JP3067740B2 - セラミックス製フィルターモジュール - Google Patents

セラミックス製フィルターモジュール

Info

Publication number
JP3067740B2
JP3067740B2 JP10198811A JP19881198A JP3067740B2 JP 3067740 B2 JP3067740 B2 JP 3067740B2 JP 10198811 A JP10198811 A JP 10198811A JP 19881198 A JP19881198 A JP 19881198A JP 3067740 B2 JP3067740 B2 JP 3067740B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ceramic
flow holes
filter module
internal flow
holes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP10198811A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH11123308A (ja
Inventor
辰珠 朴
千尋 河合
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP10198811A priority Critical patent/JP3067740B2/ja
Priority to US09/134,605 priority patent/US6214227B1/en
Priority to DE69832340T priority patent/DE69832340T2/de
Priority to EP98306538A priority patent/EP0899003B1/en
Publication of JPH11123308A publication Critical patent/JPH11123308A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3067740B2 publication Critical patent/JP3067740B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2418—Honeycomb filters
    • B01D46/2451—Honeycomb filters characterized by the geometrical structure, shape, pattern or configuration or parameters related to the geometry of the structure
    • B01D46/2474—Honeycomb filters characterized by the geometrical structure, shape, pattern or configuration or parameters related to the geometry of the structure of the walls along the length of the honeycomb
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • B01D39/2068—Other inorganic materials, e.g. ceramics
    • B01D39/2072—Other inorganic materials, e.g. ceramics the material being particulate or granular
    • B01D39/2075—Other inorganic materials, e.g. ceramics the material being particulate or granular sintered or bonded by inorganic agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/0039—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with flow guiding by feed or discharge devices
    • B01D46/0047—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours with flow guiding by feed or discharge devices for discharging the filtered gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2418—Honeycomb filters
    • B01D46/2425—Honeycomb filters characterized by parameters related to the physical properties of the honeycomb structure material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2418—Honeycomb filters
    • B01D46/2425—Honeycomb filters characterized by parameters related to the physical properties of the honeycomb structure material
    • B01D46/2429—Honeycomb filters characterized by parameters related to the physical properties of the honeycomb structure material of the honeycomb walls or cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2418—Honeycomb filters
    • B01D46/2425—Honeycomb filters characterized by parameters related to the physical properties of the honeycomb structure material
    • B01D46/24491—Porosity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2418—Honeycomb filters
    • B01D46/2425—Honeycomb filters characterized by parameters related to the physical properties of the honeycomb structure material
    • B01D46/24492—Pore diameter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2418—Honeycomb filters
    • B01D46/2451—Honeycomb filters characterized by the geometrical structure, shape, pattern or configuration or parameters related to the geometry of the structure
    • B01D46/247—Honeycomb filters characterized by the geometrical structure, shape, pattern or configuration or parameters related to the geometry of the structure of the cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2418—Honeycomb filters
    • B01D46/2451—Honeycomb filters characterized by the geometrical structure, shape, pattern or configuration or parameters related to the geometry of the structure
    • B01D46/2482—Thickness, height, width, length or diameter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2418—Honeycomb filters
    • B01D46/2451—Honeycomb filters characterized by the geometrical structure, shape, pattern or configuration or parameters related to the geometry of the structure
    • B01D46/2484—Cell density, area or aspect ratio
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2418—Honeycomb filters
    • B01D46/2451—Honeycomb filters characterized by the geometrical structure, shape, pattern or configuration or parameters related to the geometry of the structure
    • B01D46/2486—Honeycomb filters characterized by the geometrical structure, shape, pattern or configuration or parameters related to the geometry of the structure characterised by the shapes or configurations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2418—Honeycomb filters
    • B01D46/2451—Honeycomb filters characterized by the geometrical structure, shape, pattern or configuration or parameters related to the geometry of the structure
    • B01D46/2486—Honeycomb filters characterized by the geometrical structure, shape, pattern or configuration or parameters related to the geometry of the structure characterised by the shapes or configurations
    • B01D46/2488—Triangular
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2418—Honeycomb filters
    • B01D46/2451—Honeycomb filters characterized by the geometrical structure, shape, pattern or configuration or parameters related to the geometry of the structure
    • B01D46/2486—Honeycomb filters characterized by the geometrical structure, shape, pattern or configuration or parameters related to the geometry of the structure characterised by the shapes or configurations
    • B01D46/249—Quadrangular e.g. square or diamond
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2418—Honeycomb filters
    • B01D46/2451—Honeycomb filters characterized by the geometrical structure, shape, pattern or configuration or parameters related to the geometry of the structure
    • B01D46/2486—Honeycomb filters characterized by the geometrical structure, shape, pattern or configuration or parameters related to the geometry of the structure characterised by the shapes or configurations
    • B01D46/2492—Hexagonal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2418—Honeycomb filters
    • B01D46/2451—Honeycomb filters characterized by the geometrical structure, shape, pattern or configuration or parameters related to the geometry of the structure
    • B01D46/2486—Honeycomb filters characterized by the geometrical structure, shape, pattern or configuration or parameters related to the geometry of the structure characterised by the shapes or configurations
    • B01D46/2496—Circular
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/0006—Honeycomb structures

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は流体濾過フィルター
に用いるセラミックス製のフィルターモジュール、特に
高透過性能を持つ窒化ケイ素製フィルターモジュールに
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、食品や薬品、半導体製造などの分
野においては、濾過フィルターとして有機膜が使用され
てきた。しかし、有機膜は耐熱性、耐圧性、耐薬品性な
どに劣るため、これらの特性に優れたセラミックス多孔
質膜からなるフィルターに代替しつつある。また、セラ
ミックス多孔質膜は、触媒担体や微生物培養担体などの
バイオリアクターなどとしても使用されている。
【０００３】また、近年では耐熱性が高く、高強度であ
って、高透過性を有するセラミックスフィルターの必要
性が高まっている。各種セラミックスの中でも、窒化ケ
イ素は高強度、高靭性、高耐熱衝撃性、高耐薬品性を持
つ構造用セラミックス材料であり、フィルター材質とし
て非常に有望である。
【０００４】ところでセラミックスフィルターの透過性
能は、気孔率に比例し且つ細孔径に反比例する。Ａｌ2
Ｏ3に代表される通常のセラミックスフィルターは、原
料粉末を焼結したセラミックス多孔体から構成されてい
るため、気孔率が最大でも４０体積％程度と低く、その
ため濾過時の圧力損失が大きくなり、透過性能が有機膜
に劣っている。
【０００５】このような欠点を解決するために、実際の
セラミックスフィルターでは、セラミックス多孔体を多
層構造の円筒状（チューブ状）に形成して、実際に濾過
に必要な細孔径の小さな部分を薄くすることにより、圧
力損失を小さくして透過性能を上げるように設計されて
いる。即ち、実際に濾過を行う円筒状の薄膜部と、この
薄膜部を支持する基材部と、必要に応じて両者の間に介
在する中間部とからなる、２〜３層の多層構造にしてい
る。
【０００６】しかも、セラミックスフィルターを実際に
工業的に使用する場合、濾過装置のコンパクト化を図る
ために、単位体積当たりの膜面積を大きくする必要があ
る。フィルターの性能は、単位面積当たりの透過量と膜
面積の積に比例するからである。この目的のために開発
されたフィルター形状がモノリス形状と呼ばれるもので
あり、図８に示すように、セラミックス多孔体２中に多
数の被濾過流体の流通孔３を設けてあり、断面が蓮根形
状の構造を有するフィルターモジュール１となってい
る。このモノリス形状においても、各流通孔３（セルと
もいう）は、上記のごとく濾過層となる細孔径の小さな
薄膜部と、これを支持する細孔径の大きな基材部との多
層構造にして、透過性能を上げている。
【０００７】かかるモノリス型のフィルターモジュール
１は、食品や薬品の製造工程において通常使用されてい
るクロスフロー濾過に広く用いられている。この濾過方
式は、図９に示すように、原液槽４から被濾過流体５を
送液ポンプ６でモノリス型のフィルターモジュール１に
供給し、フィルターモジュール１で濾過流体を取り出し
て回収すると共に、フィルターモジュール１の流通孔を
通過した被濾過流体５を循環路７を通して原液槽４に戻
し、繰り返し濾過する方式である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記のごとく、従来の
セラミックスフィルターは、圧力損失を小さくして透過
性能を向上させるために、濾過を行う円筒状の薄膜部及
びこの薄膜部を支持する基材部を含む多層構造のチュー
ブ状である。また、実際の濾過装置では、この多層構造
の流通孔を蓮根形状に形成したモノリス型のフィルター
モジュールが使用されている。
【０００９】しかしながら、モノリス型フィルターの蓮
根状流通孔を多層構造化するには、複雑な工程を経なけ
ればならず、必然的に製造コストが増大するという欠点
があった。
【００１０】一方、気孔率が高く且つ高強度で、透過流
量が極めて高い窒化ケイ素製のセラミックス多孔体が、
特開平７−５００４７０号公報に提案されている。この
窒化ケイ素製多孔体は、主成分である柱状Ｓｉ3Ｎ4粒子
が三次元的にランダムに結合した構造を有しており、気
孔率が３０％以上であって、前記した通常のＡｌ2Ｏ3な
どのセラミックスフィルターのように多層構造にしなく
ても、充分大きな透過流量を得ることができる。
【００１１】しかし、この単層構造の窒化ケイ素製のセ
ラミックス多孔体であっても、チューブ状フィルター同
士の比較では通常の多層構造のＡｌ2Ｏ3フィルターより
も優れた透過性能を有するにも拘らず、モノリス形状の
フィルターモジュールとした場合には、透過性能が大幅
に低下することが避けられなかった。
【００１２】なぜならば単層構造でモノリス形状のフィ
ルターを作製した場合、図８に矢印線で示すように、中
心に近い流通孔３から外周面に透過する距離が長く、従
って透過抵抗が極めて大きくなるために、実際の透過性
能は殆ど表面に近い流通孔３からの透過流量で決まって
しまうためである。
【００１３】本発明はこのような従来の事情に鑑み、透
過抵抗が小さく、極めて高い透過性能を有するモノリス
形状のセラミックス製フィルターモジュールを提供する
ことを目的とする。特に耐熱性が高く、高強度であっ
て、高い分離性能と透過性能を有し、食品や薬品、半導
体の製造分野で使用されるクロスフロー濾過、精密濾
過、限外濾過などに好適なセラミックス製フィルターモ
ジュールを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供するセラミックス製フィルターモジュ
ールは、平均アスペクト比３以上の柱状窒化ケイ素粒子
と酸化物系結合相とから構成され、気孔率３０〜７０
％、平均細孔径１２μｍ以下、３点曲げ強度１００ＭＰ
ａ以上の窒化ケイ素系セラミックス多孔体を一方向に貫
通して設けた被濾過流体流通用の多数の流通孔と、一部
の流通孔の入口部と出口部を封止して形成した濾過流体
流通用の多数の内在流通孔とを備え、該流通孔と内在流
通孔とが前記一方向に直角な断面からみて行単位又は列
単位でそれぞれの配置ピッチが１〜３ｍｍで交互に整列
して配置されており、且つセラミック実肉部をはさんで
隣接する内在流通孔の間及び又は内在流通孔と前記セラ
ミックス多孔体の外周面との間に濾過流体排出用の多数
の排出孔が該実肉部を貫通して設けられており、且つ、
該実肉部の厚みが１ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】そして、上記本発明のセラミックス製フィ
ルターモジュールにおいては、前記流通孔及び内在流通
孔の断面形状が三角形、四角形、六角形、円形あるいは
格子状又はスリット状であること、さらには、前記内在
流通孔の封止部が、プラスチック、金属，又はセラミッ
クスで構成されていることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明のセラミックス製フィルタ
ーモジュールは、例えば図１及び図２に示すように、セ
ラミックス多孔体１０に一方向に貫通して被濾過流体流
通用の多数の流通孔１１を蓮根状又はハニカム状に設け
たモノリス型であるが、その流通孔１１の内の一部は入
口部と出口部を封止部１３により封止して、両端が目止
めされた内在流通孔１２としている。これら流通孔１１
と内在流通孔１２とは、例えば図２に示すように、その
貫通方向に直角な断面からみて行単位又は列単位で交互
に整列して配置されている。
【００１７】しかも行単位又は列単位で交互に整列した
多数の内在流通孔１２と実肉部１５をはさんで隣接する
内在流通孔１２の間、及び又は内在流通孔１２とセラミ
ックス多孔体１０の外周面との間には、図２、図３のよ
うに濾過流体排出用の多数の排出孔１４が形成してあ
る。即ち、これらの間に存在するセラミックス多孔体１
０の実肉部１５を貫通する排出孔１４によって、各行単
位又は列単位の内在流通孔１２は互いに連通し、且つセ
ラミックス多孔体１０の外周面にも開口しているのであ
る。
【００１８】なお、各排出孔１４は任意の行単位又は列
単位の中では、全ての内在流通孔１２が互いに連通し且
つセラミックス多孔体１０の外周面に開口するように、
各内在流通孔１２ごとに少なくとも２カ所設ければよい
が、濾過流体の排出を容易にするために３カ所以上に設
けることが好ましい。
【００１９】流通孔１１及び内在流通孔１２の断面形状
は特に限定されず、図１及び図２に示すような正四角形
のほか、三角形、四角形、六角形、円形あるいは格子状
又はスリット状でもよい。例えば、図４に示すように、
流通孔１１と内在流通孔１２の断面形状を辺の長さの異
なる長方形で構成したり、図５のように格子状にした
り、図６のようにスリット状にしたりすることも可能で
ある。又、フィルターモジュールを構成するセラミック
ス多孔体１０の断面形状は、図２、図３、図４、図５の
ような四角形のほか、図６のような円形又はこれ以外の
多角形などであってもよい。
【００２０】更に内在流通孔１２の封止部１３は、エポ
キシ樹脂やフッ素樹脂などのプラスチックのほか、金
属、又はセラミックスなどであってよい。なお、セラミ
ックスの封止部の場合には、セラミックス多孔体の焼結
と同時に封止部を焼結して形成することもできる。
【００２１】かかる構造のセラミックス製フィルターモ
ジュールを製造するには、通常のごとく、原料粉末を押
出成形などにより蓮根状又はハニカム状に成形した後、
焼結することにより、内部に多数の流通孔を備えたセラ
ミックス多孔体を作製する。次にこの流通孔の両端部を
一行置き又は一列置きに封止して内在流通孔を形成し、
封止された行又は列の内在流通孔には実肉部を貫通して
排出孔を穿設する。尚、上記の製法は一例であって、成
形時に排出孔を形成したり、焼結時に同時に流通孔の両
端を封止することもできる。
【００２２】本発明のセラミックス製フィルターモジュ
ールによれば、フィルターモジュールの片方の端面に供
給された被濾過流体は、行単位又は列単位に端面に開口
した流通孔（セル）に流入する。流通孔に流入した被濾
過流体の一部は、セラミックス多孔体からなる実肉部
（セル壁）を透過して、隣の行又は列に整列した内在流
通孔に入る。このようにして内在流通孔に入った濾過流
体は、その中を流れながら排出孔を通って直接外部に排
出されるか又は隣接する内在流通孔に移動し、これを繰
り返しながら最終的に排出孔からフィルターモジュール
の外周面に流れ出し、外部に排出される。
【００２３】このように濾過流体は流通孔に隣接する内
部流通孔内を自由に流れながら、排出孔から外部に排出
されるので、セラミックス多孔体の内部の流通孔、特に
中心部に近い流通孔からの透過においても、大きな透過
抵抗を受けることなく、従ってモノリス型のセラミック
ス製フィルターモジュールでありながら、極めて高い透
過性能を得ることができる。又、通常のＡｌ2Ｏ3などの
セラミックスフィルターのように、セル壁を薄膜部と支
持部の多層構造にしなくても、充分大きな透過流量を得
ることができる。
【００２４】特にセラミックス多孔体として、平均アス
ペクト比３以上の柱状窒化ケイ素粒子と酸化物系結合相
とから構成され、気孔率３０〜７０％、平均細孔径１２
μｍ以下、３点曲げ強度１００ＭＰａ以上の窒化ケイ素
系セラミックス多孔体を使用することが好ましい。この
窒化ケイ素系セラミックス多孔体の使用により、高強度
で、耐熱性や耐圧性など特性に優れるうえ、透過性能及
び分離性能に優れたセラミックス製フィルターモジュー
ルが得られる。なお、ここで窒化ケイ素系セラミックス
とは、サイアロンを含むものである。
【００２５】この窒化ケイ素系セラミックス多孔体につ
いては、前記特開平７−５００４７０号公報に詳しく説
明されている。即ちアスペクト比３以上の柱状窒化ケイ
素を主成分とし、希土類元素の化合物を酸化物換算で１
〜２０体積％含み、更に必要に応じて、周期律表の２Ａ
又は３Ｂ族元素もしくは遷移金属元素の化合物を酸化物
換算で５体積％以下含むものである。又、アスペクト比
３以上のβ−窒化ケイ素柱状粒子は、全体の窒化ケイ素
粒子の６０％以上であることが好ましい。
【００２６】かかる窒化ケイ素系セラミックス多孔体
は、原料となるＳｉ3Ｎ4粉末と希土類元素化合物粉末、
及び必要に応じて他の化合物粉末を混合し、通常のごと
く成形した後、窒素を含む非活性雰囲気中にて１５００
〜２１００℃の温度で熱処理する方法により製造でき
る。尚、所定の気孔率と細孔径を得るためには、成形体
の密度を理論密度の３０〜６０％とすることが好まし
い。平均細孔径は、原料粉末の粒径と成形体密度によっ
て制御することができる。
【００２７】この窒化ケイ素系セラミックス多孔体が極
めて優れた透過性能をもつ理由は、（１）通常のＡｌ2
Ｏ3多孔体の気孔率が最大でも４０％程度と小さいのに
対して、気孔率が３０〜７０％以上、通常でも約５０％
と高いこと、及び（２）Ａｌ2Ｏ3多孔体では細孔形状が
円形であるのに対して、窒化ケイ素系セラミックス多孔
体では細長いスリット状であることに起因している。
【００２８】又、この窒化ケイ素系セラミックス多孔体
は、細孔形状が上記のごとく細長いスリット状であるた
め、測定（水銀圧入法）されたフィルターの最大細孔径
よりも十分小さい、具体的にはその１／５程度の粒子を
濾別することができる。これに対して通常のＡｌ2Ｏ3フ
ィルターで濾別できる粒子は、最大細孔径とほぼ同じで
ある。また、平均細孔径としては０．００４μｍまでの
微細なものが形成でき、とりわけニーズが高いのは１μ
ｍ以下の平均細孔径のものである。
【００２９】このように上記窒化ケイ素系セラミックス
多孔体を用いて本発明のフィルターモジュールを構成す
ることにより、極めて優れた透過性能を有すると同時に
分離性能にも優れたセラミックスフィルターが得られ
る。このことはセル壁を多層構造にしたチューブ型のＡ
ｌ2Ｏ3フィルター（外径１０ｍｍ、内径８．５ｍｍ、長
さ１００ｍｍ）と、本発明によるチューブ型の単層Ｓｉ
3Ｎ4フィルター（外径１０ｍｍ、内径８ｍｍ、長さ１０
０ｍｍ）について、透過性能の比較を示す図７からも理
解できる。尚、図７中のフィルター材質の次の括弧内
は、濾別できる粒子の最小サイズを示している。
【００３０】更に窒化ケイ素系セラミックス多孔体から
なる本発明のフィルターモジュールの場合、流通孔や内
在流通孔の間の実肉部（セル壁）の厚みは、１ｍｍを越
えると透過抵抗が高くなって透過性能が低下するため、
１ｍｍ以下とすることが好ましい。又、流通孔及び内在
流通孔が行単位又は列単位で交互に整列した際のそれぞ
れの配置ピッチは、優れた透過性能を維持しながら同時
に必要な強度や分離性能を得るため、１〜３ｍｍの範囲
であることが好ましい。
【００３１】
【実施例】図１及び図２に示す構造のＳｉ3Ｎ4製フィル
ターモジュール、及び図１及び図２に示す構造でセル
壁を３層構造にしたＡｌ2Ｏ3製フィルターモジュール
を、それぞれ下記のごとく製造し、透過試験を実施し
た。又、比較のために、３層構造のセル壁を有する市販
のモノリス型のＡｌ2Ｏ3フィルターモジュールについ
ても、同様に透過試験を行った。
【００３２】Ｓｉ3Ｎ4製フィルターモジュール：平均
粒径０．５μｍのα型Ｓｉ3Ｎ4粉末に平均粒径０．０２
５μｍのＹ2Ｏ3粉末を８重量％添加し、その混合粉末を
有機バインダー及び水と混合し、押出成形により成形
後、窒素雰囲気中において温度１８００℃、圧力５気圧
で２時間焼成した。得られたＳｉ3Ｎ4製のセラミックス
多孔体１０の流通孔１１のうち、１列置きに両端をフッ
素樹脂で封止して内在流通孔１２を形成し、更に内在流
通孔１２が互いに連通し且つ外部に開口するように排出
孔１４を穿設した。
【００３３】得られた図１及び図２の構造のフィルター
モジュールは、外形が縦横３０．６ｍｍ及び長さ５００
ｍｍの四角柱状で、流通孔１１及び内在流通孔１２は縦
横２ｍｍ、実肉部の厚さは各流通孔１１及び内在流通孔
１２の間で０．３ｍｍ、外周面との間で０．５ｍｍであ
った。又、排出孔１４は直径が１．５ｍｍで、５０ｍｍ
間隔に穿設した。このＳｉ3Ｎ4製フィルターモジュール
は、実肉部の気孔率が５０％であって、粒径０．２μｍ
の粒子を１００％分離できた。
【００３４】Ａｌ2Ｏ3製フィルターモジュール： 支持層：平均粒径２０μｍのα型Ａｌ2Ｏ3粉末に平均粒
径０．５μｍＭｇＯ粉末を０．５重量％添加し、その混
合粉末を有機バインダー及び水と混合し、押出成形によ
り成形後、大気中において温度１２００℃、圧力１気圧
で２時間焼成して、上記Ｓｉ3Ｎ4製フィルターモジュ
ールと形状及び寸法が同一の構造体（支持層）を得た。
【００３５】中間層：平均粒径１μｍのα型Ａｌ2Ｏ3粉
末に平均粒径０．５μｍのＭｇＯ粉末を０．５重量％添
加し、その混合粉末に水を添加して２０％スラリーを作
製し、これを上記構造体（支持層）で濾過した後、上記
と同様に焼成して流通孔の壁に中間層を形成した。
【００３６】濾過層：平均粒径０．２μｍのα型Ａｌ2
Ｏ3粉末に平均粒径０．０５μｍのＭｇＯ粉末を０．５
重量％添加し、その混合粉末に水を添加して２０％スラ
リーを作製し、これを中間層まで形成した上記構造体で
濾過した後、上記と同様に焼成して流通孔の壁に濾過層
を形成した。
【００３７】その後、前記Ｓｉ3Ｎ4製フィルターモジ
ュールの場合と同様に、一部の流通孔の両端を封止して
内在流通孔を形成し、更に排出孔を穿設した。このＡｌ
2Ｏ3製フィルターモジュールの実肉部の気孔率は３５％
であり、粒径０．２μｍの粒子を１００％分離すること
ができた。
【００３８】市販のモノリス型Ａｌ2Ｏ3フィルターモ
ジュール：このフィルターモジュールは、長さ５００ｍ
ｍ及び直径３０ｍｍのＡｌ2Ｏ3製セラミックス多孔体中
に、直径３ｍｍの流通孔を３７個穿設した構造を有して
いる。又、各流通孔については、上記Ａｌ2Ｏ3製フィ
ルターモジュールと同様に、支持層、中間層、及び濾過
層からなる多層構造になっている。この市販のモノリス
型Ａｌ2Ｏ3フィルターモジュールは、実肉部の気孔率が
３５％であり、粒径０．２μｍの粒子を１００％分離す
ることができた。
【００３９】上記した，，の各フィルターモジュ
ールの最大細孔径と、実肉部の厚さを表１にまとめて示
した。
【００４０】
【表１】
【００４１】上記した，，の各フィルターモジュ
ールの透過試験として、粒径０．２μｍのＡｌ2Ｏ3粒子
を０．１ｗｔ％含んだ純水を濾過したときの透過流量を
測定し、その結果を表２に示した。尚、濾過条件は差圧
１ｋｇ／ｃｍ2、水量３０Ｌ／ｍｉｎであった。下記表
２の結果から分かるように、図１及び図２に示す本発明
の構造を備えたセラミックス製フィルターモジュール
は、従来の市販のモノリス型セラミックス製フィルター
モジュールよりも優れた透過性能を示し、特にＳｉ3Ｎ4
製フィルターモジュールは同じモノリス型であって、し
かもセル壁を多層構造にしなくても、格段に優れた透過
性能を有している。
【００４２】
【表２】
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば、透過抵抗が小さく、極
めて高い透過性能を有するモノリス型のセラミックス製
フィルターモジュールを提供することができる。また、
窒化ケイ素系多孔体を用いることで、耐熱性が高く、高
強度であって、より一層高い分離性能と透過性能を有す
るフィルターモジュールを提供することができる。
【００４４】かかる本発明のセラミックス製フィルター
モジュールは、高い分離性能と透過性能とを兼ね備えた
ものであるから、食品、薬品や半導体の製造分野で使用
されるクロスフロー濾過、精密濾過、限外濾過を初めと
する各種濾過用フィルターとして有効である。又、内壁
に細孔径のより小さい層を更に形成することによって、
液体の濾過のみならず、ガス分離などに用いるフィルタ
ーとしても有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミックス製フィルターモジュール
の一具体例を示す側面の断面図である。
【図２】図１のセラミックス製フィルターモジュールの
Ａ方向から見た正面図である。
【図３】図１のセラミックス製フィルターモジュールの
Ｂ断面図である。
【図４】本発明のセラミックス製フィルターモジュール
の別の具体例を示す正面図である。
【図５】本発明のセラミックス製フィルターモジュール
の別の具体例を示す正面図である。
【図６】本発明のセラミックス製フィルターモジュール
の円形断面の例を示す正面図である。
【図７】セラミックス製フィルターモジュール４種の濾
過圧力と透過流量の関係を示すグラフである。
【図８】従来のモノリス型セラミックスフィルターを示
す断面図である。
【図９】クロスフロー濾過方式を示す概略の説明図であ
る。
【符号の説明】
１ フィルターモジュール ２ セラミックス多孔体 ３ 流通孔 ４ 原液槽 ５ 被濾過流体 ６ 送液ポンプ ７ 循環路 １０ セラミックス多孔体 １１ 被濾過流体の流通孔 １２ 濾過流体流通用の内在流通孔 １３ 封止部 １４ 濾過流体の排出孔 １５ セラミックス実肉部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−100179（ＪＰ，Ａ) 実公 平４−892（ＪＰ，Ｙ２) 実公 平４−893（ＪＰ，Ｙ２) 国際公開94／27929（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01D 39/20

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 平均アスペクト比３以上の柱状窒化ケイ
    素粒子と酸化物系結合相とから構成され、気孔率３０〜
    ７０％、平均細孔径１２μｍ以下、３点曲げ強度１００
    ＭＰａ以上の窒化ケイ素系セラミックス多孔体を一方向
    に貫通して設けた被濾過流体流通用の多数の流通孔と、
    一部の流通孔の入口部と出口部を封止して形成した濾過
    流体流通用の多数の内在流通孔とを備え、該流通孔と内
    在流通孔とが前記一方向に直角な断面からみて行単位又
    は列単位でそれぞれの配置ピッチが１〜３ｍｍで交互に
    整列して配置されており、且つセラミック実肉部をはさ
    んで隣接する内在流通孔の間及び又は内在流通孔と前記
    セラミックス多孔体の外周面との間に濾過流体排出用の
    多数の排出孔が該実肉部を貫通して設けられており、且
    つ、該実肉部の厚みが１ｍｍ以下であることを特徴とす
    るセラミックス製フィルターモジュール。
  2. 【請求項２】 前記流通孔及び内在流通孔の断面形状
    が、三角形、四角形、六角形、円形あるいは格子状又は
    スリット状であることを特徴とする、請求項１に記載の
    セラミックス製フィルターモジュール。
  3. 【請求項３】 前記内在流通孔の封止部が、プラスチッ
    ク、金属，又はセラミックスで構成されていることを特
    徴とする、請求項１又は２に記載のセラミックス製フィ
    ルターモジュール。
JP10198811A 1997-08-20 1998-07-14 セラミックス製フィルターモジュール Expired - Fee Related JP3067740B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10198811A JP3067740B2 (ja) 1997-08-20 1998-07-14 セラミックス製フィルターモジュール
US09/134,605 US6214227B1 (en) 1997-08-20 1998-08-14 Ceramic filter module
DE69832340T DE69832340T2 (de) 1997-08-20 1998-08-17 Keramisches Filtermodul
EP98306538A EP0899003B1 (en) 1997-08-20 1998-08-17 Ceramic filter module

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22393997 1997-08-20
JP9-223939 1997-08-20
JP10198811A JP3067740B2 (ja) 1997-08-20 1998-07-14 セラミックス製フィルターモジュール

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11123308A JPH11123308A (ja) 1999-05-11
JP3067740B2 true JP3067740B2 (ja) 2000-07-24

Family

ID=26511190

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10198811A Expired - Fee Related JP3067740B2 (ja) 1997-08-20 1998-07-14 セラミックス製フィルターモジュール

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6214227B1 (ja)
EP (1) EP0899003B1 (ja)
JP (1) JP3067740B2 (ja)
DE (1) DE69832340T2 (ja)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11169679A (ja) * 1997-12-17 1999-06-29 Ngk Insulators Ltd モノリス形セラミックフィルタ
JP4094771B2 (ja) * 1999-06-08 2008-06-04 日本碍子株式会社 セラミックフィルタ用基材とその製造方法
JP3277918B2 (ja) * 1999-06-15 2002-04-22 住友電気工業株式会社 セラミック多孔体を用いた濾過器
JP4049501B2 (ja) * 2000-01-24 2008-02-20 日本碍子株式会社 セラミックス構造体
FR2805331B1 (fr) 2000-02-21 2002-05-31 Ceramiques Tech Soc D Element multicanal et procede de fabrication d'un tel element
JP2001316188A (ja) * 2000-04-28 2001-11-13 Asahi Glass Co Ltd 窒化ケイ素質多孔体およびその製造方法
JP3607608B2 (ja) * 2000-12-19 2005-01-05 株式会社日立製作所 ノート型パソコンの液冷システム
EP1256368A3 (en) 2001-05-11 2002-12-18 Asahi Glass Company Ltd. Method for sealing a silicon nitride filter and composition for sealing
JP4714367B2 (ja) * 2001-05-16 2011-06-29 メタウォーター株式会社 膜ろ過方法
EP1493904B1 (en) * 2002-04-10 2016-09-07 Ibiden Co., Ltd. Honeycomb filter for clarifying exhaust gas
JP3829792B2 (ja) * 2002-10-30 2006-10-04 トヨタ自動車株式会社 排ガス浄化触媒用担体の製造方法
JP2004202399A (ja) * 2002-12-25 2004-07-22 Kyocera Corp セラミック多孔質体とその製造方法及びこれを用いたセラミックフィルター
US20040152593A1 (en) * 2003-01-30 2004-08-05 Cutler Willard A. Catalyst support
JP2004275907A (ja) * 2003-03-17 2004-10-07 Ngk Insulators Ltd セラミックフィルタ
JP4358538B2 (ja) * 2003-03-17 2009-11-04 日本碍子株式会社 セラミックフィルタ
JP3868391B2 (ja) * 2003-04-10 2007-01-17 日本碍子株式会社 セラミックスハニカムフィルタ及びその製造方法
CN100343198C (zh) * 2003-07-29 2007-10-17 旭硝子株式会社 氮化硅质蜂窝式过滤器及其制造方法
JP4550434B2 (ja) * 2004-01-15 2010-09-22 日本碍子株式会社 セル構造体及びその製造方法
DE102006008453A1 (de) * 2006-02-17 2007-08-23 Itn Nanovation Ag Reinigungsverfahren für Abwässer
SE533833C2 (sv) * 2009-04-02 2011-02-01 Cleanflow Ab Metod och anordning för klarning av grönlut
WO2013145318A1 (ja) * 2012-03-30 2013-10-03 イビデン株式会社 ハニカムフィルタ及びハニカムフィルタの製造方法
JPWO2013145318A1 (ja) * 2012-03-30 2015-08-03 イビデン株式会社 ハニカムフィルタ及びハニカムフィルタの製造方法
JP6102114B2 (ja) * 2012-07-31 2017-03-29 株式会社明電舎 モノリス型のセラミックスフィルタ用基材とその製造方法
CN104661732B (zh) * 2012-09-28 2018-07-03 日本碍子株式会社 一体型分离膜结构体的缺陷检测方法、修补方法以及一体型分离膜结构体
CA2943910A1 (en) * 2014-03-28 2015-10-01 Ngk Insulators, Ltd. Monolithic separation membrane structure, method for producing monolithic separation membrane structure, and method for dehydrating
JP6687438B2 (ja) * 2016-03-25 2020-04-22 日本碍子株式会社 ハニカムフィルタ

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH681281A5 (en) 1990-04-12 1993-02-26 Johannes Wieser Linhart Dipl I Particle filter for sepg. process materials - comprises particulate porous elongated block with 1st channel for raw mixt. and 2nd channel for permeate
JPH04893A (ja) 1990-04-17 1992-01-06 Sony Corp ホワイトバランス調整回路
JPH04892A (ja) 1990-04-17 1992-01-06 Sony Corp ホワイトバランス調整回路
SG46414A1 (en) 1993-05-20 1998-02-20 Sumitomo Electric Industries Porous ceramic and process for producing the same
DE69629979T2 (de) * 1995-06-02 2004-07-29 Corning Inc. Vorrichtung zur Entfernung von Kontaminationen aus Fluidströmen
JPH09100179A (ja) 1995-07-26 1997-04-15 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化ケイ素質多孔体およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP0899003A1 (en) 1999-03-03
DE69832340T2 (de) 2006-06-01
US6214227B1 (en) 2001-04-10
DE69832340D1 (de) 2005-12-22
EP0899003B1 (en) 2005-11-16
JPH11123308A (ja) 1999-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3067740B2 (ja) セラミックス製フィルターモジュール
US5855781A (en) Monolithic ceramic filter
JP3277918B2 (ja) セラミック多孔体を用いた濾過器
EP0780148A1 (en) Filtration device or membrane device with increasing thickness walls
EP2045001A1 (en) Ceramic filter
EP2161073B1 (en) Inorganic separation membrane complex, and production thereof
JP4800646B2 (ja) セラミックフィルタ及びその製造方法
JP2022051537A (ja) 分岐型フィルタ及び使用方法
JP3400829B2 (ja) モノリス型セラミックフィルター
KR100671867B1 (ko) 세라믹 필터
JP4094771B2 (ja) セラミックフィルタ用基材とその製造方法
KR100671380B1 (ko) 세라믹 필터
EP1832327A2 (en) Filter and method for backwashing of the filter
JP2004306020A (ja) セラミックフィルタ
JPH07501783A (ja) フィルターまたは熱交換器に用いられる構造物、並びに該構造物の製造法
JP4065733B2 (ja) 流体分離フィルタ及び流体分離モジュール
JP4519376B2 (ja) 多孔質フィルターの製造方法
JP4065732B2 (ja) 流体分離モジュール
CN100377761C (zh) 陶瓷过滤器
JP2004290838A (ja) 流体分離フィルタ及び流体分離モジュール
JP2004141809A (ja) 流体分離フィルタ及び流体分離モジュール

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090519

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090519

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100519

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110519

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110519

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120519

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130519

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140519

Year of fee payment: 14

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees