JPS6061019A - 集塵用セラミツクスフイルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高温排ガス中の粉塵を高温状態で捕集するた
めの集塵用セラミックスフィルタに関する。

排ガス中の粉塵を捕集する集塵装置としては、サイクロ
ン、電気集塵器、バグフィルタ等種々のものが使用され
ている。しかし、これらの集塵装置はいずれも高温には
耐えないものであシ、このため高温排ガスをいったんガ
ス冷却室に導入して冷却してからこれらの集塵装置に送
るようにしていた。高温排ガスをそのまま処理できる集
塵装置としては、シリカ質繊維でできたクロスをバグフ
ィルタにしたもの〜が試験的に用いられたこともあった
が、このようなりロスは耐久性がなく、短期間に破れる
等の問題があり、実用化には至らなかった。

したがって、本発明の目的は、１０００℃程度の高温排
ガス中の粉塵を高温状態のまま捕集することが可能なフ
ィルタを提供することにある。

かかるフィルタの性能としては、耐熱性１強度、粉塵の
捕捉性能１通気性等が要求される。

耐熱性を有するようにするためには、フィルタの材質を
セラミックスにすればよいのであるが、単に材質をセラ
ミックスにしただけでは、フィルタとして要求される他
の性能を満足することができない。例えば、３０μｍ以
下の孔径を有するセラミックスフィルタを形成した場合
、粉塵の大部分を捕集することができるが、３０μｍ以
下の粒子が少量フィルタ内部を通過する際に一部が気孔
内にとどまシ、やがては閉塞を起こす。

このような状態になると、通常の逆洗では閉塞を取シ除
くことが極めて困難である。また、通気性を良くするた
めにフィルタの厚みを薄くすると強厚が不足するという
問題がある。

そこで、本発明では、熱膨張率が１０００℃で０．５％
以下であるセラミックスの多孔体の片面に平均孔径１０
〜１００ｐ１ｎの気孔を有するセラミックスのフィルタ
層を形成して、実質的に二層構造にすることによって、
これらの問題を解決した。

すなわち、多孔体によって補強がなされるのでフィルタ
層の厚みは極めて薄くすることができ、通気性を良好に
することができる。この場合にもフィルタ層の気孔にや
がて粉塵が閉塞してくるが、フィルタ層の厚みを薄くす
ることにより、逆洗にて容易に閉塞を取シ除くことがで
きる。

次に第１図を参照して本発明をより詳細に説明する。

第１図に示すように、セラミックスの多孔体１の片面に
セラミックスのフィルタ層２が形成されている。そして
、粉塵３はフィルタ層２によってそのほとんどを捕捉さ
れ、フィルタ層２を通過した微細な粉塵４は多孔体１を
容易に通シ抜けてそのまま流出する。流出する微細な粉
塵４の量は極めて少量であシ、実際上はとんど問題はな
い。

多孔体１は、主としてフィルタ層２を補強する役割をな
す。高温ガス中の粉塵捕集に際し、フィルタは通常スタ
ート時に急加熱されたシ、逆洗用空気によシ急冷された
シするので耐熱衝撃性が要求される。したがって、多孔
体１の材質としては熱膨張率の小さいことが重要であシ
、種々の実験の結果、１０００℃で０．５％以下である
ことが必要であシ、さらには０．３％以下がよシ好まし
いことが判明した。かかる材質としてはコージライト質
、チタン酸アルミニウ＾質。

ユークリプタイト質、スポジュメン質、溶融シリカ質、
ムライト質、炭化ケイ素質などが好ましく例示できる。

多孔体１は粉塵３の捕捉性能を特に要求されるものでは
ないため、通気性の良いものが好ましく、このため気孔
率は３０％以上とすることが好ま、しい。さらに、通気
性を良好にすると共にフィルタ層２を通過した微細な粉
塵４が多孔体１ｔ−閉一塞することがないように、多孔
体１の平均孔径は１００〜５００．ｇ＊とすることが好
ましい。多孔体１の厚みは、フィルタ層２を充分に補強
できるように、かつ、通気性が悪くならないように適宜
設定され、通例は１０〜２０−とするが好ましい。

かかる多孔体１は例えば次のような方法によって製造す
ることができる。すなわち、所定粒度のセラミックスの
粉末と、所定粒度の粉末状気孔付与材（加熱処理するこ
とによって焼失し気孔を形成せしめるもの、例えばピッ
チコークス粉末）とを適当割合にてバインダーを加えて
混合する。この混合物を通常のプレス成形、ラバープレ
ス成形、あるいは押出成形等によシ所定形状、例えばパ
イプ状等に成形し、乾燥処理した後、例えばコージ゛ラ
イ）％の場合は１３５０℃で焼成することによって製造
することができる。

フィルタ層２は、平均孔径１０〜１００μｍの気孔を有
するものとする。平均孔径が１０μｍ未満では通気性が
悪くなり、平均孔径が１００μｌｎｆ超えると粉塵３の
捕捉性能が低下する。

また、フィルタ層２の厚みは、好ましくは０．５〜５鱈
、さらに好ましくは１〜３鱈とする。フイルタ層の厚み
が０．５ｗ未満ではコートされない部分や厚みの不均一
が生じ易く集塵性能が低下する。フィルタ層の厚みが５
ｍ＋を超えると通気抵抗が増し、また、多孔体１との熱
膨張率の違いによるクラックおよび剥離がかなシ犬きく
なシ集塵性能が低下する。

本発明のフィルタの一つの有利な点は、フィルタ層２の
セラミックス材質を用途に応じて変えられることである
。すなわち、フィルタ層２の材質は、粉塵の種類と使用
条件（温度、雰囲気等）に適するものを選ぶことができ
、がっ、望ましい。本発明においては、フィルタ層２は
多孔体１と同材質のセラミックスが好ましく、この場合
には熱膨張率の違いによるクラックが＃Ｉとん、ど発生
しない。またフィルタ層２は多孔体１と異なる材質でも
よい。フィルタ層２に使用できる〜セラミックスとして
は、さきに多孔体材質として例示したコージライト質以
下の各材質が好ましく例示され、またアルミナ、ジルコ
ン、スピネル、ジルコニア、グラファイト、マグネシア
、カオリン、シャモットなども適宜使用できる。この場
合、多孔体１とフィルタ層２との熱膨張率がかなり違う
場合には、フィルタ層２に微細なりラックを生じるが、
集塵性能にはほとんど影響がない。ただし、前述したよ
うにフィルタ層２の厚みを５１１１１以下、特には３１
１１１１１以下にして、クラックが大きくなりすぎない
ように注意する。

かかるフィルタ層２は、例えば原料セラミックスの粉末
に気孔付与材を加えて、多孔体１の片面にコートし、多
孔体１と共に焼成することによって形成すること“がで
きる。この場合、セラミックスの粉末の粒径および気孔
付与材の添加量を適当に選択することによシ、フィルタ
層２め平均孔径１１−１０〜１００μｍの範囲で自由に
調整できる。

次に本発明のフィルタの製法を、パイプ状のコージライ
ト質多孔体の内面にフィルタ層を形成する場合で説明す
る。ラバープレス成形法を用いると、次のような方法も
採用できる。

中子の金型にフィルタ層用セラミックス粉体のみ又はこ
れに気孔付与材を加えた泥漿をはけ塗シ法又はスプレー
法で塗付し、充分乾燥後、この中子の金型を用いて多孔
体を成形して二層構造とする。

あるいは実施例２に示すように所定調合原料でフィルタ
層をパイプ状にラバープレス成形し、′／１ ライで島枠のみ交換してパイプ状フィルタ層成形体の外
側に多孔体用所定調合原料を充填し、これを再びラバー
プレス成形して二層構造としてもよい。

別の手段として、多孔体１を成形後、その成形体に上記
の如き泥漿を流し込み、又ははけで塗付することによシ
ニＪ−構造とすることもできる０ 成形体は通常、次に適宜な条件で焼成されることが好ま
しいが、成形条件などによっては、成形後の焼成を必ず
しも要しないこともある。

なお、本発明のフィルタは実質的に二層構造からなるが
、例えばフィルタ層を複数の層で形成し、全体として平
均孔径１０〜１１００１ｔの気孔を有する層としてもよ
いし、あるいは、例えば多菫体を複数の層で形成し、全
体として熱膨張率が１０００℃で０．５％以下である多
孔体としてもよい。

以下、本発明の詳細な説明する。

実施例１ 表１に示す各調合の原料坏土をそれぞれ小型ミキサで混
合し、その所定量を内径１００ｍ＋＋の金型に充填し、
２００　ｋｖ／−の圧力で油圧プレスして成形体を得た
。ついで表２に示す各調合の原°料坏土を同様に混合−
し、その所定量をさきの金型内の成形体の上に充填し、
その状態で６００鯉／−の圧力で加圧した。かくして得
られた計１９種類の成形体は、それぞれの材質に応じた
条件でシリコニット電気炉にて５時間焼成された。得ら
れた円板状セラミックスフィルタサンプルは外径的１０
０ｍ＋、多孔体の厚み１５ｔｍ、全体の厚み１５〜２１
ｍｍであった。

表１　多孔体の原料調合（単位二重置部）表２　フィル
タ層の原料調合（単位二重綾部）セラミックスフィルタ
の特性は次のようにして測定した。すなわち通気抵抗と
しては、得られたフィルタサンプルの有効径８０−の部
分に室温の空気を流速５ｃＩｎ／秒となるように流した
ときのサンプルの前後の差圧を測定した。

集塵試験では、ベンガラ（粒度分布は１０μｍ以下＝８
重量％、１０〜４０μｍ＝３５重量％、４０〜１００μ
ｒｎ：４６重量％、１００〜２００μｍ：１１重量係）
を３０２７−の割合で混ぜた約２００℃の空気を、得ら
れたフィルタサンプルの有効径８０ｍ１の部分のフィル
タ層側から、流速５　ｃｍ　７秒となるように５分間流
し、ついでベンガラを含まない室温の空気をサンプルの
多孔体側から同流速で５分間流す集塵・逆洗のサイクル
を１８０サイクル実施し、上記した通気抵抗の１８０サ
イクル後の値と当初の値との差を測定した。

急熱急冷通気試験では、ＬＰＧ　ｆ：燃焼させて得た約
１０００℃の熱風をフィルタサンプルの有効径８０四の
部分に流速的１ｍ／秒で５分間流し、引きつづき室温の
空気を同様の流速で５分間流すサイクルを連続して１２
サイクル実施して評価した。

また別に多孔体のみ、およびフィルタ層のみについて表
１１表２に示す各調合で上述したと同様に成形、焼成し
て外径的１００ｆｆｉ、厚み１０鱈の多孔体サンプル、
フィルタ層サンプルを得、多孔体物性、フィルタ層物性
の測定に供した。

これらの測定結果を調製条件とともに表３に示す。表３
の急熱急冷通気試験の欄において斜線は試験を実施しな
かったこと、◎はクラックが発生しなかったこと、Ｘは
クラックが発生したことを示す。さらにサンプル番号１
のフィルタサンプルはフィルタ層を形成しなかったもの
である、。

表３から以下のようなことが理解される。まずフィルタ
層を形成しないもの（サンプル番号１）は集塵試験にお
いて少ないサイクル数でも急激な通気抵抗上昇を示し、
多孔体に目詰まシを起こしてフィルタとして適当でない
。

フィルタ層の平均孔径を変えた場合（サンプル番号２〜
６）、１０μｍ以下では通気抵抗が太きすぎて適当でな
く、１００μｍ以上では集塵試験での通気抵抗上昇が大
きく、これも適当でない。サンプル番号１５のフィルタ
サンプルは多孔体の平均孔径が５００μｍよシ大きいの
で、多孔体によるフィルタ層の補強性に劣る場合も見ら
れた。

実施例２ 表３のサンプル番号４の場合と同じ多孔体、フィルタ層
調合により、外径１７０１１１１１１％内径１４ｔ）８
、高さ１０００．で内側にフィルタ層を付与したパイプ
状コージ２イト質セラミックスフィルタを製作した。

すなやち、まず外径１４０ｓｍ−金型中子と内径１４４
餌ゴム型外枠からなる型に、所定のフィルタ層用調合の
原料を入れ、ラバープレスにて１トン／ｌ−ｌ１１の圧
力で加圧し、肉厚２■、長さ１１００１１Ｉｌ＋＋のパ
イプを成形した。ついで中子は抜きとらず、外枠のみを
内径１９０．ゴム型に取りかえ、予め大型ミキサで所定
の多孔体用調合の原料とバインダとを混合した混合物を
型に入れ、ラバープレスにて１トン／ｄの圧力で加圧し
て、内側にフィルタ層を有するパイプに成形した。成形
体音ガス間にて１３５０℃で５時間焼成した後、１００
０１ｔＩｎの長さに切断した。

ベンガジ含有空気の温度を約１０００℃とし、有効集塵
面積を得られたパイプ状フィルタのほぼ全内面積とし、
サイクル数を３００サイクルとした他は実施例１と同様
にしてこのパイプ状フィルタの集塵試験を実施した。

ベンガラ含有空気投入前にｉ、ｏｏｏ℃の空気を流速５
６ｎ／秒で流したときの通気抵抗は２９０１１１１１ｑ
であった。３００サイクルの集塵試験後に同じ＜１００
０℃の空気を流速５ｃｒｎ／秒で流したときには通気抵
抗はさらに１３０１１’ＩＩＩＩＡ（１上昇した。また
集塵試験において集塵されたベンガラ量の投入ベンガラ
量に対する割合、すなわち集塵率は９８％であった。

試験後、このパイプ状フィルタを取シ出して調査したと
ころ、パイプの内面にうずくベンガラが付着していた。

またクラックは全く認められなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による集塵用セラミックスフィルタを示
す断面模式図である。 １・・・・・・多孔体　、２・・・・・・フィルタ層。 ３・・・・・・粒塵。 第　１　圓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱膨張率が１０００℃で０．５％以下であるセラミ
   ックスの多孔体の片面に、平均孔径ｌＯ〜１００μ軍の
   気孔を有するセラミックスのフィルタ層を形成した、実
   質的に二層構造からなる集塵用セラミックスフィルタ。 ２、フィルタ層の厚みは０．５〜５闘である特許請求の
   範囲第１項記載の集塵用セラミックスフインタ。 ３、多孔体の気孔率は３０％以上である特許請求の範囲
   第１項又は第２項記載の集塵用セラミックスフィルタ。 ４、　多孔一体の平均孔径は１００〜５００μｍ　であ
   る特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載の集塵
   用セラミックスフィルタ。