JPH0730106Y2 - 高温集塵フィルタ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は高温集塵フィルタに関するものである。

〔従来の技術とその技術的課題〕

大気汚染を防止する手段としてろ過集塵装置が汎用され
ている。このろ過集塵装置は、ろ材に含塵ガスを通して
ダスト等の浮遊粒子を分離捕集するものであり、したが
ってその性能はろ材によつて大きく左右される。

従来、この種のろ材として、綿、麻、セルロースなどの
天然繊維、ガラス繊維などの無機繊維、ポリアミド系、
ポリエステル系、アクリル系、ポリプロピレン系、ポリ
フルオロカーボン系などの合成繊維によるろ布が用いら
れていた。しかし、これらは実用耐熱温度が最も高いも
のでも、200〜250℃である。したがって、たとえば、ボ
イラー排ガス、都市ゴミ焼却炉排ガス、キュウポラ排ガ
ス、セメント製造用クリンカークーラー排ガスなどの高
温含塵ガスの集塵を的確に行えず、限界温度以下で使用
する場合でも寿命が短いという問題があった。そのう
え、含塵ガスを冷却する設備を必要としたり、高温排ガ
スの有効利用を行えないという経済面の問題もあった。

一方、最近、高炉、転炉、電気炉などの冶金設備から排
出されるガス、さらには、石炭ガス化発電システムから
の排ガスのように、300〜1000℃以上というような高温
で、かつ、数気圧〜10気圧以上というような高圧条件で
の高性能集塵の要望が高まっている。

従来、300℃を超える排ガスの集塵用ろ材として、シリ
カ、アルミナ、ジルコニア、ボリア、マグネシア、シリ
コンカーバイドなどを材料としたセラミックフィルタが
知られている。このフィルタは、耐熱性に関しては良好
な特性を備えている。しかし、多孔体内部での目詰りが
多く、圧力損失が高くなる点、貫通孔（オープンポア）
が少なく空孔率が小さいため、同一圧力における流量が
少ない点から、高圧条件では所期の性能を得ることがで
きない問題があった。さらに、接合を容易に行えないと
ともに、硬脆材料のため加工が難しい点、重量が重く、
また衝撃に弱く破損しやすい点などに問題があった。

高温排ガス集塵用としては、そのほか金属繊維の織布、
不織布あるいはフェルト、もしくは焼結板を用いた金属
フィルタがある。しかし、従来の金属フィルタは、単に
金属短繊維を分散しバインダによりあるいはバインダレ
スで接合しただけであったため、捕集率と圧力損失・目
詰りの両フアクターを両立することが難しく、また、ダ
スト払い落しを容易化し得ないという問題があった。

本考案は前記のような問題点を解消するために考案され
たもので、その目的とするところは、高温含塵ガスの集
塵性能が良好な金属繊維多孔質焼結ろ材型集塵フィルタ
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため本考案は、耐熱性の良好な金属
短繊維焼結層と耐熱性の良好な金属長繊維焼結層を厚さ
方向で一体化してなり、金属短繊維焼結層よりも金属長
繊維焼結層の繊維が相対的に細い径で構成されている複
合焼結多孔質ろ材としたものである。

金属短繊維焼結層と金属長繊維焼結層は好適には板から
なり、それら焼結板が重合され、焼結により融着結合さ
れており、金属短繊維の径が平均20〜200μｍであり、
金属長繊維の径が金属短繊維径の1/2〜1/20の範囲であ
ることが好ましい。さらに、金属短繊維焼結層と金属長
繊維焼結層との複合焼結板の少なくとも片側面に、耐熱
金属の網状体が接合されていてもよい。

金属短繊維焼結層のマトリックス材は好適にはビビリ振
動切削法で作られた繊維が、金属長繊維焼結層のマトリ
ックス材は好適には収束延伸法で作られた繊維が用いら
れる。

本考案によるフィルタは、円筒キャンドル状フィルタ、
十字流フィルタ、平板状ないし封筒状フィルタなど種々
の形式のものに適用される。

〔実施例〕

以下本考案の実施例を添付図面に基いて説明する。

第１図は本考案による高温集塵フィルタの一実施例を示
しており、第２図は別の実施例を示している。第１図に
おいて、１は筒状のろ材本体であり、ろ材本体１は、第
３図（ａ）（ｂ）に示すように、内層の金属短繊維焼結
層1aと、外層の金属長繊維焼結層1bとを有し、それらは
厚さ方向で積層一体化されている。２はろ材本体１の下
端に溶接された底板、３は上端に溶接されたフランジで
ある。ろ材本体１はフランジ３がパッキン７を介してセ
ルプレート６に通され、ベンチュリ８とともにボルト９
で締め付けられることで吊り下げられている。ベンチュ
リ８には逆洗手段としてたとえばパルスノズル４が望ん
でいる。

含塵ガスＡは金属長繊維焼結層1bの外周側から圧入さ
れ、集塵後のクリーンガスが金属短繊維焼結層1aの開口
５からベンチュリ８を経て流出する。ダストは外表面の
金属長繊維焼結層1bとダスト一次付着層Ｂ′により捕集
され、ダストケーキを形成する。ダストケーキ層Ｂは差
圧またはタイマーをパラメータとしてパルスノズル４か
らの圧縮ガスの噴射とベンチュリ８によるエゼクタ効果
により、清浄側すなわち金属短繊維焼結層側から逆洗さ
れる。

金属短繊維焼結層1aは金属長繊維焼結層1bよりも粗で、
厚く、剛性に富み、ろ材としての機能のほかバックアッ
プ機能を果たす。これに対し、金属長繊維焼結層1bは主
ろ材であり、緻密で薄く、表面が平滑であることにより
良好なダスト払い落し性能を発揮する。それらの層厚
は、フィルタとして必要な強度やガス圧力などに応じて
適宜選定され、たとえば、金属短繊維焼結層1aを0.5〜
2.0mm、金属長繊維焼結層1bを0.2〜0.6mmのごときとす
る。

そして、好ましくは、第３図（ａ）のように金属短繊維
焼結層1aの表面には支持層として網状体1cが一体化され
る。必要に応じ、第３図（ｂ）のように、金属長繊維焼
結層1bの表面にも細径の網状体1c′を一体化してもよ
い。この網状体1c、1c′は金網のほかパンチングメタル
を含むものである。

前記ろ材本体１は全体を単一の筒で構成してもよいが、
所要長さの複数の筒を連結して構成してもよい。第２図
はその実施例を示しており、筒状素体10、10′を上下に
突合せ、溶接11により連結すると共に、内面側に前記連
結域にまたがる長さの耐熱金属製リング12を嵌合してい
る。この構造によれば、長大なフィルタを容易に得るこ
とができ、しかも、耐熱金属製リング12により変動性の
内圧による屈曲が防止される。耐熱金属製リング12を上
下に複数設ける場合、縦バーにより互いに結合してもよ
い。

金属短繊維焼結層1aと金属長繊維焼結層1b、および網状
体1cは、材質的にはステンレス、カンタル、ニッケル、
インコネル、ハステロイ、銅などの耐熱性金属または合
金からなつている。金属短繊維焼結層1a、金属長繊維焼
結層1b、および網状体1c、1c′は、通常同じ材質とする
が、場合によっては異なる材質としてもよい。

金属短繊維焼結層1aのマトリックスを構成する金属短繊
維ａは、粗径すなわち換算直径で平均20〜200μｍ、ア
スペクト比（l/d）30〜60のものが、空孔率と機械的強
度の点から適当である。これに対し、金属長繊維焼結層
1bのマトリックスを構成する金属長繊維ｂは、金属短繊
維ａよりも相対的に細い換算直径のものを用いる。

その理由は、空孔率を内層と外層で変えるだけでなく、
含塵ガスを目の細かい外層から目の粗い内層に流通させ
ることにより、圧力損失を少なくするとともに、ダスト
のろ材内部への侵入を極力防止するためである。具体的
には、金属短繊維ａの直径に対し1/2〜1/20の範囲内で
含塵ガス中のダスト径により選定する。これは、たとえ
ば、平均２〜30μｍである。あまり細い繊維径では圧力
損失が大きくなり、また、熱に対する強度が乏しくな
る。さらに繊維製造コストも高くなる。それ故、下限は
２μｍとすべきである。アスペクト比は一般に2500〜50
00の範囲が適当である。

金属短繊維ａとしては、ウィスカー、箔を切断したもの
など任意であるが、好ましくは切削法で作ったものを用
いる。この切削法としてはワイヤ切削法もあるが、材質
的な制約がなく、２次加工（切断）が不要な点などか
ら、ビビリ切削法が最も好適である。この方法は、固有
振動数500〜5000Hzの弾性工具を用いて円柱状ないし棒
状の金属ブロックを切削（旋削）し、工具自励振動によ
り繊維を分断創成するものであり、繊維は長さが切刃長
さと一致し、長手方向と直角の断面形状が三角状で、表
面積も大きく、太さも均一な針状短繊維であり、加工硬
化により強度も良好である。

一方、金属長繊維ｂとしては、溶融紡糸法やワイヤ切削
法によるものでもよいが、一般的には、引き抜き法とり
わけ、収束延伸法によるものが強度やコスト等の面から
好適である。

前記ろ材本体１を得る方法は任意である。金属短繊維焼
結層1aと金属長繊維焼結層1b及び網状体1cを一度の焼結
で一挙に作っても良いし、金属短繊維焼結層1aと金属長
繊維焼結層1bを別々に作り、それらを再加熱して複合化
してもよい。前者の場合には、たとえば、長繊維基材の
トウを開繊してウェブとし、この上に金属短繊維ａを分
散機により所定の配向で層状に分散し、網状体1cを配置
し、無加圧または加圧下で、真空中または非酸化性雰囲
気中にて焼結すればよい。後者の場合には、長繊維と短
繊維とを別々の工程で焼結すればよい。いずれの場合
も、焼結形状は任意であるが、一般的には板（湾曲板な
いし溝板を含む）である。後者の場合、金属短繊維焼結
板と金属長繊維焼結板は重合され、好ましくは加圧下で
再度加熱される。それにより接触した繊維同士が融着し
あい、一体化する。網状体1cは金属短繊維焼結板を製作
する際に焼結で一体化することが好ましい。

ろ材としての形状付与（溶接を含む）は複合化した後に
実施すればよい。すなわち、筒形の場合には、第３図の
ような断面の複合板を得た後、プレス等により円筒形に
成形し、突合せ部分をシーム溶接し、次いで底板やフラ
ンジを溶接すればよい。第２図の構造の場合には、筒状
素体10または10′を得たときに、その開口部に耐熱金属
製リング12の半部をはめこんで溶接しておくことが好ま
しい。

勿論、複合化前にろ材としての形状付与を行ってもよ
い。すなわちたとえば、断面がリング状の金型に繊維を
充填し加圧したり、２重管式の焼失性型枠を用いるなど
の手法により金属短繊維焼結層1aと金属長繊維焼結層1b
を始めから筒状焼結体としてもよい。

なお、本発明は、金属短繊維焼結層と金属長繊維焼結層
が各々単層である場合に限定されるものではない。たと
えば、２枚以上の金属短繊維焼結板を重合一体化し、そ
れを１枚の金属長繊維焼結板と接合一体化したり、逆に
２枚以上の金属長繊維焼結板を重合一体化し、それを１
枚の金属短繊維焼結板と接合一体化することも含む。ま
た、一枚の金属短繊維焼結板と金属長繊維焼結板が、繊
維密度を異にする２ないし３層の積層構造になっていて
もよい。

次に本考案の具体例と比較試験結果を示す。

第４図は試験装置の概要を示している。この実験を行っ
た理由は、次のとおりである。通常、バグフィルタでは
ダストはろ材の表面層によりろ過される。そのろ過性能
と圧力損失は、ろ材の通気性と、払い落しを行ってもろ
材に残留するダスト層の圧力損失と、ろ過時にろ材表面
に堆積されるダストケーキ層の圧力損失から構成される
が、ダストケーキ層は、ろ材に影響されない固有の抵抗
値である。したがって、ろ材の圧力損失特性を評価する
上で重要な要素は、払い落し直後の圧力損失である。こ
の値を同一負荷条件でいかに低くするかがろ材の集塵圧
損を低くすることにつながり、フィルタ特性として評価
できるからである。

試験装置において、50は分散用圧縮エア供給管で、テス
ト機缶体51に接続されている。52,53はテスト機缶体51
に配された２本のフィルタである。54は分散用圧縮エア
供給管50の端部に挿着したエゼクタ、55は分散用圧縮エ
ア供給管の管軸と直角方向に延びる分岐管に設けたダス
ト供給フィーダ、56は分散用圧縮エア供給管の開口前方
に配した分散板である。

フィルタ52,53は上部にベンチュリ520,530を有し、その
直下がテスト機缶体51の仕切板510で支持され、ベンチ
ュリ側とフィルタ側には差圧計57の検出部が臨んでい
る。

テスト機缶体51の上部外側には、圧縮エアタンク58が配
され、これから各ベンチュリ520,530にパルスバルブ61,
62で制御されるパルスノズル59,60が臨んでいる。

ベンチュリ側の側部には排気管63が接続され、これの端
末に風量調整バルブ69,70を介して吸引ブロワ71が接続
されており、排気管63の中間にはオリフィス64を介して
流量計65が設けられ、これよりも下流には、ダスト濃度
測定器66が、吸引ポンプ67およびダスト濃度測定ノズル
68を介して組み込まれている。

フィルタとしては次の仕様のものを用いた。

1.本考案フィルタ 形状は底板付き筒型複合焼結体（外径140mmφ、長さ180
mm）である。

外層（金属長繊維焼結体）： 材質 ステンレス、厚さ0.4mm、基材 収束延伸法によ
る長繊維（平均径８μｍ、長さ50mm） 内層（金属短繊維焼結体）： 材質 ステンレス、厚さ1.6mm、基材 ビビリ切削法に
よる短繊維（平均径30μｍ、長さ1.5mm） 網状体： 材質 ステンレスの金網、 太さ0.5mm、目の粗さ60メ
ッシュ 2.比較例 その１…形状筒型（外径165mmφ、長さ1920mm） 仕様：ポリエステル不織布、厚さ1.5mm、繊維径15μｍ その２…形状筒型（外径165mmφ、長さ1920mm） 仕様：金属繊維織布、厚さ1.0mm、繊維径８μｍ その３…形状筒型（外径100mmφ、長さ1800mm） 仕様：金属繊維単種焼結板、厚さ1.5mm、繊維径20μｍ 試験は、圧縮空気をエゼクタ54に導き、ダスト供給装置
55から定量供給されたダストを外気とともに吸引分散
し、分散板56で更に分散してフィルタ52,53でろ過し
た。ろ過後のクリーンエアは、オリフィス差圧式にて流
量計測し、ダスト濃度測定後ブロワーにより排気した。

払い落しはパルスジエット方式とし、その制御は各フィ
ルタの圧力損失を100,200,300mmAqの各条件に到達した
ときに、一本づつ交互にパルスを行うオンラインパルス
方式を採った。

ダストはJIS試験粉体フライアッシュ10種（平均粒径5.2
μｍ）を使用し、供給量は50g/m³の負荷条件に統一し
た。ろ材のろ過速度は0.5〜2.0m/minの範囲とし、各ろ
材毎に、払い落し直後のろ材圧力損失、ダスト払い落し
サイクル時間およびダスト出口濃度を計測した。その結
果を第５図（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。（ａ）は100mmA
q制御、（ｂ）は200mmAq制御、（ｃ）は300mmAq制御で
ある。

この第５図から明らかなように、本考案の払い落し直後
のろ材圧力損失は同一速度に対し、いずれも低い値を示
し、この傾向はろ材の圧力損失を高く設定した場合、お
よびろ過速度を高くした場合に顕著である。このことか
ら、本考案は高圧条件でもすぐれたろ過性能を有するこ
とがわかる。

この結果を得て、本考案と比較例その2,その３で高温排
ガス300℃、ろ過速度1m/min、ダスト払い落し圧力制御2
00mmAqで平均粒子径３μｍ、入口含塵濃度10g/m³の集塵
を行った。その結果、本考案は集塵率99.98％、比較例
その１は99.90％、その２は99.50％であった。

〔考案の効果〕

以上説明した本考案の集塵フィルタによれば、材質が金
属繊維多孔質焼結体であるため、耐熱性にすぐれ、機械
的強度も良好であり、したがってセラミック質の多孔質
ろ材に比べて薄くすることができ、重量を大幅に軽減す
ることができる。

さらに、性能上も、細い径の金属長繊維焼結層とそれよ
りも太い径の金属短繊維焼結層を複合した高い空孔率の
深層構造であるため、圧力損失が少なく、ガス流量を大
きくすることができる。しかも、含塵ガスが目の細かい
金属長繊維焼結層側から目の粗い金属短繊維焼結層側に
抜けるため、ダストのろ材内部へ侵入する割合が少な
く、目詰りを少なくすることができ、内層はより大きな
空孔径を有するためこの部分での圧力損失を少なくする
ことができる。そして内層により外層の金属長繊維焼結
層を補強し、外層が表面が平滑であるためダストの払い
落しが容易となる。したがって、高温集塵はもちろん、
高温かつ高圧集塵性能もすぐれ、メインテナンスも良好
な集塵フィルタを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による高温集塵フィルタの一実施例を示
す断面図、第２図は別の実施例を示す部分的断面図、第
３図（ａ）（ｂ）は本考案におけるろ材本体の一部拡大
図、第４図は性能試験装置の概略説明図、第５図（ａ）
（ｂ）（ｃ）は本考案フィルタと他のフィルタのダスト
払い落し後の圧損を比較して示すグラフである。 １……ろ材本体、1a……金属短繊維焼結層、1b……金属
長繊維焼結層、1c……網状体、ａ……金属短繊維、ｂ…
…金属長繊維

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】耐熱性の良好な金属短繊維焼結層と耐熱性
   の良好な金属長繊維焼結層を厚さ方向で一体化してな
   り、金属短繊維焼結層よりも金属長繊維焼結層の繊維が
   相対的に細い径で構成されていることを特徴とする高温
   集塵フィルタ。
2. 【請求項２】金属短繊維焼結層と金属長繊維焼結層が板
   からなり、それら焼結板が重合され、焼結により融着結
   合されている実用新案登録請求の範囲第１項記載の高温
   集塵フィルタ。
3. 【請求項３】金属短繊維の径が平均20〜200μｍであ
   り、金属長繊維の径が金属短繊維径の1/2〜1/20の範囲
   である実用新案登録請求の範囲第１項または第２項いず
   れかに記載の高温集塵フィルタ。
4. 【請求項４】金属短繊維焼結層と金属長繊維焼結層がそ
   れぞれ板からなり、それら焼結板が重合され焼結により
   融着結合されるとともに、少なくとも片側面に耐熱金属
   の網状体が一体化されているものを含む実用新案登録請
   求の範囲第１項記載の高温集塵フィルタ。
5. 【請求項５】金属短繊維がビビリ振動切削法で作られた
   繊維であり、金属長繊維が集束延伸法で作られた繊維で
   ある実用新案登録請求の範囲第１項ないし第４項いずれ
   かに記載の高温集塵フィルタ。