JP2006263707A - ガス濾過装置 - Google Patents

Abstract

【課題】集塵効率を維持することができるガス濾過装置を提供する。
【解決手段】ガス濾過装置は、炭素繊維が排出される炭素繊維排出口１０が形成され炭素繊維を含むガスが導入される濾過室２０と、濾過室２０内に一端において懸架され、ガス中の炭素繊維を捕集しガスの清浄化を行う可撓性の筒状濾布２２と、濾過室２０の上部に筒状濾布２２を介して連接され、清浄化されたガスの流通を許容する清浄ガス通路３０と、を有している。そして、筒状濾布２２には、他端に設置される底板２３と、筒状濾布２２の軸方向に所定間隔を設けて固設されるリング状の保持部材２４と、底板２３を筒状濾布２２の軸方向に駆動させる駆動機構４０と、が設置されているので、筒状濾布２２は蛇腹状に伸縮自在となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス濾過装置に係り、特に、濾布によって捕集された炭素繊維を剥離するための新たな技術に関するものである。

炭素繊維は良く知られた繊維状の炭素であるが、近年微細炭素繊維が注目されている。微細炭素繊維は、繊維径によっていくつかの種類があり、気相法炭素繊維、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブなどと呼ばれている。なかでも、カーボンナノチューブは、最も微細な、繊維径が１００ｎｍ以下のもので、その特異な物性から、ナノ電子材料、複合材料、燃料電池などの触媒担持、ガス吸収などの広い応用が期待されている。

上記した微細炭素繊維は、その生成過程において、水素ガスや窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを用いることがあるが、これらのガスと副生する水素及び炭化水素ガスをリサイクルガスとして用いる場合、排ガスとして処理する場合等において同伴される微細炭素繊維を除去する工程は、生成される微細炭素繊維の収率の向上およびガスの清浄化を図る上で必要不可欠な工程となる。

従来から、ガス中に含まれる塵芥等を除去して清浄化を行う装置として、ガス濾過装置が知られており、このガス濾過装置には、除去対象となる塵芥等の粒径や使用環境などによって様々な形式のものが採用されている（例えば、下記特許文献１，２参照）。一般的な塵芥等の除去は、装置内に設置された濾布によって塵芥等を捕集し、捕集された塵芥等を払い落とすことによって行われている。

また、濾布によって捕集された塵芥等を払い落とす方式としては、例えば、シェーキング式、逆洗式、パルスジェット式と呼ばれるものが存在している。

シェーキング式は、濾布を激しく揺すって塵芥等を払い落とす方式であり、最も強い払い落としが可能な方法とされている。しかし、シェーキング式は内面濾過が一般的であり、付着ダストが強い粘着性をもって絡み合い、且つ極めて小さい嵩比重である場合、濾布内面からの払い落としは困難である。

また、逆洗式は、濾過時とは反対のガスの流れを作り出すことによって濾布を変形させ、濾布表面に付着した塵芥等を剥離させ払い落とす方式であり、剥離性の良い濾布とダストが要求され、逆洗を行う為の、濾過系統の切替、逆洗ファン設備等多くの付帯機器を必要とする。

なお、パルスジェット式は、高圧のエアー等を噴射させ濾布を膨らます様に高速変形させて、付着ダストを剥離する方式で比較的強い払い落としが可能な方法である。一般的には濾過状態でパルスを打って払い落としを行うが、対象ダストの嵩比重が小さく再飛散を生じる場合にはガス流れを止めて払い落としを行わなければならない。

特開平６−１１４２２２号公報（図１，図３） 特開平９−２４８４１３号公報（図１）

しかしながら、微細炭素繊維の製造装置では生成する微細炭素繊維に２〜１０％のＶＭ（タール分）を含み非常に強い付着力をもって繊維同士が相互に絡み合い、且つ極めて軽い嵩比重から従来の何れの方式を用いても払い落とすことは困難であった。

また、濾過ガスを循環使用するシステムでは特殊なガスを使用している場合、微細炭素繊維の製造装置等におけるそれは水素ガスを主成分とし、パルスジェット方式によればパルスジェットは水素ガスが要求されるが、それは設備上の難しさに加えて水素の質量では払い落としが困難である。

なお、微細炭素繊維の生成部における条件を成立させるためには、圧力変動は極めて小さく押さえる必要があり、従来の方法では払い落とし時に生じる濾過室の切替、パルスジェットによる圧力変動により適用が困難であった。

本発明は、上記課題に鑑みて成されたものであって、高い付着力をもって濾布に付着する微細炭素繊維を確実に剥離することができ、また、濾過時にガスやエアーの噴射等によって生ずる圧力変動を極力小さくすることができるガス濾過装置を提供するものである。

本発明に係るガス濾過装置は、炭素繊維が排出される開放端が形成され炭素繊維を含むガスが導入される濾過室と、前記濾過室内に一端において懸架され、ガス中の炭素繊維を捕集しガスの清浄化を行う可撓性の筒状濾布と、前記筒状濾布の軸方向に所定間隔を設けて固設されるリング状の保持部材と、前記筒状濾布の他端に設置される底板と、前記底板を前記筒状濾布の軸方向に駆動させる駆動機構と、前記濾過室に前記筒状濾布を介して連接され、清浄化されたガスの流通を許容する清浄ガス通路とを有することを特徴とする。

また、前記駆動機構は、前記筒状濾布の軸方向に挿通され前記底板と接続される駆動軸と、前記駆動軸を前記筒状濾布の軸方向に駆動させるシリンダとを含むこととすることができる。

また、筒状濾布が複数並設され、複数の筒状濾布に配設される駆動機構は、複数の筒状濾布の軸方向における略中央を基準位置としたとき、一の基準位置と対向する基準位置とが筒状濾布の軸方向において変化するように筒状濾布を駆動させることが好適である。

さらに、前記濾過室における前記清浄ガス通路との接続部近傍に、炭素繊維を含むガスを導入する導入ダクトが設置されていることが好適である。

そして、これらのガス濾過装置において、前記筒状濾布は、オーステナイト系ステンレス鋼の繊維からなると好適である。

なお、上記発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。

本発明によれば、濾布によって捕集された塵芥が、例えば、微細炭素繊維のような付着力が非常に高い物質であっても、確実に濾布表面から剥離させることができる。また、濾過時に生ずる圧力変動を極力小さくすることができる。

さらに、濾布をオーステナイト系ステンレス鋼の繊維で形成すると、濾布の耐熱性、耐蝕性の優れたガス濾過装置を得ることができる。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下で説明する各実施形態では、本発明に係るガス濾過装置が微細炭素繊維の製造プラントで用いられる場合を例示して説明する。微細炭素繊維の製造プラントにおいて濾過工程が必要なガスとしては水素ガス、窒素ガス、アルゴンガス、及び生成過程において副生する炭化水素ガス等が挙げられるが、本実施形態は、水素ガスを想定したものであり、かかるガス中に含まれる塵芥等には、タール分を含み相互に絡み合って付着力が非常に高くなる微細炭素繊維を含むものである。ただし、以下の各実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、各実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係るガス濾過装置の全体構成を説明するための概略図である。また、図２Ａ及び図２Ｂは、本実施形態に係るガス濾過装置が有する筒状濾布の動作を説明するための図であり、特に、図２Ａは筒状濾布が伸長した状態を、図２Ｂは筒状濾布が収縮した状態を示している。

本実施形態に係るガス濾過装置は、主な構成として、濾過室２０、清浄ガス通路３０という２つの部屋を有している。濾過室２０は、下方に炭素繊維排出口１０を有する部屋であり、この炭素繊維排出口１０は、図示しない炭素繊維回収装置や炭素繊維回収用コンテナに接続することが可能となっている。剥離された炭素繊維は、かかる炭素繊維排出口１０を通じて排出・回収されることになる。

また、濾過室２０は、炭素繊維を含むガスが導入される部屋である。濾過室２０の上部近傍には、炭素繊維を含むガスを導入するための導入ダクト２１が設置されている。また、濾過室２０内には、可撓性の筒状濾布２２が複数懸架されており、この筒状濾布２２が導入ダクト２１を通じて導入されるガス中の炭素繊維を捕集することで、ガスの清浄化が行われることになる。筒状濾布２２は、複数懸架させることが微細炭素繊維の回収効率を向上させる上で望ましいが、単数であっても捕集効果を充分発揮することができるので、図１に例示する懸架数に限られることはない。

ここで、複数設置される筒状濾布２２には、筒状濾布２２の下端部に設置される底板２３と、筒状濾布２２の軸方向に所定間隔を設けて固設される複数の保持部材２４と、底板２３を筒状濾布２２の軸方向に駆動させる駆動機構４０と、が設置されている。また、図２Ａ及び図２Ｂにおいて示す駆動機構４０については、筒状濾布２２の軸方向に挿通され底板２３に接続される駆動軸４１と、この駆動軸４１を上下動自在に駆動するシリンダ４２と、によって駆動機構４０が構成される場合を例示している。このような構成を採用することによって、筒状濾布２２の伸縮動作が可能となる。すなわち、駆動軸４１を上方向に移動させたときに、筒状濾布２２は、底板２３が持ち上げられることによって湾曲しながら収縮する（図２Ｂ参照）。一方、駆動軸４１を下方向に移動させたときに、筒状濾布２２は、底板２３が下がることによって胴体が伸長し、元の筒形状を回復することになる（図２Ａ参照）。

なお、筒状濾布２２の軸方向に所定間隔を設けて固設される複数の保持部材２４については、筒状濾布２２に固定されることによって濾布の外郭を支える骨組みの役割をすることになる。したがって、筒状濾布２２が収縮する際には、保持部材２４周りの外郭形状は維持され、保持部材２４間の濾布は湾曲しながら収縮することになる。つまり、筒状濾布２２は、あたかもベローズのように蛇腹状に伸縮自在となるのである。筒状濾布２２が蛇腹状に伸縮することにより、軸方向に連続する保持部材２４間において、筒状濾布２２の表面に捕集される微細炭素繊維を圧縮して嵩を上げることにより、自重による落下を促すことができる。

このような筒状濾布２２としては、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ナイロンおよびガラス繊維が好ましく、耐熱性と耐蝕性を向上させる上でより好ましくは、オーステナイト系ステンレス鋼の繊維が挙げられる。

このオーステナイト系ステンレス鋼の繊維としては、質量％で、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：５．００％以下、Ｍｎ：１０．００％以下、Ｐ：０．２０％以下、Ｓ：０．１５％以下、Ｎｉ：３．５０〜２８．００％、Ｃｒ：１５．００〜２６．００％を含み、更に必要に応じてＭｏ、Ｃｕ、Ｎ、Ｓｅ、Ｎｂ、Ｔｉを一種類以上含有させたオーステナイト系ステンレス鋼の繊維が筒状濾布の材質として適用可能である。

以上の含有成分において、質量％にして、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．５０％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：７．００〜１５．００％、Ｃｒ：１６．００〜２０．００％のようにＣの含有量を減ずると、より可撓性に優れた濾布を得ることができる。更に、Ｍｏを２．００〜３．００％の範囲で含有させることにより、より耐熱性に優れた濾布を得ることができる。なお、残部は、Ｆｅ及び不可避的に含有される不純物である。これらの条件を満たすオーステナイト系ステンレス鋼の繊維として、ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６およびＳＵＳ３１６Ｌ等が適合する。

清浄ガス通路３０は、濾過室２０の上部に筒状濾布２２を介して連接される部屋であり、筒状濾布２２によって炭素繊維が捕集された後の清浄化されたガスが通過する空間である。この清浄ガス通路３０には、清浄化されたガスを導出するための導出ダクト３１が設置されており、かかる導出ダクト３１を通じて導出されたガスは、回収水素ガスとして再利用されることになる。

以上、本実施形態に係るガス濾過装置の構成について説明した。続いて、本実施形態に係るガス濾過装置の動作を説明する。まず、炭素繊維を含んだガスは、符号Ａで示される矢印の方向から導入ダクト２１を通じて濾過室２０内に導入される。濾過室２０内に導入されたガスは、濾過室２０内に複数懸架された筒状濾布２２を通過する際に、含有する炭素繊維を分離され、清浄化された状態で清浄ガス通路３０内に侵入する。そして、清浄化されたガスは、導出ダクト３１を通じて符号Ｂで示される矢印の方向に導出され、回収水素ガスとして再利用される。

一方、筒状濾布２２の表面に付着した炭素繊維は、ガスの通過量に応じて筒状濾布２２上への付着・堆積を続け、次第に塵芥層を形成することになる。この塵芥層が所定量以上堆積してしまうと、筒状濾布２２の濾過性能を著しく低下させてしまうことになる。そこで、シリンダ４２を駆動することによって、駆動軸４１を上方向に移動させ、筒状濾布２２の収縮を行う（図２Ｂ参照）。それにより、軸方向に連続する保持部材２４間において、筒状濾布２２の表面に捕集される微細炭素繊維を圧縮して嵩を上げることでき、且つ筒状濾布２２が伸張した状態で付着した微細炭素繊維は収縮動作で変形し、再び伸張する時に圧縮形態を保つことで濾布から剥離されることとなる。

続いて、収縮動作が完了するとシリンダ４２を駆動して筒状濾布２２の伸長動作を行う。この伸長動作によって、筒状濾布２２は筒形状を回復し、本来有する濾過性能が回復・維持されることになる。

さらに、本実施形態に係るガス濾過装置が有している好適な点として、炭素繊維を含むガスを導入するための導入ダクト２１は、濾過室２０の上部近傍に設置されていることが挙げられる。従来のガス濾過装置において、清浄化前のガスの導入ダクト２１は、装置の下方、あるいは炭素繊維排出口１１の近傍に設置されていた（例えば、上記特許文献１，２参照）。しかし、従来のように清浄化前のガス導入経路と塵芥排出経路とが近くに設定されていると、互いの導線が交差してしまうので、効率良い塵芥回収ができないという問題があった。そこで、本実施形態に係るガス濾過装置では、清浄化前のガス導入経路である導入ダクト２１と、塵芥排出経路である炭素繊維排出口１１とを、導線の交差しない離隔した場所に設置することにより、従来技術と比較して効率の良い炭素繊維の回収を実現したのである。

なお、複数の筒状濾布２２における伸縮動作のタイミングについては、複数の筒状濾布２２に配設される駆動機構４０が、複数の筒状濾布の軸方向における略中央を基準位置としたとき、一の基準位置と対向する基準位置とが筒状濾布２２の軸方向において変化するように筒状濾布２２を駆動させることが好適である。これにより隣り合う筒状濾布２２にそれぞれ堆積した塵芥層が干渉している場合であっても、該干渉箇所における塵芥を掻き落とすことで、一度に大量の炭素繊維をホッパ室１０内に落とし込むことができ、効率良い炭素繊維の回収が可能となる。したがって、より好適な条件で炭素繊維の回収を行うためには、複数の筒状濾布２２を順次タイミングを変えて伸縮動作させることが好ましい。

なお、微細炭素繊維と共に濾過室２０に導入されるガスの温度は、微細炭素繊維の生成条件により異なるが、１００℃〜４００℃となる。オーステナイト系ステンレス鋼の繊維を当該筒状濾布２２材質として使用すれば、導入されたガスが４００℃と高温であっても、筒状濾布２２の機能を維持することができる。また、耐蝕性にも優れている。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。例えば、駆動機構４０については、例示したシリンダと駆動軸を用いたものに限られず、例えば、シリンダの代わりにモータを用いたものや、駆動軸の代わりにワイヤーを用いたものなど、あらゆる駆動機構を採用することが可能である。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

本実施形態に係るガス濾過装置の全体構成を説明するための概略図である。 本実施形態に係るガス濾過装置が有する筒状濾布の動作を説明するための図であり、筒状濾布が伸長した状態を示している。 本実施形態に係るガス濾過装置が有する筒状濾布の動作を説明するための図であり、筒状濾布が収縮した状態を示している。

符号の説明

１０ 炭素繊維排出口、２０ 濾過室、２１ 導入ダクト、２２ 筒状濾布、２３ 底板、２４ 保持部材、３０ 清浄ガス通路、３１ 導出ダクト、４０ 駆動機構、４１ 駆動軸、４２ シリンダ。

Claims (5)

1. 炭素繊維が排出される開放端が形成され炭素繊維を含むガスが導入される濾過室と、
   前記濾過室内に一端において懸架され、ガス中の炭素繊維を捕集しガスの清浄化を行う可撓性の筒状濾布と、
   前記筒状濾布の軸方向に所定間隔を設けて固設されるリング状の保持部材と、
   前記筒状濾布の他端に設置される底板と、
   前記底板を前記筒状濾布の軸方向に駆動させる駆動機構と、
   前記濾過室に前記筒状濾布を介して連接され、清浄化されたガスの流通を許容する清浄ガス通路とを有することを特徴とするガス濾過装置。
2. 請求項１に記載のガス濾過装置において、
   前記駆動機構は、
   前記筒状濾布の軸方向に挿通され前記底板と接続される駆動軸と、
   前記駆動軸を前記筒状濾布の軸方向に駆動させるシリンダと、
   を含むことを特徴とするガス濾過装置。
3. 請求項１又は２に記載のガス濾過装置において、
   筒状濾布が複数並設され、複数の筒状濾布に配設される駆動機構は、複数の筒状濾布の軸方向における略中央を基準位置としたとき、一の基準位置と対向する基準位置とが筒状濾布の軸方向において変化するよう筒状濾布を駆動させることを特徴とするガス濾過装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス濾過装置において、
   前記濾過室における前記清浄ガス通路との接続部近傍に、炭素繊維を含むガスを導入する導入ダクトが設置されていることを特徴とするガス濾過装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス濾過装置において、
   前記筒状濾布は、オーステナイト系ステンレス鋼の繊維からなることを特徴とするガス濾過装置。

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