(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材層と、その表面に設けられたろ過膜層とからなり、そのろ過膜層の表面には、平均粒径が３０〜２００μｍのセラミック粒子を一重並びに、かつ間隔を設けて固着させ、全面に無数の突起を設けたことを特徴とするセラミックフィルタ。
【請求項２】
前記ろ過膜層の平均気孔径の値ａに対する前記突起を形成する前記セラミック粒子の平均粒径の値ｂの比が２以上である請求項１に記載のセラミックフィルタ。
【請求項３】
セラミック基材層の表面にろ過膜層を形成するためのスラリをコーティングした後、その表面に平均粒径が３０〜２００μｍのセラミック粒子を一重並びに付着させた後、乾燥、焼結して、ろ過膜層の表面に無数の突起を形成することを特徴とするセラミックフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、逆洗性に優れたセラミックフィルタ、およびその製造方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ろ過除塵を目的に排ガス浄化経路に設置されたセラミックフィルイタは、使用目的に応じた材質および粒径のセラミック粒子を同じくセラミックバインダで結合して、表裏に連通する無数の気孔を内部に形成した多孔質セラミック体からなるものである。このような用途のセラミックとしては、耐摩耗性、耐熱性、耐薬品性などに優れた、アルミナセラミック、炭化珪素（ＳｉＣ）セラミックが広く用いられている。
【０００３】
このようなセラミックフィルタを図２に例示すると、外観は、外径６０ｍｍ×長さ１５００ｍｍの円筒形状をなし、４０ｍｍ内径の中心軸空間１３が形成されている。このセラミックフィルタ１の厚さ１０ｍｍの大部分は、粒径１００〜５００μｍのセラミック粒子を焼結して得られる基材層１１であって、平均気孔径１００μｍ程度の多孔性セラミックであり、セラミックフィルタとしての十分な機械的強度が得られるよう配慮されている。この基材層１１の表面上には、厚さが１００μｍ程度のろ過膜層１２が形成され、このろ過膜層１２の表裏に連通する無数のろ過気孔の気孔径は、ろ過対象物のサイズにより定められる。例えば、ろ過対象物がサブミクロン程度であれば、ろ過膜層１２のろ過気孔の大きさは、０．５μｍ程度のものが採用される。
【０００４】
この事例のセラミックフィルタ１では、外側からろ過膜層１２を経て中心軸空間１３に向かってろ過が行われるのであるが、ろ過の進行に伴ってろ過ダストが堆積しフィルタ前後の差圧（圧力損失に相当する）が上昇する。この差圧がある許容上限に達した時点で、ろ過方向とは逆方向に高圧空気を繰り返しパルスとして通過させ、堆積したろ過ダストを剥離、落下させて除去する、いわゆる逆洗操作が行われる。
【０００５】
このような逆洗操作を行っても、ろ過気孔に目詰まりを起こした微細なダストが除去できなくなり、前記差圧が初期の低い値に回復しないようになった場合は、目詰寿命として新品と交換するのが通例である。そして、この逆洗操作を容易にするため、すなわち、ろ過堆積ダストの除去を容易にするには、セラミックフィルタのろ過膜層１２のろ過気孔径を小さく設定する手法が採用されていた。
【０００６】
このように、ろ過気孔径を小さく設定した場合は、逆洗操作はある程度容易になる反面、圧力損失が大きくならざるを得ないので、逆洗の頻度が高くなるという不具合があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、ろ過膜層のろ過気孔径には関わりなく、逆洗効率を高めることが可能となる新規な構造のセラミックフィルタを提供するものであり、またその新規な構造のセラミックフィルタの製造方法を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するためになされた本発明のセラミックフィルタは、基材層と、その表面に設けられたろ過膜層とからなり、そのろ過膜層の表面には、平均粒径が３０〜２００μｍのセラミック粒子を一重並びに、かつ間隔を設けて固着させ、全面に無数の突起を設けたことを特徴とするものである。
そして、この本発明のセラミックフィルタは、前記ろ過膜層の平均気孔径の値ａに対する前記突起を形成する前記セラミック粒子の平均粒径の値ｂの比が２以上であるである形態に具体化することができる。
【０００９】
【００１０】
また、上記の問題を解決するためになされた本発明のセラミックフィルタの製造方法は、セラミック基材層の表面にろ過膜層を形成するためのスラリをコーティングした後、その表面に平均粒径が３０〜２００μｍのセラミック粒子を一重並びに付着させた後、乾燥、焼結して、ろ過膜層の表面に無数の突起を形成することを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のセラミックフィルタおよびその製造方法に係る実施形態を図１を参照して説明する。
図１は、本発明のセラミックフィルタの断面構造のモデルを示す断面イラスト図であり、本発明のセラミックフィルタは、基材層２と、その基材層２の表面に設けられたろ過膜層３と、そのろ過膜層３の表面に無数の突起４を形成するセラミック粒子とを備えた構造を主体とするものである。ここでろ過膜層３は単層で示してあるが、その気孔径が基材層２の気孔径と差が大きい場合には、中間ろ過層を単数、複数介在させることができるものである。
【００１２】
そして、ここで焼却炉で発生する通常のダスト（平均粒径５〜２５μｍ）を対象とするセラミックフィルタの場合を例示すると、基材層２は、主として粒径３００〜４００μｍのセラミック粒子、例えば炭化珪素粒子の焼結体からなり、平均気孔径５０〜１５０μｍの無数の表裏間に通じる連通気孔を備えている。そしてこの基材層２の表面に設けられたろ過膜層３は、基材層２と同材質からなるより細い粒子を焼結した、厚さ８０〜１００μｍ、平均気孔孔が１５〜２５μｍの微細多孔質層からなるものである。
【００１３】
また、対象ダストが５μｍ以下、サブミクロンサイズの場合には、基材層２の気孔径は、３０〜５０μｍ程度のやや小径とし、表面層であるろ過膜層３の平均気孔孔として０．３〜５μｍの微細多孔質層の形成するが、この基材層２とろ過膜層３との間に、粒径２〜５μｍ程度の中間ろ過層（図示せず）を介在させて、気孔の大きさが段階的に変化するよう構成するのがよい。
【００１４】
そして、本発明の特徴とするところは、このろ過膜層３の表面に平均粒径が３０〜２００μｍのセラミック粒子を一重並びに、かつ間隔を設けて固着させ、全面に無数の突起を設けた点にある。この場合、突起４を形成するためのセラミック粒子としては、後記の逆洗効率を効果的に高める観点から、その平均粒径の値ｂの前記ろ過膜層３の平均気孔径の値ａに対する比ｂ／ａが２以上の大きさであるのが好ましい。さらには比ｂ／ａが５以上であるのがさらに好ましい。
【００１５】
また、本発明における、突起４を形成するためのセラミック粒子の好ましい大きさｂを、ろ過膜層３の平均気孔径ａの範囲との関係で示すと、組合せｂ／ａ（μｍ）が、５０〜２００／１５〜２５、または３０〜８０／０．３〜５の組合せで示すことができる。つまり、突起形成用セラミック粒子には、ろ過膜層３の平均気孔径の値の適応した好適な範囲があるのである。
そして、このとき、得られるその突起４の高さは、自ずから使用セラミック粒子１個の１／２〜  ２／３の大きさに大略相当し、残余はろ過膜層に埋め込まれた部分となる。また、各突起４間の間隔としては、使用セラミック粒子１個分程度の間隔にするのが適当である。
【００１６】
次に、本発明の無数の突起４を形成したセラミックフィルタと、従来の平滑なセラミックフィルタとの逆洗回数と通気量回復率の比較試験結果を表１に示す。この試験では、実機のセラミックフィルタ捕集灰に類似の組成に合成した模擬ダストをろ過した場合を示しているが、ここで明らかなように、ろ過膜層３に突起４を設けた本発明の実施品の場合が、いずれの逆洗においても通気量の回復率が大きく洗浄効果が大であることが分かる。また、実機において延べ８００時間ろ過運転し、約５０回逆洗を行った結果では、通気量回復率で約１０％の差が生じた。
【００１７】
【表１】
0003615026.tif 000002
注：温度は、セラミックフィルタのろ過温度を示す。
【００１８】
次に、本発明のセラミックフィルタの製造方法を、焼却炉の通常のダストを対象にしたＳｉＣセラミックフィルタの実施形態を事例として説明する。
この場合、基材層は、ＳｉＣ粒子の粗粒（平均粒子径３５０μｍ）６０〜７０％、中粒（平均粒子径１２５μｍ）１０〜２０％、微粒（平均粒子径１．５μｍ）１５〜２５％、に成形助剤を添加した配合物を所定の形状、例えば前記の円筒状形状、に成形し２０００℃以上の高温で焼結して得られる。
【００１９】
また、ろ過膜層は、ＳｉＣ粒子の細粒１（平均粒子径４０μｍ）６０〜７０％、細粒２（平均粒子径２５μｍ）１０〜２０％、微粒（平均粒子径１．５μｍ）１５〜２５％、に成形助剤を添加したスラーリを準備し、これを先に準備した円筒状基材層表面に、機械的塗布およびスプレー塗布により、厚さ８０〜１００μｍにコートする。
なお、この事例では、得られるろ過層の気孔径は１５〜２５μｍ程度のものであるが、さらにサブミクロン単位の微細気孔を目的とする場合には、１層または複数の中間的な気孔径のろ過層を介在させて、段階的に平均気孔径を下げていって、最終的に目的の微細な気孔のろ過層を形成するようにするのがよい。
【００２０】
そして、このコート層に突起を形成するために、平均粒径が３０〜２００μｍの範囲から選ばれた比較的粒度の揃ったＳｉＣ粒子をサンドスプレーにより付着させるのであるが、この場合、このコート層が十分に湿潤状態を保っているうちに乾燥させたＳｉＣ粒子を付着させるのがよい。このようにすると、ＳｉＣ粒子がコート層表面に粒子１個分の厚さで一重並びに付着し、余分の粒子は付着することないから、コート層表面に整然とした突起を設けることができる。
【００２１】
そして、各突起間に適宜間隔を開けたいときには、機械的なブラッシングを行い、付着した粒子を部分的に掻き落とすようにすればよい。また、セラミック粒子が酸化物系材料の場合には、使用する粒子にほぼ同サイズの可燃性材料、例えば合成樹脂からなる粒子を混合しておき、前記の手順でコート層表面に付着させ、その後の焼結に際して可燃性材料粒子を燃焼させれば、それが占めていた場所が空間となって各突起間に適宜間隔を設けることができる。
【００２２】
このようにＳｉＣ粒子により突起形成を行った後、十分に乾燥し、２０００℃以上の高温でろ過膜層を焼結して、平均気孔径１５〜２５μｍのろ過孔を形成すると同時に、このろ過膜層と突起部分とを強固に結合して完成品を得ることができる。このようにして、本発明によれば、突起構造を有するセラミックフィルタを効率よく製造することができるのである。
【００２３】
ここで、突起形成のためのＳｉＣ粒子の好ましい粒度範囲は、ろ過対象物の粒度分布に対応して設定されるろ過層の平均気孔径の値に関連して、３０〜２００μｍの範囲から選択すればよい。例えば、ＳｉＣ粒子の平均粒径ｂと、ろ過膜層３の平均気孔径ａとの組合せｂ／ａ（μｍ）が、５０〜２００／１５〜２５（μｍ）、または３０〜８０／０．３〜５（μｍ）の組合せが製造の容易さ、逆洗効率など実用上適当である。つまり、突起形成用セラミック粒子には、ろ過膜層３の平均気孔径の値の適応した好適な範囲があるのである。
【００２４】
次に、本発明の作用について説明すると、本発明のセラミックフィルタによる逆洗方法では、先に詳述したセラミックフィルタのように、ろ過膜層の表面に無数の突起を形成するセラミック粒子を備えたセラミックフィルタの裏面側からパルス気流を供給して、ろ過膜層を逆流する空気が表面に放出されるに伴い、その突起の間のろ過膜層の表面上の堆積ダストを剥離させると同時に、その突起間を覆うろ過堆積ダストをも押し剥がして除去するものである。
【００２５】
このような作用が行われるのは、ろ過膜層の表面に無数の突起を形成する本発明のセラミック粒子の存在によって、ろ過堆積ダストの圧縮状態が緩和されていることによるものと思われる。この点をさらに説明すると、本発明のセラミックフィルタのろ過操作時のろ過堆積ダストの挙動を観察するに、ろ過の進行に伴い、ろ過対象のダストが逐次堆積するのであるが、細かいダストは突起間のろ過膜層上に到達して堆積するものの、粗大なダストは突起に妨げられて、突起を覆う状態に堆積することになる。
【００２６】
そこで、このような突起が設けられていないフィルタの場合には、ろ過膜層上に堆積したダストは、さらにダストが積み重なる圧力によって圧縮状態に充填されるのに対して、本発明の場合には、上記のようにろ過膜層上に堆積したダストは圧縮状態がある程度以上には進行しないように、突起によって緩和されるのである。従って、本発明では、ろ過膜層上に堆積したダストは、従来の場合と異なり、逆洗を受けると比較的容易に剥離し除去されるのである。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は以上に詳述したように構成されているので、本発明のセラミックフィルタでは、ろ過膜層のろ過気孔径には関わりなく、逆洗効率を高めることが可能となる。また、本発明のセラミックフィルタの製造方法では、本発明の突起構造を有するセラミックフィルタを効率よく製造することができる。よって本発明は、従来の問題点を解消したセラミックフィルタおよびその製造方法として、その工業的価値は極めて大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための断面概念図。
【図２】セラミックフィルタの１例を示す外観斜視図。
【符号の説明】
１  セラミックフィルタ、２  基材層、３  ろ過膜層、４  突起。
【図１】
0003615026.tif 000003
【図２】
0003615026.tif 000004