JPH11169681A - モノリス形セラミックフィルタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】機械加工を施すことなく流動抵抗緩和部を形成
して、強度が高く、透過性能に優れた濾過効率の高いセ
ラミックフィルタを提供する。 【解決手段】セラミック支持体の各流通路を区画する隔
壁の内周面にセラミック濾過膜を備え、一端側から各流
通路に供給される被処理液体の一部をセラミック濾過膜
を透過して隔壁内に侵入させ、侵入した濾液を隔壁内を
通してセラミック支持体の外部へ流出させるセラミック
フィルタ装置であり、各セラミックフィルタ１１は、互
いに並列した状態で各端部にて支持部材１２を介して支
持されて、各端部の支持部が液密的に閉塞されていて、
各セラミックフィルタ１１の流通路１１ａからセラミッ
ク濾過膜を透過して隔壁内に侵入した濾液が各セラミッ
クフィルタ１１間の流路Ｒを経て外部に流出する構成と
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水、その他の液体
を濾過するためのモノリス形セラミックフィルタ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックフィルタの一形式として、特
公平６−１６８１９号公報、特開平６−８６９１８号公
報、特開平６−９９０３９号公報等に示されているよう
に、互いに並列して長手方向に延びる多数の流通路を有
する多孔質のセラミック支持体の各流通路を区画する隔
壁の内周面に同セラミック支持体の細孔径より小さい細
孔径の多孔質のセラミック濾過膜を備え、一端側または
両端側から前記各流通路に供給される被処理液体の一部
を前記セラミック濾過膜を透過して前記隔壁内に侵入さ
せ、侵入した濾液を同隔壁内を通して前記セラミック支
持体の外部へ流出させるモノリス形セラミックフィルタ
がある。

【０００３】当該形式のモノリス形セラミックフィルタ
は、高分離性能、高強度、高耐食性、薬液洗浄に対する
高安定性、長寿命等という特性を有することから、合成
樹脂等の有機濾過膜を主体とする有機膜フィルタに比較
して優れたフィルタであるとして注目されている。

【０００４】その一例として、当該形式のモノリス形セ
ラミックフィルタを大型化して濾過面積を高めて、上水
処理等大量の水、その他の大量の液体（被処理液体）の
処理に使用する試みがなされている。しかしながら、当
該形式のモノリス形セラミックフィルタを大型化する場
合、フィルタを大型化するほどその内部の流動抵抗が大
きくなって、透水性等、被処理液体の透過性が低下し、
単位濾過面積当たりの被処理液体の透過性能が低下する
という問題があり、フィルタの濾過能力を高めるべくフ
ィルタを大型化することは、その効果はさほど期待し得
ない。

【０００５】これに対処すべく、上記した各公報のう
ち、特公平６−１６８１９号公報（第１の公報）にて提
案されているセラミックフィルタにおいては、セラミッ
ク支持体の外周から中心部に延びる複数のスロットを設
けるとともに、スロットが貫通する各流通路の各開口端
部を目封じする手段が採られている。

【０００６】また、特開平６−８６９１８号公報（第２
の公報）にて提案されているセラミックフィルタにおい
ては、セラミック支持体に、隔壁と一体で同隔壁より厚
い壁部をセラミック支持体内に貫通して設けて、同壁部
を流動抵抗緩和部に構成する手段が採られている。

【０００７】また、特開平６−９９０３９号公報（第３
の公報）に提案されているセラミックフィルタにおいて
は、セラミック支持体の外周から中心部に延びる複数の
溝部または凹部を設けるとともに、溝部または凹部が貫
通する各流通路の各開口端部を目封じする手段が採られ
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、当該形式の
セラミックフィルタにおいては、その基体であるセラミ
ック支持体は、一般には押出し成形された後に焼成して
形成されるが、成形時には変形し易くて特殊な構造のセ
ラミック支持体を成形することが困難であり、かつ、成
形・焼成されたセラミック支持体は脆くて硬いため、セ
ラミック支持体を特殊な構造に機械加工することは困難
であるとともに、機械加工の際に損傷し易くて加工傷に
よる強度の低下が大きい。

【０００９】従って、上記した第１の公報および第３の
公報にて提案されているセラミックフィルタのごとく、
セラミック支持体の外周から中心部に延びる複数のスロ
ットや、複数の溝部または凹部を設けることは成形上お
よび機械加工上困難であり、かつ、加工傷に起因して強
度低下が大きいという問題がある。また、上記した第２
の公報にて提案されているセラミックフィルタのごと
く、セラミック支持体に隔壁と一体で同隔壁より厚い壁
部をセラミック支持体内に貫通して設けて流動抵抗緩和
部を構成することは、押出成形に使用する金型ノズルを
選定することにより加工上の問題は少ないが、流動抵抗
緩和部が存在する分だけ濾過面積が減少するとともに、
濾過面積が減少する割には流動抵抗が緩和する効果は小
さいという問題がある。

【００１０】従って、本発明の目的は、これらの問題に
対処すべくなされたもので、上記したごときセラミック
フィルタを大型化することなく、小型のセラミックフィ
ルタを複数個を一体化してセラミックフィルタ装置を構
成することにより、上記問題を解消し得る透過性能に優
れた濾過効率の高いセラミックフィルタ装置を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、モノリス形セ
ラミックフィルタ装置に関するもので、当該セラミック
フィルタ装置は、互いに並列して長手方向に延びる多数
の流通路を有する多孔質のセラミック支持体の各流通路
を区画する隔壁の内周面に同セラミック支持体の細孔径
より小さい細孔径の多孔質のセラミック濾過膜を備え、
一端側から前記各流通路に供給される被処理液体の一部
を前記セラミック濾過膜を透過して前記隔壁内に侵入さ
せ、侵入した濾液を同隔壁内を通して前記セラミック支
持体の外部へ流出させるセラミックフィルタを複数本備
えた形式のもので、下記の構成を有することを特徴とす
るものである。

【００１２】すなわち、本発明に係る第１のセラミック
フィルタ装置は、上記した形式のセラミックフィルタ装
置において、前記各セラミックフィルタが互いに並列し
た状態で各端部にて支持部材を介して支持されて、前記
各セラミックフィルタの各端部における支持部の外周側
隙間が液密的に閉塞されていて、これら各セラミックフ
ィルタの流通路から前記セラミック濾過膜を透過して前
記隔壁内に侵入した濾液が前記各セラミックフィルタ間
に設けた流路を経て外部に流出するように構成したこと
を特徴とするものである。

【００１３】当該セラミックフィルタ装置においては、
前記各セラミックフィルタ間にスペーサを介在させて、
これら各スペーサにより前記流路を形成すること、前記
各セラミックフィルタの外周側に突起部を設けて同突起
部により前記流路を形成すること、前記各セラミックフ
ィルタの少なくとも複数のものを、長手方向の全体また
は局部が屈曲状を呈する形状として、同屈曲形状により
前記流路を形成すること等の構成を採ることができる。
また、当該セラミックフィルタ装置においては、前記各
セラミックフィルタとして、互いに異なる外形の複数種
類のセラミックフィルタを採用することができる。

【００１４】また、本発明に係る第２のセラミックフィ
ルタ装置は、上記した形式のセラミックフィルタ装置で
あって、前記各セラミックフィルタは互いに並列した状
態で重合されて一体化されているとともに、前記各セラ
ミックフィルタ間には、これら各セラミックフィルタの
流通路とは交差状に前記セラミックフィルタが介在し、
同セラミックフィルタにより前記流路が形成されている
ことを特徴とするものである。

【００１５】なお、本発明において、「小さい細孔径」
なる文言は、セラミック濾過膜の最大細孔径がセラミッ
ク支持体の最大細孔経より小さいこと、および、同セラ
ミック濾過膜の平均細孔径が同セラミック支持体の平均
細孔経より小さいことの両者を意味する。

【００１６】

【発明の作用・効果】本発明に係る第１のモノリス形セ
ラミックフィルタ装置においては、各セラミッフィルタ
間に形成されている流路は空間部であって、各セラミッ
クフィルタ内の隔壁に比較して流動抵抗が極めて低く、
濾液に対する流動抵抗緩和部を構成する。また、かかる
流路は、その長手方向の各開口端部が液密的に閉塞され
ているため、各セラミックフィルタの先端部側に供給さ
れる被処理液体は各セラミックフィルタ間の流路には流
入しない。このため、流動抵抗緩和部を構成する流路に
は、各セラミックフィルタの各流通路からセラミック濾
過膜を透過して隔壁内に侵入した濾液が容易に流入し、
流路を経てセラミックフィルタ装置の外部へ流出する。

【００１７】また、本発明に係る第２のモノリス形セラ
ミックフィルタ装置においては、各セラミックフィルタ
の並列する群内にこれら各セラミックフィルタの流通路
とは交差状に介在するセラミックフィルタの流通路が濾
液の流路となる流動抵抗緩和部を構成し、かかる流路に
は、各セラミックフィルタの各流通路からセラミック濾
過膜を透過して隔壁内に侵入した濾液が容易に流入し、
流路の開口端部から外部へ流出する。

【００１８】ところで、本発明に係るこれらのセラミッ
クフィルタ装置においては、複数のセラミックフィルタ
を並列状態に配列して各セラミックフィルタ間に隙間を
確保して支持することにより、濾液の流動抵抗緩和部と
なる流路を形成し、または、複数のセラミックフィルタ
を並列状態に重合したセラミックフィルタの並列群にセ
ラミックフィルタを交差状に介在させることにより、濾
液の流動抵抗緩和部となる流路を形成している。

【００１９】従って、これらの各セラミックフィルタ装
置においては、当該流動抵抗緩和部を機械加工を施すこ
となく形成することができ、各セラミックフィルタにお
いては、機械加工による加工傷に起因する強度低下や、
スロット、溝部、凹部に起因する強度低下を生じさせる
ことがなく、強度が高く、かつ透過性能に優れた濾過効
率の高い特性のセラミックフィルタ装置を構成すること
ができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて説
明すると、図１には本発明に係るセラミックフィルタ装
置の第１の例が模式的に示されている。当該セラミック
フィルタ装置は、上水処理等大量の水を処理する大型の
ものである。

【００２１】当該セラミックフィルタ装置１０Ａは、同
図に示すように、複数のセラミックフィルタ１１と、各
セラミックフィルタ１１を一体に支持する一対の支持部
材１２とからなるもので、各セラミックフィルタ１１
は、互いに所定間隔を保持して並列された状態で、各端
部を各支持部材１２の貫通孔１２ａ内に挿入されて支持
されている。

【００２２】各支持部材１２は、所定の厚みの円板状を
呈するセラミック製、金属製または合成樹脂製のもの
で、各セラミックフィルタ１１を接着剤を介して支持す
ることにより、各セラミックフィルタ１１の支持部にお
ける外周側の隙間を液密的に閉塞している。なお、各支
持部材１２は、所定位置に置かれた各セラミックフィル
タ１１の端部周囲間に支持部材１２の形成材料を流込ん
で成形してもよい。これにより、各セラミックフィルタ
１１間の各空間部の前後の開口部は密閉されて、同空間
部が複数の流路Ｒを構成している。

【００２３】セラミックフィルタ１１は、互いに並列す
る多数の貫通孔を有する多孔質のセラミック支持体の各
貫通孔の内周面に、同セラミック支持体の細孔径より小
さい細孔径のセラミック濾過膜を形成して構成されてい
るもので、セラミック濾過膜の形成された各貫通孔が流
通路１１ａとなっている。

【００２４】セラミックフィルタ１１の主体部であるセ
ラミック支持体は、セラミックの粉末に有機バインダ
ー、無機結合剤、水等を添加して混練して調製したはい
土を用いて押出成形して、得られた成形体を乾燥、焼成
して形成されている。

【００２５】セラミックフィルタ１１を構成するセラミ
ック支持体は、円柱状で互いに並列して長手方向に延び
る正方形の多数の貫通孔を備え、直径５０ｍｍ、長さ１
０００ｍｍ、貫通孔の一辺４ｍｍ、各貫通孔を区画する
隔壁の厚み２ｍｍ、平均細孔径１０μｍのものであり、
アルミナ、シリカ、ムライト、コーディライト、炭化ケ
イ素、窒化ケイ素等、適宜のセラミック粉末を素材とし
ている。

【００２６】なお、当該セラミックフィルタ装置１０Ａ
においては、直径２００ｍｍの単一のセラミック支持体
に対応するように、セラミック支持体の本数が設定され
ている。

【００２７】また、セラミック濾過膜は、セラミック支
持体の各貫通孔の全ての貫通孔を区画する隔壁の内周面
に形成されているもので、各貫通孔を被処理水の流通路
１１ａに形成している。セラミック濾過膜は、厚み１０
０μｍ、平均細孔径０．１μｍのもので、セラミック粉
末に有機バインダー、水等を添加して混合して調製した
スリップをセラミック支持体の各貫通孔に注入し、各貫
通孔の内周面にスリップ中のセラミック成分を付着させ
て、その後乾燥、焼成して形成されている。セラミック
濾過膜の素材は、セラミック支持体の素材と同様のもの
が採用される。

【００２８】なお、セラミック支持体の各貫通孔の内周
面には、必要により、各隔壁とセラミック濾過膜の中間
の細孔径を有するセラミック中間層を介在させることが
でき、これにより、セラミック濾過膜の隔壁の内周面へ
の形成性を向上させることができる。

【００２９】また、セラミックフィルタ１１において
は、セラミック支持体については、貫通孔が正方形、長
方形、多角形、円形等の適宜の形状、大きさで、適宜の
長さ、適宜の隔壁の厚みとすることができ、かつ、平均
細孔径は０．１μｍ〜数１００μｍの範囲の適宜の値を
選定できる。セラミック濾過膜についても同様であり、
適宜の厚みで、平均細孔径は数１０Å〜数１０μｍの範
囲の適宜の値を選定できる。

【００３０】当該セラミックフィルタ装置１０Ａにおい
ては、各セラミッフィルタ１１間に形成されている流路
Ｒは単なる空間部であることから、各セラミックフィル
タ１１内の隔壁に比較して流動抵抗が極めて低く、濾液
に対する流動抵抗緩和部を構成する。また、かかる流路
Ｒはその長手方向の各開口端部が液密的に閉塞されてい
るため、各セラミックフィルタ１１の先端部側に供給さ
れる被処理液体は各セラミックフィルタ１１間の流路Ｒ
には流入しない。このため、流動抵抗緩和部を構成する
流路Ｒには、各セラミックフィルタ１１の各流通路１１
ａからセラミック濾過膜を透過して隔壁内に侵入した濾
液が容易に流入し、流路Ｒを経てセラミックフィルタ装
置１０Ａの外部へ流出する。

【００３１】このように、当該セラミックフィルタ装置
１０Ａにおいては、複数のセラミックフィルタ１１を並
列状態に配列して各セラミックフィルタ１１間に隙間を
確保して支持することにより、濾液の流動抵抗緩和部と
なる流路Ｒを構成している。

【００３２】このため、当該セラミックフィルタ装置１
０Ａにおいては、流動抵抗緩和部を機械加工を施すこと
なく形成することができ、各セラミックフィルタ１１に
おいては、機械加工による加工傷に起因する強度低下
や、スロット、溝部、凹部に起因する強度低下を生じさ
せることがなく、このため、強度が高く、かつ透過性能
に優れた濾過効率の高い特性のセラミックフィルタ装置
を構成することができる。

【００３３】図２には、本発明に係るセラミックフィル
タ装置の第２の例が模式的に示されている。当該セラミ
ックフィルタ装置１０Ｂは、図１に示すセラミックフィ
ルタ装置１０Ａを基本構成とするものであって、各セラ
ミックフィルタ１１の両端部にリング状のスペーサ１３
が嵌着されており、並列して隣合うスペーサ１３が互い
に当接して各セラミックフィルタ１１間に所定の空間部
を形成し、これらの空間部を流路Ｒに構成している。

【００３４】図３には、本発明に係るセラミックフィル
タ装置の第３の例が模式的に示されている。当該セラミ
ックフィルタ装置１０Ｃは、図１に示すセラミックフィ
ルタ装置１０Ａを基本構成とするものではあるが、採用
している各セラミックフィルタ１４がセラミックフィル
タ１１とは外形を異にしている。

【００３５】各セラミックフィルタ１４は多数の流通路
１４ａを有するもので、その外周の２箇所に環状の凹所
１４ｂが形成されていて、各凹所１４ｂの隣合う部位が
環状突部１４ｃとなっており、並列して隣合うセラミッ
クフィルタ１４の環状突部１４ｃが互いに当接して各セ
ラミックフィルタ１４間に所定の空間部を形成し、これ
らの空間部を流路Ｒに構成している。

【００３６】図４には、本発明に係るセラミックフィル
タ装置の第４の例が模式的に示されている。当該セラミ
ックフィルタ装置１０Ｄは、図１に示すセラミックフィ
ルタ装置１０Ａを基本構成とするものであるが、各セラ
ミックフィルタとして、外径の異なる２種類のセラミッ
クフィルタ１１，１５を採用している。小径のセラミッ
クフィルタ１５は最外周側に位置するように配置されて
いる。当該セラミックフィルタ装置１０Ｄにおいては、
このようにして濾過面積を効率良く増大することができ
る。

【００３７】図５には、本発明に係るセラミックフィル
タ装置の第５の例を構成する２種類のセラミックフィル
タ１６，１７が示されている。一方のセラミックフィル
タ１６は、全体が湾曲状にわずかに屈曲しているもの
で、互いに並列した状態では、隣合うセラミックフィル
タ１６間に流路Ｒを構成する。また、他方のセラミック
フィルタ１７は、中間部を複数箇所で折曲げた状態のも
ので、互いに並列した状態では、隣合うセラミックフィ
ルタ１７の屈折部の頂部が互いに当接して流路Ｒを構成
する。

【００３８】図６には、本発明に係るセラミックフィル
タ装置の第６の例が模式的に示されている。当該セラミ
ックフィルタ装置１０Ｅは、２種類のブロック状のセラ
ミックフィルタ１８，１９にて構成されている。一方の
セラミックフィルタ１８は、縦横両方向に並列する多数
の流通路１８ａを備えた厚板状のものであり、また、他
方のセラミックフィルタ１９は、横方向に一列に並列す
る多数の流通路１９ａを有する薄板状のものである。

【００３９】これら両セラミックフィルタ１８，１９
は、接着剤を介して交互に重合されて一体化されている
もので、流通路１８ａ，１９ａの方向を直交させた状態
に配置されている。すなわち、一方のセラミックフィル
タ１８においては、流通路１８ａがセラミックフィルタ
装置１０Ｅの長手方向に延びていて、被処理水の流通路
を構成し、他方のセラミックフィルタ１９においては、
流通路１９ａがセラミックフィルタ装置１０Ｅの外周側
に延びていて、濾液の流路を構成している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るセラミックフィルタ装置の第１の
例を示す側面図（ａ）、および同図の矢印ｂ−ｂ線での
断面図（ｂ）である。

【図２】本発明に係るセラミックフィルタ装置の第２の
例を示す側面図（ａ）、および同図の矢印ｂ−ｂ線での
断面図（ｂ）である。

【図３】本発明に係るセラミックフィルタ装置の第３の
例を示す側面図（ａ）、および同図の矢印ｂ−ｂ線での
断面図（ｂ）である。

【図４】本発明に係るセラミックフィルタ装置の第４の
例を示す断面図である。

【図５】本発明に係るセラミックフィルタ装置の第５の
例を構成する２種類のセラミックフィルタの側面図
（ａ），（ｂ）である。

【図６】本発明に係るセラミックフィルタ装置の第６の
例を示す側面図（ａ）、および同正面図（ｂ）である。

【符号の説明】

１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ…セラミック
フィルタ装置、１１…セラミックフィルタ、１１ａ…流
通路、１２…支持部材、１２ａ…貫通孔、１３…スペー
サ、１４，１５，１６，１７，１８，１９…セラミック
フィルタ、１４ａ…流通路、１４ｂ…凹所、１４ｃ…突
部、１８ａ，１９ａ…流通路、Ｒ…流路。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに並列して長手方向に延びる多数の流
   通路を有する多孔質のセラミック支持体の各流通路を区
   画する隔壁の内周面に同セラミック支持体の細孔径より
   小さい細孔径の多孔質のセラミック濾過膜を備え、一端
   側または両端側から前記各流通路に供給される被処理液
   体の一部を前記セラミック濾過膜を透過して前記隔壁内
   に侵入させ、侵入した濾液を同隔壁内を通して前記セラ
   ミック支持体の外部へ流出させるセラミックフィルタを
   複数本備えてなるモノリス形セラミックフィルタ装置で
   あり、前記各セラミックフィルタは、互いに並列した状
   態で各端部にて支持部材を介して支持されて、前記各セ
   ラミックフィルタの各端部における支持部の外周側間隙
   が液密的に閉塞されていて、これら各セラミックフィル
   タの流通路から前記セラミック濾過膜を透過して前記隔
   壁内に侵入した濾液が前記各セラミックフィルタ間に設
   けた流路を経て外部に流出するように構成したことを特
   徴とするモノリス形セラミックフィルタ装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載のモノリス形セラミックフ
   ィルタ装置において、前記各セラミックフィルタ間にス
   ペーサが介在していて、これら各スペーサにより前記流
   路が形成されていることを特徴とするモノリス形セラミ
   ックフィルタ装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載のモノリス形セラミックフ
   ィルタ装置において、前記各セラミックフィルタは外周
   側に突起部を備え、同突起部により前記流路が形成され
   ていることを特徴とするモノリス形セラミックフィルタ
   装置。
4. 【請求項４】請求項１に記載のモノリス形セラミックフ
   ィルタ装置において、前記各セラミックフィルタの少な
   くとも複数のものは、長手方向の全体または局部が屈曲
   形状を呈していて、同屈曲形状の部位により前記流路が
   形成されていることを特徴とするモノリス形セラミック
   フィルタ装置。
5. 【請求項５】請求項１，２，３または４に記載のモノリ
   ス形セラミックフィルタ装置において、前記各セラミッ
   クフィルタは異なる外形の複数種類のセラミックフィル
   タからなることを特徴とするモノリス形セラミックフィ
   ルタ装置。
6. 【請求項６】互いに並列して長手方向に延びる多数の流
   通路を有する多孔質のセラミック支持体の各流通路を区
   画する隔壁の内周面に同セラミック支持体の細孔径より
   小さい細孔径の多孔質のセラミック濾過膜を備え、一端
   側から前記各流通路に供給される被処理液体の一部を前
   記セラミック濾過膜を透過して前記隔壁内に侵入させ、
   侵入した濾液を同隔壁内を通して前記セラミック支持体
   の外部へ流出させるセラミックフィルタを複数本備えて
   なるモノリス形セラミックフィルタ装置であり、前記各
   セラミックフィルタは互いに並列した状態で重合されて
   一体化されているとともに、前記各セラミックフィルタ
   間には、これら各セラミックフィルタの流通路とは交差
   状に前記セラミックフィルタが介在し、同セラミックフ
   ィルタにより前記流路が形成されていることを特徴とす
   るモノリス形セラミックフィルタ装置。