JP2007504932A - 金属端部部材を備えた濾過カートリッジおよび製造方法 - Google Patents
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Abstract
濾過カートリッジ（１０）は、濾過エレメント（２０）と、第１（４２）と第２の縦方向エッジ（４４）を有する耐熱性延長バンド（４０）からなる。延長バンド（４０）の第１のエッジ（４２）が濾過エレメント（２０）のエッジ（２２）に沿って取り付けられる。第１の実施例では、金属鋳造端部部材（３０）は、延長バンド（４０）の第２のエッジ（４４）を溶融金属に浸すことにより形成される。延長バンド（４０）の第２のエッジ（４４）を溶融金属内に埋め込ませた状態で溶融金属が凝固される。第２の実施例では、延長バンド（４０）が多孔性の内部コア（５０）上で圧搾され、端板（７２）が内部コア（５０）の端部に溶接される。濾過カートリッジ（１０）に金属端部部材（３０）を設けることにより、その機械的衝撃に対する抵抗力を増大させ、最大稼動温度を増大させることができる。
Description
濾過カートリッジは、流体（液体または気体）のクリーニング媒体として幅広い応用分野で周知である。例えば、気体の場合、濾過カートリッジは、多孔性の紙または織布から作られるバッグに代わり気体から粒子を除去するという利点を備えている。
工業設備では、過程で生じる煙霧の処理は、伝統的に数百または数千のバッグを収納できる集塵器により行われていた。これらのバッグは、その分野でいわれているように飽和し、または、目詰まりするので、定期的に新しいバッグと取り替えなければならない。今日、バッグは、次第に、濾過カートリッジ、特に、ひだ付き濾過エレメントが容器内でカートリッジの適切な密封を確実にする一対の端部部材により支持され、または、その間に支持された円筒状濾過カートリッジに置き換えられている。バッグを上回るこれらのカートリッジの１つの重要な利点は、濾過エレメントの表面積がバッグの約３倍から４倍であることである。これにより、これらの濾過カートリッジを備えた集塵器は多量の気体を処理することが可能となる。それから、集塵器は小さくでき、あるいは、メンテナンスや取り替えの前に長期間の使用が可能となる。この後者の利点は、集塵器のメンテナンスを実施するために設備を停止させる頻度が減少するので、生産性の点で重要になる。
濾過カートリッジの選択または設計には、濾過カートリッジが稼動するときの最大温度を考慮しなければならない。一般的に、従来の濾過カートリッジは比較的低温である気体にだけ適する。比較的高温である気体用カートリッジは、かなり高価であるにも拘わらず、取り扱える最大気体温度に関して制限がある。現在、市販されている濾過カートリッジは、代表的には約２００℃までの気体に使用される。温度が高くなると濾過カートリッジは劣化する。多くの工業設備では高温で煙霧が発生するので、この制限は問題である。それで、集塵器に入る前に気体を冷却せざるを得なくなる。冷却は、高温な気体を周囲の空気で希釈することにより幅広く行われている。残念ながら、これでは、濾過すべき気体の量が増加し、結局、必要なカートリッジの数、つまり、集塵器のサイズが増大してしまう。
一般的に２００℃の近くで観察される従来の濾過カートリッジの劣化は、たいてい、端部部材を作るために使用される材料から起こる。これらの端部部材は、通常、約２００℃以上に加熱されると損傷する高分子材料から作られる。そのような従来の濾過カートリッジの製造中に、濾過エレメントの一方の端部は、鋳型に入れられた液体高分子材料内に高分子材料が凝固するまで浸される。このために使用される典型的な高分子材料はエポキシやポリウレタンである。約２００℃以上の温度では、これらの高分子材料の機械的特性は劣化し、カートリッジが逆転した空気の衝撃により清浄されるときのように、機械的衝撃を受ければ、対応する部分が簡単に破壊されてしまうまでになる。
最大稼動温度を高めるために、濾過カートリッジ内に高分子材料の使用を避ける試みがなされている。セラミック材料が代わりとして示唆されている。あいにく、これらのセラミック材料の機械的衝撃に対する抵抗力は高分子物質の抵抗力より悪いことが分かった。
重合体またはセラミックと比較すると、金属は、機械的特性がかなり良好である。しかしながら、主な問題は金属部分に濾過エレメントを取り付けることである。濾過エレメントは、通常、典型的には約２６０℃までの温度に対して耐性のあるひだ付き織布となっている。この最大温度は、たいていの金属の融点に比較して相対的に低い。例えば、アルミニウムは約６６０℃の融点を持つ。濾過エレメントの一部を溶融したアルミニウム内に直接浸けると、濾過エレメントは数秒で破壊するであろう。
本発明は、金属端部部材を濾過エレメントに結合することを可能にする構成を提供することにより、従来技術で経験されている困難と欠点を減少させる。とりわけ、これにより、濾過カートリッジは機械的衝撃並びに高い稼動温度に対してより大きな抵抗力を持つようになる。
本発明の他の特徴および利点は、添付図面と共に行われる好ましい実施例の以下の詳細な説明に述べられており、あるいは、この説明から明白となる。
図１は、本発明の好ましい実施例による金属端部部材（３０）を有する濾過カートリッジ（１０）を示す。図２は、それに代わる実施例を示す。本発明は、図示された実施例に限定されず、添付された請求の範囲を逸脱することなく、多くの他の実施例も考えられることに注意すべきである。
濾過カートリッジ（１０）は、濾過エレメント（２０）からなる。濾過エレメント（２０）は通常、多孔性織布、または、その均等物の形をしている。濾過エレメントは、全表面積を増大させるために、一般的にひだ付きの形状で提供される。しかしながら、本発明は、ひだ付きの濾過エレメントに限定されないことに注意すべきである。濾過エレメント（２０）の最も普通の形状は中空円筒として形成されるものである。
濾過カートリッジ（１０）は、少なくとも１つの金属端部部材（３０）からなるが、たいていは、２つの金属端部部材（３０）が使用される。濾過エレメント（２０）が矩形であれば、４つの金属端部部材（３０）が存在するであろう。本発明によれば、濾過エレメント（２０）と金属端部部材（３０）間の結合は、延長バンド（４０）を使用して行われる。この延長バンド（４０）は濾過エレメント（２０）のエッジ（２２）に沿って取り付けられた第１の縦方向エッジ（４２）を有する。延長バンド（４０）は、濾過エレメント（２０）の長さを増大させるとともに、製造中に高温の金属と濾過エレメント（２０）が直接接触するのを避けるために使用される。
延長バンド（４０）は、好ましくは、積層にできる材料から作られる薄い金属シートの帯の形をしている。そのような材料の例は、アルミニウムまたは、その合金、ステンレススチールまたはスチールである。同様に他の材料も使用できる。全ての場合において、材料は耐熱性でなければならず、このことは、材料が製造工程中に遭遇する最高温度に持ちこたえなければならないことを意味する。延長バンド（４０）の厚さは、好ましくは、２０μｍと５００μｍの間であり、幅は約５ｍｍと１５０ｍｍの間である。延長バンドの幅は、大部分、使用される材料の熱伝導率に基づいて計算されなければならない。材料の熱伝導率が低ければ小さい延長バンドを使用できる。
濾過エレメント（２０）を、ひだ付きに設計するときは、ひだを付ける前に延長バンド（４０）を濾過エレメントに結合しておくのが好ましい。このようにすれば、濾過エレメント（２０）にひだを付けるのと、延長バンド（４０）にひだを付けるのを同時に行うことができる。
濾過エレメント（２０）と延長バンド（４０）との間の結合は、任意の適切な結合方法を使用して行われる。しかしながら、特に濾過エレメント（２０）が多孔性織布から成るならば、結合は、縫製を使用して行うのが好ましい。縫製糸（２４）のための材料の例は、金属、繊維ガラス、セラミックまたはテフロン（登録商標）である。同様に他の材料も使用できる。縫製糸（２４）を一列又は多数列に使用してもよい。また、延長バンド（４０）の第１のエッジ（４２）は、好ましくは、縫製を使用する時には濾過エレメント（２０）のエッジ（２２）と重なり合う。
中空円筒として形成されるひだ付き濾過エレメント（２０）を有する濾過カートリッジ（１０）には、一般的に多孔性で剛性の内部コア（５０）、例えば、内部に同軸に配置される金属の円筒状支持メッシュが設けられる。濾過エレメント（２０）は、それ自体で十分な強度を持つのであれば、内部コア（５０）は不要であろう。けれども、内部コア（５０）は多孔性であると言われ、このことは、流体が内部コアを通って流れるか、その構成要素の間で流れることができることを意味する。内部コア（５０）を用いて２つの端部部材（３０）が堅固に結合され、濾過エレメント（２０）が支持される。種々の種類の内部コア（５０）を使用できることに注意しなければならない。例えば、内部コア（５０）は鋳造された両方の金属端部部材（３０）を結合する多数の延長バーから構成するようにすることができる。全ての場合において、材料は耐熱性でなければならず、このことは、材料が製造工程中に遭遇する最高温度に持ちこたえなければならないことを意味する。
図１で示す実施例の濾過カートリッジ（１０）の製造中に、延長バンド（４０）の第２のエッジ（４４）は、金属鋳造端部部材（３０）を作るために鋳型内に入れられた溶融金属内に浸漬される。延長バンド（４０）を挿入する前あるいはその後で、溶融金属が鋳型内に注入される。続いて、延長バンド（４０）の第２のエッジ（４４）を溶融金属に埋め込ませた状態で溶融金属が凝固される。内部コア（５０）または他種の支持体が設けられるのであれば、その一方の端部も、溶融金属が凝固する前に、溶融金属内に浸漬される。
通常、各円筒状の濾過カートリッジ（１０）に対して２つの端部部材（３０）が存在するので、第２の金属鋳造端部部材（３０）は、第１の金属鋳造端部部材が凝固した後で製造される。第２の延長バンド（４０）は、その時点で濾過エレメント（２０）の反対側に既に取り付けられているようにするのが、好ましい。そのとき、全体の濾過カートリッジ（１０）は単に回転されるだけであり、第２の延長バンド（４０）が残った分量の溶融金属内に浸される。
金属鋳造端部部材（３０）を製造するために使用される溶融金属は、好ましくは、アルミニウムまたは、その合金を含む。アルミニウムを使用する利点は数多くある。例えば、アルミニウムは比較的溶融温度が低く、軽量で抵抗力が高い。しかし、合金を含む他種の金属も同様に使用できる。
所望なら、金属鋳造端部部材（３０）または、その一部を形成するために使用される鋳型は、製造工程後に濾過カートリッジ（１０）に残存するように設計することができる。例えば、鋳型は溶融金属が注がれるカップ（６０）を備えることができる。カップ（６０）は、凝固後に金属鋳造端部部材（３０）の外部に残存し、一体となった部分を形成するように設計することができる。これは、有益であり、濾過カートリッジ（１０）の機械的特性を一層増大させるとともに、表面仕上げを良好にする。カップ（６０）は、好ましくは、スチールまたは任意の他の金属などの金属から作られる。
図２は、他の可能な実施例を示す。この実施例は本質的に多孔性で金属の内部コア（５０）を備えた円筒状の濾過カートリッジ用に使用される。この場合、延長バンド（４０）は第１の実施例と同様に濾過エレメント（２０）に縫製される。延長バンド（４０）は内部コア（５０）の対応する端部上で圧搾され、それにより、内部コアが持続的に変形される。この変形により、いくつかのタイプの延長バンド（４０）を内部コア（５０）上に好適に保持させることができるとともに、好ましいことに、金属ベルト（７０）あるいは類似の構成を用いて抵抗力を付加させることができる。対応する端部を密封するために、金属板（７２）が内部コア（５０）に溶接される。延長バンド（４０）は、特に濾過エレメント（２０）を溶接で発生する熱から保護する。
理解できるように、金属端部部材（３０）を使用すると、濾過カートリッジ（１０）の最大稼動温度を増大させ、機械的衝撃に対する抵抗力を増大させることができる。この最大温度は、濾過エレメント（２０）に使用される材料に依存し、その結果、新規で適切な材料が見つけられるにしたがって、さらに高くなるであろう。
Claims (35)
- 濾過エレメント（２０）と、
第１（４２）と第２の縦方向エッジ（４４）を有し、第１のエッジ（４２）が濾過エレメント（２０）のエッジ（２２）に沿って取り付けられた耐熱性延長バンド（４０）と、
金属鋳造端部部材（３０）とからなり、
延長バンド（４０）の第２のエッジ（４４）が金属鋳造端部部材（３０）内に埋め込まれる濾過カートリッジ（１０）。 - 延長バンド（４０）が金属シートで作られる請求項１に記載の濾過カートリッジ（１０）。
- 延長バンド（４０）が２０ミクロンと５００ミクロンとの間の厚さと、５ｍｍと１５０ｍｍとの間の幅を有する請求項２に記載の濾過カートリッジ（１０）。
- 濾過エレメント（２０）が多孔性織布からなる請求項１から３のいずれか１項に記載の濾過カートリッジ（１０）。
- 濾過エレメント（２０）は、ひだが付けられ、中空円筒の形となるように形成される請求項４に記載の濾過カートリッジ（１０）。
- さらに、濾過エレメント（２０）の内側で同軸に配置された、剛性で耐熱性で多孔性の内部コア（５０）を備え、内部コア（５０）の一端が金属鋳造端部部材（３０）内に埋め込まれる請求項５に記載の濾過カートリッジ（１０）。
- 内部コア（５０）が金属の円筒状支持メッシュからなる請求項６に記載の濾過カートリッジ（１０）。
- 延長バンド（４０）の第１のエッジ（４２）は濾過エレメント（２０）のエッジ（２２）に重ね合わされ、少なくとも１本の縫製糸（２４）を使用して該エッジに取り付けられる請求項４から７のいずれか１項に記載の濾過カートリッジ（１０）。
- 縫製糸（２４）が金属線である請求項８に記載の濾過カートリッジ（１０）。
- 金属鋳造端部部材（３０）は、埋め込まれた延長バンド（４０）の第２のエッジ（４４）上で凝固するアルミニウムからなる請求項１から９のいずれか１項に記載の濾過カートリッジ（１０）。
- さらに、金属鋳造端部部材（３０）上に取り付けられた外部カップ（６０）を備え、外部カップ（６０）が製造中は溶融金属の鋳型として機能する請求項１から１０のいずれか１項に記載の濾過カートリッジ（１０）。
- 対向する２つのエッジを有し、中空円筒として形成されたひだ付きの多孔性織布からなる濾過エレメント（２０）と、
それぞれ第１（４２）と第２の縦方向エッジ（４４）を有する２つの金属延長バンド（４０）であって、各延長バンド（４０）の第１のエッジ（４２）が濾過エレメント（２０）の対応するエッジ（２２）に沿って縫製されて、濾過エレメントとともにひだが付けられる２つの金属延長バンド（４０）と、
濾過エレメント（２０）の内側に同軸に配置された剛性で金属の円筒状多孔性内部コア（５０）であって、該内部コア（５０）が対向する２つの端部を有し、各端部が、対応する一方の延長バンド（４０）の第２のエッジ（４４）に隣接する円筒状多孔性内部コア（５０）と、
２つの金属鋳造端部部材（３０）とからなり、
各延長バンド（４０）の第２のエッジ（４４）および内部コア（５０）の各隣接する端部が、対応する一方の金属鋳造端部部材（３０）内に埋め込まれる濾過カートリッジ（１０）。 - 各延長バンド（４０）は２０ミクロンと５００ミクロンとの間の厚さと、５ｍｍと１５０ｍｍとの間の幅を有する請求項１２に記載の濾過カートリッジ（１０）。
- 内部コア（５０）が支持メッシュからなる請求項１２または１３に記載の濾過カートリッジ（１０）。
- 各延長バンド（４０）の第１のエッジ（４２）は濾過エレメント（２０）の対応するエッジ（２２）に重ね合わされ、少なくとも１本の縫製糸（２４）を使用して濾過エレメントに取り付けられる請求項１２から１４のいずれか１項に記載の濾過カートリッジ（１０）。
- 縫製糸（２４）が金属線である請求項１５に記載の濾過カートリッジ（１０）。
- 金属鋳造端部部材（３０）は、埋め込まれた延長バンド（４０）の第２のエッジ（４４）上で凝固するアルミニウムからなる請求項１２から１６のいずれか１項に記載の濾過カートリッジ（１０）。
- さらに、各金属鋳造端部部材（３０）上に取り付けられる外部カップ（６０）を備え、各外部カップ（６０）は製造中に溶融金属の鋳型として機能する請求項１２から１７のいずれか１項に記載の濾過カートリッジ（１０）。
- 濾過エレメント（２０）のエッジ（２２）に金属の端部部材（３０）を設ける方法であって、
濾過エレメント（２０）のエッジ（２２）に沿って、第１（４２）と第２の縦方向エッジ（４４）を有する耐熱性延長バンド（４０）を取り付け、
延長バンド（４０）の第２のエッジ（４４）を鋳型内に入れられた溶融金属内に浸し、
延長バンドの第２のエッジ（４４）を溶融金属内に埋め込ませた状態で溶融金属を凝固させるようにした前記方法。 - 延長バンド（４０）の第１のエッジ（４２）と濾過エレメント（２０）のエッジ（２２）を重ね合わせ、続いてそれらのエッジを縫製して一緒にすることにより延長バンド（４０）を濾過エレメント（２０）に取り付けるようにした請求項１９に記載の方法。
- さらに、延長バンド（４０）の第２のエッジ（４４）を溶融金属内に浸す前に濾過エレメント（２０）と延長バンド（４０）にひだを付けるようにした請求項２０に記載の方法。
- さらに、ひだ付き濾過エレメント（２０）と延長バンド（４０）を中空円筒に形成し、円筒の内側に、対向する２つの端部を有する剛性で耐熱性で多孔性の内部コア（５０）を挿入し、溶融金属が凝固する前に内部コア（５０）の一方の端部を溶融金属内に浸すようにした請求項２１に記載の方法。
- 溶融金属が別個の鋳型内で鋳造され、少なくとも鋳型の一部が凝固した金属に残存する請求項１９から２２のいずれか１項に記載の方法。
- さらに、濾過エレメント（２０）の第２のエッジ上に第２の延長バンド（４０）を設け、濾過エレメント（２０）の第２のエッジはその他方のエッジ（２２）と対向しており、第２の延長バンド（４０）は第１（４２）と第２の縦方向エッジ（４４）を有し、第２の延長バンド（４０）の第１のエッジ（４２）が、濾過エレメント（２０）の第２のエッジ（４４）に取り付けられる請求項１９から２３のいずれか１項に記載の方法。
- 溶融金属の凝固後に、
濾過エレメント（２０）と延長バンド（４０）と金属鋳造端部部材（３０）を回動し、
第２の延長バンド（４０）の第２のエッジ（４４）を溶融金属内に浸し、該第２のエッジが溶融金属内に埋め込まれるように溶融金属を凝固させることにより、第２の金属鋳造端部部材（３０）を第２の延長バンド（４０）の第２のエッジ（４４）に結合させるようにした請求項２４に記載の方法。 - 対向する２つのエッジを有する中空で円筒状の濾過エレメント（２０）と、
対向する２つの端部を有し、濾過エレメント（２０）の内側に同軸に配置された剛性で耐熱性で多孔性の内部コア（５０）と、
第１（４２）と第２の縦方向エッジ（４４）を有する２つの耐熱性延長バンド（４０）であって、延長バンド（４０）の第１のエッジ（４２）が濾過エレメント（２０）の対応するエッジ（２２）に沿って取り付けられ、延長バンド（４０）が内部コア（５０）の対応する端部の周囲のところで圧搾される２つの耐熱性延長バンド（４０）と、
２つの金属端板（７２）とからなり、それぞれの端版が内部コア（５０）の対応する端部に溶接され、それにより、内部コア（５０）の端部が延長バンド（４０）と端板（７２）とにより閉鎖される濾過カートリッジ（１０）。 - 各延長バンド（４０）が金属シートで作られる請求項２６に記載の濾過カートリッジ（１０）。
- 延長バンド（４０）は２０ミクロンと５００ミクロンとの間の厚さと、５ｍｍと１５０ｍｍとの間の幅を有する請求項２７に記載の濾過カートリッジ（１０）。
- 濾過エレメント（２０）が多孔性織布からなる請求項２６から２８のいずれか１項に記載の濾過カートリッジ（１０）。
- 濾過エレメント（２０）は、ひだが付けられ、中空円筒の形となるように形成される請求項２９に記載の濾過カートリッジ（１０）。
- 内部コア（５０）が金属の円筒状支持メッシュからなる請求項３０に記載の濾過カートリッジ（１０）。
- 各延長バンド（４０）の第１のエッジ（４２）が濾過エレメント（２０）の対応するエッジ（２２）と重ね合わされ、少なくとも１本の縫製糸（２４）を使用して濾過エレメント（２０）に取り付けられる請求項２９から３１のいずれか１項に記載の濾過カートリッジ（１０）。
- 縫製糸（２４）が金属線である請求項３２に記載の濾過カートリッジ（１０）。
- 延長バンド（４０）は、金属ベルト（７０）により内部コア（５０）の対応する端部の周囲のところで圧搾される請求項２６から３３のいずれか１項に記載の濾過カートリッジ（１０）。
- 濾過エレメント（２０）のエッジ（２２）に金属の端部部材（３０）を設ける方法であって、
濾過エレメント（２０）のエッジ（２２）に沿って、第１と第２の縦方向エッジ（４４）を有する耐熱性延長バンド（４０）を取り付け、
濾過エレメント（２０）および延長バンド（４０）にひだを付けて、中空円筒に形成し、
円筒の内側に剛性で金属の多孔性内部コア（５０）を挿入し、
内部コア（５０）の端部上で延長バンド（４０）を圧搾し、
内部コア（５０）の端部に端板（７２）を溶接する前記方法。
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