TW506849B - Porous ceramic filter - Google Patents

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Description

506849 〜—--— --------—_ 五、發明說明（l) 【發明之所屬技術領域] 本發明係關於一種採用陶瓷多孔體i過濾單元的流體之 過濾器，特別是關於一種可用於液體厶精密過濾、限多過 濾、逆滲透分離及氣體分離之過濾器。 【習知技術】 在食品 往即常使 亦只稱單 藥品性差 。近年由 物之担體 最近， 南的透過 之南機械 氣孔率而 體中更微 鋁（ai2o3) 氣孔率高 變大。因 上所述之 、藥品、半導體等製造過程厶流體過濾中，從以 用由有機質之多孔質膜所構成的過濾單元（以下 元）。然而’有機質的膜因耐熱性、耐壓性、耐 ’漸替換成比其等還優之陶篆多孔體所構成的膜 此陶瓷所構成之膜漸擴大其用途成為如培養微生 的朱物反應器或觸媒之担體。 即使在由陶瓷多孔體所構成之膜中，尤其具有很 性能，同時，即使报薄化亦須具有後承^ ^體2 強度的需求乃增高。為提高透過性能，必須提田 減少膜之透過阻力，同時減小細孔徑而可^ = 細的成分，即所謂提高分離能力。然而 γ窗、 為代表，至今常用之陶瓷所構成的多、孔體=氧化 達40%，一般在30%左右，故過濾時厭其 此，只利用其氣孔之單元，係不符合 =失會 需求。 双年差如以 因此’為解決如此之缺點’係使陶莞多孔體、 造圓筒狀而實際上使流體透過之獏部分薄化，^成多層構 損失的方式來設計。亦即，由陶究多孔體所 乂降低壓力 合體即過濾模組（以下亦稱為模組），係裕士，成之單元集 係形成多層構造，即
第4頁 506849 案號 89110870 rJ,/： θ_修正 五、發明說明（2) 可發揮過濾 而進一步介 使此等 位面積 小。因 ，係如 ，陶瓷 以下亦 體」乃 」之用 於特表 專利C Η 孔之膜 如圖1 9 須經過 述一般 為 過單 地減 斷面 所示 孔3( 遽流 流體 介紹 瑞士 具細 為使 ，必 由前 膜之流體的 用上其厚度 顯下降。 另外，一 強度之氮化 主成分之陶 9 4 / 2 7 9 2 9 號 上之柱狀氮 系結合相所 功能之多孔質膜、支撐其之基材部分，依需要 於兩者間之中間部分的數層所構成的。 膜組實用化，必須進一步形成如提昇膜之每透 的流體流量之單元構造設計，其尺寸亦儘可能 此目的所開發出來之構造為單塊型。此單元之 圖19所示。在同圖中1為過濾單元，但如同圖 多孔體2中形成一設有多數被過濾流體之流通 只稱為流通孔或胞室）之蓮根狀。又，「被過 所過濾之前的流體。在本發明中亦使用「過濾 語，但其係被過濾之流體。單塊型之構造例係 平1 -5 0 1 5 34號公報、特表平3 - 5 0 0 3 86號公報及 681281號公報中。單塊型基本上亦形成一由 、及、支撐其之基材所構成的多層構造。但， 之斷面形狀的模組之流通孔内側形成多層構造 相當複雜的步驟，而成本變高。因此，欲採用 陶瓷所構成之多孔體而成為單層構造，使通過 壓力損失降低，必須使膜本身之厚度薄化。實 為1 mm以下，但此情形下，膜之機械強度會明 般具有50 %以上之高氣孔率同時並具有高機械 矽系陶瓷（以氮化矽及/或硅鋁氧氮耐熱陶瓷為 瓷）所構成之多孔體已介紹於國際公開編號WO 公報中。此陶瓷多孔體係由平均長寬比為3以 化矽及/或硅鋁氧氮耐熱陶瓷的粒.子與氧化物 構成的，前者間介由直接，或前者藉由後者而
O:\60\60948.ptc 第5頁 506849 产案號89110870 曰 修正 五、發明說明（3) 具有呈三次元隨機擴展之網狀構造，3點彎曲強度為1 0 0 MPa以上者。若使用此陶瓷多孔體，例如，如上述之單層 構造的很薄膜，亦可確保其機械強度。但，只將單塊型之 單元替換成單層構造之氮化矽系陶瓷製者，其過濾流量變 得不太大。為什麼呢？如圖1 9中以波狀之箭頭所示般，因 特別是從中心附近之流通孔朝外周面的流體移動距離很 長，故壓力損失會變大，單元全體之透過流量幾乎決定於 來自表面附近之流通孔的透過流量。 又，如此之單塊型之模組在食品或藥品之製造步驟中一 般廣泛利用於交叉流動過濾。此過濾方式如圖2 0所示，係 從原液槽4以送液泵6將被過濾流體5供給至設有模組1的過 濾器，過濾流體從殼體之排出口排出而回收，同時，通過 同模組内之流通孔（胞室）的被過濾流體經由循環路7而返 回原液槽，再將其送入過濾器之操作反覆進行而過濾之。 本發明人等在特願平10-198811號中已提出：透過阻力 小且適於此過濾方式，藉上述氮化矽系陶瓷多孔體而以單 層構造的很薄之膜所構成的模組。 【發明欲解決之課題】 在採用如此單塊型過濾模組之過濾器中，增大所希望之 透過流量（每單位時間之過濾流體的流量即過濾速度）乃很 重要。因此，必須以流體在模組的集合體即模組内以儘可 能很低的壓力損失進行移動之方式。但，另一方面，如前 述般，對模亦要求依存於其細孔徑大小很高的分離能力。
O:\60\60948.ptc 第6頁 506849 案號 89110870 _η 曰 修正 五、發明說明（4) 因此，必須其兩者取得平衡。進一步，單元一般係多數排 列於一定容積之殼體内而收容之，故為提高透過流量，亦 不能隨意增大其容積。 為應對如以上所述之要求，以單元排列於殼體内之狀態 ，如下乃很重要：（ι)增大膜之每單位面積的流體透過量 ;(2 )減少流體在排出路徑之壓力損失；及（3 )提高有效過 濾之膜表面積。在特公平6 - 1 1 3 70號公報或特開平 5 - 1 4 6 6 0 9號公報中，係介紹一集合排列單元之模組事例。 但，此等之事例係主要只對應於上述（3 )之課題，而且每 個單元之透過流量很小。另外，在上述特開平1 1 - 1 2 3 3 0 8 號所提出的模組係克服在每個模組之（1 )及（2 )的課題，但 對應於（3 )之課題未必很充分。 本發明人等為同時解決以上之三個課題，運用上述特願 平10-198811號所提出之模組構造，同時並用以提高透過 流量之模組内的單元合理配置進行嘗試錯誤，其結果達成 本發明。 【用以解決課題之方法】 亦即，本發明之過濾器，係由陶瓷多孔體所構成之複數 過單元，被固定於殼體之兩端面，而排列收容著，具備有 :通過用過濾單元所形成之被過濾流體用的流通路徑及過 濾流體用之排出路徑；兩流通路徑係藉彌封殼體兩端面之 過濾單元固定部的一部分而互相分離。進一步同過濾單元 係具備：朝一方向貫通陶瓷多孔體而設置且與前述流通路 徑連接之被過濾流體用的多數流通孔，及，彌封一部分流
O:\60\60948.ptc 第7頁 五、發明說明（5) ，，之出入口所形成的且連接於流通路徑之過濾流體用的 夕數内在流通孔。此任—者之流通孔從垂直於前述一方向 之斷面觀之，75以行單位或列單位交互整列配置。除了以 上之"丨L通孔配置’尚且’在本發明之過濾單元+，在挾住 ，兗多孔體之實體部而相鄰之内在流通孔之間及/或内在 流通孔與陶兗多孔體之外周面之間，*置一用以排出過濾 流體之多數排出孔，且其貫通該實體部。更且，本發明之 過濾器中，除了上述之基本構造外，尚且在垂直於一方向 之任忍斷面上，則述複數過滤單元之占有面積為殼體内側 面積之35%以上。 又，本發日月亦包含-種過濾器，其係以上之基本構造， 同時在垂直於上述一方向之任意斷面上，在殼體内侧之過 濾單元的排出孔平均長度為殼體内徑之1/2以上。進一步 亦包含：在同樣的殼體内侧斷面+，外徑相異之過濾單元 組合、排列者。 本發明之多孔體較佳係由平均長寬比3以上之柱狀氮化 石夕及/或利7口>的粒子、及、氧化物係結合層所構成，採 用氣孔率30〜70%、平均透過徑〇〇1〜1〇#m、3點彎曲強度 100 MPa以上之氮化石夕系陶竟所構成者。氮化石夕系、陶莞以 外陶瓷例如氧化鋁係細孔之斷面形狀一般為圓开多。然而， 氮化矽系陶兗係細長的狹縫狀，t匕以金銀壓入法所確認之 最大細孔徑還小，例如以1/5左右的粒子進行過濾。氧化 鋁之情形，係無法以水銀壓入法所確認之最大細孔徑以 的親[早炎禍濃分開0 S :士、& . 506849 五、發明說明（6) 以水銀壓入法所確認之平均細孔徑為〇. 〇 〇 4 /z m左右者。 又，在本發明之單元中，其流通孔及内在流通孔於行單位 或列單位交互排列時之各別的配置節距，為得到維持優異 之透過性能、必要的機械強度或分離能，宜為0.5〜3 mm之 範圍。 又5本發明之殼體在其兩端安裝著蓋體，其乃具備與外 部自由連接之開口部與被過濾流體之流入口及排出口；殼 體之材質亦包含塑膠、金屬及陶瓷之至少一種。進一步其 兩端面之上述彌封乃以塑膠、金屬及陶瓷之至少一種來進 行，及，亦包含前述殼體之外徑為10〜500 mm、長度為 100〜2000啊之範圍内者。 【發明之實施形態】 本，明之過濾器係由陶瓷多孔體所構成之複數過濾單元 在收容其等之殼體内以一定的排列配置。亦即，複數之過 ^單70的集合體乃形成過濾模組，模組全體顯現其透過功 月b各個過濾單元係例如從侧面觀看之圖1、及、其與侧 面正交之斷面觀看的圖2所示，其斷面係朝一方向貫通於 多^體2而將被過濾流體流經之多數流通孔3配置成蜂 =的單塊型。此流通孔之一部分係在單元兩端之出入口 （彌封）與外部之流體的出入，具有一彌封此兩端之 :封和的流通孔為内在流通孔12。又，14為後述之排出 人δ =陶瓷多孔體之膜（在本發明亦謂實體部）。此膜係 二如别述之多數微細氣孔的多孔質構造，以此部分，流 體中被過濾分開。
506849 五、發明說明（7) 圖2之（1)係從箭頭A的方向看圖i之單元的圖。又，同圖 之（2)係觀看垂直於圖1之單元的縱方向的斷面。又，— 圖2之（1 )中’未看到之部分以虛線表示。若依據此等圖， 流通孔3與内在流通孔12若從垂直於其一方向（此時，單元 ，縱方向亦即流通孔的貫通方向）之任意斷面觀看，以行 單位或列單位交互地整列配置。又此等係如圖般，挾住陶 曼之實體部15而互相鄰接。又，圖2之（丨）與（2)之實體部 1 5以黑色之粗虛線替換者，為圖3。同圖之（丨）與（2 )係對 應於圖2之（1)及（2)，符號係同於圖2。本發明之以後的單 元斷面係以此圖為基礎表示之。 又，配置衿殼體内之各單元，係固定於殼體之兩端，因 此，流通孔係與前述之循環路徑連接。另外，透過實體部 而被過濾之流體（亦即過濾流體），係從各個單元另外路徑 開孔之排出孔、與、連接於殼體之過濾液室之排出路徑來 回^ °圖1之例中，排出孔如表示於圖2之（2)般，朝垂直 於單元之縱方向的面之外方向，貫通單元之膜（實體部）而 形成的。未被過濾之流體（亦即，被過濾流體）係從上述模 組内之流通路徑經過過濾裝置之循環路徑而返回過濾液槽 ’再度壓送至過濾器，反覆過濾之。 圖4為设體之一事例的斜視圖。在此事例中，被過渡流 體會朝圖示之殼體8的縱方向流體。80為殼體之本體，si 為與其外部配管連接之蓋體，82為朝循環經路之連接部， 8。3 ^連接於過濾器之排出路徑、且回收過濾流體之排出口 。右透視之，形成如圖5。在同圖中係配置一個單元。又
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,U為殼體内之空間 動著。 卩過濾液室。此處係被過濾流體流 在斷面為圓形且同 的事例，模型式的表:稱造之殼體内配置多數之過濾單元 之單元配置4個，圖？不於_6及圖7中。圖6係正方形斷面 之斷面表示其單元的1正方形斷面之單元配罝1 2個。左端 體封住之各個單二態。·未圖示’但對應於被殼 之端封住。又，m s 的内在流通孔之部分，係被殼體 合正方形斷面、正六為早兀配置之另一事例。分別組 之例中係於圓的殼^ 形斷面之不同大小的單元。在以上 研究彼此之斷面形狀、，1内側排列四角之單元，但進一步 的占有面積率亦很重 两殼體内側斷面内之單元 流量。因此，各個之因能提昇殼體每單元體積之透過 能宜在殼體内不剩下斷面亦可為任何的形狀，但儘可 之空間在殼體内均等^ ^空間。進一步，若以每個單元間 損失在斷面内均衡，的方式，可使流體流動時之壓力 例全部之單元替代成斷：ί均等的流自。例如，在以上之 、惠W 咖8日 孙 斷面為圓形者’但此時，形成單元之 邊界的空間，某部分作办6 乂取平70 < A ^ ^ ^ ^ ^很見在，在某部分很狹窄，而不會成 為”的工間配置。此空間之幅度宜為胞室幅寬以上。又 ，使單元内之流體流速在模組全體形成均一，為得到安定 的高流量，宜使實體部（膜）的厚度形成均等，同時並使其 厚度變薄。例如，本發明之單元時，膜之厚度宜為〇 ·卜 0.9 mm，其參差不齊平均值在土 20%以内。 若使殼體内之過濾面積（膜之表面積）作動，只要單純地
0:\60\60948.ptd 第11頁 五、發明說明（9) 使各個早元之外ρ 、 少其使用個數，減:、s?:殼體之内尺寸，同時儘可能地減 多大的由Ρ ΐ, 配置空間即可。若極端言之，盔論在 夕大的内尺寸殼體内，〇 …娜在 蓋即可。但m / 接近其内尺寸之一個單元覆 貫際上若依據我們確認出之結果，各個單元 =!:使過大或過小，透過流量均會降m兄，其 t町心生產性亦會降低。又，實際上，單元大小對透 /;,L的衫響’係依存於殼體本身之相對配置關係及單元 之排列狀況。 首先’各個單元之大小，過大時之透過流量降低的原因 ’係在於單元内部之流體的透過壓力損失會增加（流通時 之透過阻力會增加）。亦即，因透過多孔體之實體部後的 流體朝一方向的排出路徑會過長。又，在此處之單元的大 小，乃謂其容積，在以上之事例中，縱方向之大小若經決 定出來，為正交於流體主要流動方向（單元之縱方向）的斷 面大小。例如，以相同殼體尺寸，如圖5般配置一個單元 之過濾、與、如圖6般配置4個相同斷面積單元之過濾器以 相同交互流動條件進行比較後，單元之總斷面積占有殼體 本身之40〜60%(後述之占有率為40〜60%)時，透過流量係後 者高達30〜40%。進一步，在圖6之單元周圍的配置空間中 ’若追加配置更小尺寸的單元，與4個時相比，進一步可 得到30〜40%高的透過流量。亦即，透過流量僅提昇至單70 的尺寸增加部分以上。若欲以一個單元覆蓋殼體之内斷面 ’單元之尺寸亦必須很大。另外’為使用一般之製^ Λ•備 而安定且廉價地製造單元的尺寸乃有極限。因此’若其尺
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例如，、，ΐ產生蜂巢狀斯面之陶瓷多孔體之製造上問題。 役備：：：備一供成型、燒結及搬送之大規模且廉價的 的廚須i Ϊ送時’為維持其形狀’防止損傷’須耗很大 的麻煩。其結果，易招致生產性之降低。 路η2每個單元之尺寸太小，在每個單元中，其流通 .二a!m，正因如此，流體之透過損失會變小，但 透過流量發揮作用，必頌 ^ ^ ^ > 里赞评作用义須配置許多早兀。其結果，單元之 交接處的空間會增加，故可有效過濾之膜的表面積不會增 加那麼^。又，在垂直於縱方向之斷面中，朝流體之流動 方向’單元部分與其等之交接處的空間部分重複乃變得更 多’故流體·乃成為定常流，變得很難。因此，過濾器全體 之透過流量反而降低。因必須製作許多的單元，故生產性 亦降低’又，組合複數單元時，如圖8所示般，在殼體之 中央部分配置斷面比較大的單元，若配置一比朝向外侧更 小尺寸的單元，可得到更大的透過流量。 本發明之過濾器係在其一方向（此經常為被過濾流體之 主流通方向）垂直的任意斷面上，所排列之複數過濾單元 的占有總面積為殼體内側面積的3 5 %以上。較佳為6 0 %以上 。以下此面積之比例亦僅稱為r單元之占有率」或「占有 率」。占有率為35%以下，殼體之每單位容積的膜之表面 積會變得太小，透過流量明顯降低。例如，在圖1〜圖8中 如其事例所示般，假設在圓筒狀之殼體内配置一朝縱方向 形成流通孔之單元情形。殼體之内徑為3 0 0 mm之圓形時， 若配置外徑178 mm之圓形斷面的1個單元（在圖5中’單元 第13頁 ^6849 、發明說明（11) 之斷面形狀為圓形即配置、配置例）、或、配置一邊為158 mm之正方形斷面的單元（如圖5之配置、配置例2 )，單元之 ^有率約為35%。又，若配置一邊為92龍之正方形斷面的 早兀4個（如圖6之配罝、配置例3),占有率為約48%。進一 =丄，置例2之情形，例如在殼體之中央部分配置上述尺 寸的單元後’進一步在與殼體之内壁之間的空間中，若配 置一邊為60 mm之正方形斷面的單元4個（如圖9之配置、配 置例4) ’占有率約為56%。又，若配置一邊為6〇隨之正方 形斷面的單元12個（如圖7之配置、配置例5)，其變成約 61 % ’進一步例如以圖丨〇所示之配置圖案，若在剩下的空 間配置很小Λ寸的單元，其會超過6 ，圖丨丨乃至丨3係單 元之斷面形狀為六角形的圓形的例子。 又’本發明之過濾器係上述單元之占有率至少為35%以 上’並且在其殼體之内侧斷面部分中的單元之排出孔平均 長度，宜為殼體内徑之1/2(50%)以下。進一步宜為1/10〜 1/4(10〜25%)。若比1/2還長，會有通過排出孔之透過液的 壓力損失會增加、透過流量會降低之虞，又，排出孔之平 均長度係複數單元之全部排出孔的累計長度除以排出孔的 總個數之值。圖1之單元情形，在正交於被過濾流體之主 流通方向的斷面上各設有4根排出孔，其全部之長度乃與 單元之正方形斷面的一邊相同。以此形態形成排出孔之斷 面乃有許多數目。若具有排出孔之斷面有10面，此單元之 排出孔總數為4 0。令每一斷面之排出孔的數目為η，如此 之斷面數目為m。例如，上述配置例2的情形，以與此相同
第14頁 506849 f f(P 案號 89110870_年月 日 修正 _1 五、發明說明（12) 的形態，若形成排出孔，排出孔之平均長度為1 5 8 m m。此 係變成殼體内徑的約5 2 %。又，例如上述配置例4之情形， 還是以相同的形態形成排出孔，則中央很大的單元為1 5 、m = 2 0，周圍很小的單元為η = 6，m = 2 0。此時，排出孔之 合計長度係158X15X20 + 60X6X20=54, 600 mm，排出孔之總 數為1 5X2 0 + 6X2 0 = 42 0，故此時排出孔之平均長度為 5 4, 6 0 0/42 0 = 1 3 0 mm。此係殼體内徑的約43%。進一步配置 例3及5分別為内徑的約3 1 %及2 0 %。 本發明之模組的殼體宜為内徑10〜500 mm左右，内部長 度1 0 0〜2 0 0 0 mm左右的大小。其理由係若假設實際過濾器 之設置空間，其外徑頂多5 0 0 mm左右、長度頂多2 0 0 0 ππη φ ，除了例如大型之工廠的特殊情形，乃為適當的限度。若 比此還大，對於一般的搬送或配置乃很麻煩。又，外徑比 1 0 m m還小、長度比1 0 0 in m還小，除了特殊情形，單元之 尺寸亦必須特別小，製造時很麻煩。 ‘ 【實施例】 . 實施例1 製作圖1 4、1 5所示之斷面構造的本發明例及圖1 6所示之 斷面構造的比較例。在圖中，1為由氮化矽系多孔體所構 成之單元、8為殼體、16為殼體内之過濾液室（空間部）、 83為殼體之排出口。又，各個殼體之斷面若擴大之，係如 圖3之（1)及（2)。在圖15中配置3種類之尺寸的單元。從大· 的尺寸表示即I、II、及III，但其斷面形狀依序為一邊 17.1 mm、8.1 mm及5.45 mm之正方形。任一者長度（亦即
O:\60\60948.ptc 第15頁 506849 五、發明說明（13) --- 圖之往内方向的長度）為5 0 0 mm。又，圖14者係只使用12 個其中之I的尺寸之單元。任一者之胞室，其實^部（亦謂 胞至壁）的厚度為0.29 mm(厚度之參差不齊在單元的平均 值的± 1 0%以内），包圍胞室壁之胞室内侧斷面，係形成一 邊為1 nrn之正方形，單元！、Π、及Ιπ係其胞室分別以13 行Χ13列（胞室數為個）、6行乂6列（胞室數為“個）行 Χ4列（胞室數為1 6個）排列。 此等單元如圖般組合，在圖14及15之配置中，於外徑91 _、内徑88 mm、内侧長度500 mm之一個大的殼體内收t容 複數的單元’又’在圖16的配置中，各個單元被收容於外 徑2 8 mm、内徑2 6 mm、内側長度50 0 mm之各別的殼體内， 以收容於與圖1 4及圖1 5之殼體容間相同大小的容間内之方 式，將7個殼體單位收集於一個之集合體作為一個模組。 在模組之兩端安裝著外徑為11〇 mm、長度為3〇 之聚楓 製的蓋體。含有盖體部之過滤器全體的占有體積係成為 5 3 2 1 cm2。 、 氮化矽系陶瓷多孔體之蜂巢狀的單元係如以下般製作。 首先，於平均粒徑0.5 之α型的ShK粉末中添=平均粒 徑1 // m之〇3粉末5重量％、Α12〇3 5重量％作為副成分，並與 有機黏結劑及水以捏合機一起混練。然後將此混練物押出' 成形而形成蜂巢狀之成形體後，同成形體在5氣壓之氣氣 中、1 80 0 °C下保持2小時而燒結。此多孔體之實體部（膜'之 部分）係由平均長寬比為1 〇之柱狀氮化碎粒子所構成，'盆 粒子間一部分乃以含有副成分之氧化物連繫而成為三次元
第16頁 506849 五、發明說明（14) 〜 網狀構造，氣孔率6 〇%、平均透過徑0 · 2 # m、三點彎曲強 度為1 70 MPa之燒結體。又，此平均透過徑係過濾標準流 體[此標準流體乃含有與其相同之粒子徑以上（此時為〇.2 以上）的標準粒子]’藉此而捕捉此標準粒子以 上，確認出可阻止此透過時之其粒子徑。因此，此時相反 地具有可透過標準流體中之〇· 2 以下粒子99· 99%的過濾 然後，每隔一列蜂巢構造體之胞室藉鑽子而開啟過濾液 之排出用的孔（在前述圖3中1 4為排出孔）。如排出孔之形 成面係任一者之單元亦朝其縱方向形成2〇面。亦即，每〜 面之排出孔的數目η係I為5、Π為3、III為2，排出孔形成 ，之數目m為2 0。任一者之單元亦在其後預先以快乾性環 氧樹脂預備地彌封同蜂巢之兩端面的供給液流通孔而收容 之，以形成各個單元。 ^後，各個單元係排列收容於各別之殼體内，其兩端藉 耐藥品性環氧樹脂固定彌封於殼體之兩端。繼而，切斷其
兩端在收容前除去預備彌封的處所，而開啟供給液之出I 口。各個單元之過濾面積以圖1 4、1 5及1 6之構造例分別為 約1· lj m2、約1· 46 m2及約〇· 69 m2。圖14、15及16之構造 例的單元之占有率依序約為58%、及5 5%，又，設於單 70之排出孔的平均長度對殼體内徑之比率依序改為1 9%、 13% 及66% 〇 將此等3種類的過濾器安裝於圖2〇所示之交互流動方式 之裝置内’以含有平均粒徑〇· 2 Am之氧化鋁粒子〇. 1重量％
第17頁 506849 五、發明說明（15) 之純水作為被過濾流體而流動，在差壓1 kg/cm2、過濾流 體之循環流速2 m/sec的條件下，比較各個過濾器之每-單 位時間之透過流量（過濾能力）。其結果，任一者之構造例 中可阻止氧化鋁粒子99. 9 9%以上量透過，達成分離性能之 目的。各別構造例之透過流量係圖1 4為8 2 · 3 1 / m i η、圖1 5 為1〇3· 5 i/min、圖16為45· 1 i/min。若將此等換算成過 濾器之占有每單位體積，圖14中為15· 5 cc/min/cm3、圖 15 中為19· 5 cc/min/cm3、圖 1 6 中為8· 48 cc/min/cm3。 從以上之結果可知以下者。（1 )在各個殼體中不組合配 置複數之單元，在每個殼體中一個一個配置單元，集合此 等’而收容於相同空間之圖1 6的斷面構造之過濾器中，各 個设體斷面上之單元的占有面積為70%以上，但形成單元 之集合體的模組的透過流量會如上述般變大。此係在此構 造中結果因模組之每單位體積的過濾膜面積會變小。另外 ，（2)殼體内排列複數單元之本發明圖1 4及圖1 5的斷面積 構造之過濾器中，可得到明顯的大透過流量。若比較兩者 ，單元占有率更高的圖丨5構造可得到比圖1 4者大約2 6%的 透過流量。 實施例2 準備外徑84 mm、内徑80 mm、長度500 mm之殼體，製作 圖17及圖18所示之單元斷面配置的過濾器[其中實體部（膜 的部分）乃由與實施例1相同之氮化矽系陶瓷多孔體所構成 的]。單元係任一者其胞室壁（膜）的厚度為〇·5 mm (厚度之 參差不齊在單元的平均值之±10%以内）、胞室為一邊4 mm
O:\60\60948.ptd 第18頁 506849 五、發明說明（16) 之正方形斷面者’在此單位胞室構造中，胞室數工個 (以11行XII列排列）、外尺寸為一邊50隨之正方形，準備 一個m一 ΐ相同之5°㈣、且直徑為〇.7咖之5根排 出孔，如圖17般使之配置於上述殼體内之中央的集人體置 、及、胞室數目為25個（5行X5列）且其外尺寸為」邊^㈣ 之正方形，準備4個全長與其一邊相同之23且農直彳孩為 0.7 mm的2根排出孔，如圖18般使之配置於上述殼體$内之 集合體2。各集合體之膜的表面積及單元之占有ς積率係 集合體1分別為0.288 m2及49.6%，集合體2分別為〇 288 ffl2 及42· 1%。 上之構成在殼體内排列單元後，與實施例丨相同地進 仃早7L之端的彌封、殼體之蓋體的安裝而製作各過濾器， =同於實施例1之條件進行交互流動試驗。其結果，透過 :量在集合體1為16.8 1/min、在集合體2為218 i/min。 ，然過濾膜之表面積相同，但集合體2之透過流量會變大 4係因集a體2在排出孔之過濾流體流通時之壓力損失變 實施例3 、，相同，實施例j之順序且相同材料的氮化矽系陶瓷sni 胼ί 1匕矽糸陶瓷SN2、氧化鋁系陶瓷AL及模來石系陶瓷虬 $ t ^ ^多孔體形成蜂巢狀的單元，以表1之實體部的厚 ，二γ正。表中之「SN2」表示的氮化矽陶瓷製之單元 粉東中U下般調製。首先，於平均粒徑3 A®之α型的SisN4 ，添加平均粒徑1 之γ2〇3粉末與Al2〇3粉末各5重量 第19頁 i、發明說明（17) "—' " ~~ -- 0。下為副成分，和有機黏結劑及水以捏合機一起進行混練 。然後，將其混練物押出成形而形成蜂巢狀之成形體後” 同成形體在1氣壓之氮氣氛中165〇乞下保持3小時而燒結。 此多孔體之實體部係由平均長寬比為i · 5之氮化矽粒子所 2成，其粒子間係以含有副成分之氧化物連接而成為三次 几_狀構造，氣孔率35%、平均透過徑〇· 2 、二 強度為90 MPa之燒結體。 一點考曲 二L」表示的氧化鋁系陶瓷製的單元，係如下般 :I。首先，在平均粒徑i α型的a12〇3粉末中，界 =及水以H起進行混練。然後，將此混練物押 >而形成蜂巢狀之成形體後，同成形體在大氣中 保持30分鐘而燒結。此多孔體之實體部係平均粒徑i #瓜I 粒T間以含有副成分的氧化物連繫，球狀之氣孔： 其氣孔率為30%、平均透過徑為〇 2 _、三 曰刀， 40 MPa之燒結體。 .零曲強度為 進-步奴表中之rML」表示的模來 係如以下般調製。首先，將平均粒徑^之， 末與平均粒徑！财叫粉末 〇3粉 3··2的方式秤取，進一步相對於此、^之莫耳比為 量份之叫〇作為副成分後，和有重 起混練。然後，將此混練物押出成形而 '機- 體後，同成形體在大氣令16〇〇t：下保 =巢狀之成形 多孔體之實體部係平均長寬比為平；而燒結。此 卞闩粒徑2 之模來 第20頁 506849 五、發明說明（18) 石粒子間以含有副成分之氧化物連螌 a — '4*' C \r 1 ^ 常或二火7L網狀’如上 述SN1之氮化石夕系陶瓷般，狹缝狀 案τ : ^ &Λ 狀之虱孔會分散，其氣孔 平均透過住為〇.2_、三點彎曲強〇 Mpa 之燒結體。 所製作之單元任-者其胞室為一邊4随之正方形斷面， 胞室壁之厚度及其參差不齊係記載於表1者。又，單元之 外尺寸係長度均為500 ，斷面尺寸除以實施例1相同之 二者的大小外，尚且亦製作一邊為25·4龍及12·3 者。 又，此等蜂巢部分及外尺寸係於押出成形時調整。組合以 上之各種單元，排列、固定於與實施例丨相同形狀之殼體 内，俾記載衿表1之各種單元占有面積率的過濾器以同於 實施例1的順序組裝。又，形成於單元之排出孔之平均長 度係藉由其每一斷面之形成根數與形成斷面數來調整。然 後’將此等過滤器以相同於實施例1之過濾條件進行交互 流動過濾試驗，確認各別之流量。其結果表示於表1中。 又，雖未記載於表中，但關於一由氮化矽系陶瓷、氧 化銘系陶瓷AL及模來石系陶瓷ML所構成的多孔體而形成的 單元，與氮化矽系陶瓷SN1同樣地，確認出單元之面積占 有率及單元排出孔平均長度的殼體内徑比對透過流量之影 響。其結果，透過流量如試料22、23及24般，與SN1之本 身（試料11 )比較，為低於全體之水準，但若形成與SN1相 同的蜂巢構造，影響透過流量之效果係與SN1結果相同的 傾向。
第21頁 506849 五、發明說明（19) *為比較例 試料 多孔體 單元 過濾 透過流量 備考 一 編號 材質 實體部 面積 排出孔平 L之殼體 面積 (1/min) 平均 參差 占有 均長L 内徑比率 (m2) 厚度 不齊 率 (mm) (%) (mm) (%) (%) *1 SN1 0.3 土 10 33 35 40 0. 67 32 單元之面積占有率 2 SN1 0.3 土 10 35 35 40 0. 70 48 的變動 3 SN1 0.3 士 10 40 35 40 0. 76 60 1 4 SN1 0.3 土 10 60 35 40 1.20 85 1 5 SN1 0.3 土 10 70 35 40 1.42 92 6 SN1 0. 08 土 10 60 35 40 1.20 88 多孔體實體部厚度 7 SN1 0.1 土 10 60 35 40 1.20 86 的變動 8 SN1 0.5 土 10 60 35 40 L20 80 1 9 SN1 0.9 土 10 60 35 40 1.20 76 1 10 SN1 1.0 - 士 10 60 35 40 L20 74 1 11 SN1 1.5 土 10 60 35 40 1.20 70 12 SN1 0,3 土 10 60 8 9 1.20 82 L之殼體内徑比率 13 SN1 0.3 土 10 60 9 10 1.20 91 的變動 14 SN1 0.3 ±10 60 22 25 1.20 92 .1 15 SN1 0.3 土 10 60 24 27 1.20 82 1 16 SN1 0.3 ±10 60 44 50 1.20 80 1 17 SN1 0.3 土 10 60 46 52 1.20 72 i 18 SN1 0.3 土 15 60 35 40 L20 83 膜(實體部）的參差 19 SN1 0.3 土 20 60 35 40 L20 80 不齊變動 20 SN1 0.3 土 25 60 35 40 1.20 73 21 SN2 0.5 士 10 60 35 40 1.20 29 市販之氮化矽 22 SN2 1.5 土 10 60 35 40 1.20 24 23 AL 1.5 土 10 60 35 40 1.20 12 氧化鋁 24 ML 1.5 士 10 60 35 40 1.20 10 模來石 從以上之結果，可知如下。（1)若殼體内之單元的面積 占有率為3 5%以上，與其以下之情形相比，可得到明顯的 高透過流量之濾過器。又，（2)同占有率相同構造時，與
第22頁 506849 五、發明說明（20) 其以上之情形相比，可得到明顯的高透過流量之過濾器。 進而，开> 成如本發明範圍相同之蜂巢構造時，以由各種陶 瓷所構成之多孔體可得到提昇本發明透過流量的效果。其 中，使用一由記載於本發明申請專利範園第4項之氮化矽 系陶曼多孔體所構成的單元，俾得到顯著的高水準透過量 之過慮器0 【發明之效果】 若依本發明，可提供一種過濾器，其係由斷面為蜂巢構 造之陶瓷多孔體所構成，且内部具有特定之流通、排出路 徑的複數過濾單元，以特定之空間配置排列、收容於殼體 内，而過濾蹀之表面積及其每單位表面積之透過流量很大 ，且在排出路徑之流體的壓力損失很小，習知所無之高透 過流量的過滤器。 ° 【圖式之簡單說明】 圖1係本發明之過濾單元的一事例之侧斷面圖。 圖2係從A方向觀看圖1之過濾單元的正面圖Q)及圖^之 ββ斷面圖。 圖3係對應於圖2之（1)及（2)，而其實體部取存少爾上a 代成黑虛線 之圖。 圖4為說明殼體一例之斜視圖。 圖5係說明一配置單元之殼體一例的透視圖。 圖6係說明配置單元之殼體一例的透視圖。 圖7係說明配置單元之殼體一例的透視圖。 圖8係表示配置複數單元之殼體斷面例的圖。 第23頁 506849 五、發明說明（21) 圖9係表示配置複數單元之殼體斷面例的圖。 圖1 0係表示配置複數單元之殼體斷面例的圖。 圖11係表示配置複數單元之殼體斷面例的圖。 圖1 2係表示配置複數單元之殼體斷面例的圖。 圖13係表示配置複數單元之殼體斷面例的圖。 圖1 4係配置單元之本發明實施例的殼體斷面圖。 圖1 5係配置單元之本發明實施例的殼體斷面圖。 圖1 6係配置單元之本發明實施例的殼體斷面圖。 圖1 7係配置單元之本發明實施例的殼體斷面圖。 圖1 8係配置單元之本發明實施例的殼體斷面圖。 圖1 9係習知之陶瓷製單塊型過濾單元的斷面圖。 圖2 0係說明交互流動過濾方式之圖。 【符號說明】 1. 單 塊 型 過 濾 單 元 2. 陶 瓷 多 孔 體 3. 流 通 孔 4. 原 液 槽 5. 被 過 濾 流 體 6· 送 液 泵 7. 循 環 路 8· 殼 體 80· 殼 體 之 本 體 81· 殼 體 之 蓋 體 82· 殼 體 在 循 環 路 徑之連接部
第24頁 506849
第25頁 506849 f% φ 案號 89110870 年 月 修正
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Claims (1)

  1. 506849 案號 89110870 曰 修正 六、申請專利範圍 1 . 一種過 固定於 濾單元 排出路 固定部 陶瓷多 被過濾 出入口 内在流 觀之， 孔體之 陶瓷多 ，被 該過 用之 早兀 :使 繫之 孔的 多數 斷面 瓷多 孔與 出孔乃形成 前述一方向 為殼體内側 2. 根據申 一方向的任 平均長度， 3. 根據申 體内側部分 4. 根據申 孔體乃由平 熱陶瓷之粒 30〜70% 、平 濾器，係由陶瓷多孔體所構成之複數過濾單元 殼體之兩端面而排列、收容之，且，具備通過 所形成之被過濾流體用的流通路徑及過濾流體 徑；兩流通路徑係藉由彌封殼體兩端面之過濾 分的一部分而互相分離，而該過濾單元係具備 孔體朝一方向貫通而設置且與前述流通路徑連 流體用的多數流通孔、及、彌封一部分之流通 所形成且連接於前述流通路徑之過濾流體用的 通孔；面流通孔係從垂直於前述一方向之任意 以列單位或行單位交互排列配置，且在挾住陶 實體部相鄰的内在流通孔之間及/或内在流通 孔體之外周面之間，過濾流體排出用之多數排 一貫通該實體部而設置的基本構造，在垂直於 的任意斷面上，前述複數過濾單元之占有面積 面積的3 5 %以上。 請專利範圍第1項之過濾器，其中垂直於前述 意斷面上，在殼體内側之過濾單元的排出孔之 為殼體内徑之1/2以下。 請專利範圍第1或2項之過濾器，其中在前述殼 排列組合著斷面徑、相異之過濾單元。 請專利範圍第1項之過濾器，其中前述陶瓷多 均長寬比3以上之柱狀氮化矽及/或硅鋁氧氮耐 子、及氧化物系結合層所構成，且由氣孔率 均透過徑0 · 0 1〜1 0 // m、3點彎曲強度1 0 0 MPa以 1 ηιι_Ηΐ_ι III wmmm I 翳圓__ i S 疆BffliBI III llllilllS S圓圓1 O:\60\60948.ptc 第27頁 506849 於 案號89110870 六、申請專利範圍 年月曰 修正 上之氮化石夕陶瓷所構成的。 5. 根據申請專利範圍第1項的過濾器，其中在前述殼體 之兩端裝載著一具備與外部自由連接之開口部與被過濾流 體之流入口及排出口的盖體’且’在殼體之側面設有與外 部自由連接之開口部與過濾流體的排出口。 6. 根據申請專利範圍第1項之過濾器，其中前述殼體乃 由塑膠、金屬及陶竞之至少一種所構成。 7. 根據申請專利範圍第1項之過濾器，其中前述殼體兩 端面之彌封乃由塑膠、金屬及陶瓷之至少一種為之。 8. 根據申請專利範圍第1項之過濾器，其中前述殼體係 外徑為10〜500 mm、長度為100〜2000 mm。
    O:\60\60948.ptc 第28頁
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