JP3671108B2 - モノリス形セラミックフィルタ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、水、その他の液体を濾過するためのモノリス形セラミックフィルタ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
セラミックフィルタの一形式として、特公平6−16819号公報、特開平6−86918号公報、特開平6−99039号公報等に示されているように、互いに並列して長手方向に延びる多数の流通路を有する多孔質のセラミック支持体の各流通路を区画する隔壁の内周面に同セラミック支持体の細孔径より小さい細孔径の多孔質のセラミック濾過膜を備え、一端側または両端側から前記各流通路に供給される被処理液体の一部を前記セラミック濾過膜を透過して前記隔壁内に侵入させ、侵入した濾液を同隔壁内を通して前記セラミック支持体の外部へ流出させるモノリス形セラミックフィルタがある。
【0003】
当該形式のモノリス形セラミックフィルタは、高分離性能、高強度、高耐食性、薬液洗浄に対する高安定性、長寿命等という特性を有することから、合成樹脂等の有機濾過膜を主体とする有機膜フィルタに比較して優れたフィルタであるとして注目されている。
【0004】
その一例として、当該形式のモノリス形セラミックフィルタを大型化して濾過面積を高めて、上水処理等大量の水、その他の大量の液体(被処理液体)の処理に使用する試みがなされている。しかしながら、当該形式のモノリス形セラミックフィルタを大型化する場合、フィルタを大型化するほどその内部の流動抵抗が大きくなって、透水性等、被処理液体の透過性が低下し、単位濾過面積当たりの被処理液体の透過性能が低下するという問題があり、フィルタの濾過能力を高めるべくフィルタを大型化することは、その効果はさほど期待し得ない。
【0005】
これに対処すべく、上記した各公報のうち、特公平6−16819号公報(第1の公報)にて提案されているセラミックフィルタにおいては、セラミック支持体の外周から中心部に延びる複数のスロットを設けるとともに、スロットが貫通する各流通路の各開口端部を目封じする手段が採られている。
【0006】
また、特開平6−86918号公報(第2の公報)にて提案されているセラミックフィルタにおいては、セラミック支持体に、隔壁と一体で同隔壁より厚い壁部をセラミック支持体内に貫通して設けて、同壁部を流動抵抗緩和部に構成する手段が採られている。
【0007】
また、特開平6−99039号公報(第3の公報)に提案されているセラミックフィルタにおいては、セラミック支持体の外周から中心部に延びる複数の溝部または凹部を設けるとともに、溝部または凹部が貫通する各流通路の各開口端部を目封じする手段が採られている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、当該形式のセラミックフィルタにおいては、その基体であるセラミック支持体は、一般には押出し成形された後に焼成して形成されるが、成形時には変形し易くて特殊な構造のセラミック支持体を成形することが困難であり、かつ、成形・焼成されたセラミック支持体は脆くて硬いため、セラミック支持体を特殊な構造に機械加工することは困難であるとともに、機械加工の際に損傷し易くて加工傷による強度の低下が大きい。
【0009】
従って、上記した第1の公報および第3の公報にて提案されているセラミックフィルタのごとく、セラミック支持体の外周から中心部に延びる複数のスロットや、複数の溝部または凹部を設けることは成形上および機械加工上困難であり、かつ、加工傷に起因して強度低下が大きいという問題がある。また、上記した第2の公報にて提案されているセラミックフィルタのごとく、セラミック支持体に隔壁と一体で同隔壁より厚い壁部をセラミック支持体内に貫通して設けて流動抵抗緩和部を構成することは、押出成形に使用する金型ノズルを選定することにより加工上の問題は少ないが、流動抵抗緩和部が存在する分だけ濾過面積が減少するとともに、濾過面積が減少する割には流動抵抗が緩和する効果は小さいという問題がある。
【0010】
従って、本発明の目的は、これらの問題に対処すべくなされたもので、上記したごときセラミックフィルタを大型化することなく、小型のセラミックフィルタを複数個を一体化してセラミックフィルタ装置を構成することにより、上記問題を解消し得る透過性能に優れた濾過効率の高いセラミックフィルタ装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、モノリス形セラミックフィルタ装置に関する。本発明に係る第1のセラミックフィルタ装置は、互いに並列して長手方向に延びる多数の流通路を有する多孔質のセラミック支持体の各流通路を区画する隔壁の内周面に同セラミック支持体の細孔径より小さい細孔径の多孔質のセラミック濾過膜を備え、一端側または両端側から前記各流通路に供給される被処理液体の一部を前記セラミック濾過膜を透過して前記隔壁内に侵入させ、侵入した濾液を同隔壁内を通して前記セラミック支持体の外部へ流出させるセラミックフィルタを複数本備えた形式のもので、下記の構成を有することを特徴とするものである。
【0012】
すなわち、本発明に係る第1のセラミックフィルタ装置は、上記した形式のセラミックフィルタ装置であって、前記各セラミックフィルタは、互いに並列した状態で各端部にて支持部材を介して支持されて、前記各セラミックフィルタの各端部における支持部の外周側間隙が液密的に閉塞されていて、これら各セラミックフィルタの流通路から前記セラミック濾過膜を透過して前記隔壁内に侵入した濾液が前記各セラミックフィルタ間に設けた流路を経て外部に流出するように構成されているモノリス形セラミックフィルタ装置であり、前記流路は、前記各セラミックフィルタの外周側に位置する環状突部にて形成されていることを特徴とするものである。
【0013】
当該セラミックフィルタ装置においては、前記流路を形成する前記環状突部を、前記各セラミックフィルタの外周に嵌着されたリング状のスペーサにて構成することができ、かつ、前記各セラミックフィルタの外周側に一体的に形成した環状突部にて構成することができる。また、当該セラミックフィルタ装置においては、前記各セラミックフィルタの少なくとも複数のものを、長手方向の全体または局部が屈曲状を呈する形状として、同屈曲形状の部位を前記環状突部として機能させて前記流路を形成する構成を採ることができる。また、当該セラミックフィルタ装置においては、前記各セラミックフィルタとして、互いに異なる外径の複数種類のセラミックフィルタを採用することができる。
【0014】
また、本発明に係る第2のセラミックフィルタ装置は、互いに並列して長手方向に延びる多数の流通路を有する多孔質のセラミック支持体の各流通路を区画する隔壁の内周面に同セラミック支持体の細孔径より小さい細孔径の多孔質のセラミック濾過膜を備え、一端側から前記各流通路に供給される被処理液体の一部を前記セラミック濾過膜を透過して前記隔壁内に侵入させ、侵入した濾液を同隔壁内を通して前記セラミック支持体の外部へ流出させるセラミックフィルタを複数本備えてなるモノリス形セラミックフィルタ装置であり、前記各セラミックフィルタは互いに並列した状態で重合されて一体化されているとともに、前記各セラミックフィルタ間には、これら各セラミックフィルタの流通路とは交差状に前記セラミックフィルタが介在し、交差状に介在する前記セラミックフィルタが有する流通路が、前記濾液を外部へ流出させる流路を形成していることを特徴とすることを特徴とするものである。
【0015】
なお、本発明において、「小さい細孔径」なる文言は、セラミック濾過膜の最大細孔径がセラミック支持体の最大細孔経より小さいこと、および、同セラミック濾過膜の平均細孔径が同セラミック支持体の平均細孔経より小さいことの両者を意味する。
【0016】
【発明の作用・効果】
本発明に係る第1のモノリス形セラミックフィルタ装置においては、各セラミッフィルタ間に形成されている流路は空間部であって、各セラミックフィルタ内の隔壁に比較して流動抵抗が極めて低く、濾液に対する流動抵抗緩和部を構成する。また、かかる流路は、その長手方向の各開口端部が液密的に閉塞されているため、各セラミックフィルタの先端部側に供給される被処理液体は各セラミックフィルタ間の流路には流入しない。このため、流動抵抗緩和部を構成する流路には、各セラミックフィルタの各流通路からセラミック濾過膜を透過して隔壁内に侵入した濾液が容易に流入し、流路を経てセラミックフィルタ装置の外部へ流出する。
【0017】
また、本発明に係る第2のモノリス形セラミックフィルタ装置においては、各セラミックフィルタの並列する群内にこれら各セラミックフィルタの流通路とは交差状に介在するセラミックフィルタの流通路が濾液の流路となる流動抵抗緩和部を構成し、かかる流路には、各セラミックフィルタの各流通路からセラミック濾過膜を透過して隔壁内に侵入した濾液が容易に流入し、流路の開口端部から外部へ流出する。
【0018】
ところで、本発明に係るこれらのセラミックフィルタ装置においては、複数のセラミックフィルタを並列状態に配列して各セラミックフィルタ間に隙間を確保して支持することにより、濾液の流動抵抗緩和部となる流路を形成し、または、複数のセラミックフィルタを並列状態に重合したセラミックフィルタの並列群にセラミックフィルタを交差状に介在させることにより、濾液の流動抵抗緩和部となる流路を形成している。
【0019】
従って、これらの各セラミックフィルタ装置においては、当該流動抵抗緩和部を機械加工を施すことなく形成することができ、各セラミックフィルタにおいては、機械加工による加工傷に起因する強度低下や、スロット、溝部、凹部に起因する強度低下を生じさせることがなく、強度が高く、かつ透過性能に優れた濾過効率の高い特性のセラミックフィルタ装置を構成することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて説明すると、図1には本発明に係る第1のセラミックフィルタ装置の基本構成が模式的に示されている。当該セラミックフィルタ装置は、上水処理等大量の水を処理する大型のものである。
【0021】
当該セラミックフィルタ装置10Aは、同図に示すように、複数のセラミックフィルタ11と、各セラミックフィルタ11を一体に支持する一対の支持部材12とからなるもので、各セラミックフィルタ11は、互いに所定間隔を保持して並列された状態で、各端部を各支持部材12の貫通孔12a内に挿入されて支持されている。
【0022】
各支持部材12は、所定の厚みの円板状を呈するセラミック製、金属製または合成樹脂製のもので、各セラミックフィルタ11を接着剤を介して支持することにより、各セラミックフィルタ11の支持部における外周側の隙間を液密的に閉塞している。なお、各支持部材12は、所定位置に置かれた各セラミックフィルタ11の端部周囲間に支持部材12の形成材料を流込んで成形してもよい。これにより、各セラミックフィルタ11間の各空間部の前後の開口部は密閉されて、同空間部には、後述する種々の手段にて複数の流路Rが構成されている。
【0023】
セラミックフィルタ11は、互いに並列する多数の貫通孔を有する多孔質のセラミック支持体の各貫通孔の内周面に、同セラミック支持体の細孔径より小さい細孔径のセラミック濾過膜を形成して構成されているもので、セラミック濾過膜の形成された各貫通孔が流通路11aとなっている。
【0024】
セラミックフィルタ11の主体部であるセラミック支持体は、セラミックの粉末に有機バインダー、無機結合剤、水等を添加して混練して調製したはい土を用いて押出成形して、得られた成形体を乾燥、焼成して形成されている。
【0025】
セラミックフィルタ11を構成するセラミック支持体は、円柱状で互いに並列して長手方向に延びる正方形の多数の貫通孔を備え、直径50mm、長さ1000mm、貫通孔の一辺4mm、各貫通孔を区画する隔壁の厚み2mm、平均細孔径10μmのものであり、アルミナ、シリカ、ムライト、コーディライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素等、適宜のセラミック粉末を素材としている。
【0026】
なお、当該セラミックフィルタ装置10Aにおいては、直径200mmの単一のセラミック支持体に対応するように、セラミック支持体の本数が設定されている。
【0027】
また、セラミック濾過膜は、セラミック支持体の各貫通孔の全ての貫通孔を区画する隔壁の内周面に形成されているもので、各貫通孔を被処理水の流通路11aに形成している。セラミック濾過膜は、厚み100μm、平均細孔径0.1μmのもので、セラミック粉末に有機バインダー、水等を添加して混合して調製したスリップをセラミック支持体の各貫通孔に注入し、各貫通孔の内周面にスリップ中のセラミック成分を付着させて、その後乾燥、焼成して形成されている。セラミック濾過膜の素材は、セラミック支持体の素材と同様のものが採用される。
【0028】
なお、セラミック支持体の各貫通孔の内周面には、必要により、各隔壁とセラミック濾過膜の中間の細孔径を有するセラミック中間層を介在させることができ、これにより、セラミック濾過膜の隔壁の内周面への形成性を向上させることができる。
【0029】
また、セラミックフィルタ11においては、セラミック支持体については、貫通孔が正方形、長方形、多角形、円形等の適宜の形状、大きさで、適宜の長さ、適宜の隔壁の厚みとすることができ、かつ、平均細孔径は0.1μm〜数100μmの範囲の適宜の値を選定できる。セラミック濾過膜についても同様であり、適宜の厚みで、平均細孔径は数10Å〜数10μmの範囲の適宜の値を選定できる。
【0030】
当該セラミックフィルタ装置10Aにおいては、各セラミッフィルタ11間に形成されている流路Rは単なる空間部であることから、各セラミックフィルタ11内の隔壁に比較して流動抵抗が極めて低く、濾液に対する流動抵抗緩和部を構成する。また、かかる流路Rはその長手方向の各開口端部が液密的に閉塞されているため、各セラミックフィルタ11の先端部側に供給される被処理液体は各セラミックフィルタ11間の流路Rには流入しない。このため、流動抵抗緩和部を構成する流路Rには、各セラミックフィルタ11の各流通路11aからセラミック濾過膜を透過して隔壁内に侵入した濾液が容易に流入し、流路Rを経てセラミックフィルタ装置10Aの外部へ流出する。
【0031】
このように、当該セラミックフィルタ装置10Aにおいては、複数のセラミックフィルタ11を並列状態に配列して各セラミックフィルタ11間に隙間を確保して支持することにより、濾液の流動抵抗緩和部となる流路Rを構成している。
【0032】
このため、当該セラミックフィルタ装置10Aにおいては、流動抵抗緩和部を機械加工を施すことなく形成することができ、各セラミックフィルタ11においては、機械加工による加工傷に起因する強度低下や、スロット、溝部、凹部に起因する強度低下を生じさせることがなく、このため、強度が高く、かつ透過性能に優れた濾過効率の高い特性のセラミックフィルタ装置を構成することができる。
【0033】
図2〜図5には、本発明に係る第1のセラミックフィルタ装置における流路Rを形成する手段を具体的に示す各実施形態が模式的に示している。図2に示す第1実施形態に係るセラミックフィルタ装置10Bは、図1に示すセラミックフィルタ装置10Aを基本構成とするものであって、各セラミックフィルタ11の両端部にリング状のスペーサ13が嵌着されており、並列して隣合うスペーサ13が互いに当接して各セラミックフィルタ11間に所定の空間部を形成し、これらの空間部を流路Rに構成している。
【0034】
図3には、本発明に係る第1のセラミックフィルタ装置の第2実施形態を模式的に示している。当該セラミックフィルタ装置10Cは、図1に示すセラミックフィルタ装置10Aを基本構成とするものではあるが、採用している各セラミックフィルタ14がセラミックフィルタ11とは外形を異にしている。
【0035】
各セラミックフィルタ14は多数の流通路14aを有するもので、その外周の2箇所に環状の凹所14bが形成されていて、各凹所14bの隣合う部位が環状突部14cとなっており、並列して隣合うセラミックフィルタ14の環状突部14cが互いに当接して各セラミックフィルタ14間に所定の空間部を形成し、これらの空間部を流路Rに構成している。
【0036】
図4には、本発明に係る第1のセラミックフィルタ装置の第3実施形態を模式的に示している。当該セラミックフィルタ装置10Dは、図1に示すセラミックフィルタ装置10Aを基本構成とするものであるが、各セラミックフィルタとして、外径の異なる2種類のセラミックフィルタ11,15を採用している。小径のセラミックフィルタ15は最外周側に位置するように配置されている。当該セラミックフィルタ装置10Dにおいては、このようにして濾過面積を効率良く増大することができる。
【0037】
図5には、本発明に係る第1のセラミックフィルタ装置の第4実施形態を構成する2種類のセラミックフィルタ16,17が示されている。一方のセラミックフィルタ16は、全体が湾曲状にわずかに屈曲しているもので、互いに並列した状態では、屈曲部が環状突部として機能して、隣合うセラミックフィルタ16間に流路Rを構成する。また、他方のセラミックフィルタ17は、中間部を複数箇所で折曲げた状態のもので、互いに並列した状態では、隣合うセラミックフィルタ17の屈折部の頂部が互いに当接して流路Rを構成する。
【0038】
図6には、本発明に係る第2のセラミックフィルタ装置の実施形態を模式的に示している。当該セラミックフィルタ装置10Eは、2種類のブロック状のセラミックフィルタ18,19にて構成されている。一方のセラミックフィルタ18は、縦横両方向に並列する多数の流通路18aを備えた厚板状のものであり、また、他方のセラミックフィルタ19は、横方向に一列に並列する多数の流通路19aを有する薄板状のものである。
【0039】
これら両セラミックフィルタ18,19は、接着剤を介して交互に重合されて一体化されているもので、流通路18a,19aの方向を直交させた状態に配置されている。すなわち、一方のセラミックフィルタ18においては、流通路18aがセラミックフィルタ装置10Eの長手方向に延びていて、被処理水の流通路を構成し、他方のセラミックフィルタ19においては、流通路19aがセラミックフィルタ装置10Eの外周側に延びていて、濾液の流路を構成している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1のセラミックフィルタ装置の基本構成を示す側面図(a)、および同図の矢印b−b線での断面図(b)である。
【図2】本発明に係る第1のセラミックフィルタ装置の第1実施形態を示す側面図(a)、および同図の矢印b−b線での断面図(b)である。
【図3】本発明に係る第1のセラミックフィルタ装置の第2実施形態を示す側面図(a)、および同図の矢印b−b線での断面図(b)である。
【図4】本発明に係る第1のセラミックフィルタ装置の第3実施形態を示す断面図である。
【図5】本発明に係る第1のセラミックフィルタ装置の第4実施形態を構成する2種類のセラミックフィルタの側面図(a),(b)である。
【図6】本発明に係る第2のセラミックフィルタ装置の実施形態を示す側面図(a)、および同正面図(b)である。
【符号の説明】
10A,10B,10C,10D,10E…セラミックフィルタ装置、11…セラミックフィルタ、11a…流通路、12…支持部材、12a…貫通孔、13…スペーサ、14,15,16,17,18,19…セラミックフィルタ、14a…流通路、14b…凹所、14c…突部、18a,19a…流通路、R…流路。
Claims (6)
- 互いに並列して長手方向に延びる多数の流通路を有する多孔質のセラミック支持体の各流通路を区画する隔壁の内周面に同セラミック支持体の細孔径より小さい細孔径の多孔質のセラミック濾過膜を備え、一端側または両端側から前記各流通路に供給される被処理液体の一部を前記セラミック濾過膜を透過して前記隔壁内に侵入させ、侵入した濾液を同隔壁内を通して前記セラミック支持体の外部へ流出させるセラミックフィルタを複数本備えてなるモノリス形セラミックフィルタ装置であって、前記各セラミックフィルタは、互いに並列した状態で各端部にて支持部材を介して支持されて、前記各セラミックフィルタの各端部における支持部の外周側間隙が液密的に閉塞されていて、これら各セラミックフィルタの流通路から前記セラミック濾過膜を透過して前記隔壁内に侵入した濾液が前記各セラミックフィルタ間に設けた流路を経て外部に流出するように構成されているモノリス形セラミックフィルタ装置であり、前記流路は、前記各セラミックフィルタの外周側に位置する環状突部にて形成されていることを特徴とするモノリス形セラミックフィルタ装置。
- 請求項1に記載のモノリス形セラミックフィルタ装置において、前記流路を形成する前記環状突部は前記各セラミックフィルタの外周に嵌着されたリング状のスペーサであることを特徴とするモノリス形セラミックフィルタ装置。
- 請求項1に記載のモノリス形セラミックフィルタ装置において、前記流路を形成する前記環状突部は前記各セラミックフィルタの外周側に一体的に形成した環状突部であることを特徴とするモノリス形セラミックフィルタ装置。
- 互いに並列して長手方向に延びる多数の流通路を有する多孔質のセラミック支持体の各流通路を区画する隔壁の内周面に同セラミック支持体の細孔径より小さい細孔径の多孔質のセラミック濾過膜を備え、一端側または両端側から前記各流通路に供給される被処理液体の一部を前記セラミック濾過膜を透過して前記隔壁内に侵入させ、侵入した濾液を同隔壁内を通して前記セラミック支持体の外部へ流出させるセラミックフィルタを複数本備えてなるモノリス形セラミックフィルタ装置であって、前記各セラミックフィルタは、互いに並列した状態で各端部にて支持部材を介して支持されて、前記各セラミックフィルタの各端部における支持部の外周側間隙が液密的に閉塞されていて、これら各セラミックフィルタの流通路から前記セラミック濾過膜を透過して前記隔壁内に侵入した濾液が前記各セラミックフィルタ間に設けた流路を経て外部に流出するように構成されているモノリス形セラミックフィルタ装置であり、前記各セラミックフィルタの少なくとも複数のものは、長手方向の全体または局部が屈曲形状を呈していて、同屈曲形状の部位により前記流路が形成されていることを特徴とするモノリス形セラミックフィルタ装置。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載のモノリス形セラミックフィルタ装置において、前記各セラミックフィルタは異なる外径の複数種類のセラミックフィルタからなることを特徴とするモノリス形セラミックフィルタ装置。
- 互いに並列して長手方向に延びる多数の流通路を有する多孔質のセラミック支持体の各流通路を区画する隔壁の内周面に同セラミック支持体の細孔径より小さい細孔径の多孔質のセラミック濾過膜を備え、一端側から前記各流通路に供給される被処理液体の一部を前記セラミック濾過膜を透過して前記隔壁内に侵入させ、侵入した濾液を同隔壁内を通して前記セラミック支持体の外部へ流出させるセラミックフィルタを複数本備えてなるモノリス形セラミックフィルタ装置であり、前記各セラミックフィルタは互いに並列した状態で重合されて一体化されているとともに、前記各セラミックフィルタ間には、これら各セラミックフィルタの流通路とは交差状に前記セラミックフィルタが介在し、交差状に介在する前記セラミックフィルタが有する流通路が、前記濾液を外部へ流出させる流路を形成していることを特徴とするモノリス形セラミックフィルタ装置。
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