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セラミックフィルター - トヨノセラテック株式会社
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発明の名称 セラミックフィルター
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−263339
公開日 平成10年(1998)10月6日
出願番号 特願平9−68493
出願日 平成9年(1997)3月21日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】萩野 平 (外3名)
発明者 小川 純一 / 中山 正章 / 佐々木 章 / 巾嶋 正 / 荒井 隆男
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 耐熱無機繊維を無機バインダーで結合し、一端を封止した形状に成形してなる嵩密度0.15〜1.0g/cm3 の管状成形体中に、耐熱無機繊維ペーパーを装入したことを特徴とするセラミックフィルター。
【請求項2】 管状成形体および/または耐熱無機繊維ペーパーの耐熱無機繊維が、(A)40〜55重量%のSiO2 と45〜60重量%のAl2 3 からなる、もしくは(B)前記(A)に20重量%以下のZrO2 を含有してなる(但し、合計で100重量%を越えない)非晶質のセラミックファイバーであることを特徴とする請求項1記載のセラミックフィルター。
【請求項3】 耐熱無機繊維ペーパーが、所定ピッチで山折りと谷折りとを繰返して展開する側面を有する円筒状物であり、かつ前記側面の山折り線が管状成形体の内周壁に接触するように該管状成形体中に装入されることを特徴とする請求項1または2記載のセラミックフィルター。
【請求項4】 耐熱無機繊維ペーパーが、耐熱無機繊維を有機バインダーまたは無機バインダーで結合して形成されていることを特徴とする請求項1、2、3の何れか一項記載のセラミックフィルター。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス中、特に高温のガス中に含まれる粉塵を、高温の状態のまま濾過するためのセラミックフィルターに関するものである。
【0002】
【従来の技術】濾過効率の観点から、高温のガスを冷却しないで濾過できるフィルターの開発が試みられている。このフィルターは耐熱無機繊維の成形体により構成されるもので、例えば特開平3−65208号公報では、アルミナおよび/またはジルコンを含有した繊維とコロイドシリカ及び少なくとも一種の有機結合材、少なくとも一種の有機開膠質剤を含むスリップを成形した濾過カートリッジが開示されている。また、特開平4−114709号公報には、耐火セラミックファイバーを水性のスラリのセラミックバインダーとともに真空成形し、これを熱処理して得られた骨格部材をアルミナゲルで被覆し、高温で焼成するフィルタ要素の製造方法が記載されている。さらに、実開昭62−123219号公報には、シリカとアルミナ混合物を繊維化する際に発生する粒径44μm以上の粒状物を40重量%以上含み、残部がシリカ・アルミナ質の繊維状物と無機質と有機質の一種の補強材からなる耐熱フィルターが記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に挙げたフィルターは、捕集した粉塵により目詰りを生じやすく、早期に圧力損失が高くなり、通気路の確保が難しいものとなる。このため、フィルター1単位当たりの捕集量が少ない他、目詰り毎の再生操作(例えば、振動による振い落としや洗浄等)や、交換作業を頻繁に行わなければならない欠点があった。
【0004】本発明は、以上の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、1000℃程度までの高温ガス中における粉塵や固体物の濾過に好適であって、かつ捕集量が多く、圧力損失が小さく、捕集効率の高いセラミックフィルターを提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明の、耐熱無機繊維を無機バインダーで結合し、一端を封止した形状に成形してなる嵩密度0.15〜1.0g/cm3 の管状成形体中に、耐熱無機繊維ペーパーを装入したことを特徴とするセラミックフィルターにより達成される。上記セラミックフィルターにおいて、(1)管状成形体および/または耐熱無機繊維ペーパーの耐熱無機繊維が、(A)40〜55重量%のSiO2 と45〜60重量%のAl2 3 からなる、もしくは(B)前記(A)に20重量%以下のZrO2 を含有してなる(但し、合計で100重量%を越えない)非晶質のセラミックファイバーであること、(2)耐熱無機繊維ペーパーが、所定ピッチで山折りと谷折りとを繰返して展開する側面を有する円筒状物であり、かつ前記側面の山折り線が管状成形体の内周壁に接触するように該管状成形体中に装入されること、(3)耐熱無機繊維ペーパーが耐熱無機繊維を有機バインダーまたは無機バインダーで結合して形成されていることが好ましい。
【0006】本発明のセラミックフィルターにおいては、高温ガスは耐熱無機繊維ペーパーと接触またはこれを通過しつつ、管状成形体を通過するため、粉塵の捕集効率が高く、またフィルター全体としての圧力損失の増加が抑えられる。更に、耐熱無機繊維をSiO2 、Al2 3 及びZrO2 からなる非晶質のセラミックファイバーとすることにより、粉塵の捕集効率をより高めることができる。これは、Al2 3 はその表面電荷がプラスに帯電しやすく、一方SiO2及びZrO2 はマイナスに荷電し易いという特性を有するため、粉塵の荷電状態に係わらず粉塵を静電的に吸着でき、それにより捕集効率が高められるものと考えられる。また、耐熱無機繊維ペーパーが折畳板状の側面を有する円筒状物とし、かつその山折り線が管状成形体の内周壁に接触するように該管状成形体中に装入されることにより、耐熱無機繊維ペーパーの濾過面積が大きくなり捕集効率が高まるとともに、耐熱無機繊維ペーパーの管状成形体内での不要な動きが抑えられ、耐熱無機繊維ペーパーの保護とともに、圧力損失の増加を抑える。また、耐熱無機繊維ペーパーは、耐熱無機繊維を有機バインダーまたは無機バインダーで結合して形成されるが、有機バインダーは高温で消失するため、高温時に形状保持するために無機バインダーを添加することが好ましいが、高温ガスの風速が小さい場合、あるいは有機バインダーが耐えられる温度範囲のガスであれば、有機バインダーのみでも可能であり、ガス温度に応じた選択ができる。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図1に示すように、本発明のセラミックフィルター1は、一端が封止され、他端開口部周縁に図示しない濾過装置筺体に対する取付用のフランジ2aを形成した耐熱無機質繊維からなる管状成形体2と、この管状成形体2の内部に装入される耐熱無機繊維ペーパー3とから構成される。
【0008】管状成形体2を構成する耐熱無機繊維と、耐熱無機繊維ペーパー3を構成する耐熱無機繊維とは、それぞれ異なっていてもよいし、同一であってもよい。両者に共通して特に好ましい耐熱無機繊維は、(A)40〜55重量%のSiO2 と45〜60重量%のAl2 3 からなる、もしくは(B)前記(A)に20重量%以下のZrO2 を含有してなる(但し、合計で100重量%を越えない)非晶質のセラミックファイバーである。Al2 3 はその表面電荷がプラスに帯電しやすく、一方SiO2 及びZrO2 はマイナスに荷電し易いという特性を有するため、粉塵の荷電状態に係わらず粉塵を捕集できる。
【0009】管状成形体2の成形密度は、嵩密度0.15〜1.0g/cm3 が好適である。嵩密度が0.15g/cm3 未満では、強度が低く、濾過の際のガス圧に耐えるのが困難となる。その逆に嵩密度が1.0g/cm3 を超えると、繊維間の隙間(目開き)が小さ過ぎて圧力損失が大きくなるとともに、剛性が高くなる結果、熱膨張や前記濾過装置筺体との歪みに敏感になり、割れなどが発生しやすくなる。特に好ましい嵩密度は、0.2〜0.5g/cm3 の範囲である。この管状成形体2は、上記耐熱無機繊維を適当な無機バインダーと混合し、得られたスラリーを真空吸引成形した後、乾燥することにより得られる。
【0010】耐熱無機繊維ペーパー3は、上記の耐熱無機繊維に有機バインダーまたは無機バインダー、開膠剤、凝集剤等を加えた水溶性スラリーを抄造し、乾燥して紙状にする公知の抄造方法によって製造される。なお、使用するバインダーは、有機バインダーは高温で消失するため、高温時における形状保持性を確保するために無機バインダーの方が好ましいが、高温ガスの風速が小さい場合、あるいは温度が低い場合等では必ずしも無機バインダーを使用しなくとも良く、使用温度域などによって適宜選択できる。有機バインダーを使用することにより、例えばペーパーの強度が増し、加工が容易となる等の効果が得られる。そして抄造後、耐熱無機繊維ペーパー3は、図1に示すように、所定ピッチで山折り、谷折りを繰返してなる折畳板状物とされ、円筒状に丸められる。その時の円筒径は、図3に示すように、外周部の各山折り線が管状成形体2の内周壁に接触する程度の径に設定される。これにより、濾過面積の拡大とともに、耐熱無機繊維ペーパー3の管状成形体2内での不要な動きが抑えられ、耐熱無機繊維ペーパー3を保護する。また、この円筒状に加工された耐熱無機繊維ペーパー3は底部が開放されているため、セラミックフィルター全体としての圧力損失の上昇を招くことは殆ど無い。
【0011】本発明のセラミックフィルター1は、図2に示すように、上記管状成形体2内に耐熱無機繊維ペーパー3を装入して構成される。そして、図2の矢印に示す如く高温ガスを管状成形体2の開口部より流入させると、流入ガスの一部は耐熱無機繊維ペーパー3の内周面(管状成形体2の軸線側)と接触して、その一部はそのまま管状成形体2の封止側端部へと流下し、残部は耐熱無機繊維ペーパー3を通過して管状成形体2へと至る。また、流入ガスの残分は管状成形体2と耐熱無機繊維ペーパー3との空間に送られて耐熱無機繊維ペーパー3の外周面(管状成形体2の内周壁側)と接触して、その一部は管状成形体2の封止側端部へと流下し、管状成形体2を通過する。その間に高温ガス中に含まれる粉塵は、耐熱無機繊維ペーパー3あるいは管状成形体2を通過することによる通常の濾過作用に加えて、静電的吸着作用によっても捕集されるため、捕集効率が増加する。
【0012】以下、本発明のセラミックフィルターに関して実施例及び比較例を挙げて更に説明する。但し、本発明は実施例のみに限定されるものではない。
(実施例1)49重量%のAl2 3 及び51重量%のSiO2 からなる非晶質のセラミックファイバー(ニチアス(株)製「ファインレックス1300」)100重量部を、コロイダルシリカ(日産化学(株)製「スノーテックス40」)50重量部と少量のポリアクリルアミド系凝集剤とともに水中に分散し、真空吸引後乾燥して内径25mm、肉厚5mm、長さ900mmで、その一端が閉じた略図1に示す形状の管状成形体を作製した。この管状成形体の嵩密度は、0.24g/cm3 であった。また、上記「ファインレックス1300」100重量部、上記「スノーテックス40」10重量部、α化澱粉15重量部と少量のポリアクリルアミド系凝集剤を水中に分散し、抄造して厚さ0.3mmの耐熱無機繊維ペーパーを作製した。次いで抄造したペーパーを800mm幅に切断し、図1に示す如く10mmピッチで折り加工を施し、7山長さで切断し、両端解放の円筒とし、これを管状成形体に装入してセラミックフィルターを完成した。このセラミックフィルターは、2.4m3 /h・本の風量の時、2.5mmAqの圧力損失を示した。このセラミックフィルターにタルクの微粉を混入した空気を流通させ、タルク微粉の捕集量を測定したところ、圧力損失が32mmAqを示した時点で41gを捕集していた。また、ジオクチルフタレートを使用した捕集効率試験では、0.3μmの粒径で99.2%の高い捕集効率を示した。また、600〜700℃の温度で使用後もセラミックフィルターに曲りや割れなどの異常を生じなかった。
【0013】(比較例1)実施例1と同様に作製した管状成形体のみを実施例1と同様の測定方法によって試験した結果、2.4m3 /h・本の風量の時、2.5mmAqの圧力損失を示し、タルク混入試験では圧損32mmAqの時点での捕集量は9gであり、その捕集効率は98.2%であった。従って、実施例1では比較例1に比べ捕集効率が高く、耐熱無機繊維ペーパー装入による捕集効率向上を確認した。また、耐熱無機繊維ペーパーを挿入することによる圧力損失増加も認められなかった。
【0014】(実施例2)33重量%のAl2 3 、51重量%のSiO2 、16重量%のZrO2 の組成からなる非晶質のセラミックファイバー(ニチアス(株)製「ファインレックス1400」)100重量部と、上記「スノーテックス40」60重量部と少量のポリアクリルアミド系凝集剤を使用して実施例1と同様にして管状成形体を作製した。この管状成形体の嵩密度は、0.21g/cm3 であった。また、実施例1で抄造されたペーパーにアルミナゾル(日産化学(株)製「AS−520」)を重量比で80%含浸させ、乾燥した後10mmピッチで折り加工を施した7山長さの円筒状物を管状成形体に挿入してセラミックフィルターを完成した。このセラミックフィルターに実施例1と同様な試験を実施したところ、2.4m3 /h・本の風量の時、2mmAqの圧力損失を示し、圧損33mmAqの時点で45gの捕集量、捕集効率97.6%を示した。なお、実施例2で使用した「ファインレックス1400」は実施例1の「ファインレックス1300」よりも繊維が太く、長いため、圧力損失がより小さくなり、捕集効率も下がったものと見られる。
【0015】(比較例2)実施例2と同様に作製した管状成形体のみを実施例1と同様の測定方法によって試験した結果、2.4m3 /h・本の風量の時、2mmAqの圧力損失を示し、タルク混入試験では圧損33mmAqの時点での捕集量は11gであり、その捕集効率は97.2%であった。従って、実施例2においても比較例2に比べて捕集効率が高く、耐熱無機繊維ペーパーによる捕集効率向上を確認し、また圧力損失の増加も少ないことを確認した。
【0016】
【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発明によるセラミックフィルターにあっては、高温のガス中に含まれる粉塵の捕集効率が高く、捕集量が多くなり、しかも圧力損失も小さいものとなる。従って、本発明のセラミックフィルターでは、従来の高温用フィルターに比べて再生、交換などのメンテナンス周期が長くなり、それ故、産業用燃焼炉、焼却炉、自動車の排ガス等の高温用のフィルターとして好適となる。




 

 


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