Die Erfindung betrifft einen Filter zur Entfernung molekularer Verunreinigungen aus Gasen, umfassend ein Filtermedium, das einen Träger mit daran gebundenen Ionenaustauschergruppen sowie eine wässrige Grenzschicht umfasst, die die Ionenaustauschergruppen umschließt .

In vielen Bereichen der Industrie, beispielsweise in der Halbleiterindustrie, werden wesentliche Prozessschritte unter Reinraumbedingungen durchgeführt. Dabei ist es notwendig, große Mengen an Luft aus der Umgebung anzusaugen und gefiltert in die Reinräume zu leiten. Noch größere Luftmengen werden ständig aus den Reinräumen abgeführt, gefiltert und rezirkuliert. Neben Partikeln und anderen Verunreinigungen müssen bei der

Filtration auch molekulare Verunreinigungen (sog. „airborne molecular contamination" , AMC) aus der Luft entfernt werden. Molekulare Verunreinigungen können aus der Umgebung stammen, wie beispielsweise von Autoabgasen, industriellen Abgasen oder aus der Landwirtschaft. Sie können jedoch auch von den in den Reinräumen stattfindenden Produktionsprozessen selbst sowie von den dabei eingesetzten Chemikalien stammen. Typische molekulare Verunreinigungen, die aus der Reinraumluft oder auch aus Prozessabgasen entfernt werden müssen, sind Ammoniak (NH ₃ ) , Schwefeldioxid (SO ₂ ) , Salzsäure (HCl) oder Stickstoffoxide (NO _x ) .

Um diese molekularen Verunreinigungen aus der Luft oder aus

Prozessabgasen zu entfernen, werden unter anderem Ionenaustauscher-Luftfilter verwendet. Diese umfassen in der

Regel einen Träger mit daran gebundenen Ionenaustauschergruppen sowie eine wässrige Grenzschicht, die die

Ionenaustauschergruppen umschließt. Die

Ionenaustauschermoleküle sind mit dem einen Molekülende an das Trägermaterial gebunden, das andere, die Austauscherfunkion tragende Molekülende schwimmt in der wässrigen Grenzschicht. Der Träger ist ausreichend porös, um den Durchgang von Luft zu erlauben, beispielsweise ein Vlies. Die innere Oberfläche des Trägers in den Hohlräumen bzw. Poren weist Ionenaustauschergruppen auf. Entweder sind die Fasern des Vlieses mit einer Beschichtung versehen, die diese Ionenaustauschergruppen enthält oder die

Ionenaustauschergruppen sind direkt an die Fasern chemisch gebunden. Alternativ können die Ionenaustauschergruppen auch an kleine Partikel, beispielsweise Kügelchen, gebunden sein, die wiederum in das Vlies eingebettet sind. Im Gleichgewicht mit der in der Luft enthaltenen Feuchtigkeit bildet sich auf der Oberfläche des Trägers eine dünne wässrige Grenzschicht, die die Ionenaustauschergruppen umschließt. Derartige Ionenaustauscher-Luftfilter sind beispielsweise in WO99/00192A1 beschrieben.

Strömt Luft durch den Filter, so diffundieren die molekularen Verunreinigungen aus der Gasphase in die wässrige Grenzschicht und lösen sich darin. Die gelösten Moleküle stehen über Säure- Base-Reaktionen mit entsprechenden protonierten oder deprotonierten ionischen Spezies im Gleichgewicht. Diese wiederum werden in einer Salzbildungsreaktion ionisch an die Ionenaustauschergruppen gebunden. Die Ionenaustauschergruppen nehmen als korrespondierende Säure oder Base an dieser Reaktion teil. Bei Verwendung geeigneter, stark saurer bzw. stark basischer Ionenaustauscher und genügend großer Austauscherkapazitäten können diese Gleichgewichte sehr stark auf die Seite der an die Ionenaustauschergruppen gebundenen Ionen verschoben werden, sodass die Luft beim Passieren des Luftfilters weitestgehend von den störenden molekularen Verunreinigungen befreit wird.

Durch diese Salzbildungsreaktion wird die Kapazität des Ionenaustauscher-Luftfilters im Laufe der Zeit verbraucht, sodass die Effizienz des Luftfilters sinkt und die Konzentration der Verunreinigungen in der gefilterten Luft ansteigt. Da vermieden werden muss, dass die Konzentrationen bestimmter Verunreinigungen die dafür vorgegebenen Grenzwerte überschreiten, muss für einen rechtzeitigen Wechsel der

Luftfilter gesorgt werden. Um dies zu gewährleisten, wird in der Regel die Filtereffizienz laufend oder in vorgegebenen Intervallen überwacht.

So offenbart EP419747A2 eine Filtervorrichtung, die wenigstens zwei hintereinander geschaltete Luftfilter (z.B.

Aktivkohlefilter oder Molekularsiebe) umfasst. Im Raum zwischen dem ersten und zweiten Luftfilter wird die Konzentration einer Verunreinigung gemessen. Wird ein vordefinierter Grenzwert überschritten, so wird der erste Luftfilter gewechselt. Der zweite Luftfilter ist erforderlich, da unter Umständen die Überschreitung des Grenzwerts (z.B. bei einer diskontinuierlichen Konzentrationsmessung) nicht sofort bemerkt wird oder aber ein Filterwechsel nicht sofort erfolgen kann. In diesem Fall sorgt der zweite Luftfilter dafür, dass trotz der Sättigung des ersten Luftfilters keine unerlaubt hohen Mengen an Verunreinigungen die Filtervorrichtung passieren können. Die Konzentrationsmessung wird mittels kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeitender Detektoren durchgeführt. Als kontinuierlich arbeitender Detektor wird ein Detektor für brennbare Gase angegeben. Diskontinuierliche oder Einweg- Detektoren sind beispielsweise auf einer mit einem Farbumschlag verbundenen Reaktion basierende Teströhrchen.

Diese Filtervorrichtung weist erhebliche Nachteile auf:

Es werden immer mindestens zwei Luftfilter benötigt, die hintereinander geschaltet werden. Allein diese Tatsache erhöht bereits die Kosten. Die Reihenschaltung von mindestens zwei redundanten Filtern führt aber auch zu einem höheren Druckverlust beim Durchgang durch die Filter, der wiederum eine größere Klimaanlagenleistung erforderlich macht und damit höhere Energiekosten verursacht. Zudem erfordern redundante Filter mehr Einbauhöhe, die höhere Investitionen für die entsprechenden Produktionsgebäude zur Folge hat.

Außerdem sind die bekannten Detektoren nicht in der Lage, alle Substanzen zu detektieren, die von den Luftfiltern zurückgehalten werden können. Entweder ist für jede Substanz oder Substanzgruppe ein eigener Detektor nötig, wie im Fall der Teströhrchen, oder es können zumindest nur Substanzen mit bestimmten Eigenschaften von einem Detektor detektiert werden, z.B. brennbare Gase, wie in EP419747A2 angegeben. Somit müssen vorab alle möglichen Verunreinigungen bekannt sein, die in der zu filternden Luft enthalten sein und vom Filter zurückgehalten werden können. Selbst wenn dies der Fall ist, sind in der Regel mehrere Detektoren nötig, um diese möglichen Verunreinigungen zu überwachen. Eine derartige Kapazitätsüberwachung ist deshalb mit höheren Analysekosten und Investitionen verbunden. Eine umfassende Analyse bezüglich aller möglichen Verunreinigungen ist in der Regel nicht vor Ort verfügbar, sodass zudem mit längeren Antwortzeiten von externen Laboren zu rechnen ist.

Es stellte sich daher die Aufgabe, eine Überwachungsmöglichkeit für den Zustand von Luftfiltern bereitzustellen, die es unabhängig von der Art der in der Luft enthaltenen molekularen Verunreinigungen erlaubt, einen fälligen Filterwechsel frühzeitig zu erkennen, sodass auf redundante zusätzliche Luftfilter verzichtet werden kann, ohne das Risiko einer Grenzwertüberschreitung einzugehen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Filter zur Entfernung molekularer Verunreinigungen aus Gasen, umfassend ein Filtermedium, das einen Träger mit daran gebundenen Ionenaustauschergruppen sowie eine wässrige Grenzschicht umfasst, die die Ionenaustauschergruppen umschließt, gekennzeichnet durch wenigstens einen in das Filtermedium eingearbeiteten Sensor zur Bestimmung einer von der Filterbelegung abhängigen physikalischen Eigenschaft des Filtermediums.

Die Erfindung ist auf alle bekannten Ionenaustauscher- Luftfilter anwendbar, beispielsweise auf die in WO99/00192A1 beschriebenen. Die Luftfilter können entweder nur anionische oder nur kationische Ionenaustauschergruppen oder beide Arten von Ionenaustauschergruppen gemischt enthalten. Luftfilter mit kationischen Ionenaustauschergruppen sind zur Bindung von Anionen geeignet (= Anionenaustauscher) , die aus sauren molekularen Verunreinigungen entstehen, wenn sich diese in der wässrigen Grenzschicht lösen. Luftfilter mit anionischen lonenaustauschergruppen sind zur Bindung von Kationen geeignet (= Kationenaustauscher) , die aus basischen molekularen Verunreinigungen entstehen. Vorzugsweise sind die Gegenionen des unverbrauchten Luftfilters Protonen (im Fall eines Kationenaustauschers) oder Hydroxidionen (im Fall eines

Anionenaustauschers) . Sollen sowohl saure (z.B. SO ₂ , HCl, NO _x ) als auch basische Verunreinigungen (z.B. NH ₃ ) aus der Luft gefiltert werden, werden zumindest ein Anionenaustauscher- Luftfilter und ein Kationenaustauscher-Luftfilter hintereinandergeschaltet oder es wird ein gemischter Ionenaustauscher-Luftfilter verwendet. Die breitesten Anwendungsmöglichkeiten für die Erfindung bieten sich jedoch in reinen Kationen- oder Anionenaustauscher-Luftfiltern.

Erfindungsgemäß wird in das Filtermedium ein Sensor derart eingearbeitet, dass er in engem Kontakt zum Filtermedium und insbesondere zu der wässrigen Grenzschicht steht. Daher werden vorzugsweise sehr kleine, sog. Mikro- oder Nanosensoren verwendet. Um den Kontakt des Sensors mit der wässrigen Grenzschicht des Filtermediums zu verbessern, kann der Sensor mit einem wasseraufnahmefähigen Polymer beschichtet sein. Es können auch mehrere Sensoren in einen Luftfilter eingebaut werden.

Es werden Sensoren verwendet, die eine physikalische

Eigenschaft des Filtermediums messen, die von der verbleibenden Filterkapazität oder von der bereits verbrauchten Filterkapazität (anders ausgedrückt von der Belegung des Filters mit Verunreinigungen) abhängig ist. Im Folgenden wird nur noch von der Filterbelegung gesprochen. Solche

Eigenschaften sind beispielsweise die Impedanz (d.h. der komplexe Wechselstromwiderstand) des Filtermediums bei einer oder mehreren festgelegten Frequenzen oder der pH-Wert der wässrigen Grenzschicht. Es kann jedoch auch die Intensität oder Intensitätsänderung bei einer oder mehreren festgelegten

Frequenzen eines Resonanzspektrums, z.B. Infrarot- (IR) oder Kernresonanz-Spektrums („nuclear magnetic resonance", NMR), herangezogen werden. Intensitäten bei bestimmten Frequenzen eines NMR- oder IR-Spektrums können über die Änderung der Resonanzschwingungen der an den Träger vernetzten

Ionenaustauschermoleküle oder funktioneller Gruppen dieser Moleküle als Maß der stattgefundenen Salzbildungsreaktion genutzt werden. Durch die Bindung von Verunreinigungen an die Ionenaustauschergruppen (Salzbildung) werden diese physikalischen Eigenschaften der wässrigen Grenzschicht oder des Filtermediums insgesamt verändert, sodass man umgekehrt aus der Änderung dieser Eigenschaften den Grad der Filterbelegung ermitteln kann.

Vorzugsweise wird für jede Art von Ionenaustauscher- Luftfiltern, die erfindungsgemäß mit einem Sensor ausgestattet wird, einmal eine Kennkurve ermittelt, die den Zusammenhang zwischen der Filterbelegung und der zu messenden Eigenschaft wiedergibt. Die gesamte pro Flächeneinheit verfügbare Austauscherkapazität ist fertigungsbedingt gewissen Schwankungen unterworfen. Daher sollte die Kennkurve diese Fertigungstoleranzen der verfügbaren Austauscherkapazität pro Flächeneinheit berücksichtigen. In der Praxis bedeutet dies, dass die Kennkurve eine gewisse Breite aufweist. Die Kennkurve kann beispielsweise in einem Teststand durch Beaufschlagung des Filters mit einem Testgas bekannter Konzentration und Einwirkdauer und Errechnung des Filterwirkungsgrades anhand der nach dem Filter gemessenen Gaskonzentration erfolgen.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Figuren beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Flachfilterelement, das gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit Elektroden für eine Impedanzmessung ausgestattet ist.

Fig. 2 zeigt das Flachfilterelement aus Fig. 1 in der Draufsicht .

Fig. 3 zeigt einen Teilschnitt durch ein Flachfilterelement, das gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit einem pH-Sensor ausgestattet ist.

Fig. 4 zeigt ein mit drei pH-Sensoren ausgestattetes Flachfilterelement in der Draufsicht.

Fig. 5 gibt eine typische Kennkurve für eine auf der Messung einer komplexen Leitfähigkeit basierende Überwachung der Filterbelegung wieder.

Fig. 6 gibt eine typische Kennkurve für eine auf einer pH- Messung basierende Überwachung der Filterbelegung wieder.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die physikalische Eigenschaft des Filtermediums, die zur Bestimmung der Filterbelegung gemessen wird, dessen Impedanz oder eine davon abgeleitete Größe wie die komplexe Leitfähigkeit oder die komplexe Dielektrizitätszahl bei einer oder mehreren festgelegten Frequenzen. Es kann jeweils der Real- oder der Imaginärteil der komplexen Größe oder beide herangezogen werden. Die in der wässrigen Grenzschicht befindlichen Ionenaustauschermoleküle wirken als leitendes Dielektrikum. Die Impedanz ist ein Maß für die transportierte Ladung in Abhängigkeit von der angelegten Frequenz. So zeigen z.B. die Protonen eines in protonierter Form vorliegenden

Kationenaustauschers im Sinne des Sprung-Relaxations-Modells ein anderes Sprungverhalten und erfahren eine andere rücktreibende Kraft als die durch Salzbildung bereits belegten Ionenaustauschermoleküle. Daher kann durch die Bestimmung der Impedanz bei einer oder mehreren Frequenzen die Filterbelegung ermittelt werden.

Die Wahl der Frequenzen und der geeigneten Komponente der Impedanz (Realteil, Imaginärteil oder beide) ist abhängig vom verwendeten Austauschermaterial und wird durch eine Analyse des Impedanzspektrums im gesamten zur Verfügung stehenden Frequenzbereich bestimmt. Vorzugsweise werden ein oder mehrere Frequenzen im Bereich oberhalb des Gleichstromplateaus (d.h. im Frequenzbereich der Dispersion) gewählt. Die Bestimmung im Frequenzbereich oberhalb des Gleichstromplateaus ist vorteilhaft, um einfache Anschlüsse zu verwirklichen, da die Selbstinduktivität der Sensoranschlüsse verringert ist. Dadurch wird die Verwendung auch längerer abgeschirmter Messleitungen zum Festanschluss von Sensoren in mehreren Filtern an einem Analysator zur permanenten oder zyklischen Datenabfrage erleichtert .

In einer Variante der ersten Ausführungsform kann das Sprungverhalten bei höheren Frequenzen unterhalb des Hochfrequenzbereiches in Relation zum Sprungverhalten bei niedrigerer Anregungsfrequenz als Kontrollgröße für die Detektorintegrität oder als Maß für die Gesamtheit der Ionenaustauschermoleküle dienen. Bei höheren Frequenzen wird nämlich die komplexe Leitfähigkeit zunehmend durch alle Sprungvorgänge verursacht, und nicht durch erfolgreiche

Sprünge, mit anderen Worten durch alle Ionenaustauschergruppen, unabhängig davon ob sie noch in protonierter oder bereits in salzgebundener Form vorliegen.

Ob der Real- oder Imaginärteil als Messgröße herangezogen wird, kann davon abhängig gemacht werden, welche der beiden Komponenten bei den Frequenzen, die mit der zur Verfügung stehenden Messvorrichtung zugänglich sind, bei der Salzbildungsreaktion einer größeren Änderung unterworfen ist.

Sind die Gegenionen der Ionenaustauschergruppen im Fall eines Kationenaustauschers Protonen bzw. im Fall eines Anionenaustauschers Hydroxidionen, so wird die Impedanz wie oben beschrieben im Wesentlichen durch die Menge der noch an die Ionenaustauschergruppen gebundenen Protonen- bzw.

Hydroxidionen bestimmt. Daher ist es für die Bestimmung der verbleibenden Kapazität unerheblich, gegen welche Ionen die Protonen bzw. Hydroxidionen ausgetauscht wurden, d.h. welcher Art die aus der Luft gefilterten Verunreinigungen sind.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen ein Flachfilterelement, das mit Elektroden 21 zur Impedanzmessung ausgestattet ist. Es umfasst einen Filterrahmen 11, der das Filtermedium 12 mechanisch stabilisiert. Der Pfeil mit dem Bezugszeichen 13 symbolisiert die durch den Filter gerichtete Luftströmung. Die Erfindung kann jedoch auch auf anders aufgebaute Luftfilter, wie beispielsweise gefaltete Filter, Taschenfilter, Filterpatronen oder Kombinationen von Ionenaustauscherfiltern mit beispielsweise Partikelfiltern in einem Filterrahmen oder als Filterstapel angewandt werden. Sie kann selbstverständlich auch auf eine Kombination eines Anionen- und eines Kationenaustauscher-Luftfilters oder jeweils mehrerer davon angewandt werden.

In das Filtermedium 12 sind zwei Elektroden 21 integriert, die mit geeigneten Anschlüssen 22 (beispielsweise Stecker oder Buchsen, z.B. BNC-Buchsen) verbunden sind, um sie mit einem entsprechenden Messgerät oder Analysator zu verbinden. Es ist auch denkbar, mehrere Paare von Elektroden einzubauen, deren Messwerte beispielsweise anschließend gemittelt werden.

Als Elektroden 21 können beispielsweise zwei Silberdrähte verwendet werden, die in das Filtermedium, beispielsweise in ein Filtervlies, eingewoben sind. Die Elektroden sind vorzugsweise über die ganze Breite des Filters eingearbeitet und in Richtung des Luftstroms 13 diagonal versetzt. Auf diese Weise wird selbst bei Verwendung nur eines Elektrodenpaares eine gewisse statistische Mittelung der aufgrund der Fertigungstoleranzen möglicherweise lokal unterschiedlichen Werte der Impedanz erzielt. Bei Aufprägung einer Frequenz wird die Impedanz der von den Elektroden umschlossenen Filterfläche ermittelt .

Die Impedanz eines Dielektrikums ist eine temperaturabhängige Größe. Falls der Ionenaustauscher-Luftfilter größeren

Temperaturschwankungen unterworfen ist, ist es daher bevorzugt, die aktuelle Temperatur mittels eines Temperatursensors 23 (beispielsweise ein Thermoelement) zu messen. Auf diese Weise kann die Temperaturabhängigkeit der Impedanz kompensiert bzw. die für die gemessene Filtertemperatur korrekte Kennkurve der Kapazitätsbestimmung zu Grunde gelegt werden.

Fig. 5 zeigt ein typisches Beispiel für die Abhängigkeit des Real- oder Imaginärteils der komplexen Leitfähigkeit σ bei einer festgelegten Frequenz ω _D von der verbleibenden Filterkapazität C _r . Aufgrund des monoton fallenden Verlaufs der Kennkurve besteht ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der verbleibenden Filterkapazität und der komplexen Leitfähigkeit. Ist beispielsweise festgelegt, dass der Filter bei einer bestimmten verbleibenden Filterkapazität gewechselt werden muss, so kann durch die Kennkurve eine entsprechende Älarmgrenze σ _a für den Messwert der komplexen Leitfähigkeit ermittelt werden. Wird diese Grenze erreicht, so muss der Filter gewechselt werden.

Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die physikalische Eigenschaft des Filtermediums, die zur Bestimmung der verbleibenden Filterkapazität gemessen wird, dessen pH-Wert, genauer gesagt der pH-Wert der wässrigen Grenzschicht, die die Ionenaustauscher-Gruppen bedeckt.

Fig. 3 und Fig. 4 zeigen ein Flachfilterelement ähnlich dem in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Flachfilterelement, das jedoch mit pH-Sensoren 31 ausgestattet ist. Es können ein oder mehrere Sensoren in das Filtermedium 12 integriert sein. Es muss dafür gesorgt werden, dass die Sensoren einen ausreichenden Kontakt mit der wässrigen Grenzschicht des Filtermediums haben, damit die Diffusion der Protonen bzw. der nötige elektrische Kontakt gewährleistet ist. Die pH-Sensoren 31 sind mit geeigneten Anschlüssen 32 (beispielsweise Steckern oder Buchsen) verbunden, um sie mit einem entsprechenden Analysator zu verbinden. Fig. 4 zeigt eine mögliche, für die Filterfläche repräsentative Anordnung von drei pH-Sensoren 31, deren Messwerte beispielsweise anschließend gemittelt werden können. Es sind jedoch auch andere Anzahlen und Anordnungen von

Sensoren denkbar. Der Analysator vergleicht anschließend das (ggf. elektronisch gemittelte) Spannungssignal der pH-Messung mit der vorher bestimmten pH-Kennkurve des entsprechenden Ionenaustauscher-Materials . Vorzugsweise werden zur pH-Messung Mikrosensoren verwendet, beispielweise auf CMOS-Technologie basierende pH-ISFET-Sensoren („ion sensitive field effect transistor") , wie sie beispielsweise in WO2006/128804A1 beschrieben sind. Ein weiteres Messprinzip für die pH-Messung, das sich zur

Integration in Ionenaustauscher-Luftfilter eignet, beruht auf der Anwendung eines sich abhängig vom pH-Wert ausdehnenden Polymers, das in Diffusionskontakt mit der wässrigen Grenzschicht des Filtermediums steht. Durch Diffusion der Protonen von der wässrigen Grenzschicht zu dem pH-sensitiven Polymer und pH-abhängige Ausdehnung dieses Polymers wird über eine Mikrowaage (z.B. ein Piezoelement ) ein pH-abhängiges Spannungssignal im Millivolt-Bereich an den nachgeschalteten Analysator gegeben. Das pH-sensitive Polymer kann beispielsweise ein Hydrogel sein. Solche Sensoren sind beispielsweise in A. Richter et al., „Review on Hydrogel-based pH Sensors and Microsensors", Sensors 2008, 8, 561-581 beschrieben.

Sowohl die ISFET-Sensoren als auch die auf einem pH-sensitiven Polymer basierenden Sensoren können so modifiziert werden, dass sie an ihrer Oberfläche Ionenaustauschergruppen aufweisen, und zwar in einer Art und Dichte, die derjenigen des Ionenaustauscher-Luftfilters selbst entspricht. Bei dieser Ausführungsform ist kein oder nur minimaler Diffusionskontakt mit der wässrigen Grenzschicht des Ionenaustauscher-Luftfilters erforderlich. Ein so aufgebauter Sensor ist, ein oder mehrfach in den Filter integriert, repräsentativ für die Filterbelegung des gesamten Filters.

Fig. 6 zeigt ein typisches Beispiel für die Abhängigkeit des pH-Werts von der verbleibenden Filterkapazität C _r eines Kationenaustauschers. Im Fall eines Anionenaustauschers würde die Kennkurve nicht ansteigen, sondern abfallen. Durch die fortlaufende Salzbildung, die dem durchströmenden Gas die Verunreinigungen entzieht, verringert sich die Anzahl freier, saurer oder basischer Ionenaustauschergruppen. Dadurch verändert sich der pH-Wert. Aufgrund des monoton steigenden oder fallenden Verlaufs der Kennkurve besteht ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Filterbelegung und dem pH-Wert. Ist beispielsweise festgelegt, dass der Filter bei einer bestimmten verbleibenden Filterkapazität C _r gewechselt werden muss, so kann durch die Kennkurve eine entsprechende Alarmgrenze pH _a für den pH-Messwert ermittelt werden. Wird diese Grenze erreicht, so muss der Filter gewechselt werden.

Die erfindungsgemäßen Luftfilter können wie folgt eingesetzt werden:

Vorzugsweise ist der Sensor des Luftfilters permanent mit einem geeigneten Messgerät verbunden, das entweder permanent oder in festgelegten Intervallen einen Messwert ermittelt und ggf. an eine geeignete Auswertungseinheit, beispielsweise einen Computer oder Analysator, übermittelt. Die Auswertungseinheit rechnet das Messsignal vorzugsweise mittels der für den betreffenden Filter gespeicherten Kennkurve in einen Wert für die Filterbelegung um. Vorzugsweise wird ein Grenzwert für die Filterbelegung definiert, bei dessen Über- bzw. Unterschreitung ein Filterwechsel zu erfolgen hat. Beispielsweise kann die Auswertungseinheit so programmiert sein, dass sie bei Erreichen des Grenzwerts eine entsprechende Meldung erzeugt.

Es besteht außerdem die Möglichkeit, den zeitlichen Verlauf der Filterbelegung für eine Vorhersage der noch verbleibenden Nutzungsdauer und damit für eine mittelfristige Planung der anstehenden Filterwechsel zu verwenden. So können beispielsweise in naher Zukunft fällige Filterwechsel mit ohnehin aus anderen Gründen stattfindenden Produktionsabstellungen zusammengelegt werden, um zusätzliche Ausfallzeiten zu vermeiden. In einer weiteren Anwendung der Erfindung wird ein mittlerer zeitlicher Verlauf der Filterbelegung mit einer statistischen Schwankungsbreite ermittelt. Verlässt die erfindungsgemäß zu einem gewissen Zeitpunkt bestimmte Filterbelegung diese

Schwankungsbreite, so ist dies ein Hinweis auf einen nicht normalen Filterbetrieb, z.B. durch unbekannte oder unerwartet hohe Immissionen mit molekularen Kontaminationen. Diese Anwendung ist auch bei gemischten Kationen- und Anionenaustauscher-Luftfiltern möglich.

Werden mehrere gleichartige Luftfilter in paralleler Schaltung zur Filterung eines Luftstroms verwendet, so kann es ausreichen, einen einzigen Luftfilter erfindungsgemäß mit einem Sensor für die Filterbelegung auszurüsten. Dies ist der Fall, wenn die Luftfilter immer gleichzeitig ersetzt und beim Betrieb von einer identischen Menge der gleichen zu filternden Luft durchströmt werden, sodass die Kapazität aller Luftfilter gleichmäßig verbraucht wird. In diesem Fall kann die Bestimmung der Filterbelegung eines einzigen der mehreren Filter stellvertretend für alle betreffenden Filter stehen.

Der erfindungsgemäße Luftfilter hat gegenüber dem Stand der Technik mehrere wesentliche Vorteile:

Erfindungsgemäß wird die Filterbelegung direkt aus einer physikalischen Eigenschaft des Filtermediums bestimmt und nicht aus einer Konzentration einer bestimmten Verunreinigung oder einer Gruppe von Verunreinigungen, die den Filter passiert hat. Daher ist die Bestimmung unabhängig von der Art der

Verunreinigungen, insbesondere, wenn reine Kationen- oder Anionenaustauscher-Luftfilter mit Protonen bzw. Hydroxidionen als Gegenionen eingesetzt werden. Sie bezieht sich prinzipiell auf alle Verunreinigungen, die von dem Luftfilter gebunden werden können. Dieser Vorteil wird insbesondere dann erzielt, wenn die gemessene physikalische Eigenschaft im Wesentlichen durch die Konzentration der noch vorhandenen Protonen bzw. Hydroxidionen als Gegenionen der Ionenaustauschergruppen bestimmt wird, wie es bei den beschriebenen Messgrößen der Fall ist. Dagegen müssen bei der Überwachung gemäß dem Stand der

Technik eine oder mehrere Verunreinigungen oder eine Gruppe von Verunreinigungen (z.B. brennbare Gase) für die Detektion ausgewählt werden, da die Detektoren spezifisch darauf reagieren. Bei Benutzung des erfindungsgemäßen Luftfilters kann es daher auch nicht passieren, dass eine nicht überwachte

Verunreinigung unbemerkt zu einem vollständigen Verbrauch der Filterkapazität führt. Dies ist besonders bei unerwarteten Ereignissen relevant, die zu einer erhöhten Kontamination der zu filternden Luft oder zum Auftreten von üblicherweise nicht enthaltenen Verunreinigungen führen. Nach derartigen

Ereignissen ist erfindungsgemäß immer noch die laufende Überwachung ausreichend, während gemäß dem Stand der Technik zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden müssen, um beispielsweise zusätzliche Substanzen zu überwachen. Insgesamt kann mit der vorliegenden Erfindung ein plötzliches und unerwartetes Durchbrechen des Filters zuverlässig vermieden werden.

Aufgrund der Möglichkeit, eine laufende Überwachung durchzuführen und so die Entwicklung der verbleibenden

Filterkapazität zu verfolgen, kann auch die bis zum fälligen Filterwechsel verbleibende Zeit vorhergesagt werden. Dies ermöglicht eine bessere Planbarkeit der Filterwechsel. Ggf. kann, wie oben beschrieben, ein für die nächste Zeit anstehender Filterwechsel auch zeitlich mit einer aus anderen Gründen erforderlichen Abstellung der betreffenden Produktionsanlagen zusammengelegt werden, was die Anlagenstillstandszeiten verringert und die Wirtschaftlichkeit der betreffenden Produktion erhöht. Bei weitgehend gleichbleibender Belastung der zu filternden Luft mit Verunreinigungen kann aufgrund der laufenden Überwachung mit dem Filterwechsel bis kurz vor dem Erreichen der Filter- Sättigung gewartet werden, sodass Filter seltener gewechselt werden müssen. Aufgrund der verbesserten Übersicht über fällige Filterwechsel kann der Lagerbestand an Ersatzfiltern reduziert werden. Außerdem kann generell auf redundante, nachgeschaltete Filter verzichtet werden. Beides führt zu einem weiteren Kostenvorteil .

Durch Beobachtung der Abweichung des zeitlichen Verlaufs der Filterbelegung von einem zuvor ermittelten typischen Verlauf (mit statistischer Schwankungsbreite) können nicht normale Filterbetriebszustände und somit unerwartete Ereignisse oder Störungen in der Produktion, die zu erhöhten Konzentrationen an Verunreinigungen führen, festgestellt werden.

Die erfindungsgemäßen Luftfilter können überall dort zum Einsatz kommen, wo Ionenaustauscher-Luftfilter verwendet werden können, beispielsweise zur Filterung von Reinraumluft, z.B. in der Halbleiterindustrie oder pharmazeutischen Industrie.