(57)【要約】【課題】圧損が低くしかも粉塵捕集率が高いフィルタ本体を有したフィルタ装置を提供する。【解決手段】ガスは流入口１２から導入され、多孔質セラミックよりなるフィルタ本体２０にて除塵処理され、流出口３２から流出する。フィルタ本体２０は、比較的目が粗い第１領域２１、比較的目が細かい第３領域２３及び目の粗さがこれらの中間である第２領域２２との３領域を有している。このフィルタ本体は、セラミックスラリーに３次元網状骨格構造の合成樹脂発泡体を浸漬し、余剰泥漿を除去し、乾燥し、焼成炉で１０００〜１５００℃程度の温度で焼成して製造したものである。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に被処理流体の流入口を有し、他端に処理済流体の流出口を有した容器と、該容器内に配置されたフィルタ本体とを備えてなるフィルタ装置において、
該フィルタ本体は、外周面及び内周面を有し、流体が一方の周面から他方の周面に向って流通する筒形のセラミック多孔体よりなり、且つ該流体の流通方向において平均孔径に分布を有するものであることを特徴とするフィルタ装置。
【請求項２】
請求項１において、該フィルタ本体は、該流体の流通方向の下流側ほど平均孔径が小さいことを特徴とするフィルタ装置。
【請求項３】
請求項２において、流体が該フィルタ本体の外周面から内周面に向って流通されることを特徴とするフィルタ装置。
【請求項４】
請求項３において、該フィルタ本体には、平均孔径が同一である領域がフィルタ本体の筒軸方向と直交方向の断面において環状に存在することを特徴とするフィルタ装置。
【請求項５】
請求項４において、該フィルタ本体には、平均孔径の異なる環状領域が少なくとも２領域存在することを特徴とするフィルタ装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、該セラミック多孔体が、内部連通空間を有する３次元網状骨格構造の合成樹脂発泡体をセラミックスラリーに浸漬して上記合成樹脂発泡体にセラミックを付着せしめた後、乾燥、焼成して得られる３次元網状骨格構造のセラミック多孔体であることを特徴とするフィルタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルタ装置に係り、特に筒形のセラミック多孔体よりなるフィルタ本体を備えたフィルタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内部連通空間を有する３次元網状骨格構造の合成樹脂発泡体、例えばセル膜のない軟質ポリウレタンフォームをセラミックスラリーに浸漬し、セラミックをポリウレタンフォームの骨格に付着させ、これを乾燥、焼成することによって得られた３次元網状骨格を有するセラミック多孔体が知られている（例えば、特開平１１−２８５７８２号、特開２０００−１０９３７６号）。
【０００３】
このセラミック多孔体は、かさ比重が小さく、耐熱性が高く、不活性で、通気抵抗、即ち圧力損失が低い等の特徴を有するため、厨房用グリスフィルター、自動車キャビン用エアフィルタ等に用いられているが、これらの用途に使用するにあたっては圧力損失ができるかぎり低いことが求められている。
【０００４】
従来、圧力損失を小さくするには、ポリウレタンフォームへのセラミックスラリーの付着度合いを少なくし、目づまりをほとんどなくすことが行われていたが、セラミック多孔体の見かけ比重が小さくなり、強度面で問題があった。
【０００５】
また、セラミックスラリー中へ種々の有機系の界面活性剤、解膠剤などを添加して泥漿特性を調節する方法が採用されており、この方法によれば、骨格は太くなり、強度も大きくなるが、目づまりが多少生じ、圧力損失は十分には下がらないという問題がある。しかも、セラミック原料土のほか可燃消失の有機成分が多いため、得られたセラミック多孔体は気孔が多く残り、ポーラスな構造となる。このため、例えば含塵ガスのフィルタとして用いた場合、ポーラスな骨格のため、強度面で問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、除塵性能に優れると共に圧力損失が低いセラミック多孔体よりなるフィルタ本体を備えたフィルタ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のフィルタ装置は、一端に被処理流体の流入口を有し、他端に処理済流体の流出口を有した容器と、該容器内に配置されたフィルタ本体とを備えてなるフィルタ装置において、該フィルタ本体は、外周面及び内周面を有し、流体が一方の周面から他方の周面に向って流通する筒形のセラミック多孔体よりなり、且つ該流体の流通方向において平均孔径に分布を有するものであることを特徴とするものである。このように、流体の流通方向において平均孔径に分布を持たせることにより、除塵性能が向上すると共に、フィルタ本体の圧損上昇が低減される。
【０００８】
このフィルタ本体においては、流体の流通方向下流側ほど平均孔径を小さい構成とすることにより、除塵性能が向上する。
【０００９】
本発明のフィルタ装置に用いられているフィルタ本体は、平均孔径が同一である領域がフィルタ本体の筒軸方向と直交方向の断面において環状に存在することが好ましく、特に平均孔径の異なる環状領域が少なくとも２領域存在することが好ましい。
【００１０】
本発明のセラミック多孔体は、内部連通空間を有する３次元網状骨格構造の合成樹脂発泡体をセラミックスラリーに浸漬して上記合成樹脂発泡体にセラミックを付着せしめた後、乾燥、焼成して得られる３次元網状骨格構造のセラミック多孔体であることが好ましい。
【００１１】
本発明のフィルタ装置は、自動車キャビン内の空気を除塵処理するのに好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図１は実施の形態に係るフィルタ装置の断面図、図２はそのフィルタ本体の断面図である。
【００１３】
このフィルタ装置は、略円筒形の容器（キャニスタ）１０内にフィルタ本体２０を配置したものである。容器１０の先端面には被処理ガスの流入口１２が設けられている。
【００１４】
フィルタ本体２０は、支持板１６と容器１０の他端面との間に配置されている。この支持板１６は、略々円形の皿形状のものであり、外周縁が容器１０の内周面に当接している。この支持板１６の外周縁には通気用開口１６ａが設けられている。
【００１５】
支持板１６の中央には排気管３０の先端が固着されている。この排気管３０はフィルタ本体２０の中心孔内に挿通されている。排気管３０は多数の通気用開口３０ａが管壁に貫設された多孔管よりなる。この排気管３０の後端は、容器１０の後端面から突出している。該排気管３０の後端が処理済ガスの流出口３２となっている。
【００１６】
フィルタ本体２０は、円筒形状であり、容器１０と同軸的に配置されている。このフィルタ本体２０の外周面と容器１０の内周面との間、及びフィルタ本体２０の内周面と排気管３０の外周面との間には、それぞれ、通気用の間隙が存在している。
【００１７】
このフィルタ本体２０はセラミック多孔体よりなるものである。このセラミック多孔体は、好ましくは、上述したように、内部連通空間を有する３次元網状骨格構造の合成樹脂発泡体を基材として作られるものである。
【００１８】
このような合成樹脂発泡体としては、内部連通空間を有する３次元網状骨格構造を有すればいずれのものも使用できるが、軟質ポリウレタンフォーム、特にセル膜のない軟質ポリウレタンフォームが好適に使用できる。このセル膜のないポリウレタンフォームとしては、発泡時のコントロールによりセル膜をなくしたもの、あるいはアルカリ処理、熱処理、水圧処理等によりセル膜を除去したものが使用でき、セル数、空孔率その他の物性は用途に応じて選択することができる。
【００１９】
セラミック多孔体は、上述した合成樹脂発泡体をセラミックスラリーに浸漬し、合成樹脂発泡体にセラミックスラリーを付着せしめた後、乾燥、焼成し、該合成樹脂発泡体を熱分解又は焼却して得られる。
【００２０】
セラミックとしては、アルミナ、シリカ、コーディエライト等の酸化物セラミックのほか、炭化珪素、窒化珪素などの非酸化物セラミック、サイアロン等が挙げられる。
【００２１】
なお、セラミックスラリーの安定性を増加させるため粘土を配合することができる。この粘土としては、例えば木節粘土、蛙目粘土などが使用できる。また、配合量は全セラミック成分に対し０〜１５％とすることが好ましい。１５％より多く配合するとチクソトロピー指数が変化して目づまりの原因となる。
【００２２】
そのほかセラミックスラリーには必要に応じポリビニルアルコール、カルボキシルメチルセルロース等の結合剤を配合することによりチクソトロピー性を調整することもできる。
【００２３】
なお、セラミックスラリーの粘度は目的とするセラミック多孔体のセルの大きさなどに応じ、水の添加量を加減して調節することができる。
【００２４】
次に、上述したセラミックスラリーに３次元網状骨格構造の合成樹脂発泡体を浸漬し、余剰泥漿を除去し、乾燥し、焼成炉で１０００〜１５００℃程度の温度で焼成することにより、合成樹脂発泡体に対応したセル構造の内部連通空間を有する３次元網状骨格構造のセラミック多孔体を得ることができる。
【００２５】
このフィルタ本体２０は、外周面から内周面へ流体が流通される。この流通方向において、平均孔径が分布を有しており、好ましくは、流通方向下流側である内周側の平均孔径が小さくなるようにする。
【００２６】
このように平均孔径に分布を持たせるには、平均孔径が異なる、即ち目の粗さが異なる３次元網状骨格構造の合成樹脂発泡体筒状体を同軸的に係合させた筒状体を製作し、この筒状体をセラミックスラリーに浸漬し、余剰泥漿を除去し、乾燥し、焼成炉で焼成すればよい。
【００２７】
以下、図２を参照してフィルタ本体２０の好適構造についてさらに詳細に説明する。図２はフィルタ本体２０の筒軸方向と直交方向の断面図である。
【００２８】
このフィルタ本体２０は、円筒形状のものであり、上記の通り、外周面２４から内周面２５に向って流体として空気等のガスが流通される。このフィルタ本体２０は、比較的目が粗い第１領域２１、比較的目が細かい第３領域２３及び目の粗さがこれらの中間である第２領域２２との３領域を有している。第１領域２１は最外周に配置され、第３領域２３は最内周に配置され、第２領域２２はこれらの間に配置されている。
【００２９】
第１領域２１は空孔数が６〜２５個／２５ｍｍであり、空隙率が７５〜９０％であることが好ましい。
【００３０】
第２領域２２は空孔数が２７〜３５個／２５ｍｍであり、空隙率が８４〜８８％であることが好ましい。
【００３１】
第３領域２３は空孔数が３５〜４５個／２５ｍｍであり、空隙率が８２〜８６％であることが好ましい。
【００３２】
第１領域の径方向の厚さは、第１、第２、第３領域の合計の３８〜４６％が好ましく、第２領域の径方向の厚さは、第１、第２、第３領域の合計の３８〜４６％が好ましく、第３領域の径方向の厚さは、第１、第２、第３領域の合計の１１〜２２％が好ましい。
【００３３】
図１では３領域２１，２２，２３が設けられているが、２領域であってもよく、４領域以上であってもよい。ただし、製造コストと除塵特性とを勘案すると、３〜４領域程度が好ましい。
【００３４】
自動車キャビン用空気フィルタとして用いる場合、フィルタ本体２０の外径（直径）は１００〜３００ｍｍ程度が好ましく、内径（直径）は４０〜１２０ｍｍ程度が好ましい。フィルタ本体２０の筒軸方向の長さは、外径の０．５〜１．５倍程度が好ましい。空気の流通速度は０．１〜５ｍ／ｓｅｃ程度が好適である。
【００３５】
このように構成されたフィルタ装置にあっては、空気等のガスは流入口１２から導入され、フィルタ本体２０を通過して除塵処理された後、流出口３２から流出する。このフィルタ本体２０の圧損が小さいので、効率よく空気等のガスが処理される。
【００３６】
なお、図２に示すフィルタ本体２０と、比較例に係るフィルタ本体とについて行った圧損測定結果を次に説明する。
【００３７】
実施例のセラミック多孔体は次のようにして製造されたものである。
【００３８】
即ち、バイヤー法アルミナ９５重量部と、木節粘土５重量部と、ポリビニルアルコール４重量部と、水２０重量部とを混合してセラミックスラリーを調製した。
【００３９】
また、１インチ（２５ｍｍ）当たりセル数が２４個の外径２４．４ｃｍ、内径１９．３ｃｍ、長さ１０．２ｃｍの円筒形状を有するセル膜のない３次元網状骨格構造の軟質ポリウレタンフォーム（第１領域用）と、１インチ（２５ｍｍ）当たりセル数が３０個の外径１９．３ｃｍ、内径１４．２ｃｍ、長さ１０．２ｃｍの円筒形状を有するセル膜のない３次元網状骨格構造の軟質ポリウレタンフォーム（第２領域用）と、１インチ（２５ｍｍ）当たりセル数が４０個の外径１４．２ｃｍ、内径１２．２ｃｍ、長さ１０．２ｃｍの円筒形状を有するセル膜のない３次元網状骨格構造の軟質ポリウレタンフォーム（第３領域用）とを嵌め合わせてポリウレタンフォーム筒状体を製作した。この筒状体を上記スラリーに浸漬した。余分なスラリーを除去し、十分に乾燥し、次いで１３００℃で１０時間焼成を行ってセラミック多孔体を得た。このセラミック多孔体の平均孔径は、第１領域では１．０４ｍｍ、第２領域では０．８２ｍｍ、第３領域では０．６１ｍｍである。なお、焼成された後のフィルタ本体の外径は２４０ｍｍ、内径は１２０ｍｍ、長さは１００ｍｍ、第１領域の厚さは２５ｍｍ、第２領域の厚さは２５ｍｍ、第３領域の厚さは１０ｍｍである。
【００４０】
比較例１のフィルタ本体は、全体が上記第１領域のセラミック多孔体であり、比較例２のフィルタ本体は全体が第２領域のセラミック多孔体であり、比較例３のフィルタ本体は全体が第３領域のセラミック多孔体である。
【００４１】
各フィルタ本体に風速３ｍ／ｓｅｃにて含塵空気を流通させて圧損及び捕集率の経時変化を測定した。含塵空気としては、ＪＩＳ−１２種の粉塵を０．０８ｇ／ｍ３含むものを用いた。結果を次の表１に示す。
【００４２】
【表１】
2004114745.tif 000003
【００４３】
表１の通り、実施例１は総合的にみて圧損が低く粉塵捕集率が高い。
【００４４】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によると、圧損が低くしかも粉塵捕集率が高いフィルタ本体を備えたフィルタ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るフィルタ装置の断面図である。
【図２】図１のフィルタ装置のフィルタ本体の断面図である。
【符号の説明】
１０　容器
１６　支持板
２０　フィルタ本体
２１　第１領域
２２　第２領域
２３　第３領域
３０　排気管
【図１】
2004114745.tif 000004
【図２】
2004114745.tif 000005