JPH11169680A - モノリス形セラミックフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】機械加工を施すことなく流動抵抗緩和部を形成
して、強度が高く、透過性能に優れた濾過効率の高いセ
ラミックフィルタを提供すること。 【解決手段】セラミック支持体の各流通路を区画する隔
壁の内周面にセラミック濾過膜を備え、一端側から各流
通路に供給される被処理液体の一部をセラミック濾過膜
を透過して隔壁内に侵入させ、侵入した濾液を同隔壁内
を通して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であり、セラミック支持体１１の
内部には長手方向に延びる中空部１３と、中空部１３を
外部へ連通させる流路１４を備え、中空部１３および流
路１４の内周面にはセラミック濾過膜が存在せず、それ
らの各開口端部はセラミック濾過膜より小さい平均細孔
径の目詰部材１５，１６にて閉塞されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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形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低
下は避けられない。

【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、加工傷に起因する強
度低下が避けられな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
緩和部を形成することは、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、機械加工を施すことなく流
動抵抗の小さいセラミックフィルタを構成して、強度が
高く、透過性能に優れた濾過効率の高いセラミックフィ
ルタ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
ラミックフィルタに関するもので、詳しくは、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
流出させるモノリス形セラミックフィルタを適用対象と
するものである。

【００１２】しかして、本発明に係るセラミックフィル
タは、前記セラミック支持体の内部に長手方向に延びる
中空部と、同中空部を前記セラミック支持体の外部へ連
通する流路を備え、これら中空部および流路の内周面に
は前記セラミック濾過膜が存在せず、かつ、これら中空
部および流路の長手方向の各開口端部は前記セラミック
濾過膜の細孔径より小さい細孔径の目詰部材にて閉塞さ
れていることを特徴とするものである。

【００１３】本発明に係るモノリス形セラミックフィル
タにおいては、前記中空部が前記セラミック支持体内に
同心的に位置し、または、前記セラミック支持体内に複
数存在している構成とすることができる。

【００１４】また、本発明に係るモノリス形セラミック
フィルタにおいては、前記セラミック支持体を、大形の
第１の支持体と、同第１の支持体の内孔内にて同内孔周
面に対して所定間隔を保持して位置する小形の第２の支
持体とにより構成して、これら両支持体間の空間部を前
記中空部にする構成とすることができる。

【００１５】なお、本発明において、「小さい細孔径」
なる文言は、最大細孔径が比較対象とするセラミック構
成部材の最大細孔経より小さいこと、および、平均細孔
径が同セラミック構成部材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】かかる構成のモノリス形セラミッ
クフィルタにおいては、中空部および流路の内周面には
セラミック濾過膜が存在せず、これら中空部および流路
が流動抵抗緩和部を構成する。また、これら中空部およ
び流路の長手方向の各開口端部は閉塞されているため、
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
はこれら中空部および流路には流入しない。

【００１７】このため、流動抵抗緩和部を構成する中空
部および流路には、隣合う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、中
空部および流路を経てセラミック支持体の外部に達し、
セラミックフィルタの外部へ流出する。

【００１８】ところで、当該セラミックフィルタにおい
ては、各流通路を区画する隔壁の内周面にセラミック濾
過膜を形成する手段として、濾過膜形成用のセラミック
泥漿を注入して付着する手段が採られるが、濾過膜を形
成する際に、流動抵抗緩和部を構成する中空部および流
路となる部位へのセラミック泥漿の注入をしなければ、
これらの部位の内周面にはセラミック濾過膜は形成され
ない。

【００１９】従って、当該セラミックフィルタにおいて
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、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となる。

【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および図２には、本発明に係るセラミッ
クフィルタの第１の例が模式的に示されている。当該セ
ラミックフィルタは、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は、多孔質のセラ
ミック支持体１１を主体とするもので、セラミック支持
体１１は多数の流通路１２と、中空部１３と、流路１４
を備えている。各流通路１２には、それらの内周面にセ
ラミック濾過膜が存在しており、一方、中空部１３およ
び流路１４にはそれらの内周面にはセラミック濾過膜は
存在していない。

【００２２】各流通路１２は、セラミック支持体１１の
長手方向に延びていて、各端部がセラミック支持体１１
の各端部にて開口している。中空部１３は円柱状を呈す
るもので、セラミック支持体１１の中央部にて同心的に
位置しており、その各端部は目詰部材１５にて閉塞され
ている。

【００２３】流路１４は平板状を呈するもので、セラミ
ック支持体１１の長手方向に延びていて、その各端部は
目詰部材１６にて閉塞されているとともに、セラミック
支持体１１の径方向に延びていて、内端部にて中空部１
３に開口し、かつ、外端部にてセラミック支持体１１の
外周部に開口している。流路１４の外端側開口部は、長
手方向の各端部側と中央部にて目詰部材１７にて目詰め
されている。各目詰部材１７は、開口部の補強部材とし
て機能する。

【００２４】セラミック支持体１１は、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、このセラミッ
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。なお、押
出成形には、中空部１３および流路１４が形成されるノ
ズル形状の金型が選定される。

【００２５】セラミック支持体１１は、直径２００ｍ
ｍ、長さ１０００ｍｍ、流通路１２の一辺が４ｍｍ、各
流通路１２を区画する隔壁の厚み２ｍｍ、中空部１３の
直径６０ｍｍ、流路１４の幅８ｍｍ、平均細孔径１０μ
ｍのものである。また、各流通路１２の内周面に存在す
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１１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１１の素材と同様のものが採用さ
れる。

【００２６】なお、セラミック支持体１１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
中間の平均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貫通孔
の内周面への形成性を向上させることができる。

【００２７】また、当該セラミックフィルタにおいて
は、セラミック支持体１１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。また、中空部１３および流路１４
についても、適宜の大きさに選定できる。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。

【００２８】目詰部材１５，１６は、セラミック濾過膜
と同様のセラミック材料からなるもので、但し、その表
層はセラミック濾過膜の細孔径より小さい細孔径を有す
るものであり、濾液が漏洩することがないのもが好まし
い。また、目詰部材１７は、セラミック支持体１１と同
様のセラミック材料からなるものである。

【００２９】かかる構成のモノリス形セラミックフィル
タにおいては、中空部１３および流路１４の内周面には
セラミック濾過膜が存在せず、これら中空部１３および
流路１４が流動抵抗緩和部を構成する。また、中空部１
３および流路１４の長手方向の各開口端部は閉塞されて
いるため、セラミックフィルタの先端部側に供給される
被処理液体は中空部１３および流路１４内には流入しな
い。

【００３０】このため、流動抵抗緩和部を構成する中空
部１３および流路１４には、隣合う各流通路１２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、中空部１３および流路１４を通してセラミッ
ク支持体１１の外部に達し、セラミックフィルタの外部
へ流出する。

【００３１】ところで、当該セラミックフィルタにおい
ては、各流通路１２を区画する隔壁の内周面にセラミッ
ク濾過膜を形成する手段として、濾過膜形成用のセラミ
ック質のスリップを注入して付着する手段が採られる
が、濾過膜を形成する際に、流動抵抗緩和部を構成する
中空部１３および流路１４となる部位へのスリップの注
入をしなければ、これらの部位の内周面にはセラミック
濾過膜が形成されることはない。

【００３２】従って、当該セラミックフィルタにおいて
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、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となる。

【００３３】図３（ａ），（ｂ）には、当該セラミック
フィルタの流動抵抗緩和部を構成する中空部および流路
を変形した例が示されている。同図（ａ）に示すセラミ
ックフィルタにおいては、流動抵抗緩和部は、小径の複
数の中空部１３ａと、中空部１３ａとセラミック支持体
１１の外周に連通する複数の流路１４ａにより構成され
ている。また、同図（ｂ）に示すセラミックフィルタに
おいては、流動抵抗緩和部は、長短３本の中空部１３ｂ
と、これらの中空部１３ｂを貫く流路１４ｂとにより構
成されている。

【００３４】図４には、本発明に係るセラミックフィル
タの第２の例が模式的に示されている。当該セラミック
フィルタにおいては、主体部であるセラミック支持体２
１は、外周側に位置する多数の流通路２２が連なる形状
の多数の凹凸からなる外形形状に形成されているもの
で、中央部には中空部２３を備えている。中空部２３
は、セラミック支持体２１の外形形状に類似する形状の
もので、平板状の流路２４を介してセラミック支持体２
１の外周に連通している。当該セラミックフィルタは、
その各端部に嵌合したリング状の取付部材２５を介して
装置に組込まれる。

【００３５】図５には、本発明に係るセラミックフィル
タの第３の例が模式的に示されている。当該セラミック
フィルタにおいては、主体部であるセラミック支持体
は、大径の第１支持体３１と、第１支持体３１より小径
の第２支持体３２にて構成されている。

【００３６】第１支持体３１は、内孔３１ａと平板状の
流路３１ｂを有するもので、流路３１ｂは内孔３１ａと
外周側とに連通している。第２支持体３２は、第１支持
体３１の内孔３１ａより所定寸法小さい外径を有するも
ので、内孔３２ａと平板状の流路３２ｂを有し、第１支
持体３１の内孔３１ａ内に同心的に嵌合されている。

【００３７】第１支持体３１と第２支持体３２とは、こ
れらの各端部にて、両支持体３１，３２間の内孔３１ａ
の開口端部、同支持体３１の流路３１ｂの開口端部、第
２支持体３２の内孔３２ａの開口端部、および、同支持
体３２の流路３２ｂの開口端部に目詰部材３３を詰めて
一体化されていて、第１支持体３１の内孔３１ａ内を環
状の第１中空部３４ａに、第２支持体３２の内孔３２ａ
内を円柱状の第２中空部３４ｂに構成している。また、
第１支持体３１の流路３１ｂは第１中空部３４ａと外部
を連通させ、かつ、第２支持体３２の流路３２ｂは第１
中空部３４ａと第２中空部３４ｂとを連通させている。

【００３８】これにより、第１中空部３４ａ、第２中空
部３４ｂ、および両流路３１ｂ，３２ｂは、当該セラミ
ックフィルタの流動抵抗緩和部を構成している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るセラミックフィルタの第１の例を
示す斜視図である。

【図２】同セラミックフィルタの側面図（ａ）、および
同図の矢印ｂ−ｂ線での断面図（ｂ）である。

【図３】同セラミックフィルタの第１変形例を示す断面
図（ａ）、および第２変形例を示す断面図（ｂ）であ
る。

【図４】本発明に係るセラミックフィルタの第２の例を
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５】本発明に係るセラミックフィルタの第３の例を
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。

【符号の説明】

１１…セラミック支持体、１２…流通路、１３，１３
ａ，１３ｂ…中空部、１４，１４ａ，１４ｂ…流路、１
５，１６，１７…目詰部材、２１…セラミック支持体、
２２…流通路、２３…中空部、２４…流路、２５…取付
部材、３１…第１支持体、３１ａ…内孔、３１ｂ…流
路、３２…第２支持体、３２ａ…内孔、３２ｂ…流路、
３３…目詰部材、３４ａ，３４ｂ…中空部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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
   フィルタであり、前記セラミック支持体の内部には長手
   方向に延びる中空部と、同中空部を前記セラミック支持
   体の外部へ連通する流路を備え、これら中空部および流
   路の内周面には前記セラミック濾過膜が存在せず、か
   つ、これら中空部および流路の長手方向の各開口端部は
   前記セラミック濾過膜の細孔径より小さい細孔径の目詰
   部材にて閉塞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。
2. 【請求項２】請求項１に記載のモノリス形セラミックフ
   ィルタにおいて、前記中空部は前記セラミック支持体内
   に同心的に位置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。
3. 【請求項３】請求項１に記載のモノリス形セラミックフ
   ィルタにおいて、前記中空部は前記セラミック支持体内
   に複数存在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。
4. 【請求項４】請求項１に記載のモノリス形セラミックフ
   ィルタにおいて、前記セラミック支持体は、大形の第１
   の支持体と、同第１の支持体の内孔内にて同内孔周面に
   対して所定間隔を保持して位置する小形の第２の支持体
   からなり、これら両支持体間の空間部が前記中空部を構
   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。