WO2022208678A1 - フィルタ - Google Patents

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学 西村
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/022—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous

Definitions

  • the present invention relates to filters.
  • Patent Document 1 describes an assembly in which a plurality of columnar filter units made of porous ceramic sintered bodies having a honeycomb structure are assembled and bound together via a sealing material layer. is composed of a combination of different types of filter units, and these different types of filter units are columnar porous ceramics having a ceramic filter honeycomb structure carrying different amounts or types of catalysts
  • the aggregate is composed of a combination of different types of filter units, and It is disclosed that these filter units with different loadings carry catalysts with different carrying amounts or types to form ceramic filters.
  • An object of the present invention is to provide a filter with relatively low pressure loss.
  • a filter according to the present invention is a filter that collects a substance to be collected in a fluid, and includes a first channel having a diameter that is not blocked by the substance to be collected, and the first channel. a second channel having a different diameter and having a diameter that is not clogged with the substance to be collected; and a partition separating the first channel and the second channel, wherein the All or part of the partition wall is made of a filter material that collects the object to be collected.
  • the phrase "the channels have different diameters” is a concept that includes not only different diameters and average inner diameters, but also different cross-sectional shapes of the channels.
  • a filter according to the present invention is a filter that collects a substance to be collected in a fluid, and has a channel having a diameter that is not blocked by the substance to be collected, and a part of the channel It has a dividing wall that divides into a plurality of flow paths, and all or part of the dividing wall is made of a filter material that collects the object to be collected.
  • the average diameter of the first channel is 1.2 to 10 times that of the second channel.
  • the average diameter of the first channel is 0.01 mm to 10 m
  • the average diameter of the second channel is 0.02 mm to 100 m.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the overall configuration of an irregular-shaped honeycomb filter 10.
  • FIG. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the irregular-shaped honeycomb filter 10 of FIG. 1 in more detail;
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining in more detail a dividing wall 120 of the irregular-shaped honeycomb filter 10 of FIG. 1;
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an evaluation experiment for evaluating the irregular-shaped honeycomb filter 10 of the present embodiment and the filters of Comparative Examples 1 and 2; It is a figure which shows the result of an evaluation experiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the overall configuration of an irregular-shaped honeycomb filter 10.
  • the irregular-shaped honeycomb filter 10 has a plurality of flow paths 100 having different inner diameters and partition walls 110 separating the flow paths. Further, the irregular-shaped honeycomb filter 10 has a dividing wall 120 that divides a part of the channel 100 into a plurality of channels.
  • the irregular-shaped honeycomb filter 10 is an example of the filter according to the present invention.
  • Each of the channels 100 has an inner diameter to the extent that it is not clogged with the objects to be collected.
  • the average inner diameter of the first channel 100B is 1.2 to 10 times the average inner diameter of the second channel 100A. More specifically, the average inner diameter of the channel 100 is 0.3 mm to 100 mm, and the average inner diameter of the first channel 100B is 1.2 to 5 times that of the second channel 100A.
  • the inner diameter of the channel 100 is the diameter when the cross section of the channel is circular, the minimum diameter when the cross section of the channel is elliptical, and the minimum diameter when the cross section of the channel is polygonal. means the minimum distance from any surface to the opposite surface or vertex. Since the first flow path 100B is wider than the second flow path 100A, the internal pressure is relatively high. Due to this internal pressure difference, the fluid flows from the first flow path 100B into the second flow path 100A, and the objects to be collected in the fluid are collected by the partition walls 110 .
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the irregular-shaped honeycomb filter 10 of FIG. 1 in more detail.
  • part or all of the partition wall 110 is made of a filter material that collects objects to be collected.
  • the partition wall 110 is entirely made of filter material.
  • the partition wall 110 is made of, for example, activated carbon, diatomaceous earth, low-grade charcoal, fibrous materials such as cellulose, silicon carbide, cordierite, ceramics, or mixtures thereof.
  • the partition wall 110 may carry a functional additive such as titanium oxide.
  • the partition 110 may be formed by a slurry method or may be formed by extrusion. The slurry method is advantageous when a low-resistance filter material is desired.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining in more detail the dividing wall 120 of the irregular-shaped honeycomb filter 10 of FIG. As shown in FIG. 3, a portion of the flow path 100B is divided by dividing walls 120. As shown in FIG. That is, the dividing wall 120 can vary the inner diameter of the flow path 100 to diversify the paths of the fluid flowing through the irregular-shaped honeycomb filter 10 .
  • FIG. 4 is a diagram illustrating evaluation experiments for evaluating the irregular-shaped honeycomb filter 10 of the present embodiment and the filters of Comparative Examples 1 and 2.
  • FIG. 4A the filters to be evaluated were the filter of this example, a filter (comparative example 1) provided with a plurality of straight flow channels with the same inner diameter, and a filter with adjacent air holes closed alternately. It is a filter (comparative example 2) with a honeycomb structure. Note that the filter of Comparative Example 2 is the filter described in Patent Document 1 or the like. The material, cross-sectional area and length of these filters are the same.
  • inlet and outlet pressure loss measurement ports were installed before and after the filter unit to measure the pressure loss ⁇ P.
  • the collection efficiency was measured by the filter weight method at sampling points before and after the filter unit with Kanto loam (JIS 11 type) aerated. As test conditions, the experiment was conducted with a flow rate of 100 L/min and a Kanto Loam dust load of 5 to 8 g/min. A HEPA filter was used as a filter for collection efficiency measurement. An electronic differential pressure gauge was used for pressure measurement. A diaphragm pump was used as the suction pump, and the flow rate was adjusted with a valve. Both pressure measurement and collection efficiency were measured every 5 mg/m 2 or 10 mg/m 2 .
  • FIG. 5 is a diagram showing the results of evaluation experiments.
  • the initial collection efficiency of this example and Comparative Example 1 are about the same, but after the dust load, the collection efficiency of Comparative Example 1 drops sharply.
  • the collection efficiency of the present embodiment gradually decreases as compared with the first comparative example.
  • the pressure loss of Comparative Example 2 is overwhelmingly higher than the present Example and Comparative Example 1 from the initial stage, and the difference further increases as the dust load increases. .
  • the pressure loss of the present example and Comparative Example 1 is overwhelmingly lower than that of Comparative Example 2, and its variation is also small.
  • the filter of this embodiment can collect dust at a lower pressure and can be expected to have a longer life. For example, even if the filter of this embodiment is retrofitted to a commercially available circulator or air purifier, sufficient dust collecting performance can be expected.

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Abstract

比較的圧力損失の少なく、長期間安定的に集塵できるフィルタを提供する。　フィルタは、流体内の被捕集物を捕集するフィルタであって、前記被捕集物で閉塞しない程度の径を有する第１の流路と、前記第１の流路と異なり、かつ、前記被捕集物で閉塞しない程度の径を有する第２の流路と、前記第１の流路と、前記第２の流路との間を隔てる隔壁とを有し、前記隔壁の全部又は一部が、前記被捕集物を捕集するフィルタ材で構成されている。

Description

フィルタ
　本発明は、フィルタに関する。
　例えば、特許文献１には、ハニカム構造を有する柱状の、多孔質セラミック焼結体からなるフィルタユニットの複数個を、シール材層を介して組み合わせ一体に結束してなる集合体において、その集合体を、種類の異なるフィルタユニットを組み合わせたものにて構成すると共に、種類の異なるこれらのフィルタユニットは、担持量もしくは種類の異なる触媒を担持しているセラミックフィルタハニカム構造を有する柱状の、多孔質セラミック焼結体からなるフィルタユニットの複数個を、シール材層を介して組み合わせ一体に結束してなる集合体において、その集合体を、種類の異なるフィルタユニットを組み合わせたものにて構成すると共に、種類の異なるこれらのフィルタユニットは、担持量もしくは種類の異なる触媒を担持してセラミックフィルタとするが開示されている。
特開２００９－６３２６
　本発明は、比較的圧力損失の少ないフィルタを提供することを目的とする。
　本発明に係るフィルタは、流体内の被捕集物を捕集するフィルタであって、前記被捕集物で閉塞しない程度の径を有する第１の流路と、前記第１の流路と異なり、かつ、前記被捕集物で閉塞しない程度の径を有する第２の流路と、前記第１の流路と、前記第２の流路との間を隔てる隔壁とを有し、前記隔壁の全部又は一部が、前記被捕集物を捕集するフィルタ材で構成されている。ここで、「流路の径が異なる」とは、直径や平均内径が異なることだけでなく、流路の断面形状が異なる場合を含む概念である。
　また、本発明に係るフィルタは、流体内の被捕集物を捕集するフィルタであって、前記被捕集物で閉塞しない程度の径を有する流路と、前記流路の一部を、複数の流路に分割する分割壁とを有し、前記分割壁の全部又は一部が、前記被捕集物を捕集するフィルタ材で構成されている。
　好適には、前記第１の流路の平均径は、前記第２の流路の１．２倍～１０倍である。
　好適には、前記第１の流路の平均径は、０．０１ｍｍ～１０ｍであり、前記第２の流路の平均径は、０．０２ｍｍ～１００ｍである。
　本発明によれば、比較的圧力損失の少ないフィルタを提供することができる。
異形ハニカムフィルタ１０の全体構成を例示する図である。 図１の異形ハニカムフィルタ１０をより詳細に説明するための模式図である。 図１の異形ハニカムフィルタ１０のうち分割壁１２０をより詳細に説明するための模式図である。 本実施形態の異形ハニカムフィルタ１０と、比較例１及び比較例２のフィルタとを評価する評価実験を説明する図である。 評価実験の結果を示す図である。
　以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
　図１は、異形ハニカムフィルタ１０の全体構成を例示する図である。
　図１に例示するように、異形ハニカムフィルタ１０は、内径が互いに異なる複数の流路１００と、これらの流路を隔てる隔壁１１０とを有する。また、異形ハニカムフィルタ１０は、流路１００の一部を複数の流路に分割する分割壁１２０を有する。なお、異形ハニカムフィルタ１０は、本発明に係るフィルタの一例である。
　流路１００は、いずれも、被捕集物で閉塞しない程度の内径を有する。例えば、第１の流路１００Ｂの平均内径は、第２の流路１００Ａの平均内径の１．２倍～１０倍である。より具体的には、流路１００の平均内径は０．３ｍｍ～１００ｍｍであり、第１の流路１００Ｂの平均内径は第２の流路１００Ａの１．２倍～５倍である。ここで、流路１００の内径とは、流路断面が円形である場合には直径であり、流路断面が楕円形である場合には最小直径であり、流路断面が多角形である場合には、いずれかの面から対向する面又は頂点までの距離のうち最小のものをいう。
　第１の流路１００Ｂは、第２の流路１００Ａよりも広いため、内圧が相対的に高くなる。この内圧差によって、第１の流路１００Ｂから、第２の流路１００Ａに流体が流れ込み、流体内の被捕集物が隔壁１１０で捕集される。
　図２は、図１の異形ハニカムフィルタ１０をより詳細に説明するための模式図である。
　図２に示すように、隔壁１１０の一部又は全部は、被捕集物を捕集するフィルタ材で構成されている。本例では、隔壁１１０の全部がフィルタ材で構成されている。隔壁１１０は、例えば、活性炭、珪藻土、低級の炭、セルロースをはじめとする繊維状物質、炭化ケイ素、コージェライト、又は、セラミック、或いは、これらの混合物で構成されている。隔壁１１０には、酸化チタンなどの機能性添加剤が担持されてもよい。
　隔壁１１０は、スラリー法により形成されてもよいし、押出成形により形成されてもよい。低抵抗のフィルタ材としたい場合には、スラリー法が有利である。
　図３は、図１の異形ハニカムフィルタ１０のうち分割壁１２０をより詳細に説明するための模式図である。
　図３に示すように、流路１００Ｂの一部が、分割壁１２０に分割されている。すなわち、分割壁１２０によって流路１００の内径をバリエーション化し、異形ハニカムフィルタ１０内の流れる流体の経路を多様化できる。
　図４は、本実施形態の異形ハニカムフィルタ１０と、比較例１及び比較例２のフィルタとを評価する評価実験を説明する図である。
　図４（Ａ）に示すように、評価対象のフィルタは、本実施例のフィルタと、同一内径の直線流路が複数設けられたフィルタ（比較例１）と、隣り合う通気孔が交互に閉じられたハニカム構造のフィルタ（比較例２）である。なお、比較例２のフィルタは、特許文献１等に記載されたフィルタである。これらのフィルタの材料、断面積及び長さは、同じである。
　図４（Ｂ）に示すように、フィルタユニットの前後に入口及び出口の圧力損失測定口を設置し、圧力損失ΔPを測定した。捕集効率測定は、関東ローム(JIS11種)を通気し、フィルタユニットの前後のサンプリングポイントにて、フィルタ重量法により、測定した。試験条件として、流量は１００Ｌ／分、関東ロームの粉塵負荷は５～８ｇ／分として実験を行った。捕集効率測定用フィルタには、ＨＥＰＡフィルタを使用した。圧力測定には電子式差圧計を用いた。吸引ポンプにはダイヤフラムポンプを使用し、流量調整はバルブで行った。圧力測定、捕集効率ともに、５ｍｇ／ｍ２または１０ｍｇ／ｍ２毎に測定した。
　図５は、評価実験の結果を示す図である。
　図５（Ａ）に示すように、初期の捕集効率は、本実施例と、比較例１で同程度であるが、ダスト負荷後は、比較例１の捕集効率が急激に低下するところ、本実施例の捕集効率は、比較例１に比べて緩やかに低下していく。
　また、図５（Ｂ）に示すように、比較例２の圧力損失は、初期から、本実施例及び比較例１と比べて圧倒的に高く、ダスト負荷が増加すると、さらにその差が増大する。一方、本実施例及び比較例１の圧力損失は、比較例２に比べて圧倒的に低く、その変動も少ない。
　つまり、本実施例のフィルタは、より低圧力で集塵でき、かつ、長寿命化が期待できる。例えば、市販されているサーキュレータや空気清浄機に本実施例のフィルタを後付しただけでも、十分な集塵性能が期待できる。
　以上説明したように、本実施形態の異形ハニカムフィルタ１０によれば、低圧力損失で長期間に渡り安定的に集塵できる。
　なお、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
　１０　　異形ハニカムフィルタ
　１００　流路
　１１０　隔壁
　１２０　分割壁

Claims (4)

  1. 　流体内の被捕集物を捕集するフィルタであって、
    　前記被捕集物で閉塞しない程度の径を有する第１の流路と、
    　前記第１の流路と異なり、かつ、前記被捕集物で閉塞しない程度の径を有する第２の流路と、
    　前記第１の流路と、前記第２の流路との間を隔てる隔壁と
    　を有し、
    　前記隔壁の全部又は一部が、前記被捕集物を捕集するフィルタ材で構成されている
    　を有するフィルタ。
  2. 　流体内の被捕集物を捕集するフィルタであって、
    　前記被捕集物で閉塞しない程度の径を有する流路と、
    　前記流路の一部を、複数の流路に分割する分割壁と
    　を有し、
    　前記分割壁の全部又は一部が、前記被捕集物を捕集するフィルタ材で構成されている
    　フィルタ。
  3. 　前記第１の流路の平均径は、前記第２の流路の１．２倍～１０倍である
    　請求項１に記載のフィルタ。
  4. 　前記第２の流路の平均径は、０．０１ｍｍ～１０ｍであり、
    　前記第１の流路の平均径は、０．０２ｍｍ～１００ｍである
    　請求項３に記載のフィルタ。
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