JP2004522572A - フィルタエレメントおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、フィルタエレメントおよびその製造方法に関するものであり、このフィルタエレメントは、毛細管サクションドライヤで乾燥すべき材料を含む固形物から液体を除去するときに使用され、フィルタエレメントは、セラミック細孔層を含み、セラミック細孔層の穴の大きさは5μmより小さく、セラミック細孔層は、流れる液体のための複数の窪み領域を有するセラミック内層によって支持される。内層は、少なくとも１つの基板から作られ、基板は、少なくとも１つの窪み領域を連続的に囲み、セラミック内層は、少なくとも１つの実質的に連続した細孔表面層によって囲まれる。

Description

【詳細な説明】
【０００１】
本発明は、毛細管サクションドライヤで乾燥すべき材料を含む固形物から液体を除去するときに使用するセラミックフィルタエレメントに関するものであり、固形材料のろ過ケーキを、フィルタエレメントの少なくとも１つの面に得るために乾燥が行われる。
【０００２】
米国特許第4,981,589号は、とくに毛細管サクションドライヤ用フィルタ構造体と方法に関するものである。フィルタ構造体は、セラミック材の第１のろ過材層とセラミック材の第２のろ過材層を含み、第１のろ過材層は、流れる液体に対する第１の層であり、第２のろ過材層は第１の層に結合している。第１のろ過材層は、それ自体でろ過層として働き、第２のろ過材層は、構造体を支える層として働く。
【０００３】
米国特許第4,863,656号は、細孔板の製造方法と、この方法により得られるろ板に関するものである。この方法によると、鋳造混合物を石膏鋳型の内部に導入する。そのとき、硬い外皮が鋳型の内面に残るように、水分が鋳造混合物から石膏に吸収される。硬い外皮を、適切な厚さまで成長させ、その後、残った鋳造混合物を鋳型から排出する。硬い外皮の内面を乾燥した後、対向する硬い外皮の壁部分の間の内部空間に粒状材料を充填する。粒状材料は、硬い外皮の材料と同じ成分であることが好ましい。ろ板は、１対の対向する吸引壁を含み、吸引壁により、吸引壁の間に内部空間が形成される。内部空間を粒状の材料で充填する。
【０００４】
これらの米国特許第4,981,589号および第4,863,656号では、0.5〜2.0μmの間の大きさの穴がある細孔表面層と、ろ板の内部にある支持層とをセラミックろ板が有するように、セラミックろ板を製造する。支持層には窪み領域があり、窪み領域は、たとえば、ろ板の細孔面にろ過ケーキを形成する材料からろ過される液体の除去のためである。窪み領域は、一般に支持層の表面に形成され、ろ板の２つの対向する側面は、最終製造時に接着剤で貼りつける。したがって、２つの対向する側面からなるろ板は、この対向する側面の境界面が大変弱い。また、ろ板のその部分の特性は、ろ板の他の部分の特性とまったく異なる。
【０００５】
本発明の目的は、従来技術の欠点を解消し、毛細管サクションドライヤで乾燥すべき材料を含む固形物から液体を除去するときに使用するセラミックフィルタエレメントとその製造方法を実現し、このエレメントでは、所望の窪み領域を、接着段階は一切なしで製造する。本発明の本質的な特徴は、上記の特許請求の範囲に記載されている。
【０００６】
本発明によると、毛細管サクションドライヤで乾燥すべき材料を含む固形物から液体を除去するときに使用するセラミックフィルタエレメントは、細孔表面層を有し、この層では、穴の大きさは、5μmより小さく、好ましくは、0.2〜3.0μmの間である。この細孔表面層は少なくとも１つの基板によって支持される。基板には、細孔表面層から液体を除去する手段がある。したがって、基板は内部に少なくとも１つの窪み領域を有する。またフィルタエレメントには、フィルタエレメントの基板が毛細管サクションドライヤと機械的に接触する取付領域がある。フィルタエレメントの他のすべての領域では、基板は、少なくとも１つの実質的に連続した細孔表面層によって囲まれていることが好ましい。これは、セラミックフィルタエレメントは、毛細管サクションドライヤとの取付領域とは別の他の領域において実質的に連続したろ過面を有するということを意味する。
【０００７】
本発明のセラミックフィルタエレメントを製造するとき、内部の層は、少なくとも１つの基板から形成される。基板は、粉状のセラミック材料から、たとえばアルミナ、炭化ケイ素、チタニアなどから作ることが好ましい。また、基板は、金属または金属合金、重合体またはグラファイトから作ることができる。好ましい実施例では、セラミック材料は、結合媒体および液体と混合して、形成されるセラミック混合物が、後続の処理に適するようにする。セラミック混合物は最初、鋳型がセラミック混合物で部分的に満たされるように、鋳型に充填する。次に、少なくとも１つの所望の窪み領域用の中子を、鋳型内のセラミック混合物の表面に置く。最後にセラミック混合物の残りを鋳型に充填する。所望の窪み領域の形および数に応じて、セラミック混合物の鋳型への充填を、３回もしくはそれ以上の段階に分けることもできる。セラミック混合物の全量を鋳型内へ充填したのち、セラミック混合物をプレスして素地にする。プレス後、素地を、1150〜1550℃の温度範囲で焼結する。素地の焼結段階中に、窪み領域用の中子は、セラミック混合物の多孔構造のために、燃え尽きる。中子に代わって、基板は、中子の形の窪み領域を有する。
【０００８】
所望の窪み領域を有する基板の焼結段階後、基板を少なくとも１つの細孔層で被覆する。被覆工程は、基板を細孔層材料の浴槽に浸すことにより行うことが好ましい。被覆工程は、たとえば基板の表面にセラミック細孔層材料を噴霧またはテープ鋳造することによって行うこともできる。細孔層材料を金属または金属合金、重合体またはグラファイトから作ることもできる。被覆工程後、細孔層材料を有する基板を1150〜1550℃の温度範囲で焼結する。さらにセラミック細孔層が必要な場合、被覆工程と焼結工程をそれぞれ繰り返す。細孔層の抄結後、フィルタエレメントは実質的に一体構造で、階層構造を有する。このときフィルタエレメントは機械的な処理の用意ができている。これは、取付部材をフィルタエレメントに取付可能なように、前の形成段階で中子を用いて取付部材用穴を形成しなかった場合、必要ならばフィルタエレメントに穴を開けるということを意味する。フィルタエレメントのろ過面にろ過ケーキを形成する材料をろ過および乾燥するために、毛細管サクションドライヤにフィルタエレメントを取付部材または穴によって機械的に取り付けることができる。本発明のフィルタエレメントを製造するための窪み領域用中子は、その硬さを維持する有機もしくは無機材料とすることができる。この場合、基板を10〜150バール、好ましくは50〜80バールの圧力範囲でプレスし、燃焼後の灰の量は、中子の全重量の５重量％より少ない。中子は、たとえばミクロクリスタンワックス、シトロネラワックス、みつろう、もしくはパラフィン、木材、ヨシ、イグサなどの生物材料、プラスチックまたはグラファイトのような高分子材料が好ましい。窪み領域用中子は、これらの材料のうちの少なくとも２つの組合せとすることもできる。
【０００９】
窪み領域用中子は、セラミック混合物の焼結温度よりも充分低い温度で溶ける、昇華する、もしくは蒸発する材料とすることもできる。このような材料は、たとえば、氷、ドライアイス(CO₂)、低い融点を有する金属または金属合金である。
【００１０】
経済的な観点から、セラミックフィルタエレメントに本発明の製造方法を利用すると、従来技術と比べて、基板形成、焼結、細孔層塗布およびこれらの段階におけるすべての操作を含む厳しい製造労働時間を実質的に削減できる。焼結炉能力の利用もさらに効率的になる。さらに、フィルタエレメントの組立工程を削除できる。
【００１１】
技術的な観点から、本発明のフィルタエレメントの実質的に一体化されたセラミック構造は、従来の接着領域を有するサンドイッチ構造と比べて、構造がより硬い、耐熱性および耐薬品性がより高い、熱膨張に対する耐性がより強い、およびたとえば平面度および厚さの点で寸法公差がより優れているという利点を与える。さらに、製造工程に追加の自由度を与える。なぜならば、内部の窪み領域の変更は、費用のかかる工具の変更なしに容易に行えるからである。内部の窪み領域の変更は、注文に合った流れの特性、全体の大きさもしくは空げき率の最適化のために必要とされる。
【００１２】
本発明を添付図面にさらに詳細に示す。
【００１３】
図１において、フィルタエレメント内部の基板１に、乾燥すべき材料から除去する液体の流れのための窪み領域２が設けられている。乾燥すべき材料がフィルタエレメントを包んでいる。乾燥工程中にフィルタエレメントの表面にろ過ケーキが形成される。基板１は細孔層３で被覆されている。細孔層の穴サイズは0.2〜3μmの間であり、そのため、液体のみが細孔層３を通過して流れることが可能である。本発明の方法を使用すると、基板１と細孔層３は、これらの層の部品間に接着領域を設けることなく、一体化され、実質的に均一である。
【００１４】
図２は、セラミックフィルタエレメントの製造のための流れ図を示す。最初に、基板用セラミック混合物を形成する(11)。このセラミック混合物の一部を鋳型に充填し(12)、窪み領域用中子を加える(13)。さらにセラミック混合物を鋳型に充填する(14)。必要ならば、工程13および14を繰り返す。焼いていない基板をプレス処理(15)と焼結処理(16)する。中子は基板から燃え尽きる。次に、冷やした基板を、細孔セラミック材料に浸し(17)、さらに、基板と細孔層を一緒に焼結する(18)。さらに細孔層が必要ならば、工程17および18をそれぞれ繰り返す。その後、必要ならば、フィルタエレメントに取付領域を作るために、フィルタエレメントに穴を開ける(19)。これは、フィルタエレメントを毛細管サクションドライヤに取り付けるためである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の１つの好ましい実施例の切断側面図を示す。
【図２】図２は、本発明の製造方法の１つの好ましい実施例をフロー図で示す。

Claims (23)

1. 毛細管サクションドライヤで乾燥すべき材料を含む固形物から液体を除去するときに使用するフィルタエレメントにおいて、該フィルタエレメントは、セラミック細孔層を含み、該セラミック細孔層の穴の大きさは5μmより小さく、該セラミック細孔層は、流れる液体のための複数の窪み領域を有するセラミック内層によって支持され、該内層は、少なくとも１つの基板から作られ、該基板は、少なくとも１つの窪み領域を連続的に囲み、前記セラミック内層は、少なくとも１つの実質的に連続した細孔表面層によって囲まれることを特徴とするフィルタエレメント。
2. 請求項１に記載のフィルタエレメントにおいて、該フィルタエレメントに取付領域を設け、該領域において、該フィルタエレメントの基板は機械的に前記毛細管サクションドライヤと接触することを特徴とするフィルタエレメント。
3. 請求項１または２に記載のフィルタエレメントにおいて、前記取付領域は窪み領域によって形成されることを特徴とするフィルタエレメント。
4. 請求項１または２に記載のフィルタエレメントにおいて、前記取付領域は穴あけによって形成されることを特徴とするフィルタエレメント。
5. 毛細管サクションドライヤで乾燥すべき材料を含む固形物から液体を除去するときに使用するフィルタエレメント製造方法において、該フィルタエレメントは、セラミック細孔層を含み、該セラミック細孔層の穴の大きさは5μmより小さく、該セラミック細孔層は、液体が流れるための複数の窪み領域を有するセラミック内層によって支持され、該方法は少なくとも、
   1) 前記基板用セラミック混合物を鋳型に部分的に充填し、
   2) 少なくとも１つの窪み領域のための中子を前記セラミック混合物に加え、
   3) 前記基板用セラミック混合物の残りを前記鋳型に充填し、
   4) 前記セラミック混合物を前記中子と一緒にプレスし、
   5) 前記セラミック混合物を前記中子と一緒に、前記基板を形成するために1150〜1550℃の温度範囲で焼結し、
   6) 前記基板をセラミック細孔材料で被覆し、
   7) 該セラミック細孔材料で被覆された前記基板を、前記フィルタエレメントを形成するために1150〜1550℃の温度範囲で焼結する、
   工程を含むことを特徴とするフィルタエレメント製造方法。
6. 請求項５に記載の方法において、前記基板を細孔材料に浸すことにより、該基板を該細孔材料で被覆することを特徴とするフィルタエレメント製造方法。
7. 請求項５に記載の方法において、前記基板の表面に細孔材料を噴霧することにより、該基板を該細孔材料で被覆することを特徴とするフィルタエレメント製造方法。
8. 請求項５に記載の方法において、前記基板の表面に細孔材料をテープ鋳造することにより、該基板を該細孔材料で被覆することを特徴とするフィルタエレメント製造方法。
9. 請求項５に記載の方法において、前記窪み領域用中子はワックスであることを特徴とするフィルタエレメント製造方法。
10. 請求項９に記載の方法において、前記窪み領域用中子はパラフィンであることを特徴とするフィルタエレメント製造方法。
11. 請求項９に記載の方法において、前記窪み領域用中子はみつろうであることを特徴とするフィルタエレメント製造方法。
12. 請求項９に記載の方法において、前記窪み領域用中子はミクロクリスタンワックスであることを特徴とするフィルタエレメント製造方法。
13. 請求項９に記載の方法において、前記窪み領域用中子はシトロネラワックスであることを特徴とするフィルタエレメント製造方法。
14. 請求項５に記載の方法において、前記窪み領域用中子は生物材料であることを特徴とするフィルタエレメント製造方法。
15. 請求項14に記載の方法において、前記窪み領域用中子は木材であることを特徴とするフィルタエレメント製造方法。
16. 請求項14に記載の方法において、前記窪み領域用中子はイグサであることを特徴とするフィルタエレメント製造方法。
17. 請求項14に記載の方法において、前記窪み領域用中子はヨシであることを特徴とするフィルタエレメント製造方法。
18. 請求項５に記載の方法において、前記窪み領域用中子は高分子材料であることを特徴とするフィルタエレメント製造方法。
19. 請求項18に記載の方法において、前記窪み領域用中子はプラスチックであることを特徴とするフィルタエレメント製造方法。
20. 請求項20に記載の方法において、前記窪み領域用中子はグラファイトであることを特徴とするフィルタエレメント製造方法。
21. 請求項５に記載の方法において、前記窪み領域用中子は氷であることを特徴とするフィルタエレメント製造方法。
22. 請求項５に記載の方法において、前記窪み領域用中子はドライアイスであることを特徴とするフィルタエレメント製造方法。
23. 請求項５に記載の方法において、前記窪み領域用中子は少なくとも２つの材料の組合せであることを特徴とするフィルタエレメント製造方法。

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