JP3400829B2

JP3400829B2 - モノリス型セラミックフィルター

Info

Publication number: JP3400829B2
Application number: JP20288293A
Authority: JP
Inventors: 浩寄田; 久富田口; 裕二亀井
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 1992-07-23
Filing date: 1993-07-23
Publication date: 2003-04-28
Anticipated expiration: 2018-04-28
Also published as: JPH0686918A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高瀘過面積、低瀘過抵
抗を実現できるハニカム形状をした、精密瀘過、限外瀘
過、逆浸透等に使用するモノリス型セラミックフィルタ
ーに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、コンパクトで高瀘過面積のセラミ
ックフィルターを実現するために、様々な研究が成さ
れ、多孔質セラミックスから成るハニカム形状のモノリ
ス型セラミックフィルターが提案されている。

【０００３】モノリス型セラミックフィルターにおいて
は、供給液通路表面に形成された瀘過膜によって瀘過さ
れた瀘液は、隔壁内を外壁方向に流れ、外壁よりフィル
ター外に排出される。そのため、隔壁内の瀘液の流量
は、外壁に近付くほど多くなる。

【０００４】従来のハニカム形状をしたセラミックフィ
ルターでは、その隔壁の厚さは一定である。そのため外
壁に近い部分では隔壁内の瀘液流速は著しく大きくなる
から、その流動抵抗が著しく大きくなり、瀘過速度が制
限されることになる。この事は、瀘過面積が大きくなる
ほど顕著に現れる。このため、高瀘過面積のセラミック
フィルターは、工業的には実用が困難であった。

【０００５】これを解決するため瀘液導管を備えたセラ
ミックフィルター等（特公表平０１−５０１５３４号公
報、特公表平０３−５００３８６号公報）が提案されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の特公表
公報に開示の瀘液導管を備えたセラミックフィルター等
は、構造が複雑であり、複雑な製造技術が必要とされ
る。即ち、これらのセラミックフィルターは、例えば、
モノリスハニカム構造体に付加的な複雑な加工を必要と
するか、又は、多数のハニカム部材（スラブ）を組合せ
てフィルターに一体化するための複雑な工程を必要とす
る。これらの点は、工業的量産の上で大きな欠点をな
す。

【０００７】本発明の第１の目的は、上記問題点を解決
し、隔壁内における瀘液の流動抵抗の増大を抑え、瀘過
速度が制限されることのない、高瀘過面積のセラミック
フィルターを提供することである。

【０００８】本発明のさらなる目的は、さらに工業的に
量産が容易な高濾過面積のセラミックフィルターを提供
することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、押出成
形により成形でき貫通孔であるハニカムセルの軸が押出
方向に平行である多孔質ハニカム構造体のセラミックフ
ィルターであり、前記ハニカム構造体の隔壁の一部を、
前記構造体の前記ハニカムセルの軸に直交する方向に存
在する外壁面に端面を露出し他の隔壁より厚い隔壁であ
る、濾液の流動抵抗緩和部とすることを特徴とするモノ
リス型セラミックフィルターにより、上記目的を達成す
ることができる。（基本構成）

【００１０】流動抵抗緩和部は、好ましくは、前記ハニ
カム構造体の前記外壁面に達する瀘液排出孔を有する。
また上記流動抵抗緩和部により、瀘液の流動抵抗の増大
を抑えることができる。

【００１１】また、上記瀘液排出孔により、瀘液の流動
抵抗の増大をさらに抑えることができる。（第２の構
成）

【００１２】なお、多孔質ハニカム構造体を骨格とし
て、そのセル表面により細い孔径の瀘過膜を設けること
ができ、この濾過膜はセラミック膜とすることが好まし
い。さらに、この濾過膜とハニカム構造体との間にこれ
らの中間の孔径を有する１以上の中間層を設けることが
できる。

【００１３】

【発明の概要】コンパクトで、高瀘過面積のセラミック
フィルターとしてハニカム型が有効であるが、前述のご
とく、瀘液の流動抵抗が著しく大きくなるため、瀘過速
度が制限され、高瀘過面積のハニカム型セラミックフィ
ルターの工業的使用は困難であった。本発明は、瀘液の
流動抵抗の増加を押さえる事により、瀘過速度の制限が
解消された高瀘過面積のモノリス型セラミックフィルタ
ーである。

【００１４】ハニカム構造体の外壁面は、平行セル型ハ
ニカム構造の場合、ハニカムセル（貫通孔）の軸に直交
する横方向の外壁面をいう。このモノリス型セラミック
フィルターは押出成形により簡単に製造できる基本的利
点がある。また、この厚い隔壁は、ハニカム構造体の強
度の補強にも大きく資する。なお、クロスフロー型ハニ
カム構造の場合にも、本発明の基本構成は適用でき、第
２の構成の場合も同様である。

【００１５】また、瀘液排出孔は、厚い隔壁部内に形成
できるので、やはり製造が容易である。

【００１６】隔壁内の瀘液の流動抵抗（圧力損失Δｐ）
は、Ｋｏｚｅｎｙ−Ｃａｒｍｅｎの式

【数１】により示される。

【００１７】

【数２】であるから、

【数３】となる。Ｑ流量Ａ断面積 ε 気孔率 Δｐ圧力損失 κ 定数Ｌ距離 μ 粘度Ｓ表面積Ｄ細孔径

【００１８】この式によれば、瀘液の流動抵抗を下げる
ためには、断面積Ａを大きくする、細孔径Ｄを大きくす
る、距離Ｌを小さくする、気孔率εを大きくする等が考
えられる。本発明は、これらの知見に基づいて成された
ものである。すなわち、図１〜３にも示すように、外壁
（１３）に通じる隔壁の一部を瀘液通路用に厚くした部
分（流動抵抗緩和部）（１２）により、断面積Ａを大き
くし、外壁面に達する瀘液排出用の穴（１４）により、
距離Ｌを小さくしたものである。

【００１９】

【好適な実施態様】本発明のモノリス型セラミックフィ
ルターは、ハニカム構造体の隔壁の一部を厚壁として流
動抵抗緩和部としたものである。これは、例えば、図１
に示すように、所定ピッチ毎に隔壁（セル壁）を厚くし
て形成、配設できる。最も簡単な例は図１のような平行
配置であるが図１においてさらに縦方向にも厚壁部を付
加できる。この場合、たて、横同ピッチとすれば、ハニ
カム強度のバランス上好ましく、特に押出成形時に坏土
の吐出圧力が均一となり、焼成時の変形の防止上好まし
い。

【００２０】その他、流動抵抗緩和部は、ハニカム横断
面内において任意のパターンで配置、分配できる。外壁
に連続していれば曲折していても直線でもどのようなパ
ターンでもよく、例えば、ハニカム横断面の中心部を除
いて、形成してもよく、外壁面から、必要に応じ内方へ
短く延びるものでもよい。

【００２１】流動抵抗緩和部は、ハニカム構造体の隔壁
の一部から成るものであり、その厚さは他の隔壁より厚
く、前記構造体の外壁面に端面を露出している。流動抵
抗緩和部の厚さは、好ましくは、他の隔壁の厚さの１．
５〜１０倍とし、さらに好ましくは２〜５倍にする。な
お、一般に流動抵抗緩和部の厚さは、薄いと流動抵抗の
緩和の効果が小さくなり、厚いと瀘過面積が小さくな
る。この厚さは、フィルター（ハニカム構造体）の大き
さと濾過膜の細孔径の大きさ、瀘過する原液の性状によ
り最適値が求められる。一般には、フィルターが大きい
ほど厚くなり、濾過膜の細孔径が小さいほど薄くなり、
また瀘過抵抗の小さい原液ほど厚くなる、という傾向が
ある。要はフィルターユニット当りの瀘液量を最大とす
る様にすることである。

【００２２】１．５倍以下では、流動抵抗緩和部の効果
が小さいからである。また、１０倍以上では、フィルタ
ーの単位体積当りの濾過面積が小さくなるため、フィル
ターの瀘過処理能力が低下するからである。従って２〜
５倍が通常の条件では好ましいことになる。

【００２３】ハニカム構造体は、好ましくは１μｍ〜１
００μｍ（より好ましくは５μｍ〜２０μｍ）の平均細
孔径をもつ多孔質セラミックスで形成したハニカム構造
の支持体に、平均細孔径５０オングストロームから５μ
ｍの多孔質セラミックスからなる瀘過膜を形成したもの
にすることが好ましい。

【００２４】但し、必要に応じセラミックス以外の材質
の濾過膜を用いるか、或いは多孔質セラミックス濾過膜
にさらに付加することができる。

【００２５】また、ハニカム構造体は、上記ハニカム構
造の支持体と瀘過膜の間に、必要に応じ、その中間の平
均細孔径を持った１以上の中間層を形成したものにする
ことができる。支持体とセラミック濾過膜との中間の大
きさの細孔径のセラミック中間層を設けることにより、
セラミック濾過膜の、クラック・ピンポールの発生を防
止でき濾過精度を向上できる効果がある。なおこの場
合、中間層の部分に相当する濾過抵抗の増加のため、純
粋透過流速は中間層の無いフィルターに比べやや小さく
なる。しかし、要求瀘過精度によっては、瀘過膜を形成
せずにハニカム構造の支持体だけにしてもよい。

【００２６】中間層を含むフィルターの一例は次の通り
である。＊ハニカム構造の支持体：隔壁の厚さ＝１ｍｍ、流動抵
抗緩和部の厚さ＝４ｍｍ、セルの大きさ＝２ｍｍ、隔壁
のピッチ３〜４セル毎。＊中間層の平均細孔径＝１．０μｍ＊セラミック濾過膜の平均細孔径＝０．２μｍ

【００２７】外壁面（外周面）へ開口する瀘液排出用の
穴（１４）は、適当数（好ましくは所定ピッチで）設け
る。セル軸と直交する方向が、流出抵抗低下と穴明け加
工のためには望ましい。

【００２８】ハニカム構造の支持体の製造方法の一例と
しては、以下のようである。

【００２９】適当な粒子径をしたセラミック原料に有機
バインダー、水を添加し混練し押し出し坏土とする。必
要に応じて、無機結合剤として粘土、ガラス等を添加す
ることもできる。この坏土を所定の口金をもった押し出
し成形機にて押し出し成形し、乾燥後、焼成する。

【００３０】多孔質セラミックスの材質としては、アル
ミナ、シリカ、ジルコニア、ムライト、スピネル、コー
ディライト、炭素、炭化ケイ素、窒化ケイ素等とするこ
とができる。

【００３１】図１〜３のハニカム構造の支持体の瀘液供
給通路（１１）の表面に平均細孔径５０オングストロー
ムから５μｍの多孔質セラミックスからなる瀘過膜を形
成し、セラミックフィルターとなす。瀘過膜の製造方法
の一例を以下に示す。

【００３２】適当な粒子径のセラミックス原料（粉末ま
たはコロイド溶液）に水等の溶媒、有機バインダー、解
摎剤、ｐＨ調整剤等を添加して混合し、スリップを得
る。このスリップをハニカム構造の支持体の瀘液供給通
路（１１）の表面にコートし、乾燥後、焼成して、瀘過
膜を得る。瀘過膜の材質としては、アルミナ、ジルコニ
ア、チタニア等がある。

【００３３】なお、後述の実施例１、２においては、供
給液通路（セル）の断面形状は、正方形であり、外壁は
円筒形であるが、セル断面形状は三角形、六角形等の多
角形、円等の他の形状にすることもできる。また、供給
液通路（セル）の配置は実施例１、２では、方形である
が、ハニカム構造体セル断面形状及び外壁の形状に応じ
六角形、同心円状、放射状、ジグザグ状等の他の配置と
することもできる。ハニカム構造体の横断面の外形は
円、正方形、長方形その他の多角形にできる。

【００３４】

【実施例】

（実施例１）平均粒子径４０μｍのアルミナ１００重量
部、無機結合剤として、平均粒子径５μｍのガラス粉末
８重量部、有機バインダーとして、メチルセルロース７
重量部に水を所定量加えて混練し、押し出し用坏土とし
た。図１に示すような断面形状（但し、厚壁部の厚さは
図示の便宜上、誇張されている）となるような、口金を
持った押し出し成形機によって、押し出し成形後、乾燥
した。十分に乾燥した支持体を焼成炉にて、１２５０℃
にて焼成し、図１に示すハニカム構造の支持体が得られ
た。支持体の平均細孔径１０μｍ、支持体の直径１５０
ｍｍ、長さ１０００ｍｍ、隔壁の厚さ２ｍｍ、外壁に通
じる隔壁の一部を瀘液通路用に厚くした部分（流動抵抗
緩和部）（１２）の厚さ８ｍｍ、供給液通路の大きさは
１辺４ｍｍの正方形である。

【００３５】平均粒子径0.6μｍのアルミナ微粉末１０
０重量部、水７５重量部、有機バインダー（水溶性アク
リル樹脂、固形分３０％）４０重量部をポリ容器に入
れ、アルミナ玉石と共にボールミルにて２４時間攪拌混
合して、瀘過膜形成用スリップを得た。この瀘過膜形成
用スリップをハニカム構造の支持体の供給液通路の表面
に接触付着させ瀘過膜を形成後、乾燥させ、１２５０℃
にて焼成した。得られた瀘過膜の平均細孔径0.2μｍで
あった。

【００３６】この様にして得られたセラミックフィルタ
ーの差圧１ｋｇ／ｃｍ²における純水透過流速は、2.5ｍ
³／ｍ²ｈｒであった。

【００３７】（実施例２）図２〜３に示すように、ハニ
カム構造の支持体の流動抵抗緩和部（１２）に、前記流
動抵抗緩和部を貫通して外壁面に達する瀘液排出用の穴
（貫通孔）（１４）を複数もうけたこと以外は、実施例
１と同様に製作した。瀘液排出用の穴（１４）の大きさ
はφ４ｍｍで、同じ流動抵抗緩和部における貫通孔間の
間隔は１０ｃｍである。

【００３８】この様にして得られたセラミックフィルタ
ーの差圧１ｋｇ／ｃｍ²における純水透過流速は、2.7ｍ
³／ｍ²ｈｒであった。

【００３９】（比較例）図４に示すように、ハニカム構
造の支持体に、外壁に通じる隔壁の一部を瀘液通路用に
厚くした部分（流動抵抗緩和部）（１２）を設けなかっ
た以外は、実施例１と同様に製作した。この様にして得
られたセラミックフィルターの差圧１ｋｇ／ｃｍ²にお
ける純水透過流速は、1.9ｍ³／ｍ²ｈｒであった。

【００４０】（実施例３）図５〜図７に本発明において
可能な流動抵抗緩和部のパターン配置をハニカム端面図
として示す。なお、図５では太線部１２が厚い壁の部分
を示す。

【００４１】

【発明の効果】本発明のモノリス型セラミックフィルタ
ーは、押出成形により成形でき貫通孔であるハニカムセ
ルの軸が押出方向に平行である多孔質ハニカム構造体の
セラミックフィルターであるため、コンパクトで、瀘過
面積を大きくすることができ、実施例の純水透過流速の
データに示されるごとく、前記ハニカム構造体の隔壁の
一部を、前記構造体の前記ハニカムセルの軸に直交する
方向に存在する外壁面に端面を露出し他の隔壁より厚い
隔壁である、濾液の流動抵抗緩和部とすることにより、
隔壁内での瀘液の流動抵抗を小さくできるため、瀘過を
効率的に行うことができる。さらに、本発明のモノリス
型セラミックフィルターによれば、供給液通路の両端を
塞ぐという複雑な製造工程を必要とせず、押出成形によ
り大量かつ安価に製造可能となる。流動抵抗緩和部の厚
さは他のセル隔壁の厚さの１．５〜１０倍、特に２〜５
倍程度でよいため、ハニカム横断面の中で、濾過膜とし
て作用する有効瀘過面積を犠牲にすることなく、大きな
濾過面積を確保できる。また排出孔を形成する場合も厚
壁部に形成するので比較的容易である。また、目的とす
る瀘過の精度、瀘過する液の性状（粘度）等に応じてフ
ィルターの単位体積当り最大の瀘過流量を達成する前提
的条件が与えられ、所定の条件の組合せ選択により最も
有効な瀘過流量を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１のハニカム構造の支持体のハ
ニカム端面図

【図２】本発明の実施例２のハニカム構造の支持体のハ
ニカム端面図

【図３】図２のＡ−Ａ’線矢視断面図

【図４】比較例のハニカム構造の支持体の側面図

【図５】流動抵抗緩和部の配置の他の一例を示すハニカ
ム端面図

【図６】流動抵抗緩和部の配置の他の一例を示すハニカ
ム端面図

【図７】流動抵抗緩和部の配置の他の一例を示すハニカ
ム端面図

【符号の説明】

１１…供給液通路（セル）１２…外壁に通じる隔壁の一部を瀘液通路用に厚くした
部分（流動抵抗緩和部）１３…外壁面１４…瀘液排出用の穴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者亀井裕二愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番 36号株式会社ノリタケカンパニーリミテド内 (56)参考文献実開昭57−191421（ＪＰ，Ｕ) 特表平１−501534（ＪＰ，Ａ) 特表平３−500386（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 63/06 B01D 71/02 B01D 39/20 B01D 29/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】押出成形により成形でき貫通孔であるハニ
カムセルの軸が押出方向に平行である多孔質ハニカム構
造体のセラミックフィルターであり、前記ハニカム構造体の隔壁の一部を、前記構造体の前記
ハニカムセルの軸に直交する方向に存在する外壁面に端
面を露出し他の隔壁より厚い隔壁である、濾液の流動抵
抗緩和部とすることを特徴とするモノリス型セラミック
フィルター。
【請求項２】前記流動抵抗緩和部は、前記ハニカム構造
体の前記外壁面に達する濾液排出孔を有することを特徴
とする請求項１記載のモノリス型セラミックフィルタ
ー。
【請求項３】前記流動抵抗緩和部の厚さは、前記ハニカ
ム構造体の他のセル隔壁の厚さの２〜５倍である請求項
１又は２に記載のモノリス型セラミックフィルター。
【請求項４】前記流動抵抗緩和部の厚さは、前記ハニカ
ム構造体の他のセル隔壁の厚さの１．５〜１０倍である
請求項１又は２に記載のモノリス型セラミックフィルタ
ー。
【請求項５】前記ハニカム構造体が多孔質モノリスセラ
ミックスから成り、そのセル面にハニカム構造体の孔径
よりも小さな孔径を有する多孔質セラミック膜を有する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のモノ
リス型セラミックフィルター。
【請求項６】前記ハニカム構造体と多孔質セラミック膜
の間にこれらの中間の孔径を有する、多孔質中間層を有
する請求項５に記載のモノリス型セラミックフィルタ
ー。