JP6679604B2 - フィルタ・エレメント - Google Patents

Description

本発明はセラミック・フィルタ・アレンジメントに関する。

セラミック・フィルタ（ceramic filter）は、従来の織物フィルタ（textile filter）に代わって、高温ガス流から微粒子を除去するのによく使用される。優れたフィルタリング特性（filtration characteristic）を示すとともに、高温の元でもほとんど劣化することなく、１１００℃の温度下でもほぼ安定しているからである。セラミック・フィルタの多くは、フィルタの開口端に配置された径方向に延びるフランジ（radial flange）を有する、剛性を有するセラミック・チューブ（ceramic tube）からなる。シールを形成するため、圧縮セラミック繊維（compressed ceramic fibre）製のガスケット（gasket）を使用して、平板状のチューブ・シート（flat, planar tube sheet）と、クランプ板（clamping plate）との間に、径方向に延びるフランジを固定する（securing）ことにより、フィルタ・ハウジングに取り付けられる。

しかしながら、このようなセラミック・フィルタは、特にフランジ近くの開口端がもろく（brittle）、容易に割れてしまうことが知られている。とりわけフィルタ・エレメントが、約３ｍかそれ以上の長さ寸法を有する場合である。これは、セラミック・フィルタの大きな１つ又はそれ以上の欠片が、集塵された粒子状物質（filtered particulate matter）を収容した収集ホッパ（collection hopper）中に落下してしまうという欠点を有し、集塵された粒子状物質の汚染を引き起こす。粒子状物質の汚染は、特に、粒子状物質が有価な場合、望ましいものではない。なぜなら、粒子状物質を廃棄しなければならず、及び／または、ホッパから割れたエレメントを取り除く間は、フィルタリング操作が停止することになるからである。

セラミック・フィルタを金属製のカゴ（metallic cage）により補強することで、フィルタ・ハウジング内にクランプされた場合に、フィルタ・エレメントが、より大きい側方荷重（lateral load）に耐えられるようにできることは知られている。側方強度（lateral strength）が改善したとしても、セラミック・フィルタは、爆発した（explosion）場合や大きな及び／または研磨屑（abrasive dust）の粒子がセラミック・フィルタに衝突すると割れてしまう。さらに、微震（earth tremor）、地震（earthquake）及び同様の自然現象の結果として、セラミック・フィルタが割れる可能性もある。

本発明の目的は、上述した欠点を克服するセラミック・フィルタ・アレンジメントを提供することにある。

本発明の第１の態様では、セラミック・フィルタと、セラミック・フィルタ内に収納された支持体（support）とを含み、支持体は、セラミック・フィルタの内壁に当接しているセラミック・フィルタ・アレンジメントを提供する。本発明の第１の態様による支持体は、セラミック・フィルタが、より大きな屈曲動作（bending movement）に耐えられるようにして、セラミック・フィルタが割れるリスクを最小にするという利点を有する。さらに、支持体が使用中にセラミック・フィルタの内壁に常に当接しているために、セラミック・フィルタが割れたとしても、支持体は、セラミック・フィルタを保持することができる。これは、セラミック・フィルタの割れた部分が、粒子状物質を収容したホッパに落下することがなく、これによって粒子状物質の汚染を防止するという利点を有する。支持体は、理想的には、セラミック・フィルタのほぼ全長に渡って延びている。

支持体は、多孔性被覆層（porous coating layer）ではない。支持体は、剛性を有する自立型（rigid self-supporting）セラミック・フィルタに、機械的補強を提供するアレンジメントである。支持体は、複数のバー（bar）と、複数のバーに沿って間隔をあけて接続された２以上の補強部材とを含む。このような支持体は、セラミック・フィルタの側方強度を高めるのに非常に適している。セラミック・フィルタの側方強度を高めることにより、割れるリスクは著しく減少する。支持体は、メッシュ（mesh）状又はカゴ（cage）状であってもよい。

支持体は、５本から１５本のバーを含んでもよく、より好ましくは８本から１２本のバーを含んでいてもよい。支持体は、１５本から３５本の補強部材を含んでもよく、より好ましくは２０本から３０本の補強部材を含んでいてもよい。補強部材は、フープ（hoop）状でもよい。

補強部材は、バーに沿って間隔をあけて配置されていてもよい。間隔は、５０ｍｍから２００ｍｍの範囲でよく、７５ｍｍから１５０ｍｍが好ましい。セラミック・フィルタが接続されるチューブ・シート近くの支持体の端部においては、高い密度で補強部材が配置されていることが好ましい。好ましくは５０ｍｍから１００ｍｍの間隔を空けて、６〜１４の補強部材を備えることにより、セラミック・フィルタ最も割れやすい部分に追加的な支持（additional support）が与えられる。これに対して、支持体の反対側の端部に配置される補強部材の密度は、より低くてよい。この端では、１００ｍｍから２００ｍｍ以上の間隔を空けて、５〜１５の補強部材が配置されていてもよい。

支持体は、セラミック・フィルタの内壁に当接させるためのナックル（knucle）を含んでいてもよい。セラミック・フィルタが割れたとしても、ナックルが、セラミック・フィルタの割れた部分を保持して、粒子状物質を収容するホッパ内に落下しないようにする。１以上のナックルを含む支持体は、ナックルがない支持体に比べて、より大きい荷重を支持することができる。

ナックルにおける直径は、支持体の本体の直径よりも大きくてもよい。支持体の本体は、支持体のナックルよりも上方の領域と定義できる。

ナックルは、図１に示すように、１以上のバーの一部を、実質的に内側方向に折り曲げることにより形成されていてもよい。これは、内方延長バー部分（inwardly extending bar section）が、セラミック・フィルタ内への支持体の挿入を容易にする'自然バネ（natural spring）'を呈するという利点がある。またこれは、セラミック・フィルタの内壁へのダメージが最小になることを担保する。さらに、ナックルと内方延長バー部分を有する支持体は、軽度の弓形（bow）、波形（waviness）、または、内径にむらのある（variable）セラミック・フィルタを支持するのに適している。加えて、支持体は、低い熱膨張係数を有するセラミック・フィルタと、通常は金属材料から製造されて、高温下で高い熱膨張係数を有する支持体との間の異なる熱膨張に、より良く順応することができる。このことは、支持されるセラミック・フィルタが、場合によっては１１００℃に達する熱処理に曝されるため、重要である。

支持体のナックルにおける直径は、支持体の内方延長バー部分の先端の直径よりも大きくてもよい。

支持体は、支持体の一方の端部（one end）、好ましくは、セラミック・フィルタが接続されるチューブ・シートから遠い支持体の端部に、１以上のナックルを含んでいてもよい。これは、何処に割れが生じようと、セラミック・フィルタの破損箇所を保持し、粒子状物質の汚染を阻止するということを意味する。

各バー、または、ナックルを伴う別のバーを提供することで、セラミック・フィルタが割れた場合にも十分に支持することができる。

本発明の他の実施態様においては、１以上のナックル及び内方延長バー部分は、支持体の両端に備えられている。

あるいは、支持体は、バーに結合された、または、溶接された（welded）、さらなるナックルを含んでいてもよい。

支持体は、支持体に接続された第２の支持部材（secondary support element）を含んでいてもよい。第２の支持部材は、セラミック・フィルタの内壁に当接させるために、支持体から径方向に延びていてもよい。これは、セラミック・フィルタが割れたとしても、ナックル及び第２の支持部材がセラミック・フィルタの割れた部分を保持して、セラミック・フィルタの割れた部分が確実にホッパ内に落下しないようにするという利点を有する。

第２の支持部材は、支持体から取り外し可能でもよい。これは、支持体を製造する際の製造作業の複雑さを軽減するという利点を有する。このようにすることで、支持体と第２の支持部材とを別々に製造して、セラミック・フィルタ内に支持体を設置する前に組み立てるようにすることができる。

支持体は、支持体の一方の端部、好ましくは、セラミック・フィルタが接続されるチューブ・シートから遠い支持体の端部に、１以上の第２の支持部材を含んでいてもよい。これは、セラミック・フィルタが割れた場合でも、何処に割れが発生したかに関係なく、第２の支持部材がセラミック・フィルタを保持するという利点を有する。

支持体は、少なくとも２つの第２の支持部材を含むことが好ましい。割れが生じたときに、セラミック・フィルタを保持するのに、少なくとも２つの第２の支持部材を用いることが適していることが判明している。さらなる安全のために、４つの第２の支持部材を含む支持体を使用してもよい。

フィルタは、９００℃を超えて、約１１００℃に達する温度でも使用することが可能である。

チューブ・シートに近い端部に割れが発生した場合でも、ブレード（blade）を備えた第２の支持部材が、セラミック・フィルタを保持するのに特に適していることも判明している。これは、セラミック・フィルタの保持に使用する第２の支持部材の数を減らすことができるという利点を有する。

支持体は、ベンチュリ（venturi）を含んでいてもよい。

セラミック・フィルタは、１．０メートルから５．０メートルの間の長さを有していてもよく、好ましくは、１．５メートルから３．０メートルの長さを有していてもよい。支持体は、セラミック・フィルタのほぼ長手方向に沿って延びていてもよい。セラミック・フィルタの長手方向に沿って、部分的だけでなく、側方強度を向上させるという利点を有する。

セラミック・フィルタ・エレメントは、多層被膜構造（multi-layered coated construction）ではなく、一体構造（one piece construction）である。支持体は、独立に設けられて、耐強度及び耐震性（strength and vibration resistance）を付加する。

支持体は、ステンレス鋼（stainless steel）のような金属材料を含んでいてもよい。
ステンレス鋼製の支持体は、支持体を化学的に腐食する高温ガス汚染に対し良好な耐食性を呈するので、非常に適している。

代わりに、金属材料は被覆低炭素鋼（coated mild steel）を含んでいてもよい。

第２の支持部材も、ステンレス鋼または被覆低炭素鋼のような金属材料を含んでいてもよい。

フィルタは、ガスからの微粒子フィルタという特定用途を有する。ダスト・フィルタ（dust filter）として使用することもできる。

セラミック・フィルタ及び支持体は、細長い中空のチューブ状（elongate hollow tube）で提供されてもよい。フィルタ・エレメントは、一方の端部が閉じられていてもよく、閉じられた端部の反対側の端部に径方向外側に延びるフランジを備えて（carry）いてもよい。

セラミック・フィルタは、織布フィルタ（fabric filters）とは異なり、剛性及び自立性を有する。支持体は、セラミック・フィルタの表面領域を形作ったり維持したりするのでははなく、微震等の結果に対処するための補強を提供している。

本発明の第２の態様では、
ａ．セラミック・フィルタを用意するステップと、
ｂ．支持体を用意するステップと、
ｃ．支持体がセラミック・フィルタの内壁に当接するように、セラミック・フィルタ内に支持体を備えるステップと、
を含む、支持されたセラミック・フィルタ・アレンジメントの提供方法を提供する。

本発明の第３の態様では、セラミック・フィルタを支持するための支持体であって、セラミック・フィルタの内壁に当接させるためのナックルを含む支持体を提供する。本発明の第３の態様による支持体は、所望に応じ、または、必要に応じて、本発明の第１の態様による支持体に関して説明した、何れかの、または、全ての特徴を組み入れてもよい。

本発明の第４の態様では、セラミック・フィルタを支持するための支持体であって、セラミック・フィルタの内壁に当接させるために、支持体から径方向に延びた第２の支持部材を含む支持体を提供する。本発明の第４の態様による支持体は、所望に応じ、または、必要に応じて、本発明の第１の態様による支持体に関して説明した、何れかの、または、全ての特徴を組み入れてもよい。

より明確に発明を理解するために、本発明の実施態様を、あくまでも一例として、添付の図面を参照しつつ説明する：

ナックル及び内方延長バー部分を含む支持体を示す図である。 ナックル及び内方延長バー部分を含む支持体の分解図である。 支持体の平面図である。 本発明による第２の支持部材の第１の設計を示す図である。 第１及び第２の支持部材を含む支持体を示す図である。 セラミック・フィルタ内に備えられる第１及び第２の支持部材を含む支持体を示す図である。 本発明による第２の支持部材の第２の設計を示す図である。 本発明による第２の支持部材の第２の設計を示す図である。

図１Ａ乃至図１Ｃは、支持体（１）の第１の実施の形態を示す。支持体は、鉄格子の囲い（barred enclosure）状であり、長さ２７００ｍｍ、直径１００ｍｍである。支持体は、８本の縦バー（vertical bar）（２）と、補強フープ（３）とを備えている。縦バー（２）は、実質的に間隔を空けて円柱状に配置されている。補強フープ（３）は、縦バーに沿って間隔を空けて連結され、中空のチューブ状構造を有する支持体を形成する。支持体は、１５０ｍｍの距離間隔を空けて配置された１０本の補強フープと、７５ｍｍの距離間隔を空けて配置された１３本の補強フープとを含む。１５０ｍｍの距離間隔を空けて配置された１０本の補強フープは、ナックル（４）及び内方延長バー部分（５）に近い方の支持体の端部に位置する。ナックルと、ナックルに最も近い補強フープとの間の距離は１００ｍｍである一方、内方延長バー部分の長さは２５ｍｍである。１３本の補強フープは、支持体が少なくとも部分的に収納されるカラー部（collar）（６）に近い方の支持体の端部に位置する。この端における補強エレメント間の距離を狭めることにより、例えば１５０ｍｍから７５ｍｍに減らすことにより、セラミック・フィルタの最も割れやすい部分に追加的な支持を与えることができる。

本発明の第２の実施態様によると、チューブ構造を有する長さ１６００ｍｍの支持体は、８本の縦バー（２）と、間隔を空けて縦バーに接続された補強フープとを備えている。この例において、１４０ｍｍの距離間隔を空けて配置された６本の補強フープは、ナックル（４）及び内方延長バー部分（５）に最も近い端部に位置している一方、７５ｍｍの距離間隔を空けて配置された７本の補強フープは、ナックル及び内方延長バー部分から離れたチューブ・プレートに近い端部に位置している。ナックルと、ナックルに最も近い補強フープとの間の距離は１００ｍｍである一方、内方延長バー部分の長さは２５ｍｍである。

両例において、ナックルにおける支持体の直径は１２０ｍｍである一方、ナックルの上方における支持体の直径は１００ｍｍである。同様に、内方延長バー部分の先端の直径は１００ｍｍである。

実施態様１及び実施態様２による支持体は、セラミック・フィルタが割れた場合にセラミック・フィルタを保持するのに非常に適していることが判明している。さらに、ナックルを含む支持体は、セラミック・フィルタの内壁に損傷を生じることなく、セラミック・フィルタ内に容易に挿入可能であることも判明している。

図２は第１の設計による第２の支持部材（７ａ）を示す。第２の支持部材は、実質的に矩形の本体（８）を有している。矩形の本体は、緩いＳ字形（slight s-profile）を示している。これは、矩形の本体が、一方の端部で僅かに前傾し（inclined）、他方の端部で後傾している（declined）ことによる。本体の前傾端（inclined end）（９）は、セラミック・フィルタの内壁をグリップする（gripping）のに適した外縁（outer edge）を有する。本体の後傾端（declined end）（１０）は、本体の各長手縁（longitudinal edge）から延びる２つのフラップ（１１，１２）と共働して、第２の支持部材を補強フープ（３）に取り付けるのに用いられる。

図３に示すように、本体の後傾端は、支持体のフープ（３）の内側に収まる。２つのフラップは、支持体の外側にとどまって、縦バー（２）を押圧する。これは、第２の支持部材が収まったときに、第２の支持部材を鉄格子の囲いに対して保持するのに十分な圧力があることを意味する。さらなる安全（security）のために、第２の支持部材を支持体に固定した後に、本体の後傾端をフープ周りに曲げて、容易に第２の支持部材を取り外せないよう担保するようにしてもよい。

図４はセラミック・フィルタ（１３）と、鉄格子の囲い状の支持体（１）と、鉄格子の囲いの一方の端部における第２の支持部材（７ａ）とを示している。支持体は、まず、第２の支持部材を備えた端部をセラミック・フィルタ内に滑り込ませることにより、セラミック・フィルタ内に備えられる。これは、第２の支持部材の矩形の本体（８）が、本体の前傾端（９）よりも前に、セラミック・フィルタ内に進入することを意味する。このことにより、セラミック・フィルタの内壁に対するダメージを確実に最小化する。いったんセラミック・フィルタの中に入ると、軸方向外側に延びる矩形の本体は、矩形の本体の前傾端を、セラミック・フィルタの内壁に対してぴったり押圧し、割れた場合でもセラミック・フィルタを確実に保持する。

図５Ａ及び５Ｂは第２の設計の第２の支持部材（７ｂ）を示している。これは本体の一方の端部に前傾タブ（１５）を有する矩形の本体（１４）と、反対の端部に本体の面に対して僅かに前傾したブレード部（１６）とを備えている。第２の支持部材はさらに、本体の長手縁に沿って延びる前傾フラップ（１７，１８）を備えている。第２の支持部材は、第２の支持部材を鉄格子の囲いの内側に配置して、前傾タブ及び前傾フラップを、フープ（３）及び縦バー（２）周りにそれぞれ曲げることにより、支持体（２）に固定されている。これにより、第２の支持部材のブレード部が、鉄格子の囲いから径方向外側に延びることになる。

支持体（１）に取り付けられる第２の支持部材（７ａ）の数は問わない。しかしながら、支持体の一方の端部に４つの第２の支持部材を取り付けて、まず、支持体のこの端部をセラミック・フィルタ（１３）内に挿入することにより、セラミック・フィルタが割れた場合に、たとえ割れがセラミック・フィルタが接続されるチューブ・シートに近い方の端部に生じたとしても、セラミック・フィルタの全重量が支持される。また、チューブ・シートに近い方の端部においてセラミック・フィルタが割れたとき、セラミック・フィルタ及びこれに関連したダストケーキ（associated dust cake）を保持するために、第２の支持部材（７ｂ）を２つ備えた支持体で十分であるということも判明している。このことは、ろ過操作の停止を強いられることがなく、集塵された粒子状物質が割れたセラミック・フィルタからのセラミック材料により汚染されることはない、という利点を有する。

Claims (21)

1. セラミック・フィルタと、
   前記セラミック・フィルタ内に収納され、且つ、前記セラミック・フィルタの内壁に当接している支持体とを含み、
   前記支持体は、前記セラミック・フィルタの前記内壁に当接させるためのナックルを含み、前記ナックルにおける前記支持体の直径は、前記ナックルよりも上方の前記支持体の直径よりも大きいセラミック・フィルタ・アレンジメント。
2. 前記支持体は、複数のバーと、前記複数のバーに沿って間隔をあけて接続された２以上の補強部材とを含む請求項１に記載のセラミック・フィルタ・アレンジメント。
3. 前記ナックルは、１以上の前記バーの一部を、実質的に内側方向に折り曲げることにより形成されている請求項１または２に記載のセラミック・フィルタ・アレンジメント。
4. １以上の前記ナックルが、前記支持体の一方の端部に備えられている請求項２または３に記載のセラミック・フィルタ・アレンジメント。
5. 前記支持体は、前記支持体に接続された第２の支持部材を含み、
   前記第２の支持部材は、前記支持体から径方向に延び、前記セラミック・フィルタの前記内壁に当接している請求項１乃至４のいずれか１項に記載のセラミック・フィルタ・アレンジメント。
6. 前記第２の支持部材は、前記支持体から取り外し可能である請求項１乃至５のいずれか１項に記載のセラミック・フィルタ・アレンジメント。
7. １以上の前記第２の支持部材が、前記支持体の一方の端部に備えられている請求項１乃至６のいずれか１項に記載のセラミック・フィルタ・アレンジメント。
8. 前記支持体は、少なくとも２つの前記第２の支持部材を含む請求項１乃至７のいずれか１項に記載のセラミック・フィルタ・アレンジメント。
9. 前記支持体は、ベンチュリを備えている請求項１乃至８のいずれか１項に記載のセラミック・フィルタ・アレンジメント。
10. 前記セラミック・フィルタの長さは、１．０メートルから５．０メートルの間である請求項１乃至９のいずれか１項に記載のセラミック・フィルタ・アレンジメント。
11. 前記セラミック・フィルタの長さは、１．５メートルから３．０メートルの間である請求項１０に記載のセラミック・フィルタ・アレンジメント。
12. 前記支持体は、前記セラミック・フィルタのほぼ長手方向に沿って延びている請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のセラミック・フィルタ・アレンジメント。
13. 前記支持体及び／または前記第２の支持部材は、金属材料からなる請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のセラミック・フィルタ・アレンジメント。
14. 前記セラミック・フィルタ及び前記支持体は、中空のチューブ状で提供される請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のセラミック・フィルタ・アレンジメント。
15. 前記セラミック・フィルタは、一方の端部が閉じられている請求項１４に記載のセラミック・フィルタ・アレンジメント。
16. 前記セラミック・フィルタは、閉じられた一方の端部の反対側の端部に、径方向外側に延びるフランジを備えている請求項１５に記載のセラミック・フィルタ・アレンジメント。
17. 前記セラミック・フィルタは、剛性及び自立性を有し、層のない一体化した構造である請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のセラミック・フィルタ・アレンジメント。
18. 請求項１乃至１７のいずれか１項に記載のセラミック・フィルタ・アレンジメントのガス流からの微粒子用フィルタとしての使用。
19. ａ．セラミック・フィルタを用意するステップと、
    ｂ．前記セラミック・フィルタの内壁に当接するナックルを有する支持体を用意するステップと、前記ナックルにおける前記支持部の直径は、前記ナックルよりも上方の前記支持体の直径よりも大きく、
    ｃ．前記支持体が前記セラミック・フィルタの内壁に当接するように、前記セラミック・フィルタ内に前記支持体を備えるステップと、
    を含む、支持されたセラミック・フィルタ・アレンジメントの提供方法。
20. セラミック・フィルタを支持するための支持体であって、前記セラミック・フィルタの内壁に当接させるためのナックルを含み、前記ナックルにおける前記支持部の直径は、前記ナックルよりも上方の前記支持体の直径よりも大きい支持体。
21. 前記セラミック・フィルタの内壁に当接させるために、前記支持体から径方向に延びた第２の支持部材を含む請求項２０に記載の支持体。
    

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