(57)【要約】  内面（２８）および外面（１６，３０）を備えた壁（２３）を有する中空円筒形管（１１，２１）で構成されたキャンドルフィルタ（１０，２０）であって、キャンドルフィルタは、耐熱性無機繊維、少なくとも１つの結合剤、およびオプションとしての補助結合剤から成り、少なくとも１つの結合剤およびオプションとしての補助結合剤は、キャンドルフィルタ壁（２３）の厚さ全体にわたって実質的に一様に分布していることを特徴とするキャンドルフィルタ。また、キャンドルフィルタ壁（２３）の厚さ全体にわたって少なくとも実質的に一様に分布する少なくとも１つの結合剤およびオプションとしての補助結合剤を有するキャンドルフィルタ（１０，２０）を製作する方法。【選択図】図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面および外面を有する壁を備えた中空円筒形管を有するキャンドルフィルタであって、前記中空円筒形管は、
耐熱性無機繊維、少なくとも１つの結合剤、およびオプションとして補助結合剤を含み、前記少なくとも１つの結合剤および前記オプションとしての補助結合剤は、前記キャンドルフィルタ壁の厚さ全体にわたって実質的に一様に分布しており、前記少なくとも１つの結合剤および前記オプションとしての補助結合剤は、アンモニア安定化コロイド金属酸化物から成る、キャンドルフィルタ。
【請求項２】
内面および外面を有する壁を備えた中空円筒形管を有するキャンドルフィルタであって、前記中空円筒形管は、
耐熱性無機繊維、少なくとも１つの結合剤、および補助結合剤を含み、前記少なくとも１つの結合剤および前記補助結合剤は、前記キャンドルフィルタ壁の厚さ全体にわたって実質的に一様に分布しており、前記少なくとも１つの結合剤および前記補助結合剤は、アンモニア安定化コロイド金属酸化物から成る、キャンドルフィルタ。
【請求項３】
内面および外面を有する壁を備えた中空円筒形管を有するキャンドルフィルタであって、前記中空円筒形管は、
耐熱性無機繊維、少なくとも１つの結合剤、および補助結合剤を含み、前記少なくとも１つの結合剤および前記補助結合剤は、前記キャンドルフィルタ壁の厚さ全体にわたって実質的に一様に分布しており、前記少なくとも１つの結合剤および前記補助結合剤は、コロイド金属酸化物から成る、キャンドルフィルタ。
【請求項４】
フランジ区分および濾過区分を有し、前記フランジ区分の厚さは、前記濾過区分の厚さよりも大きい、請求項１〜３のうち何れか１項に記載のキャンドルフィルタ。
【請求項５】
フランジ区分および濾過区分を有し、前記フランジ区分の密度は、前記濾過区分の密度よりも高い、請求項１〜４のうち何れか１項に記載のキャンドルフィルタ。
【請求項６】
前記コロイド金属酸化物は、シリカ、アルミナ、チタニア、亜鉛、マグネシア、ジルコニア、またはこれらの組み合わせから成る群から選択され、オプションとして、前記コロイド金属酸化物は、コロイドシリカを含む、請求項１〜５のうち何れか１項に記載のキャンドルフィルタ。
【請求項７】
少なくとも１つの凝集剤を更に含み、オプションとして、前記少なくとも１つの凝集剤は、カチオンでんぷんを含む、請求項１〜６のうち何れか１項に記載のキャンドルフィルタ。
【請求項８】
前記コロイド金属酸化物は、アルカリ金属安定剤を含んではいない、請求項１〜７のうち何れか１項に記載のキャンドルフィルタ。
【請求項９】
前記キャンドルフィルタは、８０％を超える多孔率を有し、オプションとして、前記多孔率は、約８２．５％を超え、更にオプションとして、前記多孔率は、約８２．５〜８６．５％である、請求項１〜８のうち何れか１項に記載のキャンドルフィルタ。
【請求項１０】
少なくとも１つの触媒材料を更に含む、請求項１〜９のうち何れか１項に記載のキャンドルフィルタ。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの触媒材料は、前記キャンドルフィルタ壁の厚さ全体にわたって実質的に一様に分布している、請求項１０記載のキャンドルフィルタ。
【請求項１２】
前記耐熱性無機繊維は、高アルミナ多結晶繊維、耐火セラミック繊維、アルミナ‐シリケート繊維、アルミナ‐マグネシア‐シリケート繊維、カオリン繊維、カルシウムアルミネート繊維、アルカリ土類シリケート繊維、カルシア‐マグネシア‐シリケート繊維、マグネシア‐シリケート繊維、Ｓ‐ガラス繊維、Ｓ２‐ガラス繊維、Ｅ‐ガラス繊維、石英繊維、シリカ繊維またはこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つから成る、請求項１〜１１のうち何れか１項に記載のキャンドルフィルタ。
【請求項１３】
前記耐火セラミック繊維は、約３０〜約７０重量パーセントアルミナおよび約３０〜約７０重量パーセントシリカの繊維化生成物から成るアルミノ‐シリケート繊維を含む、請求項１２記載のキャンドルフィルタ。
【請求項１４】
生体内溶解性繊維は、約６０重量パーセントから約９０重量パーセントまでのシリカおよび０重量パーセントを超えて約３５重量パーセントまでのマグネシアの繊維化生成物から成るマグネシア‐シリケート繊維を含む、請求項１２記載のキャンドルフィルタ。
【請求項１５】
生体内溶解性繊維は、約４５重量パーセントから約９０重量パーセントまでのシリカおよび０重量パーセントを超えて約４５重量パーセントまでのカルシアおよび０重量パーセントを超えて約３５重量パーセントまでのマグネシアの繊維化生成物から成るカルシア‐マグネシア‐シリケート繊維を含む、請求項１２記載のキャンドルフィルタ。
【請求項１６】
前記キャンドルフィルタは、
モールド内で円筒形未硬化管を形成するよう前記耐熱性無機繊維、前記少なくとも１つの結合剤、およびキャリヤ液体を含むスラリを減圧注型するステップ、
前記円筒形管を乾燥させて剛性フィルタ要素を形成するステップ、
前記剛性フィルタ要素を前記補助結合剤を含む溶液または懸濁液で少なくとも１回浸軟させるステップ、および
前記補助結合剤の移動を阻止するのに十分な圧力で前記剛性フィルタ要素を真空乾燥させ、前記補助結合剤が前記キャンドルフィルタ壁の厚さ全体にわたって少なくとも実質的に一様に分布した状態のままであるようにするステップを含む方法によって得られる、請求項１〜１２のうち何れか１項に記載のキャンドルフィルタ。
【請求項１７】
キャンドルフィルタを製作する方法であって、水性スラリを調製するステップおよび前記水性スラリを円筒形／管形のモールドに接触させるステップを含み、前記スラリは、耐熱性無機繊維および少なくとも１つの結合剤を含み、
前記スラリを前記モールド上に減圧注型してフランジ区分および濾過区分を備えた円筒形未硬化管を形成するステップと、
前記円筒形未硬化管を乾燥させて剛性フィルタ要素を形成するステップと、
前記剛性フィルタ要素を、補助結合剤を含む溶液に少なくとも一度接触させるステップと、
前記補助結合剤の移動を阻止するのに十分な圧力で前記剛性フィルタ要素を真空乾燥させて前記補助結合剤が前記キャンドルフィルタ壁の厚さ全体にわたって少なくとも実質的に一様に分布したままであるようにするステップとを含む、方法。
【請求項１８】
前記補助結合剤溶液は、前記剛性フィルタ要素に、オプションとして前記剛性フィルタ要素の前記フランジ区分に再塗布されて前記補助結合剤の移動を阻止するのに十分な圧力で追加の時点で真空乾燥させられ、その結果、前記補助結合剤は、前記キャンドルフィルタ壁の厚さ全体にわたって少なくとも実質的に一様に分布したままであるようになる、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記剛性フィルタ要素は、前記補助結合剤を含む前記溶液中で実質的に完全に浸軟される、請求項１７又は１８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温ガスの濾過の際に用いられるフィルタ要素に関する。本発明は、特に、一様に強固であり、動作中に破損を生じにくく、しかも触媒材料で処理された場合には壁厚全体にわたる触媒材料の均一な分布を可能にする中空円筒形管で構成されるキャンドルフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
高温ガス状媒体を生じる多くのプロセスが存在し、かかる高温媒体は、大気汚染を阻止するか有害物質を除去するかのいずれかのためにガス状媒体から分離されなければならない粒子状物質を含む。
【０００３】
管（キャンドル）の形をした中空セラミック多孔質フィルタが高温ガスから粒子状物質を除去するために用いられている。これら高温ガス濾過システムでは、多孔質キャンドルフィルタは、高温ガスの流れ中に含まれている望ましくない粒子を捕捉し、他方、清浄化されガス／濾過されたガスがフィルタの細孔を通ってキャンドルフィルタの中空中心中に進むことができるようにする。清浄にされ／濾過されたガスは、キャンドルフィルタの中空中心内で上方に移動し、そしてキャンドルフィルタの開口端から出て上方の「清浄な」チャンバ中に入り、次に出口ポートを通ってチャンバから排出される。
【０００４】
一般に、複数のキャンドルフィルタは、加圧容器内でこの容器を水平に横切って延びる管板から垂直方向に吊り下げられる。管板は、容器を２つのコンパートメント、すなわち、粒子含有ガスが容器に入る場所である下側コンパートメントおよび清浄化され／濾過されたガスが次の使用または処理のために容器から流出しまたは大気中に放出される場所である上側コンパートメントに分割している。
【０００５】
各多孔質キャンドルフィルタは、一端が閉鎖され、反対側の端が開いている中空筒体から成る。キャンドルフィルタの開口端は、キャンドルフィルタを容器の管板に結合することができるようにするフランジを有する場合がある。粒子含有ガスが多孔質キャンドルフィルタを通過しているときに、粒子がキャンドルフィルタの外面上に捕捉され、清浄化され／濾過されたガスは、キャンドルフィルタの細孔を通ってその中空中心中に流れ、上方に流れ、そして容器の上側コンパートメント内に位置決めされているキャンドルフィルタの開口端から流出し、そして加圧容器の出口ポートを通って排出される。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、高温ガス濾過の際に受ける高温に耐えることができ、強固でありしかも通常の取り扱い中に破損を生じにくく、しかも先行技術のキャンドルフィルタと比較して一様な引張り強度に関してかなり強く、しかも触媒材料で処理された場合に壁厚全体にわたる触媒材料の均一な分布を可能にする中空円筒形管で構成されるキャンドルフィルタ要素の実現を達成する実施形態を説明する。
【０００７】
キャンドルフィルタは、内面および外面を有する壁を備えた中空円筒形管を有するのが良く、中空円筒形管は、耐熱性無機繊維、少なくとも１つの結合剤、およびオプションとして補助結合剤を含み、少なくとも１つの結合剤およびオプションとしての補助結合剤は、キャンドルフィルタ壁の厚さ全体にわたって実質的に一様に分布している。上述の実施形態のうちの任意の１つに関し、少なくとも１つの結合剤および／または補助結合剤は、アンモニア安定化コロイド金属酸化物を含むのが良い。
【０００８】
キャンドルフィルタは、内面および外面を有する壁を備えていて耐熱性無機繊維およびキャンドルフィルタ壁の厚さ全体にわたって実質的に一様に分布したアンモニア安定化コロイド金属酸化物結合剤から成る中空円筒形管を有するのが良い。
【０００９】
キャンドルフィルタは、内面および外面を有する壁を備えていて耐熱性無機繊維、少なくとも１つの結合剤および補助結合剤から成る中空円筒形管を有するのが良く、少なくとも１つの結合剤および／または補助結合剤は、キャンドルフィルタ壁厚さ全体にわたって実質的に一様に分布するとともに少なくとも１つのアンモニア安定化コロイド金属酸化物から成る。
【００１０】
キャンドルフィルタは、内面および外面を有する壁を備えていて耐熱性無機繊維、少なくとも１つの結合剤および補助結合剤から成る中空円筒形管を有するのが良く、少なくとも１つの結合剤および補助結合剤は、キャンドルフィルタ壁の厚さ全体にわたって実質的に一様に分布している。
【００１１】
キャンドルフィルタは、フランジ区分および濾過区分を有するのが良く、フランジ区分の厚さは、濾過区分の厚さよりも大きい。キャンドルフィルタは、フランジ区分および濾過区分を有するのが良く、フランジ区分のキャンドルフィルタ壁の厚さは、濾過区分のキャンドルフィルタ壁の厚さと実質的に同一である。
【００１２】
キャンドルフィルタは、フランジ区分および濾過区分を有するのが良く、フランジ区分の密度は、濾過区分の密度よりも高い。
【００１３】
キャンドルフィルタは、無機結合剤および別個の補助結合剤を含むのが良い。ある特定の実施形態では、無機結合剤および補助結合剤は、シリカ、アルミナ、チタニア、亜鉛、マグネシア、ジルコニア、またはこれらの組み合わせから成る群から選択されたコロイド金属酸化物分散液から成る。他の実施形態では、コロイド酸化物分散液は、コロイドシリカ、オプションとしてアンモニア安定化コロイドシリカを含む。アルカリ金属安定剤が存在しないことにより、プラスの影響がある特定の触媒材料に与えられる場合があり、それにより、アルカリ金属安定化結合剤を含む触媒キャンドルフィルタと比較して、触媒の効率が高められるとともにキャンドルフィルタの有効動作寿命が長くなる。
【００１４】
無機結合体および補助結合剤は、水の重量を除くと実質的に約１００％のコロイドシリカ分散液から成るのが良い。コロイドシリカ分散液は、約３０〜１００％のシリカ、オプションとして約３０〜６０％のシリカの固形分を有するのが良い。
【００１５】
ある特定の実施形態では、キャンドルフィルタは、少なくとも１つの触媒材料を含む。
【００１６】
キャンドルフィルタは、モールド内で円筒形未硬化管を形成するよう耐熱性無機繊維、少なくとも１つの結合剤、およびキャリヤ液体を含むスラリを減圧注型するステップ、円筒形管を乾燥させて剛性フィルタ要素を形成するステップ、剛性フィルタ要素を補助結合剤を含む溶液または懸濁液で少なくとも１回浸軟させるステップ、および補助結合剤の移動を阻止するのに十分な圧力で剛性フィルタ要素を真空乾燥させ、補助結合剤がキャンドルフィルタ壁の厚さ全体にわたって少なくとも実質的に一様に分布した状態のままであるようにするステップを含む方法によって得られるのが良い。
【００１７】
キャンドルフィルタを製作する方法は、水性スラリを調製するステップおよび水性スラリを円筒形／管形のモールドに接触させるステップを含み、スラリは、耐熱性無機繊維および少なくとも１つの結合剤を含み、この方法は、スラリをモールド上に減圧注型してフランジ区分および濾過区分を備えた円筒形未硬化管を形成するステップと、円筒形未硬化管を乾燥させて剛性フィルタ要素を形成するステップと、剛性フィルタ要素を、補助結合剤を含む溶液に少なくとも一度接触させるステップと、補助結合剤の移動を阻止するのに十分な圧力で剛性フィルタ要素を真空乾燥させて補助結合剤がキャンドルフィルタ壁の厚さ全体にわたって少なくとも実質的に一様に分布したままであるようにするステップとを含む。
【００１８】
補助結合剤を含む溶液は、剛性フィルタ要素の濾過および／またはフランジ区分に再び塗布され、そして補助結合剤の移動を阻止するのに十分な圧力で少なくとも１回追加の時点で真空乾燥されるのが良く、その結果、補助結合剤は、キャンドルフィルタ壁の厚さ全体にわたって少なくとも実質的に一様に分布した状態のままである。従来型フィルタ要素は、壁厚全体にわたり結合剤濃度が増大した部分および減少した部分を有し、それによりフィルタの最終的な機械的強度が低下する。また、増大した濃度の結合剤を含むフィルタ壁の部分は、次に加えられる触媒材料が壁厚全体にわたって一様に分布するのを阻止する。実質的にフィルタの外面のところまたはその近くに存在する結合剤は、次にフィルタの外面に塗布される触媒材料が壁厚全体にわたって内方に移動するのを阻止する。この結果、キャンドルフィルタの外面のところまたはその近くに位置する触媒材料の濃度が極めて高くなり、そしてフィルタ壁の残部では触媒材料がほとんどなくまたは全く存在しない。開示したフィルタにより提供される結合剤の実質的に一様な分布状態は、触媒材料で処理された場合に壁厚全体にわたる触媒材料の均一な分布を可能にする。
【００１９】
ある特定の実施形態では、剛性フィルタ要素は、２次結合剤を含む溶液中で実質的に完全に浸軟される。
【００２０】
キャンドルフィルタは、内面および外面を有する壁を備えた中空円筒形管を有するのが良く、キャンドルフィルタは、耐熱性無機繊維、少なくとも１つの結合剤、および補助結合剤から成る。ある特定の実施形態では、キャンドルフィルタは、耐熱性無機繊維、少なくとも１つの結合剤、および補助結合剤から成り、補助結合剤は、キャンドルフィルタ壁の厚さプロフィール全体にわたって実質的に一様に分布する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】キャンドルフィルタの例示の一実施形態の斜視図である。
【図２】図１に示されたキャンドルフィルタの断面図である。
【図３】図１および図２に示された複数のキャンドルフィルタを収容した加圧容器の部分断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
キャンドルフィルタは、例示の図１〜図３と関連して読まれると容易に理解される。注目されるべきこととして、キャンドルフィルタは、図示の例示の実施形態のうちの任意のものには限定されず、これとは異なり、広さおよび範囲に関して本明細書において提供される開示内容に従って解されるべきである。
【００２３】
図１は、例示の一実施形態としてのキャンドルフィルタ１０の斜視図である。キャンドルフィルタ１０は、２つの互いに反対側の端を備えた中空本体１１を有し、一方の端は、フランジ付き開口端１２であり、反対側の端は、閉鎖端１４である。キャンドルフィルタ１０は、内面（図示せず）および外面１６を有する。キャンドルフィルタは、フランジ区分１８および濾過区分１９を有し、フランジ区分１８のキャンドルフィルタ壁の厚さは、濾過区分１９のキャンドルフィルタ壁の厚さよりも大きい。
【００２４】
図２は、図１に示されたキャンドルフィルタ１０の断面図である。キャンドルフィルタ２０は、２つの反対側の端を備えたキャビティ２２を包囲した中空本体２１を有し、一方の端は、オプションとしてフランジ付きの開口端２４であり、反対側の端は、閉鎖端２６である。キャンドルフィルタ２０は、キャンドルフィルタ壁２３の内面２８および外面３０を有する。
【００２５】
図３は、図１および図２に示されているキャンドルフィルタ１１０を複数個収容した加圧容器１００の部分断面側面図である。加圧容器１００は、管板１２０を備えた気密ハウジングまたはエンクロージャを有し、管板１２０は、加圧容器１００を、粒子含有ガスが容器に入る場所である下側コンパートメント１４０および清浄化され／濾過されたガスが次の使用または処理のために容器１００を出る場所である上側コンパートメント１５０に分割している。管板１２０は、ガスケット組立体内の取り付け具１６０と連通した複数の孔１３０を有し、キャンドルフィルタ１１０はこれら孔から取り付けられる。入口ポート１７０により、粒子含有高温ガスの流れを圧力下で加圧容器１００の下側コンパートメント１４０中に導入することができる。高温ガスのこの流れは、本明細書において説明しているキャンドルフィルタ１１０の多孔質壁中に押し込まれ、かくしてキャンドルフィルタ１１０の外面上に粒子が付着した状態で濾過される。清浄化され／濾過されたガスは、取り付け具１６０を通ってキャンドルフィルタ１１０の開口端から出て上側コンパートメント１５０中に流れ、次に出口ポート１８０を通って加圧容器１００を出る。
【００２６】
耐熱性無機繊維がキャンドルフィルタに利用されるのが良く、かかる耐熱性無機繊維は、キャンドルフィルタを含む高温ガス濾過システムの動作温度に耐えることができる。約１０００℃を超える温度において耐熱性である繊維が本明細書において説明するキャンドルフィルタに設けられるのが良い。キャンドルフィルタを調製するために使用できる適当な無機繊維としては、高アルミナ多結晶繊維、耐火セラミック繊維、例えばアルミナ‐シリケート（アルミノシリケート）繊維、アルミナ‐マグネシア‐シリカ繊維、カオリン繊維、カルシウムアルミネート繊維、アルカリ土類シリケート繊維、例えばカルシア‐マグネシア‐シリカ繊維またはマグネシア‐シリカ繊維、Ｓ‐ガラス繊維、Ｓ２‐ガラス繊維、Ｅ‐ガラス繊維、石英繊維、シリカ繊維またはこれらの組み合わせが挙げられるが、これらには限定されない。
【００２７】
ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタは、少なくとも約５０重量パーセントの無機繊維を含む。ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタ要素は、少なくとも約６０重量パーセントの無機繊維を含む。ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタ要素は、少なくとも約７０重量パーセントの無機繊維を含む。ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタ要素は、少なくとも約８０重量パーセントの無機繊維を含む。ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタ要素は、少なくとも約８５重量パーセントの無機繊維を含む。ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタ要素は、少なくとも約９０重量パーセントの無機繊維を含む。
【００２８】
ある特定の実施形態によれば、キャンドルフィルタを調製するために用いられる無機繊維は、セラミック繊維から成る。適当なセラミック繊維としては、アルミナ繊維、アルミノ‐シリケート繊維、アルミナ‐ボリア‐シリケート繊維、アルミナ‐ジルコニア‐シリケート繊維、ジルコニア‐シリケート繊維、ジルコニア繊維および類似の繊維が挙げられるが、これらには限定されない。有用なアルミナ‐シリケートセラミック繊維は、ユニフラックス・アイ・エルエルシー（Unifrax I LLC）（ニューヨーク州トナワンダ所在）から登録商標FIBERFRAXで市販されている。FIBERFRAX繊維は、最高約１５４０℃までの動作温度および最高約１８７０℃の融点を示す。FIBERFRAX 繊維は、耐熱性キャンドルフィルタの状態に容易に成形できる。
【００２９】
アルミノシリケート繊維は、約４０重量パーセント〜約６０重量パーセントのＡｌ2Ｏ3および約６０重量パーセント〜約４０重量パーセントのＳｉＯ2から成っていても良い。アルミノ‐シリケート繊維は、約５０重量パーセントのＡｌ2Ｏ3および約５０重量パーセントのＳｉＯ2から成っていても良い。アルミノ‐シリケート繊維は、約３０重量パーセントのＡｌ2Ｏ3および約７０重量パーセントのＳｉＯ2から成っていても良い。アルミノ‐シリケート繊維は、約４５〜約５１重量パーセントのＡｌ2Ｏ3および約４６〜約５２重量パーセントのＳｉＯ2から成っていても良い。アルミノ‐シリケート繊維は、約３０〜約７０重量パーセントのＡｌ2Ｏ3および約３０〜約７０重量パーセントのＳｉＯ2から成っていても良い。アルミノ‐シリカ‐マグネシアガラス繊維は、約６４重量パーセント〜約６６重量パーセントのＳｉＯ2、約２４重量パーセント〜約２５重量パーセントのＡｌ2Ｏ3および約９重量パーセント〜約１０重量パーセントのＭｇＯから成るのが良い。
【００３０】
Ｅ‐ガラス繊維は、代表的には、約５２重量パーセント〜約５６重量パーセントのＳｉＯ2、約１６重量パーセント〜約２５重量パーセントのＣａＯ、約１２重量パーセント〜約１６重量パーセントのＡｌ2Ｏ3、約５重量パーセント〜約１０重量パーセントのＢ2Ｏ3、最高約５重量パーセントのＭｇＯ、最高約２重量パーセントの酸化ナトリウムおよび酸化カリウムならびに微量の酸化鉄およびフッ化物を含み、５５重量パーセントのＳｉＯ2、１５重量パーセントのＡｌ2Ｏ3、７重量パーセントのＢ2Ｏ3、３重量パーセントのＭｇＯ、１９重量パーセントのＣａＯおよび微量の上述の物質から成る代表的な組成を有する。
【００３１】
「低生体内持続性」および「生体内溶解性無機繊維」という用語は、生理学的媒体中でまたは摸擬生態学的媒体、例えば摸擬肺液、生理食塩水、緩衝生理食塩水など中で可溶性でありまたは違った仕方で分解可能な繊維を意味している。繊維の溶解度は、摸擬生理学的媒体中における繊維の溶解度を時間の関数として測定することによって評価可能である。生体内溶解度はまた、試験動物中への繊維の直接的な植え込みの影響を観察することによりまたは繊維にさらされた動物またはヒトの検査、すなわち生体内持続性によって推定できる。
【００３２】
生理学的媒体中の繊維の生体内溶解性（すなわち、非持続性）を測定する方法がユニフラックス・アイ・エルエルシーに譲渡された米国特許第５，８７４，３７５号明細書に開示されており、この米国特許を参照により引用し、その開示内容を本明細書の一部とする。無機繊維の生体内持続性または生体内溶解性を評価する別の方法が適している。ある特定の実施形態によれば、生体内溶解性繊維は、０．１ｇサンプルとして３７℃の摸擬肺液の０．３ｍＬ／ｍｉｎにさらされたときに少なくとも３０ｎｇ／ｃｍ2‐ｈｒの溶解度を呈する。他の実施形態によれば、生体内溶解性繊維は、０．１ｇサンプルとして３７℃の摸擬肺液の０．３ｍＬ／ｍｉｎにさらされたときに少なくとも５０ｎｇ／ｃｍ2‐ｈｒまたは少なくとも１００ｎｇ／ｃｍ2‐ｈｒまたは少なくとも１００ｎｇ／ｃｍ2‐ｈｒの溶解度を呈する。
【００３３】
キャンドルフィルタを調製するために用いることができる生体内溶解性アルカリ土類シリケート繊維の適当な例としては、米国特許第６，９５３，７５７号明細書、同第６，０３０，９１０号明細書、同第６，０２５，２８８号明細書、同第５，８７４，３７５号明細書、同第５，５８５，３１２号明細書、同第５，３３２，６９９号明細書、同第５，７１４，４２１号明細書、同第７，２５９，１１８号明細書、同第７，１５３，７９６号明細書、同第６，８６１，３８１号明細書、同第５，９５５，３８９号明細書、同第５，９２８，０７５号明細書、同第５，８２１，１８３号明細書、および同第５，８１１，３６０号明細書に開示されている繊維が挙げられるが、これらには限定されず、なお、これら米国特許を参照により引用し、これら開示内容を本明細書の一部とする。
【００３４】
使用できる適当な耐熱性生体内溶解性無機繊維としては、アルカリ土類シリケート繊維、例えばカルシア‐マグネシア‐シリケート繊維またはマグネシア‐シリケート繊維、カルシア‐アルミネート繊維、カリウム‐カルシア‐アルミネート繊維、カリウム‐アルミナ‐シリケート繊維、またはソディア（sodia）‐アルミナ‐シリケート繊維が挙げられるが、これらには限定されない。
【００３５】
ある特定の実施形態によれば、生体内溶解性アルカリ土類シリケート繊維は、マグネシウムおよびシリカの酸化物の混合物の繊維化生成物から成るのが良い。これら繊維は、マグネシウム‐シリケート繊維と通称されている。マグネシウム‐シリケート繊維は、一般に、約６０〜約９０重量パーセントのシリカ、０を超えて約３５重量パーセントまでのマグネシアおよびオプションとして５重量パーセント以下の不純物を含む繊維化生成物から成る。ある特定の実施形態によれば、アルカリ土類シリケート繊維は、約６５〜約８６重量パーセントのシリカ、約１４〜約３５重量パーセントのマグネシアおよびオプションとして５重量パーセント以下の不純物を含む繊維化生成物から成る。ある特定の実施形態によれば、アルカリ土類シリケート繊維は、約７０〜約８６重量パーセントのシリカ、約１４〜約３０重量パーセントのマグネシアおよび５重量パーセント以下の不純物を含む繊維化生成物から成る。適当なマグネシウム‐シリケート繊維は、ユニフラックス・アイ・エルエルシー（ニューヨーク州トナワンダ所在）から登録商標ISOFRAXで市販されている。市販のISOFRAX繊維は、一般に、約７０〜約８０重量パーセントのシリカ、約１８〜約２７重量パーセントのマグネシアおよび４重量パーセント以下の不純物の繊維化生成物から成る。ある特定の実施形態では、これら繊維は、約８５重量パーセントのシリカおよび１５重量パーセントのマグネシアの繊維化生成物から成る。
【００３６】
ある特定の実施形態によれば、生体内溶解性アルカリ土類シリケート繊維は、カルシウム、マグネシウムおよびシリカの酸化物の混合物の繊維化生成物から成るのが良い。これら繊維は、カルシア‐マグネシア‐シリケート繊維と通称されている。ある実施形態によれば、カルシア‐マグネシア‐シリケート繊維は、約４５〜約９０重量パーセントのシリカ、０を超えて約４５重量パーセントまでのカルシア、０を超えて約３５重量パーセントまでのマグネシアおよび１０重量パーセント以下の不純物を含む繊維化生成物から成る。ある特定の実施形態によれば、カルシア‐マグネシア‐シリケート繊維は、７１．２５を超えて約８５重量パーセントまでのシリカ、０を超えて約２０重量パーセントまでのマグネシア、約５〜約２８．７５重量パーセントのカルシアおよび０〜約５重量パーセントのジルコニアの繊維化生成物から成るのが良い。
【００３７】
有用なカルシア‐マグネシア‐シリケート繊維は、ユニフラックス・アイ・エルエルシー（ニューヨーク州トナワンダ所在）から登録商標INSULFRAX で市販されている。ある特定の実施形態では、カルシア−マグネシア−シリケート繊維は、約６１〜約６７重量パーセントのシリカ、約２７〜約３３重量パーセントのカルシア、および約２〜約７重量パーセントのマグネシアの繊維化生成物から成る。他の実施形態では、カルシア−マグネシア−シリケート繊維は、約７９重量パーセントのシリカ、約１８重量パーセントのカルシア、および約３重量パーセントのマグネシアを含む。他の適当なカルシア‐マグネシア‐シリケート繊維は、サーマル・セラミックス（Thermal Ceramics）（ジョージア州オーガスタ所在）から商標SUPERWOOL 607、SUPERWOOL 607 MAXおよびSUPERWOOL HTで市販されている。SUPERWOOL 607繊維は、約６０〜約７０重量パーセントのシリカ、約２５〜約３５重量パーセントのカルシア、約４〜約７重量パーセントのマグネシア、および微量のアルミナを含む。SUPERWOOL 607 MAX繊維は、約６０〜約７０重量パーセントのシリカ、約１６〜約２２重量パーセントのカルシア、および１２〜約１９重量パーセントのマグネシア、および微量のアルミナを含む。SUPERWOOL HT繊維は、約７４重量パーセントのシリカ、約２４重量パーセントのカルシアならびに微量のマグネシア、微量のアルミナおよび微量の酸化鉄を含む。
【００３８】
ある特定の実施形態によれば、生体内溶解性アルカリ土類シリケート繊維は、カルシウムおよびアルミニウムの酸化物の混合物の繊維化生成物から成るのが良い。ある特定の実施形態では、少なくとも９０重量パーセントのカルシア‐アルミネート繊維は、約５０〜約８０重量パーセントのカルシア、約２０から５０重量パーセント未満のアルミナ、および１０重量パーセント以下の不純物の繊維化生成物から成る。他の実施形態によれば、少なくとも９０重量パーセントのカルシア‐アルミナ繊維は、約５０〜約８０重量パーセントのアルミナ、約２０から５０重量パーセント未満のカルシア、および１０重量パーセント未満の不純物の繊維化生成物から成る。ある特定の実施形態によれば、生体内溶解性アルカリ土類シリケート繊維は、カリウム、カルシウムおよびアルミニウムの酸化物の混合物の繊維化生成物から成るのが良い。ある実施形態によれば、カリウム‐カルシア‐アルミネート繊維は、約１０〜約５０重量パーセントのカルシア、約５０〜約９０重量パーセントのアルミナ、０を超えて約１０重量パーセントまでのカリウム、および１０重量パーセント未満の不純物の繊維化生成物から成る。
【００３９】
ある特定の実施形態によれば、生体内溶解性アルカリ土類シリケート繊維は、１種類または２種類以上のアルカリ土類、シリカの酸化物および他の酸化物成分の混合物の繊維化生成物から成るのが良い。例示としては、シリカおよびマグネシア、またはシリカおよびカルシア、またはシリカ、マグネシア、およびカルシアの繊維化生成物であって酸化リチウムが含まれるものが挙げられる。他の例としては、シリカおよびマグネシアの繊維化生成物であって酸化物成分、例えば酸化ストロンチウム、酸化リチウムおよび酸化ストロンチウム、または酸化鉄が含まれるものが挙げられる。かかる繊維は、粘度調整剤、例えばアルミナおよび／またはボリアを含むのが良い。
【００４０】
ある特定の実施形態によれば、生体内溶解性アルカリ土類シリケート繊維は、マグネシウム、シリコン、リチウムおよびストロンチウムの酸化物の混合物の繊維化生成物から成るのが良い。ある特定の実施形態によれば、生体内溶解性アルカリ土類シリケート繊維は、約６５〜約８６重量パーセントのシリカ、約１４〜約３５重量パーセントのマグネシア、および更に酸化リチウムおよび酸化ストロンチウムを含む。ある特定の実施形態によれば、生体内溶解性アルカリ土類シリケート繊維は、約６５〜約８６重量パーセントのシリカ、約１４〜約３５重量パーセントのマグネシア、０を超えて約１重量パーセントまでの酸化リチウムおよび０を超えて約５重量パーセントまでの酸化ストロンチウムを含む。
【００４１】
ある特定の実施形態によれば、生体内溶解性アルカリ土類シリケート繊維は、シリカ、マグネシア、最高約１重量パーセントの酸化リチウムの繊維化生成物から成るのが良い。ある特定の実施形態によれば、生体内溶解性アルカリ土類シリケート繊維は、約６５〜約８６重量パーセントのシリカ、約１４〜約３５重量パーセントのマグネシア、および０を超えて約０．４５重量パーセントまでの酸化リチウムを含む。ある特定の実施形態によれば、生体内溶解性アルカリ土類シリケート繊維は、約６５〜約８６重量パーセントのシリカ、約１４〜約３５重量パーセントのマグネシア、および０を超えて約５重量パーセントまでの酸化ストロンチウムを含む。ある特定の実施形態によれば、生体内溶解性アルカリ土類シリケート繊維は、約７０重量パーセント以上のシリカ、マグネシア、および０を超えて約１０重量パーセントまでの酸化鉄を含む。
【００４２】
無機繊維を裁断または切断によって短くすることができる。繊維は、任意適当な裁断または切断方法、例えば打ち抜き、ギロチン裁断および／またはウォータージェット切断を利用して裁断できる。無機繊維は、繊維が方向性を有している場合またはランダムに配列されているのではなく層状である場合に繊維製造プロセスと関連して裁断されまたは切断されるのが良い。ある特定の実施形態では、無機繊維は、メルトブローン繊維、メルトスパン繊維、メルトドローン繊維、および／または粘性スパン（紡糸）繊維であるのが良い。キャンドルフィルタは、スパンおよびブローン無機繊維の配合物を含むのが良い。
【００４３】
ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタは、少なくとも約５０重量パーセントの無機繊維を含む。ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタは、少なくとも約６０重量パーセントの無機繊維を含む。ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタは、少なくとも約７０重量パーセントの無機繊維を含む。ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタは、少なくとも約８０重量パーセントの無機繊維を含む。ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタは、少なくとも約８５重量パーセントの無機繊維を含む。ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタは、少なくとも約９０重量パーセントの無機繊維を含む。
【００４４】
キャンドルフィルタは、結合剤または２種類以上の結合剤の混合物を更に含む。適当な結合剤としては、有機結合剤、無機結合剤および／またはこれらの組み合わせが挙げられる。ある特定の実施形態では、キャンドルフィルタは、１種類または２種類以上の有機結合剤を含む。適当な有機結合剤の例としては、天然樹脂、合性樹脂またはスターチが挙げられるが、これらには限定されない。
【００４５】
キャンドルフィルタは、有機結合剤に加えてまたは有機結合剤の代替物として、少なくとも１種類の無機結合剤を更に含むのが良い。無機結合剤は、セラミック繊維を結合する上で適合性があることが知られている結合剤のうちの任意のものであって良い。適当な無機結合剤としては、コロイド分散液、例えばコロイドシリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、亜鉛、マグネシアまたはこれらの混合物が挙げられるが、これらには限定されない。無機結合剤は、コロイドシリカの高い固形分の懸濁液、例えば３０％以上のシリカの形態をしているのが良い。
【００４６】
ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタは、０を超えて約２０重量パーセントまでの無機結合剤を含む。ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタは、０を超えて約１５重量パーセントまでの無機結合剤を含む。ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタは、０を超えて約１０重量パーセントまでの無機結合剤を含む。ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタは、０を超えて約５重量パーセントまでの無機結合剤を含む。ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタは、約２〜約１０重量パーセントの無機結合剤を含む。ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタは、約２〜約７重量パーセントの無機結合剤を含む。ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタは、約２〜約５重量パーセントの無機結合剤を含む。
【００４７】
無機結合剤は、粘土から成るのが良い。粘土は、焼成されても良くまたは焼成されなくても良く、かかる粘土は、アパタルジャイト、球状粘土、ベントナイト、ヘクトライト、カオリナイト、カイアナイト、モンモリロナイト、パリゴルスカイト、サポナイト、セピオライト、シリマナイト、またはこれらの組み合わせが挙げられるが、これらには限定されない。
【００４８】
キャンドルフィルタは、少なくとも１種類の凝集剤を含むのが良い。適当な凝集剤としては、カチオンでんぷんが挙げられる。ある特定の実施形態では、凝集剤は、アクリルラテックス、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコールおよび／またはポリアクリルアミドを含む。凝集剤は、スラリ中の凝集剤を結合させるのを助け、それによりキャンドルフィルタの最終的な機械的強度が高められる。
【００４９】
ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタは、約０以上で約２０重量パーセントまでの有機物含有分を含む。ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタは、約０以上で約１５重量パーセントまでの有機物含有分を含む。ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタは、約０以上で約１０重量パーセントまでの有機物含有分を含む。ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタは、約０以上で約５重量パーセントまでの有機物含有分を含む。ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタは、約２〜１５重量パーセントの有機物含有分を含む。ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタは、約２〜約１０重量パーセントの有機物含有分を含む。ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタは、約２〜約７重量パーセントの有機物含有分を含む。ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタは、約２〜約５重量パーセントの有機物含有分を含む。
【００５０】
キャンドルフィルタは、少なくとも１つの触媒を含むのが良い。少なくとも１つの触媒は、多数の機能を提供し、すなわち、かかる触媒は、２つまたは３つ以上の反応をオプションとして同時に促進することができる。変形例として、触媒の組み合わせを用いると多数の機能を達成することができる。触媒の種々の組み合わせをキャンドルフィルタの表面に塗布するとともに／あるいはキャンドルフィルタ壁の厚さプロフィールを全体にわたって実質的に一様に分布させることができる。
【００５１】
ある特定の実施形態では、キャンドルフィルタは、アルミノシリケート繊維、アンモニア安定化コロイドシリカ、および触媒材料から成る。コロイド金属酸化物のためのアルカリ金属安定剤が存在しないことにより、ある特定の触媒材料に対するプラスの影響を及ぼすことができ、それにより触媒効率が高まるとともに触媒キャンドルフィルタの有効動作寿命が延びる。
【００５２】
中空円筒形管で構成されたキャンドルフィルタは、耐熱性無機繊維、結合剤、およびキャリヤ液体、例えば水を含むスラリを減圧注型することによって形成されるのが良い。他の実施形態では、キャンドルフィルタは、耐熱性無機繊維、結合剤、凝集剤、およびキャリヤ液体、例えば水を含むスラリを減圧注型することによって形成された中空円筒形管で構成される。例示の実施形態では、無機繊維、凝集剤、無機結合剤溶液または懸濁液をキャリヤ液体と混合してスラリを形成し、このスラリを真空注型して未硬化管を形成する。
【００５３】
ある特定の実施形態では、諸成分のスラリを浸透性の円筒形／管形モールド上に湿式堆積させる。真空をモールドの開口端に加えて水分の大部分をスラリから抽出し、それにより、湿潤状態の、すなわち、結合剤が硬化する前における円筒形の「未硬化（green）」管を形成する。
【００５４】
未硬化管を約５０℃から約３００℃までの範囲、ある特定の実施形態では、約１００℃から約１５０℃までの範囲にある温度で乾燥させる。ある特定の実施形態では、未硬化管を乾燥オーブン内に配置し、その結果、剛性フィルタ要素が得られる。ある特定の実施形態では、未硬化管を１回または２回以上の乾燥サイクルに関してモールド上に依然として載せた状態で部分的に乾燥させる。未硬化管を更に乾燥させると剛性フィルタ要素を形成することができる。
【００５５】
未硬化管を真空または当該技術分野において知られている他の従来型乾燥方法によって乾燥させることができる。ある特定の実施形態では、真空乾燥前に剛性フィルタ要素を乾燥させると、余分の結合剤が除去され、それにより個々の繊維を被覆するのに十分な量が保持される。
【００５６】
剛性フィルタ要素を乾燥させたあと、かかる剛性フィルタ要素を室温まで乾燥させ、そして補助結合剤を含む溶液または懸濁液内に少なくとも１回接触させ、浸漬させまたは違ったやり方で浸軟させるのが良い。ある特定の実施形態では、剛性フィルタ要素を補助結合剤を含む溶液または懸濁液中に沈め、その結果、剛性フィルタ要素に飽和点まで補助結合剤を完全に含浸させるようにする。他の実施形態では、剛性フィルタ要素に補助結合剤を部分的に含浸させる。次に、含浸状態の剛性フィルタ要素を上述の手順に従って乾燥させるのが良い。
【００５７】
ある特定の実施形態では、補助結合剤を含む溶液または混濁液を剛性フィルタ要素上に塗り広げ、はけ塗りし、吹き付けるとともに／あるいは被覆する。
【００５８】
補助結合剤を剛性フィルタ要素に塗布したあと、かかる剛性フィルタ要素を真空下で乾燥させるのが良い。ある特定の実施形態では、剛性フィルタ要素に負圧および高い温度で真空乾燥を施す。初期真空乾燥ステップ後、剛性フィルタ要素を更に当該技術分野において知られている他の従来型乾燥方法によって乾燥させるのが良い。
【００５９】
ある特定の実施形態では、真空乾燥では、剛性フィルタ要素を垂直位置に位置決めし、温風を剛性フィルタ要素の外面に吹き付け、そして真空を剛性フィルタ要素の開口端に加える。真空は、温風を剛性フィルタ要素の壁から引き出して補助結合剤がキャンドルフィルタの「高温」外面に向かって移動するのを阻止する。これは、乾燥中における補助結合剤の相当な変位または移動を阻止し、その結果、高温剛性フィルタ要素を乾燥させたときに結合剤の密度がキャンドルフィルタ壁の厚さプロフィール全体にわたってほぼ同一であるようにする。
【００６０】
ある特定の実施形態では、補助結合剤を含浸させた剛性フィルタ要素の乾燥に続き、フランジ領域に補助結合剤を再び含浸させるのが良く、それによりキャンドルフィルタのこの区分を一段と強化し、次に上述したように乾燥させるのが良い。
【００６１】
補助結合剤を含む溶液をこれに真空乾燥ステップを施す前および／または後に剛性フィルタ要素に多数回にわたって塗布するのが良い。ある特定の実施形態では、補助結合剤を含む溶液をキャンドルフィルタのフランジおよび／または濾過区分に少なくとも２回塗布する。この追加の浸漬ステップにより、キャンドルフィルタのフランジおよび／または濾過区分の厚さプロフィール全体にわたる密度および強度が高くなる。
【００６２】
補助結合剤は、シリカ、アルミナ、チタニア、亜鉛、マグネシア、ジルコニア、またはこれらの組み合わせから成る群から選択されたコロイド金属酸化物分散液から成るのが良いが、これには限定されない。
【００６３】
適当な補助結合剤は、コロイドシリカ溶液を含むがこれには限定されない。この関係で、「溶液」という用語は、コロイド無機酸化物を含むスラリまたは分散液を含むことが意図されている。コロイド無機酸化物の市販の調合物、一例を挙げるとエコラブ・インコーポレイテッド（Ecolab, Inc.）の全額出資の子会社であるナルコ・ホールディング・カンパニー（Nalco Holding Company）から入手できるＮＡＬＣＯのコロイドシリカを利用するのが良いが、これには限定されない。
【００６４】
ある特定の実施形態では、コロイドシリカ溶液は、１０％のシリカを超える重量パーセントの固形分を有する。ある特定の実施形態では、コロイドシリカ溶液は、高い固形分、例えば３０％以上のシリカを含む。ある特定の実施形態では、コロイドシリカ溶液は、高い固形分、例えば３５％以上のシリカを含む。ある特定の実施形態では、コロイドシリカ溶液は、高い固形分、例えば４０％以上のシリカを含む。コロイドシリカ溶液が３０〜５５％の固形分を含む場合、その結果として１０から３０未満の重量パーセントのシリカ固形分を含む従来型コロイド溶液と比較すると、特に、結果として得られる懸濁フィルタの良好な結合および機械的強度が得られる。
【００６５】
コロイド無機酸化物溶液組成物は、水の重量を除き、約３０〜１００重量％のコロイド無機酸化物を含むのが良い。ある特定の実施形態では、コロイド無機酸化物溶液は、約５０〜約９０％のコロイド無機酸化物を含むのが良く、他の実施形態では、８０〜１００％のコロイド無機酸化物を含むのが良い。さらに別の実施形態では、コロイド無機酸化物溶液組成物は、１００重量％のコロイド無機酸化物を含む。
【００６６】
コロイド金属酸化物溶液のコロイドは、１０〜３００ナノメートルの中央粒径を有するのが良い。ある特定の実施形態では、コロイドは、１０〜７０ナノメートルの中央粒径を有する。コロイド金属酸化物溶液は、様々な粒径のゾルを含むことができる。
【００６７】
ある特定の実施形態では、補助結合剤と未硬化管を形成するために耐熱性繊維に初期スラリ状態で用いられる少なくとも１つの結合剤は、実質的に互いに異なる。別の実施形態では、補助結合剤と少なくとも１つの結合剤は、実質的にほぼ同じである。
【００６８】
ある特定の実施形態では、少なくとも１つの結合剤および／または補助結合剤は、アンモニア安定化される。ある特定の実施形態では、少なくとも１つの結合剤および／または補助結合剤は、アンモニア安定化コロイドシリカ分散液から成る。アンモニア安定化分散液は、ナトリウム安定化コロイド分散液のための６００ｐｐｍと比較して、３０ｐｐｍ未満の固形分を有することができる。
【００６９】
従来型乾燥方法の実施中、結合剤は、キャンドルフィルタの「高温」外面に移動する傾向があり、それによりこの外面のところに過度の結合剤の蓄積が生じるとともにキャンドルフィルタ壁の厚さプロフィール全体にわたって不十分な量の結合剤が残る。補助結合剤を含む溶液中に剛性フィルタ要素を浸漬させ、次に真空乾燥によって真空フィルタ要素を乾燥させる「硬化」ステップは、この結合剤移動を阻止する。含浸ステップにより、補助結合剤を剛性フィルタ要素壁の厚さ全体にわたって一様に分布させることができ、真空乾燥ステップは、その一様性を維持する。
【００７０】
真空乾燥における条件、例えばキャンドルフィルタの表面（内面、外面、または内面と外面の両方）に加えられる正圧または負圧の大きさを調節することができるようにすることにより、キャンドルフィルタ壁の厚さプロフィール全体にわたる結合剤の移動度を制御する迅速であって簡単でありかつ再現性のある方法の実現が可能である。結果として得られるキャンドルフィルタは、一様な強度、一様な密度、および一様な相対可撓性を備えることを特徴としている。
【００７１】
硬化ステップは、キャンドルフィルタの全体的強度を増大させるだけでなく、その亀裂偏向および相対可撓性を増大させる。強度と可撓性の増大の組み合わせの結果として、先行技術のキャンドルフィルタと関連したこれまでの脆弱さに関する問題を大幅に回避することができる。この方法はまた、キャンドルフィルタの耐引き裂き性を著しく向上させ、それによりキャンドルフィルタを指定された寸法に容易に切断することができる。この方法により付与される硬度および強度の増大により、有利には、キャンドルフィルタを特定の用途によって要求される場合のある厳密な公差に合わせて機械加工することができる。機械加工は、当該技術分野において従来知られている方法を伴う場合がある。
【００７２】
硬化ステップにより、補助結合剤は、キャンドルフィルタ壁の厚さプロフィール全体にわたって少なくとも実質的に分布したままでいることができる。この方法の結果として、本明細書において説明した硬化ステップを受けてはいないキャンドルフィルタと比較して、全体的強度、靱性、耐熱衝撃性および可撓性が増大する。また、キャンドルフィルタの強度および可撓性の増大により、長い（従来の３メートルキャンドルフィルタと比較して６メートルを超える）管の製造が可能である。３メートルを超えるキャンドルフィルタの長さの増大により、キャンドルフィルタの全体的効率がその体積および表面積の増大に起因して高くなる。
【００７３】
ある特定の実施形態では、剛性フィルタ要素は、８０％を超える多孔率を有する。他の実施形態では、剛性フィルタ要素は、約８２．５％を超える多孔率を有する。さらに別の実施形態では、剛性フィルタ要素は、約８２．５％〜約８６．５％の多孔率を有する。
【００７４】
ある特定の実施形態では、最終のキャンドルフィルタの多孔率は、約８３パーセント以上であり、これは、キャンドルフィルタがガス流中の粒子状物質を分離することができるのに十分である。互いに異なる空気速度でフィルタ前後の圧力降下を測定することによってキャンドルフィルタの透過性を試験した。キャンドルフィルタは、５ｋＰａから１４ｋＰａまでの範囲の透過率（圧力降下）を有していた。ある特定の実施形態では、キャンドルフィルタは、約４パーセント以下の強熱減量を示した。
【００７５】
ある特定の実施形態では、キャンドルフィルタのフランジ区分は、約０．０３〜約０．３メートルの直径および約０．０１〜約０．０５メートルの長さを有するのが良い。キャンドルフィルタの濾過区分は、約０．０１〜約０．２メートルの直径および最大約６メートルを超える長さ、ある特定の実施形態では、約３〜６メートルの長さを有するのが良い。濾過区分は、約０．０１〜約０．０５メートルの壁厚を有するのが良い。キャンドルフィルタの有効表面積は、ある特定の実施形態では約０．１０〜約２．０平方メートルである。剛性フィルタ要素の密度は、約３００〜４００ｋｇ／ｍ3である。
【００７６】
ある特定の実施形態では、キャンドルフィルタは、毎分最大約３メートルの濾過速度を有する。キャンドルフィルタの細孔を通過する清浄化され／濾過されたガスは、代表的には、１平方メートル当たり１ミリグラム未満の粒子状物質を含む。
【００７７】
従来型キャンドルフィルタ要素に液体を含む触媒材料を含浸させて乾燥させた。触媒材料を主としてフィルタ壁の厚さの残部にではなくフィルタの表面のところに位置させた。本発明の方法の方法に従って含浸させて真空乾燥させたフィルタに関し、キャンドルフィルタ壁の厚さ全体にわたる触媒の分布が存在した。触媒がフィルタ壁全体にわたって分布したキャンドルフィルタの触媒活動度は、他のキャンドルフィルタと比較して高められた。
【００７８】
〔形態１〕
内面および外面を有する壁を備えた中空円筒形管を有するキャンドルフィルタであって、上記中空円筒形管は、
耐熱性無機繊維、少なくとも１つの結合剤、およびオプションとして補助結合剤を含み、上記少なくとも１つの結合剤および上記オプションとしての補助結合剤は、上記キャンドルフィルタ壁の厚さ全体にわたって実質的に一様に分布しており、上記少なくとも１つの結合剤および上記オプションとしての補助結合剤は、アンモニア安定化コロイド金属酸化物から成る第１の実施形態としてのキャンドルフィルタが提供される。
〔形態２〕
内面および外面を有する壁を備えた中空円筒形管を有するキャンドルフィルタであって、上記中空円筒形管は、
耐熱性無機繊維、少なくとも１つの結合剤、および補助結合剤を含み、上記少なくとも１つの結合剤および上記補助結合剤は、上記キャンドルフィルタ壁の厚さ全体にわたって実質的に一様に分布しており、上記少なくとも１つの結合剤および上記補助結合剤は、アンモニア安定化コロイド金属酸化物から成る第２の実施形態としてのキャンドルフィルタもまた提供される。
〔形態３〕
内面および外面を有する壁を備えた中空円筒形管を有するキャンドルフィルタであって、上記中空円筒形管は、
耐熱性無機繊維、少なくとも１つの結合剤、および補助結合剤を含み、上記少なくとも１つの結合剤および上記補助結合剤は、上記キャンドルフィルタ壁の厚さ全体にわたって実質的に一様に分布しており、上記少なくとも１つの結合剤および上記補助結合剤は、コロイド金属酸化物から成る第３の実施形態としてのキャンドルフィルタが更に提供される。
〔形態４〕
フランジ区分および濾過区分を有し、上記フランジ区分の厚さは、上記濾過区分の厚さよりも大きいのが良い、形態１〜３のうちいずれか一に記載のキャンドルフィルタ。
〔形態５〕
フランジ区分および濾過区分を有し、上記フランジ区分の密度は、上記濾過区分の密度よりも高いのが良い、形態１〜４のうちいずれか一に記載のキャンドルフィルタ。
〔形態６〕
上記コロイド金属酸化物は、シリカ、アルミナ、チタニア、亜鉛、マグネシア、ジルコニア、またはこれらの組み合わせから成る群から選択されるのが良い、形態１〜５のうちいずれか一に記載のキャンドルフィルタ。
〔形態７〕
上記コロイド金属酸化物は、コロイドシリカを含むのが良い、形態６記載のキャンドルフィルタ。
〔形態８〕
少なくとも１つの凝集剤を更に含むのが良い、形態１〜７のうちいずれか一に記載のキャンドルフィルタ。
〔形態９〕
上記少なくとも１つの凝集剤は、カチオンでんぷんを含むのが良い、形態８記載のキャンドルフィルタ。
〔形態１０〕
上記コロイド金属酸化物は、アルカリ金属安定剤を含んでいないのが良い、形態１〜９のうちいずれか一に記載のキャンドルフィルタ。
〔形態１１〕
上記キャンドルフィルタは、８０％を超える多孔率を有するのが良い、形態１〜１０のうちいずれか一に記載のキャンドルフィルタ。
〔形態１２〕
上記多孔率は、８２．５％以上であるのが良い、形態１１記載のキャンドルフィルタ。
〔形態１３〕
上記多孔率は、８２．５〜８６．５％であるのが良い、形態１１記載のキャンドルフィルタ。
〔形態１４〕
少なくとも１つの触媒材料を更に含むのが良い、形態１〜１３のうちいずれか一に記載のキャンドルフィルタ。
〔形態１５〕
上記少なくとも１つの触媒材料は、上記キャンドルフィルタ壁の厚さ全体にわたって実質的に一様に分布しているのが良い、形態１４記載のキャンドルフィルタ。
〔形態１６〕
上記耐熱性無機繊維は、高アルミナ多結晶繊維、耐火セラミック繊維、アルミナ‐シリケート繊維、アルミナ‐マグネシア‐シリケート繊維、カオリン繊維、カルシウムアルミネート繊維、アルカリ土類シリケート繊維、カルシア‐マグネシア‐シリケート繊維、マグネシア‐シリケート繊維、Ｓ‐ガラス繊維、Ｓ２‐ガラス繊維、Ｅ‐ガラス繊維、石英繊維、シリカ繊維またはこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つから成るのが良い、形態１〜１５のうちいずれか一に記載のキャンドルフィルタ。
〔形態１７〕
上記耐火セラミック繊維は、約３０〜約７０重量パーセントアルミナおよび約３０〜約７０重量パーセントシリカの繊維化生成物から成るアルミノ‐シリケート繊維を含むのが良い、形態１６記載のキャンドルフィルタ。
〔形態１８〕
生体内溶解性繊維は、約６０重量パーセントから約９０重量パーセントまでのシリカおよび０重量パーセントを超えて約３５重量パーセントまでのマグネシアの繊維化生成物から成るマグネシア‐シリケート繊維を含むのが良い、形態１６記載のキャンドルフィルタ。
〔形態１９〕
生体内溶解性繊維は、約４５重量パーセントから約９０重量パーセントまでのシリカおよび０重量パーセントを超えて約４５重量パーセントまでのカルシア、および０重量パーセントを超えて約３５重量パーセントまでのマグネシアの繊維化生成物から成るカルシア‐マグネシア‐シリケート繊維を含むのが良い、形態１６記載のキャンドルフィルタ。
〔形態２０〕
上記キャンドルフィルタは、
モールド内で円筒形未硬化管を形成するよう上記耐熱性無機繊維、上記少なくとも１つの結合剤、およびキャリヤ液体を含むスラリを減圧注型するステップ、
上記円筒形管を乾燥させて剛性フィルタ要素を形成するステップ、
上記剛性フィルタ要素を上記補助結合剤を含む溶液または懸濁液で少なくとも１回浸軟させるステップ、および
上記補助結合剤の移動を阻止するのに十分な圧力で上記剛性フィルタ要素を真空乾燥させ、上記補助結合剤が上記キャンドルフィルタ壁の厚さ全体にわたって少なくとも実質的に一様に分布した状態のままであるようにするステップを含む方法によって得られるのが良い、形態１〜１９のうちいずれか一に記載のキャンドルフィルタ。
〔形態２１〕
キャンドルフィルタを製作する方法であって、水性スラリを調製するステップおよび上記水性スラリを円筒形／管形のモールドに接触させるステップを含み、上記スラリは、耐熱性無機繊維および少なくとも１つの結合剤を含み、
上記スラリを上記モールド上に減圧注型してフランジ区分および濾過区分を備えた円筒形未硬化管を形成するステップと、
上記円筒形未硬化管を乾燥させて剛性フィルタ要素を形成するステップと、
上記剛性フィルタ要素を、補助結合剤を含む溶液に少なくとも一度接触させるステップと、
上記補助結合剤の移動を阻止するのに十分な圧力で上記剛性フィルタ要素を真空乾燥させて上記補助結合剤が上記キャンドルフィルタ壁の厚さ全体にわたって少なくとも実質的に一様に分布したままであるようにするステップとを含む方法が更に提供される。
〔形態２２〕
上記補助結合剤溶液は、上記剛性フィルタ要素に、オプションとして上記剛性フィルタ要素の上記フランジ区分に再塗布されて上記補助結合剤の移動を阻止するのに十分な圧力で追加の時点で真空乾燥させられ、その結果、上記補助結合剤は、上記キャンドルフィルタ壁の厚さ全体にわたって少なくとも実質的に一様に分布したままであるようになるのが良い、形態２１記載の方法。
〔形態２３〕
上記剛性フィルタ要素は、上記補助結合剤を含む上記溶液中で実質的に完全に浸軟されるのが良い、形態２１または２２記載の方法。
【００７９】
キャンドルフィルタ、およびキャンドルフィルタの調製方法を種々の実施形態と関連して説明したが、同一の機能を実行するための他の類似の実施形態を用いることができまたは上述の実施形態に対する改造および追加を実施することができることは理解されるべきである。本明細書において説明した実施形態は、例示であるに過ぎず、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく変形例および改造例を想到できることは理解されよう。さらに、開示した実施形態は全て、必ずしも変形例の状態である必要はなく、と言うのは、種々の実施形態を組み合わせて所望の結果を得ることができるからである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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