht (24) am höchsten neben der zweiten Schicht (14) ist.

6. Filter nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Material mit höherer elektrischer Leitfähigkeit der Zwischenschicht (24) das gleiche Material wie das der zweiten Schicht (14) ist.

7. Filter nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei das Material mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit der Zwischenschicht (24) das gleiche Material mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit wie das der ersten Schicht (12) ist.

8. Filter nach einem der Ansprüche 4 bis 1, wobei die Zwischenschicht (24) einen Kompositwerkstoff aus größeren Teilchen (16) und kleineren Teilchen (18) umfaßt.

9. Filter nach Anspruch 8, wobei die größeren Teilchen (16) aus einem Material mit höherer elektrischer Leitfähigkeit und die kleineren Teilchen (18) aus einem Material mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit bestehen.

10. Filter nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Teilchen mit höherer Leitfähigkeit (16) in der Form von isolierten Teilchen oder Anhäufungen von Teilchen in dem Bereich von 50 bis 2500 isolierten Teilchen und Anhäufungen pro Quadratmillimeter der Zwischenschicht in Entwurf vorhanden sind.

11. Filter nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Teilchen mit höherer Leitfähigkeit (16) in der Form von isolierten Teilchen oder Anhäufungen in dem Bereich von 100 bis 2500 isolierten Teilchen und Anhäufungen pro Quadratmillimeter der Zwischenschicht in Entwurf vorhanden sind.

12. Filter nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Teilchen mit höherer Leitfähigkeit (16) in der Form von isolierten Teilchen oder Anhäufungen in dem Bereich von 250 bis 2500 isolierten Teilchen und Anhäufungen pro Quadratmillimeter der Zwischenschicht in Entwurf vorhanden sind.

13. Filter nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Zwischenschicht (24) Teilchen in einer porösen Matrix umfaßt.

14. Filter nach Anspruch 13, wobei die Teilchen aus einem Material mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit bestehen und die Matrix aus einem Material mit höherer elektrischer Leitfähigkeit besteht.

15. Filter, umfassend eine erste Filterschicht (12) mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit und eine zweite Filterschicht (14) mit höherer elektrischer Leitfähigkeit stromabwärts davon, wobei die erste Filterschicht (12) eine kleinere Porengroße als die zweite Schicht (14) aufweist, wobei der Filter mit einer weiteren Schicht (22) stromabwärts der zweiten Schicht (14) aufgebaut ist und einen erhöhten Widerstand gegen eine Bewegung von elektrolytisch erzeugtem Gas dadurch hindurch aufweist, wenn der Filter von einer Flüssigkeit permeiert wird, so daß Gas zu der Stromaufwärtsseite des Filters vor der Stromaufwärtsseite gelangt.

16. Filter nach Anspruch 15, wobei die weitere Schicht (22) aus dem gleichen Material wie die erste Schicht (12) besteht.

17. Filter nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Porengröße der Schicht mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit (12) nicht mehr als 10 um beträgt.

18. Filter nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Porengröße der Schicht mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit (12) nicht mehr als 2,5 um beträgt.

19. Filter nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Porengröße der Schicht mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit (12) nicht mehr als 1,0 um beträgt.

20. Filter nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Porengröße der Schicht mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit (12) nicht mehr als 0,5 um beträgt.

21. Filter nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Porengröße der Schicht mit geringerer Leitfähigkeit (12) eine ausreichende Porengröße aufweist, um Bakterien auszufiltern.

22. Filter nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schicht (12) aus Keramik besteht.

23. Filter nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schicht (12) aus Titandioxid besteht.

24. Filter nach Anspruch 22, wobei die Keramik eine Keramik mit hoher elektrischer Leitfähigkeit ist.

25. Filter nach Anspruch 24, wobei die Keramik Ti&sub4;O&sub7; ist.

26. Filter nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Schicht (14) aus einem Material besteht, welches ein guter Leiter ist.

27. Filter nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Schicht (14) aus Metall besteht.

28. Filter nach Anspruch 27, wobei die zweite Schicht (14) aus rostfreiem Stahl besteht.

29. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 28, wobei der Unterschied der Leitfähigkeit zwischen den Schichten ausreichend klein ist, so daß sich die Fläche der elektrolytischen Gasentwicklung innerhalb der ersten Schicht (12) befindet.

30. Vorrichtung, umfassend ein Filter nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche und eine entgegengesetzte Elektrode (20, 30, 44, 110), um eine Elektrolyse mit dem Filter, welcher als eine weitere Elektrode dient, zu ermöglichen.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei die Vorrichtung ferner eine Pulseinrichtung (40) umfaßt, um eine gepulste Leistung an die Elektroden (30) zu liefern.

32. Vorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, wobei die Elektrode (30, 44) eine Platte bzw. ein Gitter umfaßt, welche bzw. welches parallel zu Filteroberfläche angeordnet wird.

33. Vorrichtung nach Anspruch 30, 31 oder 32, wobei die entgegengesetzte Elektrode (20, 30, 44, 110) derart angeordnet ist, daß eine Potentialdifferenz an Teile der Filter sequentiell angelegt wird.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei die Breite der entgegengesetzten Elektrode (20) im wesentlichen kleiner als die Filteroberfläche ist und die Vorrichtung ferner eine Einrichtung zum Bewegen der entgegengesetzten Elektrode (20) über die Filteroberfläche aufweist.

35. Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei die entgegengesetzte Elektrode (44, 110) eine flexible Lage und eine Einrichtung (114), welche die Lage derart betätigt, daß jedes Teil der Lage aufeinanderfolgend an die Filterfläche angenähert bzw. von der Filterfläche weggeführt wird, umfaßt.

36. Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei die Betätigungseinrichtung eine Einrichtung (114) zum Senden einer Welle über die Lage umfaßt.

37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 36, wobei die Filtervorrichtung eine Vielzahl von Filtermodulen (50) und eine Vielzahl von Elektrodenmodulen (52) umfaßt, wobei jedes Filtermodul (50) das Filter mit der Schicht (14) mit höherer Leitfähigkeit umfaßt, welche mit einer elektrischen Versorgung (40) verbunden ist, wobei jedes Elektrodenmodul (52) die entgegengesetzte Elektrode umfaßt, wobei jedes Modul durch einen Rahmen (54, 72) begrenzt ist, wobei die Filter- und Elektrodenmodule abwechselnd nebeneinander angeordnet und die Rahmen (54, 72) in einer im wesentlichen flüssigkeitsundurchlässigen Weise fest miteinander verbunden sind.

38. Vorrichtung nach Anspruch 37, wobei die Rahmen (54, 72) Außenabmessungen eines gemeinsamen Entwurfs aufweisen.

39. Vorrichtung nach Anspruch 37 oder 38, wobei jedes Elektrodenmodul (52) eine Vielzahl von Elektrodenplatten (30) umfaßt.

40. Vorrichtung nach Anspruch 39, wobei jede Elektrodenplatte eine Fläche von 250 bis 400 cm² aufweist.

41. Vorrichtung nach Anspruch 39 oder 40, wobei in jedem Elektrodenmodul (52) eine Vielzahl von Elektrodenplatten (30) in einer im wesentlichen koplanaren Weise angeordnet ist.

42. Vorrichtung nach einem Ansprüche 37 bis 41, wobei jedes Elektrodenmodul (52) mindestens ein Elektrodenelement (30) zu einer Seite des Rahmens (54) und mindestens ein Elektrodenelement (30) zu der entgegengesetzten Seite des Rahmens (54) umfaßt.

43. Vorrichtung nach Anspruch 42, wobei das Elektrodenelement bzw. die Elektrodenelemente (30) zu jeder Seite des Rahmens (54) durch ein Verbindungselement (61) zwischen den Elektrodenelementen (30) verbunden sind, wobei das Verbindungselement (61) mit einer elektrischen Versorgung (40) verbunden ist.

44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 43, wobei ein Leckpfad zwischen zwei Modulrahmen (54, 72) von innerhalb der Rahmen auf der Eingangsseite des Filters nach außerhalb der Rahmen vorgesehen ist.

45. Vorrichtung nach Anspruch 44, wobei der Leckpfad eine Vertiefung oder eine Mulde in mindestens einem der beiden nebeneinander liegenden Rahmen (54, 72) umfaßt.

46. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 45, wobei jedes Filtermodul (50) eine Filtermembran (10) umfaßt, welche jede offene Seite des Rahmens (72) bedeckt.

47. Vorrichtung nach Anspruch 46, wobei jede Filtermembran (10) an einer perforierten Stütze vorgesehen ist.

48. Vorrichtung nach Anspruch 47, wobei die perforierte Stütze (90) eine elektrische Leitfähigkeit aufweist.

49. Vorrichtung nach Anspruch 47 oder 48, wobei die perforierte Stütze (90) an einer zweiten Stütze (86) vorgesehen ist, welche weniger, größere Perforationen (88) definiert.

50. Vorrichtung nach Anspruch 49, wobei die zweite Stütze (86) eine elektrische Leitfähigkeit aufweist.

51. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 46 bis 50, wobei ein Federelement zwischen den Filtermembranen (10) vorgesehen ist.

52. Vorrichtung nach Anspruch 51, wobei das Federelement gewellt ist.

53. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 52, wobei die Module (50, 52) sich an einem Tötende befinden und in Reihe angeordnet sind, und das letzte Elektrodenmodul (52) in der Reihe weist ein Ventil auf, um ein kontinuierlichen bzw. intermittierendes Entleeren von angehäuftem festem Material zu ermöglichen

54. Verfahren zur Reinigung eines Filters unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 53, wobei das Verfahren ein Anlegen von Potential über die Elektroden (20, 30, 44, 110) umfaßt.

55. Verfahren nach Anspruch 54, wobei kein Rückdruck über die Membran während des Reinigens aufgebracht wird.

56. Verfahren zur Herstellung einer Filtermembran nach einem der Ansprüche 1 bis 29, wobei das Verfahren ein Aufbringen von Material auf eine Grenzfläche in einem Körper umfaßt, welcher eine erste Filterschicht (12) mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit und eine zweite Filterschicht (14) mit höherer elektrischer Leitfähigkeit umfaßt, wobei die Grenzfläche zwischen den Schichten definiert ist, wobei die erste Schicht (12) eine kleinere Porengröße als die zweite Schicht (14), wobei das Material eine höhere elektrische Leitfähigkeit als die erste Schicht (12) aufweist.

57. Verfahren nach Anspruch 56, wobei die Aufbringung durch eine galvanische Abscheidung, eine hydrometallurgische oder eine stromlose Abscheidung durchgeführt wird.

58. Verfahren nach Anspruch 56 oder 57, wobei die zweite Schicht (14) des Körpers eine Schicht von gepreßten Teilchen umfaßt, auf welche die erste Schicht (12) aufgebracht wird.

59. Verfahren nach Anspruch 56 oder 57, wobei der Körper eine zweite Schicht von gepreßten Teilchen umfaßt, wobei weitere ähnliche Teilchen an der Oberfläche befestigt sind, auf welche die erste Schicht anschließend aufgebracht wird.

60. Verfahren zur Herstellung einer Filtermembran nach Anspruch 1 bis 29, wobei das Verfahren ein Liefern einer zweiten Filterschicht (14), ein Texturieren der Oberfläche der Schicht (14) und ein Bilden einer ersten Filterschicht (12) auf der texturierten Oberfläche umfaßt.

61. Verfahren nach Anspruch 60, wobei die zweite Filterschicht (14) durch Anhäufen von Teilchen vorgesehen ist.

62. Verfahren nach Anspruch 60 oder 61, wobei die Oberfläche der zweiten Filterschicht (14) durch Walzen mit einer Texturrolle texturiert wird.







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