JP7186687B2 - 高温集塵セラミックフィルターエレメント - Google Patents

Description

本発明は、煤塵を含み常温から高温までの温度域を有する排ガスの除塵用の高温集塵セラミックフィルターエレメントに関する。

下水汚泥焼却炉や工業用炉などから排出される高温の排ガスには、スス、未燃物などの粒子状物質からなる煤塵が含まれている。そのため、該高温の排ガスを処理するろ過集塵装置内には、該煤塵の除塵用の高温集塵セラミックフィルターエレメント（以下、フィルターエレメントとも称する）が取り付けられている。このフィルターエレメントの形状には様々なタイプが提案されており、例えば平面状、曲面状、又はろ過面積を広くするためジグザグ状に折り畳んだ形状、さらには両端が開口した円筒型や一端が開口し他端が封止された有底円筒状のいわゆるキャンドル型が提案されている。

上記のフィルターエレメントには、できるだけ小さな圧力損失で所望の除塵性能を発揮することが要求されるほか、高温の排ガスに連続的に暴露されるので約５００℃以上の耐熱性が要求される。また、ろ過集塵装置の規模や方式、煤塵の種類や粒度によって要求される仕様が異なることがあるため、様々な除塵性能や圧力損失の上限値等に柔軟に対応できるように、高い設計自由度を有していることが好ましい。さらには、取り扱いが容易になるように、軽量で高強度であることが望ましい。

１次側（熱面側又は集塵面側とも称する）から２次側（冷面側とも称する）に高温の排ガスを透過させることで除塵を行う高温集塵セラミックフィルターエレメントは、通常は該冷面側からブロワーなどを引いて排ガスを吸引することで該集塵面側に煤塵を捕集する。そのため、時間の経過と共に集塵面側に煤塵が堆積していき、ある程度時間が経過すると圧力損失が大きくなりすぎて除塵性能が低下する。そこで、定期的に冷面側からパルスエアー（洗浄用高圧空気）を導入することで、フィルターエレメントに通常とは逆方向（すなわち、２次側から１次側の方向）にエアーを流し、これにより集塵面側に堆積した煤塵を払い落すいわゆる逆洗が一般的に行われる。これにより圧力損失がほぼ元通りに小さくなるので、除塵性能を回復させることができる。

ところで、上記の吸引による除塵とパルスエアーによる逆洗は、短時間で繰り返されるため、排ガスにより高温雰囲気に晒されている高温集塵セラミックフィルターエレメントは、逆洗時にパルスエアーによる冷風で急激に冷やされ、逆洗終了後は再び排ガスで高温雰囲気に晒される。このように高温集塵セラミックフィルターには熱応力が繰り返しかかるので、これにより容易に破損しないように耐熱衝撃性を有していることが求められる。特に、キャンドル型フィルターは軸方向の一端部のみで支持されているため、パルスエアーによる逆洗時に振動が生じやすく、この振動による曲げ応力が繰り返しかかるため、振動で破損しない強度や構造も必要となる。

また、フィルターエレメントは、上記の運転時だけでなく、輸送や設置のためのハンドリング時に破損しない強度や構造を有することが望まれる。さらに、近年はろ過集塵装置を小型化する傾向があり、これに合わせてキャンドル型フィルターの場合は軸方向の長さを長くしたり、隣接するフィルター同士の間隔を狭くしたりすることが行われている。その結果、地震等の揺れによりこれら隣接するフィルターが互いに接触しやすくなっており、その場合でも容易に破損しない程度の強度や構造が求められている。

上記のキャンドル型や円筒型のフィルターエレメントの製造方法としては、例えば特許文献１に開示されているような湿式成形法や、特許文献２に開示されているような射出成形法が知られている。なお、湿式成形法とは、無機繊維、無機バインダー、及び水を所定の配合割合で混合して得たスラリーを脱水成形して所定の形状の成形体を作製する方法であり、射出成形法とは、上記と同様に調製した無機繊維を含むスラリーを射出して成形体を成形する方法である。

しかしながら、従来のセラミックフィルターは強度不足で破損しやすいため、特許文献３に開示されているように、セラミックフィルターに保護装着用部材を取り付けることで、破損してもある程度は操業を継続できるようにする技術が提案されている。このように保護装着用部材を設けることでセラミックフィルターを補強することが可能になるものの、該部材の取り付けに手間とコストがかかるので、上記のような保護装着用部材を用いることなくセラミックフィルター自体を高強度にするか、又は加圧等により応力がかかったときにある程度変形しても破断にまでは至らない構造にするのが好ましい。

このようなセラミックフィルター自体の高強度化の技術として、特許文献４には、セラミック繊維からなる基材と、その表面に形成したフィルター層とから構成されるセラミックフィルターにおいて、ムライト質の長繊維を用いてフィラメントワインディング法により製織した後、アルミナゾル及びシリカゾルを含浸させて焼成することで基材を形成する方法が開示されており、これにより主としてムライトからなる結合部により結合固化されたセラミックフィルターエレメントの基材が得られると記載されている。

また、特許文献５には、積層したブランケット状セラミックファイバーをシリカゾル等のバインダーに含浸させた後、乾燥することで平板状の繊維質成形体を作製する技術が提案されている。この繊維質成形体は湿式成形品と比べてかさ比重が小さくて軽量であり、繊維の絡みが多いのでたわみ性に優れ、バインダーにより表面が適当な硬さを有するため、炉内において物体が当たっても損傷しにくく、耐熱衝撃性にも優れると記載されている。さらに特許文献６には、セラミックファイバーブランケットにシリカゾル等を無機接着剤として塗布してロール表面に巻回積層し、これにより円筒状にした成型品が提案されている。

特開２００２―０４５６２７号公報 特表２００５―５２３１５４号公報 特開２０１８―０１５６８２号公報 特開２００１―０４６８１８号公報 特開平３―２５７０７９号公報 特開昭５３―０８１５１８号公報

しかしながら、上記の湿式成形や射出成形による成形方法では、繊維を均一に分散するために解繊する必要がある。この解繊では繊維が折れて繊維長が短くなるため、繊維の絡みが少なくなって強度が不足することがあった。その対策として、繊維の配合割合を多くしたり、無機粒子や無機バインダーの配合割合を多くしたりする等の対処法があり、これにより強度を向上させることが可能になるが、その際、気孔率が小さくなる問題が生じることがあった。逆に、要求される除塵性能と圧力損失を優先させると、耐久試験や耐震試験において強度不足により破損することがあった。

また、特許文献４の技術は圧力損失が大きくなりすぎて、所望の除塵性能と圧力損失の条件を短期間で満たさなくなることがあった。さらに特許文献５及び６の技術は断熱材を用途にしているため、表面の硬さや強度及び耐熱衝撃性が優先されており、よって高温集塵セラミックフィルターエレメントの用途としては、圧力損失が高くなりすぎて適していないと考えられる。

上記のように、セラミックフィルターエレメントには繰り返しかかる熱応力や振動等で容易に破断することのない強度や構造が求められている。本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、常温から高温までの温度域において耐熱衝撃性を有し、輸送時や設置時のハンドリング性に優れ、運転時の振動や地震の揺れに耐える強度や構造を有し、様々な仕様に対応して除塵性能や圧力損失を変更できる設計の自由度を有する高温集塵セラミックフィルターエレメントを提供することを目的としている。

本発明者は、上記の種々の要件のうち、繰り返しかかる熱応力や振動等で容易に破断することがなく、低圧力損失を実現するには、セラミック繊維同士の絡みを多くすることが望ましいと考えて鋭意研究を重ねたところ、繊維同士の絡みが多いマット状の集積体、又はこれをニードリング処理したニードルブランケットをフィルターエレメントの基材として用いることで、上記要件を満たす高温集塵セラミックフィルターエレメントが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係る高温集塵セラミックフィルターエレメントは、１種以上の耐熱性無機繊維のみをマット状に成形した集積体、若しくは該集積体をニードリング処理したニードルブランケット、又はこれらの両方を基材として用いており、該基材は集塵面側表面部に無機バインダーによる焼成処理された硬化層が形成されており、除塵及び逆洗が繰り返されるセラミックフィルターエレメントであって、前記セラミックフィルターエレメントは、かさ密度が２５０～６００ｋｇ／ｍ^３であり、ＪＩＳ Ｋ７３１２に準拠してタイプＣデュロメータにより測定した前記表面部の硬度が４５以上であることを特徴とする。

本発明によれば、常温から１０００℃程度の高温までの温度域において耐熱衝撃性を有し、輸送時や設置時のハンドリング性に優れ、運転時や地震時の揺れに対する強度を有し、除塵性能や圧力損失をある程度変更できる設計自由度を有する高温集塵セラミックフィルターエレメントを提供することができる。

本発明の実施形態に係る高温集塵フィルターエレメントの形状の具体例である平板形状（ａ）及び曲板形状（ｂ）の斜視図である。 本発明の実施形態に係る高温集塵フィルターエレメントの形状の他の具体例であるジグザグ形状の斜視図である。 本発明の実施形態に係る高温集塵フィルターエレメントのさらに他の具体例である円筒型（ａ）及び角筒型（ｂ）の斜視図である。 本発明の実施形態に係る高温集塵フィルターエレメントのさらに他の具体例であるキャンドル型の斜視図（ａ）及び縦断面図（ｂ）である。

以下、本発明に係る高温集塵セラミックフィルターエレメントの実施形態について詳細に説明する。この本発明の実施形態の高温集塵セラミックフィルターエレメントは、その基材に、１種以上の耐熱性無機繊維をマット状に成形した集積体（以降、マット状集積体とも称する）、若しくは該マット状集積体をニードリング処理したニードルブランケット、又はこれらの両方を用いている。該耐熱性無機繊維は、耐熱温度５００℃以上１６００℃以下の無機繊維であり、例えばアルミナ繊維、ムライト繊維、シリカ・アルミナ繊維、ガラス繊維、シリカ繊維、シリカ・マグネシア・カルシア系繊維等の生体溶解性繊維等を挙げることができる。なお、耐熱温度Ｔ℃とは、最高使用温度Ｔ℃と称することもあり、雰囲気温度Ｔ℃で２４時間加熱したときの加熱線収縮率が４.０％以下の場合をいう。

上記耐熱性無機繊維は、平均繊維径が２～１５μｍであるのが好ましく、４～１０μｍであるのがより好ましい。この平均繊維径が２μｍ未満では、最終的に成形したフィルターエレメントの圧力損失が大きくなりすぎるおそれがあり、逆にこの平均繊維径が１５μｍを超えると、靭性が損なわれやすくなるので最終的に成形したフィルターエレメントの耐熱衝撃性が悪化するおそれがある。また、上記耐熱性無機繊維は、平均繊維長が１０００μｍ以上であるのが好ましく、３０００μｍ以上であるのがより好ましい。さらに上記耐熱性無機繊維は、かさ密度が３０～１６０ｋｇ／ｍ^３であるのが好ましく、８０～１３０ｋｇ／ｍ^３であるのがより好ましい。

なお、上記の平均繊維長とは、測定対象となる繊維群を電子顕微鏡で撮影し、得られた画像上の任意の１００本の繊維に対して、それらの長手方向の端から端までの直線距離を計測し、それらを算術平均して求めたものである。一方、上記の平均繊維径とは、測定対象となる繊維群を電子顕微鏡で撮影し、得られた画像上の任意の２００本の繊維に対して、それらの任意の部分の幅を計測し、それらを算術平均して求めたものである。

本発明の実施形態のフィルターエレメントは、その基材に、上記の耐熱性無機繊維をマット状集積体を使用してもよいし、該マット状集積体をニードリング処理したいわゆるニードルブランケットを使用してもよいし、１層以上のマット状集積体及び１層以上のニードルブランケットを積層して使用してもよい。なお、ニードリング処理とは、該マット状集積体に対して、その少なくとも一方の面（処理面）からニードルパンチ機の複数の針状体を繰り返し打ち込むことで繊維同士を交絡させるいわゆる針刺し処理のことである。

上記のニードリング処理においては、ニードリング密度として定義される針状体が打ち込まれる処理面の１ｃｍ^２あたりの打込み数が５～２００打であるのが好ましく、１０～１００打であるのがより好ましい。このニードルリング密度が５打／ｃｍ^２未満では、ニードルブランケットからなる基材の厚みの均一性が低下し、最終的にフィルターエレメントの形態に成形したときのろ過厚さが不均一になるおそれがある。逆に、このニードリング密度が２００打／ｃｍ^２を超えると、耐熱性無機繊維を折損したり、小さな曲率を有する形状に基材を加工できにくくなったりする等の問題が生じるおそれがある。

上記のマット状集積体には、例えば、アルミナ繊維ではデンカ株式会社製のアルセン（登録商標）、ムライト繊維では株式会社ＩＴＭ製のファイバーマックス（登録商標）、ガラス繊維では日本グラスファイバー工業株式会社製のＭＮＡ（商品名）、シリカ繊維では日本グラスファイバー工業株式会社製のＭＳＳ（商品名）、シリカ・アルミナ繊維ではイソライト工業株式会社製のイソウール（商品名）、シリカ・マグネシア・カルシア系繊維等の生体溶解性繊維ではイソライト工業株式会社製のイソウールＢＳＳＲ１３００（商品名）などを好適に使用することができる。

一方、上記のニードルブランケットにも市販のものを用いることができ、例えば、アルミナ繊維ではデンカ株式会社製のアルセン（登録商標）、ムライト繊維では株式会社ＩＴＭ製のファイバーマックス（登録商標）、ガラス繊維では日本グラスファイバー工業株式会社製のＭＮＡ（商品名）、シリカ繊維では日本グラスファイバー工業株式会社製のＭＳＳ（商品名）、シリカ・アルミナ繊維ではイソライト工業株式会社製のイソウール（商品名）、シリカ・マグネシア・カルシア系繊維等の生体溶解性繊維ではイソライト工業株式会社製のイソウールＢＳＳＲ１３００（商品名）などを好適に使用することができる。

上記の基材としてのマット状集積体又はニードルブランケットは、フィルターエレメントとして用いる際に１次側となる表面部に無機バインダーによる硬化層が形成されている。上記の無機バインダーには、シリカゾル、アルミナゾル若しくはジルコニアゾル又はそれらの２種以上の混合物を用いるのが好ましい。上記の硬化層は、上記の無機バインダーに水を加えてスラリーにし、これを上記基材の１次側の表面部に含浸させることで形成することができる。

上記の含浸させる方法には特に限定はなく、上記１次側の表面部にハケなどを用いて塗布してもよいし、該表面部にスプレー等により塗布してもよいし、該スラリーを調製した容器に該表面部を浸漬してもよい。その際、無機バインダーを含んだスラリーの固形分濃度は、最終的に作製するフィルターエレメントの所望のかさ密度、厚さ、硬度、曲げ強さ、耐熱衝撃性等の諸特性を実現するために適宜設定される所定の含浸量又はスラリー乾燥後に残留する所定の固形分量を得るため、一般的には２０～５０質量％が好ましい。このスラリーの固形分濃度が２０質量％未満では、所望の含浸量が得られにくくなるおそれがあり、逆に５０質量％を超えると粘度が高くなりすぎて含浸しにくくなり、含浸むらになったり、上記諸物性が悪化したりするおそれがある。

なお、上記の無機バインダーを含むスラリーは、上記のマット状集積体又はニードルブランケットを後述する所定の形状の成形体に成形しながら含浸させてもよいし、あるいは該成形体に成形後に含浸させてもよい。上記の硬化層の厚みは０.４～１.０ｍｍ程度が好ましく、この厚みから上記１次側の表面の１ｃｍ^２あたりに必要な上記スラリーの量を求めることができる。上記の無機バインダーは、１層以上のマット状集積体や１層以上のニードルブランケットを複層に重ねて積層構造にする場合に隣接する層同士を接着させる効果も得られる。

次に、上記方法で基材に含浸させた無機バインダーを含むスラリーを乾燥する。これにより、高温集塵フィルターエレメントとして用いるときに、煤塵を含む高温の排ガスが接触する１次側に無機バインダーによる硬化層からなる被覆層が形成される。上記の乾燥は、一般的に雰囲気温度９０～１３０℃で５～１０時間程度保持する乾燥条件が好ましい。上記の温度が９０℃未満では十分に乾燥されなくなるおそれがあり、逆に１３０℃を超えると基材の表層部で急激な水分の蒸発が起こり、これにより発生した蒸気の表面側への移行に伴って固形分が表面近傍に集中し、厚み方向での含浸むらが生じるおそれがある。また、乾燥時間が５時間未満では十分に乾燥されなくなるおそれがあり、逆に１０時間を超えても乾燥により得られる効果はほとんど変わらないので不経済になる。

上記の乾燥処理後は、ろ過集塵装置への設置前に、必要に応じて該基材を焼成処理する。その際の焼成条件としては、雰囲気温度５００～１０００℃で０.３時間以上保持するのが好ましく、０.５時間以上保持するのがより好ましい。なお、上記のろ過集塵装置への設置前の焼成処理に代えて、該ろ過集塵装置への設置直後に、操業開始段階の高温の排ガスにより基材を焼成処理してもよい。上記のように焼成処理することで無機バインダーの強度が発現される。

上記の成形体の形状は、ろ過集塵装置に合わせて様々な形状に成形することができ、例えば図１に示すような（ａ）平板状若しくは（ｂ）曲板状、又はろ過面積をより広くするため、図２に示すようなジグザグ状に折り畳んだ形状、さらには図３に示すような（ａ）円筒型や（ｂ）角筒型、図４に示すようなキャンドル型に成形することができる。なお、図１～４には、フィルターエレメントＦの１次側となる面に硬化層Ｓを形成した例が示されているが、この硬化層Ｓが形成される面は、図１～４に示されている面とは反対側の面に形成してもよい。例えば、図３（ａ）では円筒状フィルターエレメントの外周側に硬化層Ｓが設けられているが、これに限定されるものではなく、内周側に硬化層を設けてもよい。この場合は該内周側が１次側となり、円筒形フィルターエレメントの内側から外側に向って降温の排ガスが透過することになる。

上記の円筒型に成形する方法としては、マット状集積体やニードルブランケットにアルミナゾルやシリカゾルなどの１種以上の無機バインダーを含浸させた後、これを円柱状芯材に１重又は２重以上巻き付けて単層構造又は複層構造の円筒型とし、所定の厚さとかさ密度になるように、その外周側から圧縮して成型する方法を挙げることができる。あるいは、上記のマット状集積体やニードルブランケットを円柱状芯材に１重又は２重以上巻き付けて単層構造又は複層構造の円筒型とし、所定の厚さとかさ密度になるように、その外周側から圧縮して成型した後、アルミナゾルやシリカゾルなどの１種以上の無機バインダーを含浸させてもよい。このようにして得た成形体の無機バインダーを、上記の乾燥処理を行ってから芯材を脱型し、上記の焼成処理を行う。

また、キャンドル型に成形する方法としては、上記のマット状集積体やニードルブランケットから円柱体として切り取るか又は該マット状集積体やニードルブランケットをロール状に巻くことによって複層構造の円柱体を別途作製し、この円柱体にアルミナゾルやシリカゾルなどの１種以上の無機バインダーを含浸させる。この含浸させた円柱体を上記方法で作成した円筒型の成形体の軸方向一端部の開口部分に挿入して封止する方法を挙げることができる。該封止後は上記と同様にして乾燥処理を行ってから脱型し、さらに焼成処理を行う。

上記の焼成処理により、かさ密度２５０～６００ｋｇ／ｍ^３、３点曲げ試験による破断が生じにくく、タイプＣデュロメータによる硬度４５以上、圧力損失１００～５００Ｐａのフィルターエレメントを作製することができる。なお、上記の円筒型やキャンドル型の成形体の成形方法は一例であって、これらに限定されるものではない。

上記の圧力損失の値は、従来の湿式成形により作製したフィルターエレメントとほぼ同じ圧力損失の値を有しており、除塵性能においてもほぼ同等の性能を実現することができる。また、上記のかさ密度と硬度であれば、常温から１０００℃程度の高温の温度域で用いても耐熱衝撃性に優れ、輸送時や設置時のハンドリング性に優れ、運転時の振動や地震を想定した耐震試験において容易に損傷しないようにすることができる。

一方、従来の湿式成形法では、繊維を解繊しなければならない工程が必要であるため、その際、繊維が折れてしまい短くなる。その結果、繊維同士の絡みが少なくなり、特に高負荷において小さい曲げ歪みで破断に至りやすくなるうえ、クラックの伝播を防ぐ機能が低下するので耐熱衝撃性が低下する。

これに対して、本発明の実施形態のフィルターエレメントは、１種以上の耐熱性無機繊維をマット状に成形した集積体、若しくは該マット状集積体をニードリング処理したニードルブランケット、又はこれらの両方を基材として用いるため、従来の湿式成形法による基材に比べて繊維長が長く、よって繊維同士の絡みを多くできるので、曲率の特に小さな円筒形やキャンドル型を形成する場合、あるいはジグザグ形状や角筒型を形成する場合のように、フィルターエレメントの作製段階において特に高負荷がかかるような曲げ歪みが大きくなる状態においても破断に至りにくく、また、クラックの伝播を阻止することができる。これにより、高い除塵性能と低い圧力損失を維持しつつ、優れた耐熱衝撃性を実現することが可能になる。

なお、上記の本発明の実施形態の高温集塵フィルターエレメントのかさ密度及び圧力損失等は、該フィルターエレメントの使用環境、煤塵の種類、所望の除塵性能や圧力損失の値等を考慮して、圧縮して成形体を形成するときのプレス圧、アルミナゾルやシリカゾル等の無機バインダーの種類の選択及びその含浸量、含浸回数等を適宜変えることで調整することができる。具体的には、かさ密度を高めたいときは成形体の形成時のプレス圧を高めればよく、曲げ特性を高めたいときはニードリング密度を高めればよく、硬度を高めたいときは含浸量や含浸回数を増やすことで硬化層の厚みを厚くすればよく、圧力損失を下げたいときは平均繊維径がより大きな耐熱性無機繊維が多く含まれるようにすればよい。

様々な耐熱性無機繊維を用いて下記に示す実施例及び比較例の高温集塵フィルターエレメントを作製し、それらの各々に対して、かさ密度、曲げ特性、硬度、耐熱衝撃性、圧力損失、除塵性能、及び除塵の耐久性について評価した。これら特性の評価は、下記の方法に基づいて行った。

（かさ密度）
高温集塵フィルターエレメントの寸法を測定して算出した体積でその質量を除算することで求めた。このかさ密度が２５０～６００ｋｇ／ｍ^３の範囲内のものを「良」と評価した。

（曲げ特性）
高温集塵フィルターエレメントを長さ１５０ｍｍ×幅５０ｍｍ×厚さ２５ｍｍに加工し、スパン１００ｍｍで支持したときの中央を載荷することによる３点曲げ試験により求めた。この方法で破断しないものを「良」と評価した。

（硬度）
高温集塵フィルターエレメントの１次側の硬度をＪＩＳ Ｋ７３１２に準拠してタイプＣデュロメータにより測定し、４５以上のものを「良」と評価した。なお、デュロメータとは、測定対象物の表面に計器の加圧面を当接させることで、該加圧面から突出する押針の突出方向に付勢するスプリングの力と該測定対象物の弾性力とをバランスさせ、その際指針が指示する０－１００の範囲内の目盛りを読みとることで硬度を測定する計器である。

（耐熱衝撃性）
高温集塵フィルターエレメントを雰囲気温度１０００℃に加熱した加熱炉に装入して１５分間保持した後、取り出して常温空気雰囲気で１５分間自然冷却させ、その後再び加熱炉に装入して同じ条件で１５分間保持した後、取り出して常温空気雰囲気で１５分間自然冷却をした。この加熱と冷却のサイクルを合計１０サイクル繰り返したときの外観変化を目視で観察し、損傷ない場合に耐熱衝撃性は「良」と評価した。

（圧力損失）
室温の空気をろ過速度１ｍ／ｍｉｎで高温集塵フィルターエレメントに流しながら、その１次側の圧力と２次側の圧力の圧力差を、静圧ピトー管を用いて測定した。この圧力差が１００～５００Ｐａのものを「良」と評価した。

（除塵性能）
高温集塵フィルターエレメントをろ過集塵装置に取り付け、室温の空気をろ過速度１ｍ／ｍｉｎで高温集塵フィルターエレメントに流し、圧力０.２５ＭＰａの逆洗エアーを打ち込み間隔１０秒（バルブ開放時間０.５秒）に設定して６時間運転を行った。その際、１時間おきに５ｇの試験用ダスト投入した。６時間経過後、捕集したダストの質量を供給したダストの全質量で除算して得た割合が９５％以上のものを「良」と評価した。

（除塵の耐久性）
上記除塵性能試験での測定開始時の圧力損失の値をＰ_０とし、６時間後の圧力損失の値をＰ_１としたとき、Ｐ_０／Ｐ_１が０.６以上のものを「良」と評価した。

［実施例１]
耐熱性無機繊維としてシリカ・マグネシア・カルシア系の生体溶解性繊維質からなるイソライト工業株式会社製のかさ密度１００ｋｇ／ｍ^３、厚さ１２.５ｍｍのニードルブランケット（ＢＳＳＲ１３００）を用意した。このニードルブランケットに、無機バインダーとして日産化学株式会社製の固形分濃度４０質量％のシリカゾルのスラリー（スノーテックス４０）を、フィルターエレメントとして用いるときの１次側に厚み０.４ｍｍの硬化剤の層が形成されるように、スプレー法により含浸させた。

上記に含浸させたニードルブランケットを２層に重ねて厚さ２０ｍｍになるように均等に圧縮し、平板状に成形した。この成形体を雰囲気温度１０５℃で８時間かけて乾燥処理した後、雰囲気温度７３０℃で０.５時間かけて焼成処理した。得られた平板状の高温集塵フィルターエレメントは、かさ密度２５０ｋｇ／ｍ^３、曲げ特性で破断がなく、硬度４５、圧力損失１００Ｐａであり、これらの評価は全て「良」であった。また、耐熱衝撃性は１０サイクル後でも損傷がなく、除塵性能は９９％であり、除塵の耐久性は０.８であったので、これらの評価でも全て「良」であった。

［実施例２]
実施例１と同様にして含浸させたニードルブランケットを２層に代えて４層とし、これを厚さ２０ｍｍになるように均等に圧縮して平板状に成型した。以降は実施例１と同様の条件で乾燥処理及び焼成処理した。得られた高温集塵フィルターエレメントは、かさ密度６００ｋｇ／ｍ^３、曲げ特性で破断がなく、硬度６０、圧力損失５００Ｐａであり、これらの評価は全て「良」であった。また、耐熱衝撃性は１０サイクル後でも損傷がなく、除塵性能は９５％であり、除塵の耐久性は０.６であったので、これらの評価でも全て「良」であった。

［実施例３]
ムライト繊維質からなる株式会社ＩＴＭ製のかさ密度１００ｋｇ／ｍ^３、厚さ１２.５ｍｍのニードルブランケット（ファイバーマックス）を耐熱性無機繊維に用いた以外は上記実施例１と同様にして平板状の高温集塵フィルターエレメントを作製した。得られた高温集塵フィルターエレメントは、かさ密度２５０ｋｇ／ｍ^３、曲げ特性で破断がなく、硬度６５、圧力損失１００Ｐａであり、これらの評価は全て「良」であった。また、耐熱衝撃性は１０サイクル後でも損傷がなく、除塵性能は９９％であり、除塵の耐久性は０.８であり、これらの評価でも全て「良」であった。

［実施例４]
シリカ・アルミナ繊維質からなるイソライト工業株式会社製のかさ密度１００ｋｇ／ｍ^３、厚さ１２.５ｍｍのニードルブランケット（イソウール１２６０）を耐熱性無機繊維に用いた以外は上記実施例１と同様にして平板状の高温集塵フィルターエレメントを作製した。得られた高温集塵フィルターエレメントは、かさ密度２６０ｋｇ／ｍ^３、曲げ特性で破断がなく、硬度６５、圧力損失１００Ｐａであり、これらの評価は全て「良」であった。また、耐熱衝撃性は１０サイクル後でも損傷がなく、除塵性能は９９％であり、除塵の耐久性は０.７であり、これらの評価でも全て「良」であった。

［実施例５]
アルミナ繊維質からなるデンカ株式会社製のかさ密度１００ｋｇ／ｍ^３、厚さ１２.５ｍｍのニードルブランケット（アルセン）を耐熱性無機繊維に用いた以外は上記実施例１と同様にして平板状の高温集塵フィルターエレメントを作製した。得られた高温集塵フィルターエレメントは、かさ密度２５０ｋｇ／ｍ^３、曲げ強さ特性で破断がなく、硬度６５、圧力損失１００Ｐａであり、これらの評価は全て「良」であった。また、耐熱衝撃性は１０サイクル後でも損傷がなく、除塵性能は９９％であり、除塵の耐久性は０.８であり、これらの評価でも全て「良」であった。

［実施例６]
ガラス繊維質からなる日本グラスファイバー工業株式会社製のかさ密度１００ｋｇ／ｍ^３、厚さ１２ｍｍのニードルブランケット（ニードルマットＭＮＡ）を耐熱性無機繊維に用い、雰囲気温度を７３０℃に代えて４００℃で０.５時間かけて焼成した以外は上記実施例１と同様にして平板状の高温集塵フィルターエレメントを作製した。得られた高温集塵フィルターエレメントは、かさ密度２６０ｋｇ／ｍ^３、曲げ特性で破断がなく、硬度６０、圧力損失１００Ｐａであり、これらの評価は全て「良」であった。また、耐熱衝撃性は１０サイクル後でも損傷がなく、除塵性能は９９％であり、除塵の耐久性は０.８であり、これらの評価でも全て「良」であった。

［実施例７]
シリカ繊維質からなる日本グラスファイバー工業株式会社製のかさ密度１３５ｋｇ／ｍ^３、厚さ１２ｍｍのニードルブランケット（ニードルマットＭＳＳ）を耐熱性無機繊維に用いた以外は上記実施例１と同様にして平板状の高温集塵フィルターエレメントを作製した。得られた高温集塵フィルターエレメントは、かさ密度３５０ｋｇ／ｍ^３、曲げ特性で破断がなく、硬度５０、圧力損失３００Ｐａであったので、これらの評価は全て「良」であった。また、耐熱衝撃性は１０サイクル後でも損傷がなく、除塵性能は９９％であり、除塵の耐久性は０.７であり、これらの評価も全て「良」であった。

［実施例８]
ムライト繊維質からなる株式会社ＩＴＭ製のかさ密度１００ｋｇ／ｍ^３、厚さ１２.５ｍｍのニードルブランケット（ファイバーマックス）を耐熱性無機繊維に用い、これに実施例１と同様にしてシリカゾルを含浸させた後、外径９０ｍｍの芯材に２重に巻き付けて２層構造の円筒型とし、これを肉厚２０ｍｍになるように外周側から均等に圧縮して成型した。

この円筒型成型体を表面から１０５℃で８時間かけて乾燥処理した後に芯材を取り出した。次に、上記のニードルブランケットを５重に巻き付けて円柱とした後、上記と同様にしてシリカゾルを含浸させた成型品を上記の円筒型成型体の軸方向一端部の開口部に挿入して封止した。以降は実施例１と同様の条件で乾燥処理及び焼成処理を行った。

得られたキャンドル型の高温集塵フィルターエレメントは、かさ密度２６０ｋｇ／ｍ^３、曲げ特性で破断がなく、硬度６５、圧力損失１００Ｐａであり、これらの評価は全て「良」であった。また、耐熱衝撃性は１０サイクル後でも損傷がなく、除塵性能は９９％であり、除塵の耐久性は０.８であり、これらの評価も全て「良」であった。

［実施例９]
シリカ・マグネシア・カルシア系の生体溶解性繊維質からなるイソライト工業株式会社製のかさ密度１００ｋｇ／ｍ^３、厚さ１２.５ｍｍのニードルブランケット（ＢＳＳＲ１３００）を耐熱性無機繊維に用い、無機バインダーに日産化学株式会社製の固形分濃度２０質量％のアルミナゾルのスラリー（アルミナゾル５２０－Ａ）を用いた以外は上記実施例１と同様にして平板状の高温集塵フィルターエレメントを作製した。

得られた高温集塵フィルターエレメントは、かさ密度３００ｋｇ／ｍ^３、曲げ特性で破断がなく、硬度６０、圧力損失１００Ｐａであり、これらの評価は全て「良」であった。また、耐熱衝撃性は１０サイクル後でも損傷がなく、除塵性能は９９％であり、除塵の耐久性は０.７であり、これらの評価も全て「良」であった。

［実施例１０]
シリカ・マグネシア・カルシア系の生体溶解性繊維質からなるイソライト工業株式会社製のかさ密度１００ｋｇ／ｍ^３、厚さ１２.５ｍｍのニードルブランケット（ＢＳＳＲ１３００）を耐熱性無機繊維に用い、無機バインダーに日産化学株式会社製の固形分濃度４０質量％のジルコニアゾルのスラリー（ジルコニアゾルＺＲ４０－ＢＬ）を用いた以外は上記実施例１と同様にして平板状の高温集塵フィルターエレメントを作製した。

得られた高温集塵フィルターエレメントは、かさ密度３２０ｋｇ／ｍ^３、曲げ特性で破断がなく、硬度５０、圧力損失１００Ｐａであったので、これらの評価は全て「良」であった。また、耐熱衝撃性は１０サイクル後でも損傷がなく、除塵性能は９９％であり、除塵の耐久性は０.７であり、これらの評価も全て「良」であった。

［実施例１１]
シリカ・マグネシア・カルシア系の生体溶解性繊維質からなるイソライト工業株式会社製のかさ密度１００ｋｇ／ｍ^３、厚さ１２.５ｍｍのニードルブランケット（ＢＳＳＲ１３００）を耐熱性無機繊維に用い、無機バインダーにシリカゾルとアルミナゾルを質量比で１：１とした混合スラリーを用いた以外は上記実施例１と同様にして平板状の高温集塵フィルターエレメントを作製した。

得られた高温集塵フィルターエレメントは、かさ密度３００ｋｇ／ｍ^３、曲げ特性で破断がなく、硬度６０、圧力損失１００Ｐａであり、これらの評価は全て「良」であった。また、耐熱衝撃性は１０サイクル後でも損傷がなく、除塵性能は９９％であり、除塵の耐久性は０.７であり、これらの評価も全て「良」であった。

［実施例１２]
ニードルブランケットに代えてイソライト工業株式会社製のマット状集積体を用意し、このマット状集積体に、実施例１と同様にしてシリカゾルのスラリーを、フィルターエレメントとして用いるときの１次側に厚み０.４ｍｍの硬化剤の層が形成されるように、スプレー法により含浸させた。この含浸させたマット状集積体を２層に重ねて厚さ２０ｍｍになるように均等に圧縮し、平板状に成形した。以降は上記実施例１と同様に乾燥及び焼成して、平板状の高温集塵フィルターエレメントを作製した。得られた高温集塵フィルターエレメントは、かさ密度２５０ｋｇ／ｍ^３、曲げ特性で破断がなく、硬度６０、圧力損失１００Ｐａであり、これらの評価は全て「良」であった。また、耐熱衝撃性は１０サイクル後でも損傷がなく、除塵性能は９９％であり、除塵の耐久性は０.８であり、これらの評価でも全て「良」であった。

［実施例１３]
実施例１と同様にして作製した含浸させたニードルブランケットと、実施例１２と同様にして作製した含浸させたマット状集積体とをこの順で上下になるように１層ずつ重ねて厚さ２０ｍｍになるように均等に圧縮し、平板状に成形した。以降は上記実施例１と同様に乾燥及び焼成して、平板状の高温集塵フィルターエレメントを作製した。得られた高温集塵フィルターエレメントは、かさ密度２５０ｋｇ／ｍ^３、曲げ特性で破断がなく、硬度６０、圧力損失１００Ｐａであり、これらの評価は全て「良」であった。また、耐熱衝撃性は１０サイクル後でも損傷がなく、除塵性能は９９％であり、除塵の耐久性は０.８であり、これらの評価でも全て「良」であった。

［比較例１]
シリカ・マグネシア・カルシア系の生体溶解性繊維質からなるイソライト工業株式会社製のニードルブランケット（ＢＳＳＲ１３００）を耐熱性無機繊維に用い、これに無機バインダーとしてのシリカゾルと有機バインダーと水とを混合してスラリーを調製した。得られたスラリーを外径９０ｍｍの成形型を用いて湿式成形することで、肉厚２０ｍｍのキャンドル型成型体を得た。この成型体を表面側から雰囲気温度１０５℃で８時間かけて乾燥した後、雰囲気温度７３０℃で０.５時間かけて焼成した。

得られたキャンドル型の高温集塵フィルターエレメントは、かさ密度２５０ｋｇ／ｍ^３、圧力損失５００Ｐａであり、耐熱衝撃性は１０サイクル後でも損傷がなく、除塵性能は９７％であり、除塵の耐久性は０.７であり、硬度が４５であり、これら評価はいずれも「良」であった。しかし、曲げ特性で破断が生じた。

［比較例２]
含浸させたニードルブランケットを２層に代えて５層に重ね、厚さ２０ｍｍになるように均等に圧縮して平板状に成型した以外は実施例１と同様にして平板状の高温集塵フィルターエレメントを作製した。得られた平板状の高温集塵フィルターエレメントは、かさ密度が６５０ｋｇ／ｍ^３となった。また、除塵性能が９０％、除塵の耐久性が０.４、圧力損失が６００Ｐａとなり、いずれもフィルターとして好適な評価基準を満たしていなかった。

［比較例３]
無機バインダーとして用いたシリカゾルの量を実施例１の９０質量％とした以外は実施例１と同様にして平板状の高温集塵フィルターエレメントを作製した。得られた高温集塵フィルターエレメントは、かさ密度が２４０ｋｇ／ｍ^３となった。また、硬度が４０となり、評価基準に比べて小さくなった。

Ｆ セラミックフィルターエレメント
Ｓ 硬化層

Claims (6)

1. １種以上の耐熱性無機繊維のみをマット状に成形した集積体、若しくは該集積体をニードリング処理したニードルブランケット、又はこれらの両方を基材として用いており、該基材は集塵面側表面部に無機バインダーによる焼成処理された硬化層が形成されており、除塵及び逆洗が繰り返されるセラミックフィルターエレメントであって、前記セラミックフィルターエレメントは、かさ密度が２５０～６００ｋｇ／ｍ^３であり、ＪＩＳ Ｋ７３１２に準拠してタイプＣデュロメータにより測定した前記表面部の硬度が４５以上であることを特徴とする高温集塵セラミックフィルターエレメント。
2. 前記硬化層は厚みが０.４～１.０ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の高温集塵セラミックフィルターエレメント。
3. 前記耐熱性無機繊維は耐熱温度が５００℃以上１６００℃以下であって、アルミナ繊維、ムライト繊維、シリカ・アルミナ繊維、シリカ繊維、ガラス繊維、及び生体溶解性繊維からなる群のうちの１種以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の高温集塵セラミックフィルターエレメント。
4. 前記無機バインダーは、シリカゾル、アルミナゾル若しくはジルコニアゾル又はそれらの２種以上の混合物であることを特徴とする、請求項１～３のうちいずれか１項に記載の高温集塵セラミックフィルターエレメント。
5. 前記セラミックフィルターエレメントは、前記ニードリング処理された基材が単層又は複層で平板状、曲板状、又はジグザグ状に折り畳んだ形状に成形されていることを特徴とする、請求項１～４のうちいずれか１項に記載の高温集塵セラミックフィルターエレメント。
6. 前記セラミックフィルターエレメントは、前記ニードリング処理された基材が単層又は複層で円筒若しくは角筒の形状に成形されており、かつその軸方向の両端部が開放されているか、若しくは一端部が封止されていることを特徴とする、請求項１～４のうちいずれか１項に記載の高温集塵セラミックフィルターエレメント。

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