JPH10263343A - 積層ハニカムフィルター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 極めて微細な粉塵を、長期間効力を保って捕
集できる全く新しい特異な機能を持つ積層ハニカムフィ
ルターを提供する。 【構成】 多数の孔が規則的に配列した開孔部を有する
薄板の片面に、伸縮性の多孔質材料が接着されている複
合平板を多数枚重ね、開孔部の重なりから形成されるハ
ニカム貫通孔が総て互いに一定間隔を保ちながら湾曲ま
たは屈曲するように回転させることなく順次僅かずつず
らして積層し、この位置で複合平板を一層おきにそれぞ
れ櫛状に連結固定することにより互い違いにかみ合う一
対の積層体とし、一方が他方に対し摺動できるようにし
て、新しい特異な機能を持つ積層ハニカムフィルターが
得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業状の利用分野】本発明は、気流中に浮遊する微粒
子物質の分離除去の機能を長期に亘って持続し、排ガス
の浄化、屋内空気の換気清浄化などの目的に対し有効
な、全く新しい独特な形状を持つ積層ハニカムフィルタ
ーに関わる。

【０００２】

【従来技術】従来、燃焼炉や焼却炉の煙突などから排出
される粉塵が環境汚染として問題となっているが、一般
に超微細な微粒子物質はダイオキシンなどを含み有害で
あるにもかかわらず、その除去は極めて困難であり、サ
イクロンでは捕集できず、バッグフィルターなどは短時
間に目詰まりしてその効力を失い、また電気集塵機は大
規模となりコストがかかるなど、それぞれ致命的な欠点
があった。またディーゼルエンジンからの黒煙の除去の
問題も切実な要望にもかかわらず適切な解決の方法がな
い状態であり、ハニカム体の貫通孔を入口及び出口のと
ころで交互に孔を閉じて、多孔質の貫通孔内壁をフィル
ターとして利用する方法が試みられていた。当然この構
造もバッグフィルターと同様内壁全体が短時間で目詰ま
りし、付着堆積した煤を常時酸化燃焼して除去する必要
があった。また最近では、杉の花粉などに見られるよう
に、大気の微粒子による汚染が甚だしく、特に都市部で
は密閉性の高い住居での換気が必要となり、空気清浄器
など空気の取り入れ口にフィルターの取り付けが行なわ
れつつある。しかしながら一般にフィルターはその性質
上微粒子ほど目詰まりし易く、時間と共に濾過性能が確
実に劣化し、常時取替えが必要となり、コストの問題だ
けでなく維持が極めて煩雑となる欠点があった。

【０００３】

【解決課題】本発明は、これらの問題を根本的に解決す
るもので、排ガス中や空気中の粉塵などの極めて微細な
微粒子を効率的に除去し、かつ比較的長時間濾過能力を
維持する特殊な形状の積層ハニカムフィルターを提供す
ることである。

【０００４】

【解決手段】このため本発明は、多数の孔が規則的に配
列した開孔部を有する薄板の片面に、伸縮性の多孔質材
料が厚さを揃えて接着されている複合平板を多数枚重
ね、開孔部の重なりから形成されるハニカム貫通孔が総
て互いに一定間隔を保ちながら湾曲または屈曲するよう
にそれぞれ回転させることなく前後左右に順次僅かずつ
ずらして積層し、この位置で複合平板を一層おきにそれ
ぞれ櫛状に連結固定することにより互い違いにかみ合う
一対の積層体とし、一方が他方に対し前後左右に摺動で
きるようにしたことを特徴とする。

【０００５】

【作用】本発明の積層ハニカムフィルターの薄板材料及
び多孔質材料としては、目的と経済性に従って基本的に
はプラスチックを含むあらゆる材料が使用でき、例えば
プラスチック薄板に歯ブラシ状に繊維を密生させた構造
が効果的である。高温の目的には当然金属やセラミック
スの材料が使用され、金属薄板に金属繊維、金属網、セ
ラミック繊維など、各種の組み合わせが目的に応じて選
択される。これらの平板材料に対する規則的に配列した
多数の孔の開設は、多孔質材料との複合の前または後
で、連続的な打ち抜き加工法により極めて簡単に達成さ
れる。

【０００６】図１にハニカム貫通孔が螺旋状に湾曲した
積層の例として、楕円形の外形枠１の中に正六角形の孔
が六方対称に配列した開孔部２を形成したそれぞれ異る
４枚の平板を示した。これらは３２枚の複合平板を積層
の一組とする内の４枚で、３は下から数えてその１枚
目、４はその９枚目、５はその１７枚目、及び６はその
２５枚目である。平板毎にこの開孔部２はそれぞれ外形
枠１に対する相対位置が異なり、これらの平板を外形枠
１を一致させて３２枚積層した場合、開孔部２は回転す
ることなく下から順次僅かずつずれ、ある一個の正六角
形孔７の中心８がそれぞれ一定曲率の旋回円周９に沿っ
て時計回りに旋回するような配列となり、各孔の連結に
よって螺旋状に湾曲したハニカム貫通孔が形成される。
このような開孔部２の相対的なずれは、平板と打ち抜き
プレス型の相対位置をコンピュータ制御によって僅かず
つずらすことによって容易に達成することができる。

【０００７】図２は上記の３２枚の平板を積層した場合
に形成されるハニカム貫通孔の任意の一個を上面から見
た透視図である。開孔部２の総ての正六角形孔はそれぞ
れ同じ透視図を描き、総ての正六角形孔は互いに接触す
ることがないので、正六角形孔の積層連結から生ずる個
々の貫通孔は総てそれぞれ内壁を隔壁として隣接するこ
とになる。図３は実際にこれを積層した場合、多数の正
六角形孔がそれぞれ形成する螺旋ハニカム貫通孔の形状
を斜めから透視的に示した。なお図３では薄板１６枚の
積層で正六角形孔の中心が一旋回する場合を示してい
る。

【０００８】本発明の積層ハニカムフィルターは、多数
の貫通孔がそれぞれ湾曲または屈曲し、積層平板の一部
が伸縮性の多孔質材料からなるので、ハニカム貫通孔内
の内壁即ち隔壁は多少とも通気性を持つ。従ってこれを
燃焼排ガスなどの通路に設置すると、排ガスは貫通孔を
通過する際、隔壁の通気性の大小によって、一部は隔壁
に沿って旋回や屈曲を強いられると共に他の一部は隔壁
に浸透し通過することになる。即ち、排ガスはその流速
の２乗と曲率半径の逆数に比例するサイクロン的な応力
を受け、排ガス中に浮遊する粉塵微粒子は気体との比重
差により貫通孔内壁に衝突すると共に、一部浸入して気
体との粒子径の差から隔壁をフィルターとして濾過され
隔壁に付着する。このような微粒子分離のサイクロン的
な作用とフィルター的な作用との割合は隔壁の気孔率と
気孔サイズによって決定され、多孔質部分の材質や、貫
通孔内壁表面状態によって左右される。

【０００９】図４はこの説明図で、ある任意の一個の正
六角形孔７は、それと隣接する正六角形孔１０（図では
７の左側の隣接孔）と共に、それぞれその中心８および
１１が旋回円周９および１２に沿って螺旋を描いて積層
するので、そこを通過する気体は太矢印方向にサイクロ
ン的な遠心力を受ける。サイクロンに比べてこの旋回曲
率半径は非常に小さいので遠心力はかなり大きくなり、
気体中の微粒子、特に排ガス中の煙や微細な粉塵の微粒
子は螺旋状貫通孔の太矢印方向（図では左方向）の壁に
衝突または浸入して付着するようになる。各正六角形孔
の中心８および１１が旋回円周９および１２に沿って９
０度進んだ（紙面上側に移動）段階では、太矢印方向も
図に示すように９０度方向を変える。即ちサイクロンと
同様遠心力の方向は常に螺旋の旋回の外周側に向かい、
従って微細な粉塵や煙が衝突付着する壁面は螺旋状貫通
孔において常に螺旋外周側の壁面であり、反対側の壁面
には殆ど付着しない。しかも隣接する正六角形孔７と１
０の間で、螺旋旋回の１８０度毎に隔壁の両側の圧力正
負が反転し、この隔壁を透過しようとするガスの流れの
向きは１０←７から１０→７と方向を変える。隣接する
他の正六角形孔１３および１４（図では７の上側の隣接
孔）との間でも同様の関係となり、ハニカムの総ての貫
通孔で同様な位置に同様な付着が起こる。

【００１０】積層平板の多孔質材料部分の通気性が大き
い場合には、上記に説明したサイクロン的な作用よりも
むしろフィルター的な作用が主要なものとなり、総ての
貫通孔は隔壁を介して隣接しているので、入口付近の総
ての貫通孔隔壁で同時的に濾過が行なわれる。粉塵の堆
積と共に濾過効力が落ちると、その位置では作用が次第
にサイクロン的となり、フィルター的な作用位置は次第
に出口に向かって前進する。この結果、微粒子の付着堆
積によって一度に全体が目詰まりすることなく、長期に
亘って常に同じような濾過作用が連続して行われるので
ある。

【００１１】均等な螺旋旋回に湾曲する場合には常時遠
心力を受け連続的な分離堆積が起こり、螺旋状貫通孔の
旋回の曲率半径は小さいほど遠心力が大きく作用する。
しかし貫通孔の口径の半分より旋回曲率半径が小さくな
ると旋回せずに直進する気流が生ずるので、この旋回曲
率半径は貫通孔の口径の約半分より小さくなることは望
ましくない。また平板の積層のずれの仕方によっては、
ハニカム貫通孔をジグザグ状に屈曲させることもでき、
この場合には貫通孔を通過する気流は屈曲点で急速に方
向を変え、大きな応力を屈曲点で受け、ハニカム貫通孔
の同じ屈曲点付近に同時的に集中的な微粒子の付着が起
こる。

【００１２】ディーゼルエンジンなどに本発明を適用す
る場合には、濾過堆積物を適時加熱燃焼させて除去でき
るが、不燃性の粉塵も、本発明では図５に示すように、
外形枠１を揃えて積層した平板１５、１６、１７、１８
などが一層おきに支持体１９及び２０によって連結固定
され、二つの積層体がかみ合ったまま摺動できるので、
摺動によりハニカム貫通孔内壁面に凹凸を生じ、付着し
た微粒子堆積層を破壊脱落させることができる。即ち、
集塵時はハニカム貫通孔を湾曲または屈曲させて煙や粉
塵微粒子を付着堆積させ、微粒子の堆積が多くなった清
掃時には摺動積層体の一方を他方に対し前後左右に摺動
させ、重力による落下、もしくは気流または水流によっ
て堆積物を機械的に除去することができる。

【００１３】平板に開設される開孔部図形は正六角形の
六方対称配列が最も効率的で望ましいが、正方形の正方
対称配列、円形の六方または正方配列など規則的な配列
であれば同様の効果を発揮させることができる。各孔と
孔との間隔は、小さくするほど当然全体の貫通孔部分の
有効体積が増大するが、平板を僅かずつずらて積層する
場合のずれの大きさより小さくすることはできないので
自ずと制限される。

【００１４】本発明の積層ハニカムフィルターは濾過面
が立体的に密集するので、全体を小型にすることができ
る。また通常のプラスチック成型技術、金属加工技術、
セラミックス技術によって比較的安価に製造可能であ
る。さらに、煙や粉塵微粒子は入り口付近の隔壁から次
第に出口の隔壁に向かって堆積し、微粒子粉塵が堆積し
ても、全濾過面が同時に目詰まりすることがなく長期に
亘って初期の性能を連続して維持できる。また濾過能力
を殆ど失った時点でも、ハニカム貫通孔自体が詰まって
塞がるまではサイクロン的粉塵除去作用を保ち、気体が
全体を通過する抵抗を長期に亘り通常の空気濾過材に比
較して著しく小さく保つことができる。しかも随時積層
平板を互い違いに摺動させて堆積した粉塵を除去し、フ
ィルターを初期状態に再生することができる特徴があ
る。

【００１５】大量の固体粉塵が排出される大型の燃焼装
置の場合には、サイクロン除去装置を経た後に本発明積
層ハニカムフィルターを設置することが望ましい。サイ
クロンで除去できない極めて微粒子も本装置では除去が
可能である。室温で使用できる空気清浄用などには外枠
容器も含め全体をプラスチック製とし、水洗可能の構造
に設計することも容易である。貫通孔内壁面が水で濡れ
ると微粒子の付着が更に効果的となるので、例えば家庭
用の電気掃除機に付属すれば、従来フィルターを通過し
てしまうような超微粒子の捕集も可能となる。勿論全体
を自由に分解可能な構造に設計することも容易である。

【００１６】

【発明の効果】以上、本発明積層ハニカムフィルター
は、その特殊な構造により独特の効用を持ち、空気清浄
機など防衛的、消極的な使用や常温使用の他、耐熱性の
集塵器、例えば塵埃焼却炉燃焼排ガス出口付近などに設
置すれば、サイクロンでは捕集できないような、ダイオ
キシンを含むと言われる極めて微細な粉塵の排出量を著
しく低下させることができ、燃焼排ガスによる環境汚染
の防止に極めて役立つ積極的な意味を持つものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】積層平板の外形枠に対する開孔部の位置の変化
の例を示す平面図。

【図２】３２枚の平板開孔部を積層した場合に形成され
る螺旋状ハニカム貫通孔の任意の一個を上面から見た透
視図。

【図３】平板開孔部の積層により形成される螺旋状ハニ
カム貫通孔を斜めから見た透視図。

【図４】貫通孔を通過する気流に働く遠心力の作用の説
明図。

【図５】互いにかみ合い摺動可能とした一対の積層体の
例の構成を示す斜視説明図。

【符号の説明】

１ 平板の楕円形外形枠 ２ 開孔部 ３ ３２枚の楕円形平板積層の１枚目 ４ ３２枚の
積層の９枚目 ５ ３２枚の積層の１７枚目 ６ ３２枚の
積層の２５枚目 ７ ある一個の正六角形孔 ８ 孔７の中
心 ９ 中心８の旋回円周 １０ 孔７の左
側隣接の正六角形孔 １１ 孔１０の中心 １２ 中心１１
の旋回円周 １３ 孔７の向こう側に隣接する正六角形孔 １４ 孔７の向こう側に隣接する他の正六角形孔 １５ 最上層にある積層平板 １６ 平板１５の下側にある積層平板 １７ 平板１６の下側にある積層平板 １８ 平板１７の下側にある積層平板 １９ 積層平板を１枚おきに連結固定する支持体 ２０ 支持体１９と対をなす他の支持体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の孔が規則的に配列した開孔部を有
   する薄板の片面に、伸縮性の多孔質材料が厚さを揃えて
   接着されている複合平板を多数枚重ね、開孔部の重なり
   から形成されるハニカム貫通孔が総て互いに一定間隔を
   保ちながら湾曲または屈曲するようにそれぞれ回転させ
   ることなく前後左右に順次僅かずつずらして積層し、こ
   の位置で複合平板を一層おきにそれぞれ櫛状に連結固定
   することにより互い違いにかみ合う一対の積層体とし、
   一方が他方に対し前後左右に摺動できるようにしたこと
   を特徴とする積層ハニカムフィルター。