JP3608901B2 - 集塵用フィルタエレメントの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理ガス中のダストを捕捉するフィルタを構成するフィルタエレメントの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被処理ガス中のダストを捕捉するフィルタを構成するフィルタエレメントの一形式として、セラミック材料からなる多孔質支持体の一側に、セラミック材料からなり前記多孔質支持体の平均気孔径より小さい平均気孔径を有するフィルタ層が一体的に形成されている集塵用フィルタエレメントがある。
【０００３】
一般に、フィルタエレメントの特性として、圧力損失が少ないこと、ダストによる目詰まりが少ないこと、耐熱性に優れていること等が要求され、当該形式のフィルタエレメントにおいても同様である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、当該形式のフィルタエレメントにおいては、多孔質支持体およびフィルタ層が共にセラミック材料からなるもので、セラミック材料を適宜選定することにより、所望の耐熱性を有するフィルタエレメントを構成することができる。しかしながら、当該形式のフィルタエレメントは、多孔質支持体とフィルタ層という２層構造の構成であるため、多孔質支持体とフィルタ層とが接合する境界に、これら両層が混在した暫定的な構造の中間層が形成される。
【０００５】
この中間層は、多孔質支持体の気孔にフィルタ層を構成する微粒子が侵入した緻密な構造となっていて、この中間層がフィルタエレメントの圧力損失を高め、かつダストの目詰まりを増加させる原因となっている。
【０００６】
従って、本発明の目的は、この種形式のフィルタエレメントにおいて、中間層が全くまたはほとんどなくて圧力損失が低く、かつ目詰まりの少ないフィルタエレメントを製造することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、集塵用フィルタエレメントの製造方法に関し、特に、セラミック材料からなる多孔質支持体の一側に、セラミック材料からなり前記多孔質支持体の平均気孔径より小さい平均気孔径を有するフィルタ層が一体的に形成されている集塵用フィルタエレメントの製造方法であって、前記フィルタ層を構成するセラミック材料の微粒子をセラミック多孔質支持体の一側面に気流を介して搬送して同多孔質支持体の一側面に付着させるとともに、付着した微粒子に水分を付与して、同微粒子を前記多孔質支持体の一側面に、同多孔質支持体が有する吸水作用によって吸着させることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明に係る集塵用フィルタエレメントの製造方法においては、前記フィルタ層を構成するセラミック材料の微粒子は、その平均粒子径が前記多孔質支持体の平均気孔径の１／２〜２／３であること、前記多孔質支持体がハニカム構造体であることが好ましい。
【０００９】
【発明の作用・効果】
本発明の製造方法においては、フィルタ層を形成するために、セラミック材料からなる微粒子を気流中で多孔質支持体の一側面に付着させる手段を採用しているため、微粒子は相互に適度に凝集して二次粒子の状態となって付着するとともに、微粒子の多孔質支持体の気孔への侵入もほとんど生じない。
【００１０】
このため、形成されるフィルタ層は、微粒子をスラリー状で多孔質支持体の一側面に付着する手段を採用して形成されるフィルタ層に比較して密度が粗い層となるとともに、多孔質支持体とフィルタ層との接合部の境界に緻密な中間層が形成されることがない。
【００１１】
また、本発明の製造方法においては、微粒子が層状に付着した状態で水分を付与して
いるため、多孔質支持体が有する吸水作用によって、微粒子群は層状で多孔質支持体に吸着される。このため、微粒子群の層状体であるフィルタ層は、単に、微粒子を気流を利用して付着してフィルタ層を形成する場合に比較して、多孔質支持体の一側面への付着強度が高くなる。
【００１２】
従って、本発明の製造方法によれば、多孔質支持体とフィルタ層との２層構造の集塵用フィルタエレメントで、多孔質支持体とフィルタ層の境界に緻密な中間層が存在しなくて、圧力損失が低くかつ目詰まりの少ないフィルタエレメントを製造することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の製造方法）
第１の製造方法は、本発明の一例に係る製造方法であって、図１に示すように、多孔質支持体であるハニカム構造体の一側面へのセラミック微粒子の付着工程（ａ）と、微粒子の付着により形成された層状体の吸着工程（ｂ）からなるものである。
【００１４】
本製造方法において採用する多孔質支持体１１は、ハニカム構造体における多数のセルの約半分のセルの一端側開口部を開放状態とするとともにその他端側開口部を閉塞状態とし、かつ残りのセルの他端側開口部を開放状態とするとともにその一端側開口部を閉塞状態としてなるもので、これら２種類のセルは交互に並列配列されているものである。従って、多孔質支持体１１においては、その一端側には、約半分のセルが開口しているとともに、残りのセルは閉塞し、かつその他端側には、約半分のセルが開口しているとともに、残りのセルは閉塞している。
【００１５】
多孔質支持体１１に微粒子を付着させる処理装置２０は、処理室２１と、処理室２１の前側に形成したフード２２と、処理室２１の後側に形成した排出流路２３を備え、フード２２には供給管路２４が接続されている。また、排出流路２３は図示しないブロアに接続されている。なお、排出流路２３には差圧計２５と流量計２６とが配設されている。
【００１６】
多孔質支持体１１は、取付治具２７を介して処理室２１内の前側に取付けられて、その一端側をフード２２に対向させている。この状態で、ブロアを駆動して供給管路２４からエアＡとセラミック微粒子Ｂをフード２２内に吸引して、エアＡおよびセラミック微粒子Ｂを多孔質支持体１１の一端側に開口する一方の各セルの開口部からそれらの内部に導入する。導入されたエアＡは、一方の各セルから隔壁を透過して他方の各セルに流入するとともに、他方の各セルの他端側の開口部から排出流路２３を通して外部へ排出される。この間、セラミック微粒子Ｂは一方の各セルの側壁面に均等に付着する。
【００１７】
この付着工程（ａ）では、エアＡは所定の流速に調節されるとともに、多孔質支持体１１の上流側と下流側間の差圧の値が検出され、差圧の値が設定された所定の値に達した時点で、付着処理を終了する。
【００１８】
付着処理の終了した多孔質支持体１１は、次いで、吸着工程（ｂ）で吸着処理される。吸着装置３０は、処理室３１と、ガス排出流路３２と、処理室３１に取付けた注入具３３を備え、多孔質支持体１１は取付治具３４を介して処理室３１に取付けられて注入具３３に対向される。
【００１９】
この状態で、スチームＣをスチーム導管３５を通して多孔質支持体１１の一端側に供給し、一端側に開口する一方の各セルの開口部からそれらの内部に導入するとともに、ガス排出路３２に接続されているブロアを駆動させる。導入されたスチームＣは、一方の各セルから隔壁を透過して他方の各セルに流入する。この間、スチームＣは各セルの隔壁に均等に供給され、隔壁の一側面に付着している層状体が隔壁に吸着される。所定量のスチームＣが供給された時点でスチームＣの供給を停止する。これにより、付着工程（ａ）にて隔壁の一側面に付着された層状体は、同隔壁の一側面に強固に吸着される。層状体を吸着された多孔質支持体１１は、その後乾燥および焼成され、層状体はフィルタ層に形成される。
【００２０】
なお、上記した吸着工程はスチームを使用した場合であるが、これにスチームに換えて水を使用することもできる。吸着工程（ｃ）は、水を使用した場合の例である。吸着工程（ｃ）においては、多孔質支持体１１水注入具３３が取付治具３４に取付けられていて、水を水道管３６を通して多孔質支持体１１の一端側に供給し、一端側に開口する一方の各セルの開口部からそれらの内部に導入する。導入された水を液面計３７で観察して、液面が所定の高さに達した時点で水の供給を停止し、多孔質支持体１１内の水を速やかに排出する。
【００２１】
これによっても、付着工程（ａ）にて隔壁の一側面に付着された層状体は、同隔壁の一側面に強固に吸着される。層状体を吸着された多孔質支持体１１は、その後乾燥および焼成され、層状体はフィルタ層に形成される。
【００２２】
（第２の製造方法）
第２の製造方法は、本発明の製造方法と比較するための従来の製造方法の一例であり、セラミック微粒子をスラリーの状態で多孔質支持体１１の各セルに供給して、各セルの隔壁の一側面に付着させるものである。処理装置４０は、マグネットスターラ４１上にスラリータンク４２を備え、スラリータンク４２内のスラリーをエアＡの圧力により多孔質支持体１１に供給するものである。
【００２３】
スラリータンク４２は、セラミック微粒子の所定濃度のスラリーを調製するもので、マグネットスターラ４１の撹拌作用により均一濃度のスラリーが調製され、調製されたスラリーは、スラリー注入具４３に取付治具４４を介して接続された多孔質支持体１１の一端側に供給され、一方のセルの開口部からその内部へ導入される。スラリーの供給量は、スラリータンク４２に設けた液面計４５により監視され、供給量が所定の値に達した時点でスラリーの供給は停止される。その後、多孔質支持体１１を反転させて、多孔質支持体１１内の濾過水を排出する。
【００２４】
導入されたスラリー中の水分は、各セルの隔壁を漸次透過して外部へ流出し、この間にスラリー中の微粒子が隔壁の一側面に漸次付着して、微粒子からなる層状体を形成する。付着処理された多孔質支持体１１は、その後乾燥および焼成されて、層状体はフィルタ層に形成される。
【００２５】
（両製造方法にて製造されたフィルタエレメント）
図３には、第１の製造方法（本発明の製造方法）で製造された典型的なフィルタエレメントの一部を拡大した模式的な断面（ａ）と、同フィルタエレメントの気孔分布（ｂ）が示されており、また図４には、第２の製造方法（従来の製造方法）で製造された典型的なフィルタエレメントの一部を拡大した模式的な断面（ａ）と、同フィルタエレメントの気孔分布（ｂ）が示されている。
【００２６】
第１の製造方法で製造されたフィルタエレメント１０Ａは、図３の（ａ）に模式的に示すように、多孔質支持体１１を構成するハニカム構造体の隔壁の一側面にフィルタ層１２を一体的に備えたもので、多孔質支持体１１とフィルタ層１２の接合部の境界はほぼ明確であって、この境界には、セラミック微粒子が多孔質支持体１１の気孔に侵入して形成された中間層は存在しない。また、フィルタエレメント１０Ａの気孔分布は同図の（ｂ）に示す通りであり、多孔質支持体１１が有する気孔のピーク値（気孔径が約１５μｍ）と、フィルタ層１２が有する気孔のピーク値（気孔径が約３μｍ）の２つのピークを備えている。
【００２７】
これに対して、第２の製造方法で製造されたフィルタエレメント１０Ｂは、図４の（ａ）に模式的に示すように、多孔質支持体１１を構成するハニカム構造体の隔壁の一側面にフィルタ層１２を一体的に備えているが、多孔質支持体１１とフィルタ層１２の境界には、セラミック微粒子が多孔質支持体１１の気孔に侵入して形成された中間層１３が存在している。また、フィルタエレメント１０Ｂの気孔分布は同図の（ｂ）に示す通りであり、多孔質支持体１１が有する気孔のピーク値（気孔径が約１５μｍ）と、フィルタ層１２が有する気孔のピーク値（気孔径が約３μｍ）の２つのピークの外に、中間層１３が有する気孔のピーク値（１μｍ）を備えている。
【００２８】
これらのフィルタエレメント１０Ａ，１０Ｂにおける圧力損失、およびダストの捕捉能力は、フィルタエレメント１０Ａが１５０〜２５０ｍｍＡｑ（１ｍ／ｍｉｎ）、９０〜９２％であり、フィルタエレメント１０Ｂが３００〜５００ｍｍＡｑ（１ｍ／ｍｉｎ）、９９．２〜９９．８％であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例に係る製造方法の各工程（ａ），（ｂ），（ｃ）を示す概略的説明図である。
【図２】従来の製造方法を示す概略的説明図である。
【図３】本発明の製造方法で製造されたフィルタエレメントの一部を拡大して示す模式的断面図（ａ）、および同フィルタエレメントの気孔分布曲線（ｂ）である。
【図４】従来の製造方法で製造されたフィルタエレメントの一部を拡大して示す模式的断面図（ａ）、および同フィルタエレメントの気孔分布曲線（ｂ）である。
【符号の説明】
１０Ａ，１０Ｂ…フィルタエレメント、１１… 多孔質支持体、１２…フィルタ層、１３…中間層、２０…処理装置、２１…処理室、２２…フード、２３…排出流路、２４…供給管路、２５…差圧計、２６…流量計、２７…取付治具、３０…吸着装置、３１…処理室、３２…ガス排出流路、３３…注入具、３４…取付治具、３５…スチーム導管、３６…水導管、３７…液面計、４０…処理装置、４１…マグネットスターラ、４２…スラリータンク、４３…スラリー注入具、４４…取付治具、４５…液面計、Ａ…エア、Ｂ…セラミック微粒子、Ｃ…スチーム。

Claims (3)

1. セラミック材料からなる多孔質支持体の一側に、セラミック材料からなり前記多孔質支持体の平均気孔径より小さい平均気孔径を有するフィルタ層が一体的に形成されている集塵用フィルタエレメントの製造方法であり、前記フィルタ層を構成するセラミック材料の微粒子をセラミック多孔質支持体の一側面に気流を介して搬送して同多孔質支持体の一側面に付着させるとともに、付着した微粒子に水分を付与して、同微粒子を前記多孔質支持体の一側面に、同多孔質支持体が有する吸水作用によって吸着させることを特徴とする集塵用フィルタエレメントの製造方法。
2. 請求項１に記載の集塵用フィルタエレメントの製造方法において、前記フィルタ層を構成するセラミック材料の微粒子の平均粒子径が、前記多孔質支持体の平均気孔径の１／２〜２／３であることを特徴とする集塵用フィルタエレメントの製造方法。
3. 請求項１または２に記載の集塵用フィルタエレメントにおいて、前記多孔質支持体がハニカム構造体であることを特徴とする集塵用フィルタエレメントの製造方法。

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