JP2002210314A - セラミックフィルタ - Google Patents
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Abstract
ず、流通路の開口部の端面において濾過膜やシール材の
欠陥、又は、被濾過物による濾過膜及びシール材の磨耗
損傷等が引き起こされ難いとともに、逆洗時に被濾過物
による目詰まりを起こし難い形状を有するセラミックフ
ィルタを提供する。 【解決手段】 単一の又は並行する多数の流通路3を有
する多孔体からなる基材1と、基材1の表面に形成され
る濾過膜2とを備えたセラミックフィルタである。流通
路3の少なくとも一端部4の開口径を、流通路3の端部
4以外の内径に比して大きく形成した。
Description
体濾過に用いられるセラミックフィルタに関する。
孔体を利用したフィルタであり、物理的強度、耐久性、
耐食性等に優れるため、例えば水処理や排ガス処理、或
いは医薬・食品分野などの広範な分野において、液体や
ガス中の懸濁物質、細菌、粉塵等の除去に用いられてい
る。
ック多孔体をそのまま濾材として用いる場合もあるが、
濾過性能、流体透過量(即ち処理能力)の双方を向上さ
せるため、セラミック多孔体を基材(支持体)として、
その表面にセラミックからなる濾過膜を形成することが
一般的である。例えば、濾過膜の平均細孔径を0.01
〜1.0μm程度と小さく構成して濾過性能を確保する
一方、基材の平均細孔径を1〜数100μm程度に大き
く構成して、基材内部の流動抵抗を低下させ、流体透過
量(即ち処理能力)を向上させることが行われている。
過目的に応じて種々の形状に加工したものが用いられる
が、基材を単一の流通路を有するチューブ状、或いは並
行する多数の流通路を有するハニカム状(モノリス状も
含む)としたものが汎用されている。チューブ状、或い
はハニカム状基材の表面、例えば流通路の内周面に濾過
膜を形成したフィルタは、ハウジング内に収容し、基材
外周面側と流通路が開口する基材端面側とをO−リング
等で気密的に隔離する構造とすることにより、クロスフ
ロー型のフィルタとして利用されている。
体、液体等の被処理流体を、基材の一方の端面側から流
通路内に供給することにより、流通路内周面の濾過膜を
透過した濾過流体が基材外周面側から回収する一方、濾
過されなかった被処理流体については基材の他方の端面
側から回収することが可能となる。
に、単に基材1の端部をO−リング11で隔離するのみ
では、濾過膜2が形成されていない基材1端面から被処
理流体が基材1内部に侵入してしまうため、目的とする
濾過を行うことができず、また、既に濾過された濾過流
体をも汚染することになる。
ミック等からなるシール材10により、少なくとも基材
1端部及び基材1端部近傍の濾過膜2を被覆した膜分離
装置が提案されている(特開昭61−8106号公
報)。このような構造は、基材1端面から被処理流体が
侵入する事態を防止でき、被処理流体が必ず濾過膜2を
透過するため、目的とする濾過を行うことができ、ま
た、既に濾過された濾過流体の汚染も防止可能である点
において有用である。
材、濾過膜、シール材という複数の部材で構成されるセ
ラミックフィルタの製造工程においては、基材又はその
表面に濾過膜が形成された基材の状態で、流通路に対し
て垂直に切断することが一般的である。これは、基材の
端面及び基材端面に製膜された濾過膜に生じたバリや歪
みを除去するために実施する工程であり、その後に当該
切断面にシール材を被覆形成する。
のセラミックフィルタの一実施態様を示す模式図であ
り、濾過膜形成後の基材1を流通路3に対して垂直に切
断し、次いで切断面にシール材10を被覆形成した状態
を示している。このとき、流通路3の端部4においてシ
ール材10によって構成される最小開口径をA、流通路
の中央部の内径をBとすると、シール材10の厚み分だ
け、Bに比してAが小さくなる。このため、被濾過流体
の流通路3内への流入抵抗が増加してしまうおそれがあ
り、効率的な濾過を実施できない場合がある。
された基材は、開口部の端面に切断による傷や欠損が多
く発生している。このような欠損等をそのままにして基
材の表面に濾過膜を形成したり、シール材を被覆形成し
たりすると、当該開口部の端面において濾過膜やシール
材の欠陥が発生してしまい、ひいては濾過性能の低下が
引き起こされるおそれがある。
通路の端部の内径が小さい場合においては、流通路の端
部付近において被濾過流体の乱流が発生し易くなるた
め、被濾過物による濾過膜及びシール材の磨耗損傷等が
引き起こされることがある。したがって、セラミックフ
ィルタの耐用年数の短期化が引き起こされる他、保守点
検や交換等の労力が過剰に要求される。
濾過物を逆洗により排出・除去する場合、狭くなった流
通路の端部において被濾過物が目詰まりを起こし易く、
十分な逆洗が困難であるばかりでなく、逆洗時に過大な
圧力が要求されるために、それに対応する圧力供給設備
にも制約があった。
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、被濾過流体の流通路内への流入抵抗が増加せ
ず、流通路の開口部の端面において濾過膜やシール材の
欠陥、又は、被濾過物による濾過膜及びシール材の磨耗
損傷等が引き起こされ難いとともに、逆洗時に被濾過物
による目詰まりを起こし難い形状を有するセラミックフ
ィルタを提供することにある。
ば、単一の又は並行する多数の流通路を有する多孔体か
らなる基材と、当該基材の表面に形成される濾過膜とを
備えたセラミックフィルタであって、該流通路の少なく
とも一端部の開口径を、該流通路の端部以外の内径に比
して大きく形成したことを特徴とするセラミックフィル
タが提供される(以下「第1の実施態様」と記す。)。
する多数の流通路を有する多孔体からなる基材と、当該
基材の表面に形成される濾過膜と、基材端部及び/又は
基材端部近傍の濾過膜を被覆するシール材とを備えたセ
ラミックフィルタであって、該流通路の少なくとも一端
部においてシール材により構成される最小開口径が、該
流通路の端部以外の内径の0.8倍以上であることを特
徴とするセラミックフィルタが提供される(以下「第2
の実施態様」と記す。)。
いて説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当
業者の通常の知識に基づいて、適宜、設計の変更、改良
等が加えられることが理解されるべきである。
膜とを備え、場合によりシール材を構成部材として備え
る。
能を有する部材であって、主として骨材と焼結助剤とか
ら構成されるセラミックの多孔体である。基材の形状と
しては、単一の流通路を有するチューブ状、或いは並行
する多数の流通路を有するハニカム状(モノリス状も含
む)のいずれかが用いられる。
に形成されているものを想定しており、「流通路の端部
以外の内径」又は「流通路の内径」というときは、前者
においては流通路の端部以外、後者においては流通路の
どの箇所の内径であっても単一であるとした。
て、平均粒径5〜200μm程度のセラミック粒子から
なる。骨材を含む坏土を成形し、焼結せしめることによ
り、骨材の粒径に応じた細孔を有する多孔体、即ち基材
が形成される。骨材の材質は、濾過の目的に適合するよ
うに適宜選択すればよいが、例えばアルミナ、ムライ
ト、コージェライト、炭化珪素、陶磁器屑等を用いるこ
とができる。
ための添加材であって、平均粒径5μm未満のセラミッ
ク粒子からなる。骨材とともに坏土に含有せしめること
により、骨材間の結合が強化され、強固な多孔体が形成
される。焼結助剤についても、その材質は特に限定され
ないが、例えばアルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニ
ア、ガラスフリット、長石、コージェライト等を用いる
ことができる。通常は、骨材同士の結合強度を確保し、
多孔体の細孔閉塞を防止するため、骨材及び焼結助剤の
全質量に対し、10〜35質量%程度含有せしめる。
が小さい、薄膜状のセラミック多孔体であり、少なくと
も1層、場合によっては2層以上形成して複層とする。
通常、「濾過膜」とは、フィルタの濾過機能を確保する
ための部材を指すが、本発明にいう「濾過膜」には、濾
過膜を複層とした場合における中間層(複数の層のう
ち、最上層以外の層)も包含される。
平均粒径の小さい、0.1〜5μm程度のセラミック粒
子を含むスラリーを基材表面に製膜した後、焼結せしめ
ることにより形成する。濾過膜を形成する「基材の表
面」には、基材の流通路内周面の他、場合によっては基
材外周面も含まれる。前記セラミック粒子の材質は、基
材を構成する骨材と同様のものを用いることができる。
体が基材内部に侵入することを防止するための部材であ
り、当該機能を確保するため少なくとも基材端部及び基
材端部近傍の濾過膜を被覆することが必要である。
長石質ガラス等のガラス状物質(ガラスフリット等)か
らなる釉薬を基材端部及び基材端部近傍の濾過膜を被覆
するように塗布した後、焼結せしめることにより、形成
することができる。但し、濾過膜と同等以下の細孔径を
有するものである限りにおいて、特に釉薬には限定され
ず、場合によってはシール材の代わりに濾過膜を使用す
ることによって、基材端面から被処理流体が基材内部に
侵入することを防止する機能を果たすことも可能であ
る。
流通路を有する多孔体からなる基材と、当該基材の表面
に形成される濾過膜とを備えたセラミックフィルタであ
って、セラミックフィルタの構成要素である流通路の少
なくとも一端部の開口径を、当該流通路の端部以外の内
径に比して大きく形成したものである。以下、その詳細
について説明する。
第1の実施態様を示す模式図であり、基材1の表面に濾
過膜2が形成されるとともに、並行する流通路3が構成
されている。また、基材1及び濾過膜2の端部4はテー
パー状に形成されいるために、流通路3の端部4の開口
径が、流通路3の端部4以外、すなわち流通路3の中央
部5付近の内径に比して大きく設定されている。このた
め、被濾過流体が流通路3内へ流入する際に過剰の抵抗
が発生することはない。
濾過流体の乱流が発生し難い。したがって、被濾過物に
よる濾過膜2の磨耗損傷等が引き起こされることが効果
的に抑制され、セラミックフィルタの耐用年数の長期
化、保守点検や交換等の労力軽減といった効果を奏す
る。
膜が形成された基材は、開口部の端面に切断による傷や
欠損が多く発生している。しかし、本発明においては当
該切断面を切削・研磨加工し、図1に示すようなテーパ
ー状としている。このため、流通路3の端部4において
濾過膜2の欠陥等が発生し難くなるといった効果を示
す。なお、切断面に対する切削・研磨加工の手段に関し
ては後述する。
逆洗時に被濾過物による目詰まりを起こし難く、従来の
セラミックフィルタを逆洗する際に必要とされていた過
大な圧力や、これに対応する圧力供給設備が要求される
ことはない。
並行する多数の流通路を有する多孔体からなる基材と、
当該基材の表面に形成される濾過膜と、基材端部及び/
又は基材端部近傍の濾過膜を被覆するシール材とを備え
たセラミックフィルタであって、セラミックフィルタの
構成要素である流通路の少なくとも一端部においてシー
ル材により構成される最小開口径が、当該流通路の端部
以外の内径の0.8倍以上となるように構成したもので
ある。以下、その詳細について説明する。
第2の実施態様を示す模式図であり、基材1の表面に濾
過膜2が形成されるとともに、並行する流通路3が構成
され、濾過膜2の端部4がシール材10によって被覆さ
れている状態を示している。このとき、シール材により
構成される最小開口径Aは、流通路の端部4以外の内径
Bの0.8倍以上となるように構成されることが必要で
あり、0.84倍以上であることが好ましく、0.86
倍以上であることが更に好ましい。このため、被濾過流
体が流通路3内へ流入する際に過剰の抵抗が発生するこ
とはない。
口径Aと流通路3の端部4以外の内径Bの比率を当該数
値に規定しているために、流通路3の端部4付近におい
て被濾過流体の乱流が発生し難い。したがって、被濾過
物による濾過膜2及びシール材10の磨耗損傷等が引き
起こされることが効果的に抑制され、セラミックフィル
タの耐用年数の長期化、保守点検や交換等の労力軽減と
いった効果を奏する。
を起こし難く、従来のセラミックフィルタを逆洗する際
に必要とされていた過大な圧力や、これに対応する圧力
供給設備が要求されることはない。
くとも基材の端面がシール材により被覆されてなること
が好ましい。このことにより、図6(b)に示すよう
に、濾過流体が基材1を通じて濾過されることはなく、
また、既に濾過された濾過流体が汚染されることはな
い。
製造方法を例に挙げて説明する。本発明のセラミックフ
ィルタは、従来公知のセラミックフィルタの製造方法に
準じて製造することが可能である。まずは、骨材、焼結
助剤の他、分散媒、有機バインダ、必要により界面活性
剤、可塑剤等を添加し、混練してなる坏土を押出成形し
てなる成形体を得た後に乾燥し、これを流通路と垂直に
所定の長さに切断した後に焼成して基材を製造する。
製造方法の一例を示す模式図である。まず、前記工程に
より製造した基材1(図4(a))の端部4をブラシ又
はブラスト加工等により切削・研磨してテーパー状に加
工する(図4(b))。次いで、セラミック粒子を水等
の分散媒中に分散し、必要に応じ有機バインダ、pH調
整剤、界面活性剤等を添加してなる濾過膜用スラリーを
用いて当該基材の表面に製膜した後、乾燥・焼成して濾
過膜2を形成し(図4(c))、更に端部4にシール材
であるガラス状物質からなる釉薬を塗布した後、乾燥・
焼成することにより本発明に係る形状を有するセラミッ
クフィルタ(図4(d))を得ることができる。
ルタの製造方法の別の例を示す模式図である。すなわ
ち、予め前記手法により基材1の表面に濾過膜2を形成
し、流通路3と垂直方向に端部4を切断除去した後に、
テーパー状に加工する(図5(b))。次いでこの端部
4において、外部に露出した基材1を覆うようにシール
材10を設けることによっても、本発明に係る形状を有
するセラミックフィルタ(図5(c))を得ることがで
きる。
ルタの製造方法の更に別の例を示す模式図である。すな
わち、セラミック粒径分布、並びに濾過抵抗剤と増孔剤
とを含む濾過膜用スラリーのスラリー組成を調整するこ
とによってスラリーのレオロジー特性を制御し、基材1
の端部4にテーパー状に濾過膜2を形成することによっ
て、本発明に係る形状を有するセラミックフィルタ(図
6(b))を得ることができる。なお、図6(b)に示
すような構成とすることにより、濾過流体が基材1を通
じて濾過されることはないが、外部衝撃に対する保護の
観点から、テーパー状の濾過膜2を被覆するようにシー
ル材10を設けてなるセラミックフィルタ(図6
(c))とすることも好ましい。
量)に関しては、テーパーが浅い(切削・研磨する量が
少ない)場合は、流通路の端部の開口径拡大効果が弱い
ために好ましくない。また図5(b)に示すように、基
材の端部を露出した構造とした場合においては、テーパ
ーが深い(切削・研磨する量が多い)と、シール材が基
材1の端部4を完全に被覆することが困難となる場合が
あるために好ましくない。したがって、本発明において
は、テーパー加工量(切削・研磨する量)を必要に応じ
て適宜設定すればよい。
・塗布量、焼成温度等によって、流通路の端部において
シール材により構成される最小開口径は変化する。した
がって、前記最小開口径はこれらのパラメータを選択す
ることにより適宜調整すればよい。
に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例により限定
されるものではない。
た基材は、以下のように製造した。基材を構成する骨材
としては、平均粒径が30〜100μmとなるように篩
い分けしたアルミナを使用した。これに、焼結助材とし
て平均粒径0.5〜5μmの長石、分散媒として水、有
機バインダとしてメチルセルロースを添加し混練した坏
土を押出成形し、押出成形体を得た。当該押出成形体を
乾燥した後、所定の長さとなるように流通路と垂直に切
断し、これを焼成することにより内径180mm、流通
路の内径2.2mm、長さ1000mm、流通路の数が
約2000個のハニカム状の基材を得た。水銀圧入法に
より測定した基材の平均細孔径は5〜20μmであっ
た。
使用した濾過膜は、以下のように基材表面に形成した。
平均粒径が0.5〜10μmとなるように篩い分けした
アルミナを使用し、分散媒として水、有機バインダとし
てメチルセルロースを添加してなる濾過膜用スラリーを
調製し、当該基材の表面に製膜した後、乾燥・焼成して
濾過膜2を形成した。
法により作製した基材1を用い、糸タイプダイヤモンド
砥粒(#170−φ0.6)付きカップブラシを遊星運
動することによって、基材1の端部4がテーパー状とな
るように加工した後、前述の手法により基材1の表面に
濾過膜2を形成した。次いで、平均粒径0.5〜5μm
の珪酸ガラスをシール材として塗布した後、当該シール
材の軟化温度より150℃高い温度で焼成して、実施例
1のセラミックフィルタ(図4(d))を製造した。
表面に濾過膜2を形成した後、流通路3と垂直方向に端
部4を切断除去し、その後、実施例1と同様に基材1の
端部4がテーパー状となるように加工した。次いで、平
均粒径0.5〜5μmの珪酸ガラスをシール材として塗
布した後、当該シール材の軟化温度より150℃高い温
度で焼成して、実施例2のセラミックフィルタ(図5
(c))を製造した。
実施例1と同様にして、実施例3のセラミックフィルタ
(図4(c))を製造した。
成し、次いで、平均粒径0.5〜5μmの珪酸ガラスを
シール材として塗布した後、当該シール材の軟化温度よ
り150℃高い温度で焼成して、比較例1のセラミック
フィルタ(図3)を製造した。
成した後、流通路3と垂直方向に端部4を切断除去し
た。次いで、平均粒径0.5〜5μmの珪酸ガラスをシ
ール材として塗布した後、当該シール材の軟化温度より
150℃高い温度で焼成して、比較例2のセラミックフ
ィルタ(図3)を製造した。
す各セラミックフィルタについて流通路端部の最小開口
径を測定し、流通路端部の最小開口径分布を調査した。
結果を図8、図9に示す。なお、流通路端部の最小開口
径の測定には円錐形状のテーパゲージを使用した。
のセラミックフィルタの流通路端部の最小開口径分布
は、1.45〜2.05mmの範囲に広く分布してい
た。これに対し、図8において示す本発明のセラミック
フィルタの流通路の最小開口径分布は、1.75〜2.
2mmと分布幅も狭く均一化されており、また全体的に
大径化していた。
口より水を引き、常法にしたがって凝集処理した後に、
実施例1及び比較例2のセラミックフィルタを使用して
濾過した。このときの濾過流束は2m/日、逆洗は4時
間毎に150kPaの圧力にて実施した。このとき、逆
洗1回あたりに排出された濾過物は、乾燥重量で36.
9〜126.6gであった。なお前記数値に幅が存在す
るのは、処理水に含まれる汚泥量に幅があるためであ
る。1ヶ月間継続運転した後、セラミックフィルタの流
通路の閉塞状況を目視観察した。
フィルタに関しては、流通路の閉塞は認められなかっ
た。これに対し、比較例2のセラミックフィルタ流通路
は9.2%が閉塞しており、本発明のセラミックフィル
タの優位性を確認することができた。
に、実施例1及び比較例2のセラミックフィルタを使用
して処理水の濾過を実施した。濾過流束を2m/日とし
て、4時間後に下記工程にしたがって逆洗を実施した。 基材側から濾過膜方向に1.5l/m2の水を500
kPaの圧力で流して流通路内に堆積している濾過物を
濾過膜からはがした後、流通路出口側から流通路入り
口側へ0.5l/m2の水を100〜200kPaのブ
ロー圧力で流し、で濾過膜からはがれた濾過物を流通
路入り口側から排出する。上記工程における逆洗時のブ
ロー圧力を100〜200kPaの範囲で変化し、閉塞
が解消された圧力を測定した。
フィルタに関しては、ブロー圧力150kPaにおいて
流通路の閉塞は全て解消された。図10は実施例1のセ
ラミックフィルタの流通路端部の最小開口径分布を示す
グラフである。これに対し、比較例2のセラミックフィ
ルタに関しては、ブロー圧力150kPaにおいても流
通路の閉塞は解消されなかった。ここで、図11は比較
例2のセラミックフィルタの閉塞・未閉塞流通路端部の
最小開口径分布を示すグラフであり、最小開口径が1.
70mm以下である流通路の一部の閉塞が解消されなか
ったことが明らかである。なお、200kPaの圧力を
かけた時点で流通路の閉塞は全て解消された。このこと
により、本発明のセラミックフィルタの優位性を確認す
ることができた。
ックフィルタによれば、当該セラミックフィルタを構成
する流通路の端面を所定の形状に規定しており、また、
流通路の端部においてシール材により構成される最小開
口径と流通路の端部以外の内径との比率を所定の数値に
規定しているために、被濾過流体の流通路内への流入抵
抗が増加せず、流通路の開口部の端面において濾過膜や
シール材の欠陥、又は、被濾過物による濾過膜及びシー
ル材の磨耗損傷等が引き起こされ難いとともに、逆洗時
に被濾過物による目詰まりを起こし難いといった効果を
示す。
様を示す模式図である。
様を示す模式図である。
す模式図である。
例を示す模式図である。
の例を示す模式図である。
に別の例を示す模式図である。
の概略断面図であって、(a)はシール材を備えたセラ
ミックフィルタ、(b)はシール材を備えないセラミッ
クフィルタを示す。
最小開口径分布を示すグラフである。
小開口径分布を示すグラフである。
部の最小開口径分布を示すグラフである。
閉塞流通路端部の最小開口径分布を示すグラフである。
央部、10…シール材、11…O−リング、12…ハウ
ジング、A…最小開口径、B…内径。
Claims (2)
- 【請求項1】 単一の又は並行する多数の流通路を有す
る多孔体からなる基材と、当該基材の表面に形成される
濾過膜とを備えたセラミックフィルタであって、 該流通路の少なくとも一端部の開口径を、該流通路の端
部以外の内径に比して大きく形成したことを特徴とする
セラミックフィルタ。 - 【請求項2】 単一の又は並行する多数の流通路を有す
る多孔体からなる基材と、当該基材の表面に形成される
濾過膜と、基材端部及び/又は基材端部近傍の濾過膜を
被覆するシール材とを備えたセラミックフィルタであっ
て、 該流通路の少なくとも一端部においてシール材により構
成される最小開口径が、該流通路の端部以外の内径の
0.8倍以上であることを特徴とするセラミックフィル
タ。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001007672A JP2002210314A (ja) | 2001-01-16 | 2001-01-16 | セラミックフィルタ |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2001007672A JP2002210314A (ja) | 2001-01-16 | 2001-01-16 | セラミックフィルタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002210314A true JP2002210314A (ja) | 2002-07-30 |
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ID=18875392
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001007672A Pending JP2002210314A (ja) | 2001-01-16 | 2001-01-16 | セラミックフィルタ |
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| JP (1) | JP2002210314A (ja) |
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