(57)【特許請求の範囲】
【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されているモノリス形セラミックフィルタ装置であり、前記流路は、前記各セラミックフィルタの外周側に位置する環状突部にて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。
【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、前記流路を形成する前記環状突部は前記各セラミックフィルタの外周に嵌着されたリング状のスペーサであ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。
【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、前記流路を形成する前記環状突部は前記各セラミックフィルタの外周側に一体的に形成した環状突部であ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。
【請求項４】
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されてい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。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項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径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。
【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、交差状に介在する前記セラミックフィルタが有する流通路が、前記濾液を外部へ流出させる流路を形成し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。
【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。本発明に係る第１の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されているモノリス形セラミックフィルタ装置であり、前記流路は、前記各セラミックフィルタの外周側に位置する環状突部にて形成されている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、前記流路を形成する前記環状突部を、前記各セラミックフィルタの外周に嵌着されたリング状のスペーサにて構成することができ、かつ、前記各セラミックフィルタの外周側に一体的に形成した環状突部にて構成することができる。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、同屈曲形状の部位を前記環状突部として機能させて前記流路を形成する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、互いに異なる外径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、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、交差状に介在する前記セラミックフィルタが有する流通路が、前記濾液を外部へ流出させる流路を形成していることを特徴とす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には本発明に係る第１のセラミックフィルタ装置の基本構成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、同空間部には、後述する種々の手段にて複数の流路Ｒが構成されている。
【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１０００ｍｍ、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１００μｍ、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１０Ａ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〜図５には、本発明に係る第１のセラミックフィルタ装置における流路Ｒを形成する手段を具体的に示す各実施形態が模式的に示している。図２に示す第１実施形態に係る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、本発明に係る第１のセラミックフィルタ装置の第２実施形態を模式的に示している。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、本発明に係る第１のセラミックフィルタ装置の第３実施形態を模式的に示している。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、本発明に係る第１のセラミックフィルタ装置の第４実施形態を構成する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、屈曲部が環状突部として機能して、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、本発明に係る第２のセラミックフィルタ装置の実施形態を模式的に示している。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】本発明に係る第１のセラミックフィルタ装置の基本構成を示す側面図（ａ）、および同図の矢印ｂ−ｂ線での断面図（ｂ）である。
【図２】本発明に係る第１のセラミックフィルタ装置の第１実施形態を示す側面図（ａ）、および同図の矢印ｂ−ｂ線での断面図（ｂ）である。
【図３】本発明に係る第１のセラミックフィルタ装置の第２実施形態を示す側面図（ａ）、および同図の矢印ｂ−ｂ線での断面図（ｂ）である。
【図４】本発明に係る第１のセラミックフィルタ装置の第３実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明に係る第１のセラミックフィルタ装置の第４実施形態を構成する２種類のセラミックフィルタの側面図（ａ），（ｂ）である。
【図６】本発明に係る第２のセラミックフィルタ装置の実施形態を示す側面図（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。
【図１】
0003671108.tif 000002
【図２】
0003671108.tif 000003
【図３】
0003671108.tif 000004
【図４】
0003671108.tif 000005
【図５】
0003671108.tif 000006
【図６】
0003671108.tif 000007