JP2007283250A

JP2007283250A - オイルミストフィルター

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Publication number: JP2007283250A
Application number: JP2006115658A
Authority: JP
Inventors: Shigehide Kakei; 重英可計
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2007-11-01
Anticipated expiration: 2026-04-19
Also published as: JP3872096B1

Abstract

【課題】長時間使用しても目詰まりを起こし難く、メンテナンスが容易なオイルミストフィルターを提供する。
【解決手段】ハウジング３にＳｉＣ多孔体４が収容されており、ＳｉＣ多孔体４の周囲は電気ヒータ５が巻かれている。ハウジング３の両端は流入管７及び流出管８が接続されている。ＳｉＣ多孔体４は綿不織布を窒素ガス中で炭化した炭素質多孔体をパルスＣＶＩ法によってＳｉＣをコーティングすることによって製造されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、エアコンプレッサから排出される空気等、オイルミストが存在する気体中のオイルミストをろ過しながら燃焼除去する、オイルミストフィルターに関する。

エアコンプレッサの設置箇所、厨房周辺、金属加工工場、食品揚げ物工場等、様々な場所においてオイルミストは発生し、作業環境を悪化させる。このため、従来からフィルターによって空気をろ過し、オイルミストを取り除くオイルミストフィルターが用いられている（特許文献１、２）。

特開２００５−２７９６２９号公報実開平６−４５６２１号公報

しかし、上記従来のオイルミストフィルターでは、長時間の使用によってフィルターが徐々に目詰まりを起こし、圧力損失によって性能が低下してしまうという問題があった。このため、フィルターの性能が目詰まりによって低下するたびに、新品のフィルターと交換したり、フィルターを洗浄して目詰まりをなくしたりする必要があり、メンテナンスの煩わしさがあった。

本発明は、上記従来の問題に鑑みなされたものであり、長時間使用しても目詰まりを起こし難く、メンテナンスが容易なオイルミストフィルターを提供することを解決すべき課題としている。

発明者は上記従来のオイルミストフィルターの問題を解決するために、セラミックス多孔体をオイルミストフィルターとして用い、これを常時加熱しながらろ過を行うことにより、セラミックス多孔体に捕捉されたオイルミストを燃焼除去することを考えた。こうであれば、セラミックス多孔体の目詰まりを防止できるとともに、フィルターの交換作業も不要となる。

ところが、従来から用いられている、セラミックス粉体にバインダーを加えたスラリーをウレタンフォーム等に流し込んで成形体とし、これを焼結させたセラミックス多孔体では目が粗すぎるため、オイルミストの捕捉率が不十分となるおそれがある。このため、フィルターの厚さを厚くして捕捉率を上げることも考えられるが、圧力損失が大きくなり、ガスの通過が困難となってしまう。

そこで、発明者は空孔率が極めて高く、圧力損失が少ない材料である炭素質多孔体に注目した。そして、炭素質多孔体に耐熱性を付与するために、ＣＶＤ法によってセラミックスをコーティングし、これを用いてオイルミストフィルターを製造することを考えた。しかしながら、通常のＣＶＤの手法では、炭素質多孔体の内部までセラミックスをコーティングすることは困難である。このため鋭意研究を行った結果、ＣＶＩ法を用いれば、炭素質多孔体の内部にまでセラミックスを均一にコーティングすることができ、圧力損失が小さく、常時加熱再生型のオイルミストフィルターに好適に用いることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、第１発明のオイルミストフィルターは、ハウジングに収容されたセラミックス多孔体と、オイルミストを含む気体を該セラミックス多孔体に供給するガス供給手段と、該セラミックス多孔体によって捕捉された該オイルミストを燃焼させるための加熱手段とを備え、前記セラミックス多孔体はＣＶＩ法によって炭素質多孔体にセラミックスがコーティングされていることを特徴とする。
特徴とする。

第１発明のオイルミストフィルターでは、ガス供給手段によってセラミックス多孔体にオイルミストを含むガスを供給しながら、加熱手段によってセラミックス多孔体を加熱することができる。これにより、オイルミストをセラミックス多孔体によって捕捉しながら、燃焼除去することができる。したがって、長時間使用してもセラミックス多孔体が目詰まりを起こし難く、メンテナンスが容易となる。
さらに、このセラミックス多孔体はＣＶＩ法によって炭素質多孔体にセラミックスがコーティングされている。ＣＶＩ法とはＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法の一種であり、多孔質のプリフォームを用意し、その空孔内部まで原料ガスを浸透させてＣＶＤを行う手法である。ＣＶＩ法によってプリフォームをセラミックスでコーティングすれば、目の細かいセラミックス多孔体を容易に製造することができる。このため、粒子状物質に対するフィルターの捕捉率を大幅に上げることができ、オイルミストフィルターの小型化を図ることができる。

ここで、ＣＶＩ法の種類については特に限定はないが、等温等圧ＣＶＩ法、強制ＣＶＩ法、パルスＣＶＩ法等を用いることができる。パルスＣＶＩ法とはＣＶＤ法の一種であり、ＣＶＤ法における反応圧力及び原料となるガスの導入・排出を周期的に行う方法をいう。この方法を炭素質多孔体に適用すれば、原料となるガスが炭素質多孔体の内部にまで導入・排出が繰り返されることになり、内部まで優れた膜厚の均一性を有するセラミックスのコーティング層が形成される。また、このパルスＣＶＩ法は析出速度が大きく、製造時間が短くなるため、セラミックス多孔体の量産化が容易となる。また、パルスＣＶＩ法は、等温等圧ＣＶＩ法や強制ＣＶＩ法において必要とされる、炭素質多孔体に原料ガスを流すためのシールが不要である点において好ましい方法である。

また、炭素質多孔体は活性炭や炭等に代表されるように、極めて空孔率が高い物質であるため、これにセラミックスをコーティングした多孔体も極めて空孔率が大きくなり、圧力損失が小さくなる。さらに、炭素質多孔体は、極めて小さな孔を有するものを容易に製造することができるため、炭素質多孔体が有する孔に沿ってセラミックスがコーティングされたセラミックス多孔体も、極めて小さな孔を有するものとなる。このため、粒子径の小さなオイルミストであっても十分に捕捉することが可能となり、オイルミストの捕捉率が高まる。さらには、炭素質多孔体に存在する孔は、セラミックスがコーティングされた分だけ小さくなるため、コーティング時間を調節することによって孔の大きさを調節することも可能となり、所望のセラミックス多孔体を容易に製造することができる。

ガス供給手段については特に限定はないが、被処理気体を圧縮ポンプによって供給したり、被処理気体に流れがある場合にはハウジングに配管を接続して被処理気体を導入したりすることなどが挙げられる。また、セラミックス多孔体を加熱するための加熱手段については特に限定はないが、ケイ化モリブデン等のセラミックやニクロム線等からなる電気式の発熱体をセラミックス多孔体の周りに配設すること等が挙げられる。

第２発明のオイルミストフィルターは、ハウジングに収容されたセラミックス多孔体と、オイルミストを含む気体を該セラミックス多孔体に供給するガス供給手段と、該セラミックス多孔体によって捕捉された該オイルミストを燃焼させるための加熱手段とを備え、前記セラミックス多孔体はＣＶＩ法により炭素質多孔体にセラミックスがコーティングされた後、該炭素質多孔体が燃焼除去されてなることを特徴とする。

すなわち、第２発明のオイルミストフィルターに用いられているセラミックス多孔体は、ＣＶＩ法により炭素質多孔体にセラミックスがコーティングされた後、炭素質多孔体が燃焼除去されている。このため、第１発明のオイルミストフィルターに用いられているセラミックス多孔体と比べて空孔率が大きくなり、オイルミストを捕捉するための容量が増大する。このため、セラミックス多孔体の大きさを小さくすることができ、ひいてはオイルミストフィルターをより小型化することができる。

第１発明及び第２発明におけるセラミックス多孔体はバルク状であることが好ましい。ここでバルク状とは、内部においても略均質な塊状の形態をいい、例えば円柱状や角柱状などの形状をいう。こうであれば、オイルミストがセラミックス多孔体の中を通過する距離が長くなり、セラミックス多孔体に衝突して付着する確率が高くなる。このため、オイル等のミストの大きさがセラミックス多孔体の孔よりも小さくても、長い距離を通過中にどこかでセラミックス多孔体に衝突し、効率よく捕捉され、さらには加熱手段によって燃焼除去される。このため、大きな孔を有し、空孔率の高いセラミックス多孔体でもオイルミストの除去が可能となり、圧力損失の小さなセラミックス多孔体を使用することができる。また、バルク状であるため、機械的強度も強いものとなる。

第１発明及び第２発明における炭素質多孔体にコーティングされるセラミックスとしては、ＣＶＩ法によってコーティングが可能であって、捕捉されたオイルミストを燃焼除去可能な程度の耐熱性及び耐酸化性を有しておればよい。このようなセラミックスとして、例えば炭化ケイ素、窒化ケイ素等が挙げられる。この中でも、炭化ケイ素は優れた耐熱性、耐酸化性及び耐腐食性を示すため、炭化ケイ素からなるセラミックス多孔体を用いれば、極めて耐久性に優れたオイルミストフィルターとすることができる。また、炭化ケイ素の熱膨張率は炭素の熱膨張率とほぼ同じ値であるため、炭素質多孔体に炭化ケイ素をコーティングした場合、加熱による歪で破損するおそれが少ない。

第１発明及び第２発明におけるセラミックス多孔体の空孔率は７５〜９６％であることが好ましい。ここで空孔率とは、セラミックス多孔体の嵩密度及び比重から算出したセラミックス多孔体が保有する空孔の割合をいう。空孔率がこの範囲にあれば、実用上支障ない程度の機械的強度を保ちつつ、圧力損失もそれほど大きくならない。このため、オイルミストを含む気体が流れる方向の長さを長くし、オイルミストがセラミックス多孔体に衝突する確率を高め、ミストの捕捉率を高めることができる。しかも、圧力損失も小さく、充分圧力に耐えうる強度を有することとなる。

第１発明及び第２発明における加熱手段はセラミックス多孔体に対して６００°Ｃ以上に加熱されたゾーンの形成が可能とされていることも好ましい。加熱手段がセラミックス多孔体に対して６００°Ｃ以上に加熱されたゾーンの形成が可能とされていれば、セラミックス多孔体を通過するガスが必ず６００°Ｃ以上に加熱されたゾーンを通過することなり、確実にオイルミストを燃焼除去することができる。さらに好ましいのは、６８０°Ｃ以上のゾーンの形成が可能とされていることである。

また、第１発明及び第２発明における炭素質多孔体は、有機繊維が絡み合った多孔体を炭化してなることが好ましい。このような有機繊維が絡み合った多孔体としては、例えば綿等の植物繊維、羊毛などの動物性繊維、アクリル繊維等の合成繊維からなるフェルト、不織布、紙等が挙げられる。有機繊維が絡み合った多孔体には有機繊維間に大きな空隙が存在するため、これを炭化し、さらにＣＶＩ法によってセラミックスをコーティングしたセラミックス多孔体にも、大きな空隙が存在することとなり、圧力損失を極めて小さくすることができる。なお、このように大きな空隙が存在するセラミックス多孔体は、その空隙より小さなミストを捕捉できないと考えるかもしれないが、そのようなことはない。オイルミストは粘性があり、セラミックス多孔体の中を通過している最中に、その粘性によって容易にセラミックス多孔体と衝突して付着するからである。このため、ＣＶＩ法によるＳｉＣのセラミックスのコーティングを繊維間の空隙の多くを埋めるほど厚く行わず、嵩密度の小さなセラミックス多孔体としても、セラミックス多孔体のオイルミストを含む気体が流れる方向の長さを長くすれば、オイルミストを充分な捕捉率でトラップすることができ、しかも圧力損失も小さく、充分圧力に耐えうる強度を有することとなる。

さらには、セラミックス多孔体のオイルミストを含む気体が流れる方向の長さが１０ｍｍ以上であり、細孔の最大径は２０〜２００μｍであり、細孔の最小径は０．１〜２０μｍであることが好ましい。セラミックス多孔体のオイルミストを含む気体が流れる方向の長さが１０ｍｍ以上であれば、その途中でオイルミストは確実にセラミックス多孔体に衝突して付着する。また、細孔の最大径が２０〜２００μｍ（さらに好ましくは３０〜１００μｍ）であれば、十分な捕捉率を確保することができる。また、細孔の最小径が０．１〜２０μｍであれば、圧力損失もそれほど大きくならない。

以下、本発明を具体化した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
実施形態のオイルミストフィルターは、金属加工工場や食品揚げ物工場等の工場で発生するオイルミストを除去するためのものであり、図１に示すように、吸引ダクト９０及び吸引ファン９１を介して送られた空気中のオイルミストをろ過し、燃焼させるためのフィルター部１と、フィルター部１の燃焼状態を制御する制御部２とからなる。

フィルター部１は図２に示すように、ハウジング３内に円柱型のＳｉＣ多孔体４が収容されており、ＳｉＣ多孔体４の周囲には電熱ヒータ５が配設されており、さらにその周囲は断熱材９ａ、９ｂ、９ｃによって囲まれている。また、ＳｉＣ多孔体４の両端はアルミナリング４ａ、４ｂによって固定されている。ＳｉＣ多孔体４の軸方向の中央外周には温度センサ６が当接して設置されている。電熱ヒータ５及び温度センサ６は、図１に示す制御部２に接続されている。ハウジング３の両端には流入管７及び流出管８が断熱ガスケット３ａ、３ｂを介して接続されており、流入管７は図１に示すエアコンプレッサ９０に接続されている。

ＳｉＣ多孔体４はパルスＣＶＩ法によって、以下のように製造した。なお、パルスＣＶＩ法以外のＣＶＩ法（例えば等温等圧ＣＶＩ法や強制ＣＶＩ法）を用いて製造することも可能である。

＜型工程＞
長方形に切り出した綿不織布（あるいは綿製厚布）を巻いて円筒状にし、フェノールレジンのエタノール５質量％溶液に浸漬した後乾燥させて、図３に示す円筒形のセルロース型１０ａとした。
なお、セルロース型の別の製造方法として、（１）綿不織布を円盤状に切り出し、複数個を重ね合わせた後、フェノールレジン溶液に浸漬した後乾燥させる方法や、（２）セルロースパルプを水に分散し、さらにフェノールレジン溶液を加え、円筒形の石膏型内に注入し、水分を吸収した後、形抜きし、乾燥させて円筒形のセルロース型としてもよい。

＜炭化工程＞
次に、型工程で得られたセルロース型１０ａを雰囲気炉の中に入れ、窒素雰囲気下において１０００°Ｃで４時間の加熱を行う。そして、雰囲気炉を冷却した後、セルロース型１０が炭素質多孔体となった炭化成形型を取り出す。こうして得られた炭化成形型の空孔率は９３．３％と極めて高いものであった。

＜コーティング工程＞
さらに、図４に示すパルスＣＶＩ装置を用いて炭化成形型に炭化ケイ素をコーティングする。このパルスＣＶＩ装置には、反応容器１１が備えられており、反応容器１１の外側には電気ヒータ１２が近接して設けられている。また、反応容器１１の下端には各種ガスを導入するための導入管１１ａと、反応容器１１内部のガスを排気するための排気管１１ｂとが取り付けられている。導入管１１ａは電磁弁１３及びガス混合機１４を介して流量計１５ａ、１５ｂ、１５ｃに接続されており、流量計１５ａ、１５ｂは、さらに図示しない水素ガスボンに接続され、流量計１５ｃは大気側に開放されている。流量計１５ａとガス混合機１４との間には、内部にメチルトリクロロシランが入れられ、温度調節することが可能な飽和器１６が設けられており、水素ガスボンベからの水素の供給によりメチルトリクロロシランのバブリングが可能とされている。排気管１１ｂは電磁弁１７、真空ポンプ１８を介してガス洗浄器１９に接続されている。電磁弁１３、１７、ガス混合機１４、真空ポンプ１８及び電気ヒータ１２は、図示しない制御装置によって制御可能とされている。

このパルスＣＶＩ装置を用いて、炭化工程で得られた炭化成形型に対して次のようにして炭化ケイ素のコーティングを行う。すなわち、反応容器１１を外し、炭化工程で得られた炭化成形型を載置し、再び反応容器１１を被せる。そして、制御装置によって電磁弁１３を閉じ、電磁弁１７を開けて真空ポンプ１８を駆動し反応容器１１内部の圧力を１ＫＰａ以下とした後、電気ヒータ１２により、反応容器１１の内部の温度を１０００°Ｃとする。さらに電磁弁１７を閉じ、電磁弁１３を開け、水素ガス及びメチルトリクロロシランを含む水素ガスをガス混合機１４により混合してメチルトリクロロシランの濃度を約４％とした後、減圧下で反応容器１１内に導入する。その後、反応容器１１の排気とガス導入とを２〜４秒／サイクルの間隔で５０００〜１５０００回繰り返す。こうして、パルスＣＶＩ法により、炭化成形型に対し炭化ケイ素のコーティングを行った後、電気ヒータ１２による加熱を停止し、反応容器１１を外して炭化成形型に炭化ケイ素がコーティングされたＳｉＣ多孔体（径５０ｍｍ、長さ９０ｍｍの円柱型）を得た。

空隙率測定
こうして得られたＳｉＣ多孔体の空隙率を測定した結果を表１に示す。この表から分かるように、パルス数５０００では空隙率が９１％であり、パルス数が１５０００においても空隙率は８９％以上あり、極めて空隙率が高いことが分かった。

細孔分布測定
また、上記表１の試料１-１及び試料２についてポロシメータにて細孔分布を測定した。その結果、表２に示すように、サブミクロンオーダーの細孔から数十ミクロンの広い範囲にわたって細孔が分布していることが分かった。

電子顕微鏡観察
また、上記のようにして得られたＳｉＣ多孔体及び炭化工程で得られた炭化成形型について、走査型電子顕微鏡による断面観察を行った。
その結果、炭化工程で得られた炭化成形型（図７及び図８参照）は、原料となった綿製の不織布（図５及び図６参照）と同様、繊維が絡まった多数の隙間を有する構造が認められ、ほぼ綿不織布の形態を保っていることが分かった。また、この炭化成型形に対してパルスＣＶＩ法によってＳｉＣをコーティングしたＳｉＣ多孔体は、図９及び図１０に示すように、繊維状の炭化物の表面にＳｉＣの結晶が緻密かつ均一にコーティングされており、炭化成形型よりも太くなっていることが分かった。繊維の太さについては、パルスＣＶＩ法におけるパルス回数を制御する等、条件を適宜選択することによって、容易に制御することができ、これによって空孔率も容易に制御できる。また、コーティングは、ＳｉＣ多孔体の内部まで均一かつ緻密になされていた。

こうして得られたＳｉＣ多孔体４を図２に示すように、ハウジング３の内部にセットし、
制御部２（図１参照）で温度センサ６の温度が７００°Ｃとなるように電気ヒータ５を制御する。これにより、ＳｉＣ多孔体４の中央部分には約７００°Ｃのゾーンが形成され、ここで、オイルが炭化した粒子が焼却除去される。
このＳｉＣ多孔体４は極めて空孔率が高く、さらには上記表２に示すように、サブミクロンオーダーの細孔から数十ミクロンの広い範囲にわたって細孔が分布しているため、長さが９０ｍｍと長いにもかかわらず、圧力損失は極めて小さい（ターボブロワーにて送風し、ブロワーの入口及び出口の圧力を及び風速センサで風速を測定し、圧力損失を測定したところ、僅かに２ＫＰａ程度であった）。また、セラミックス多孔体の長さが９０ｍｍと長いため、繊維間に大きな空隙があるにもかかわらず、被処理ガス中のオイル等のミストはこのＳｉＣ多孔体４中を長い距離の移動をする間に繊維に衝突し、除去される。さらには、サブミクロンオーダーの細孔によって捕捉もされる。このため、オイル等のミストの大きさが繊維間の空隙よりも小さくても、効率よく除去することができる。

この発明は、上記発明の実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

オイルミストフィルターのブロック図である。オイルミストフィルターの模式断面図である。セルロース型の模式断面図である。パルスＣＶＩ装置の模式図である。綿不織布の走査形電子顕微鏡写真（１００倍）である。綿不織布の走査形電子顕微鏡写真（１０００倍）である。綿不織布炭化物の走査形電子顕微鏡写真（１００倍）である。綿不織布炭化物の走査形電子顕微鏡写真（１０００倍）である。ＣＶＩ法によるＳｉＣコーティング後の綿不織布炭化物の走査形電子顕微鏡写真（１００倍）である。ＣＶＩ法によるＳｉＣコーティング後の綿不織布炭化物の走査形電子顕微鏡写真（１０００倍）である。

符号の説明

３…ハウジング
４…セラミックス多孔体
７、８…ガス供給手段（７…流入管、８…流出管）
５…加熱手段（電気ヒータ）

Claims

ハウジングに収容されたセラミックス多孔体と、オイルミストを含む気体を該セラミックス多孔体に供給するガス供給手段と、該セラミックス多孔体によって捕捉された該オイルミストを燃焼させるための加熱手段とを備え、
前記セラミックス多孔体はＣＶＩ法によって炭素質多孔体にセラミックスがコーティングされていることを特徴とするオイルミストフィルター。
ハウジングに収容されたセラミックス多孔体と、オイルミストを含む気体を該セラミックス多孔体に供給するガス供給手段と、該セラミックス多孔体によって捕捉された該オイルミストを燃焼させるための加熱手段とを備え、
前記セラミックス多孔体はＣＶＩ法により炭素質多孔体にセラミックスがコーティングされた後、該炭素質多孔体が燃焼除去されてなることを特徴とするオイルミストフィルター。
前記セラミックス多孔体はバルク状であることを特徴とする請求項１又は２記載のオイルミストフィルター。
前記セラミックスは炭化ケイ素であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項記載のオイルミストフィルター。
前記セラミックス多孔体の空孔率は７５〜９６％とされていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のオイルミストフィルター。
前記加熱手段はセラミックス多孔体に対して６００°Ｃ以上に加熱されたゾーンの形成が可能とされていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のオイルミストフィルター。
前記炭素質多孔体は有機繊維が絡み合った多孔体を炭化してなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載のオイルミストフィルター。
前記セラミックス多孔体はオイルミストを含む気体が流れる方向の長さが１０ｍｍ以上であり、細孔の最大径は２０〜2００μｍであり、細孔の最小径は０．１〜２０μｍであることを特徴とする請求項７記載のオイルミストフィルター。