JP2004074002A - Honeycomb filter and its production method - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、集塵用のフィルタとして好適に用いられるハニカムフィルタ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、化学、電力、鉄鋼、産業廃棄物処理をはじめとする様々な分野において、公害防止等の環境対策、高温ガスからの製品回収等の用途で用いられる集塵用のフィルタとして、耐熱性、耐食性に優れるセラミックからなるハニカムフィルタが用いられている。
【０００３】上記のような集塵用フィルタとして用いられるハニカムフィルタは、圧力損失が小さく、捕集効率が高いことが要求されるため、通常、比較的大きい平均気孔径の多数の細孔を有する多孔質体からなり、流体の流路となる複数のセルを有するハニカム状に形成された基材の細孔の開口部に、基材の細孔よりも平均気孔径の小さいフィルタ部を設けることが行われている。
【０００４】上記のようなフィルタ部を有するハニカムフィルタを製造する方法としては、例えば、基材の各セルに、コート粒子を分散媒に分散してなるスラリーを供給し、分散媒を基材の細孔から排出する（即ち、基材を構成する多孔質体によってスラリーを濾過する）とともに、コート粒子を基材に付着させてフィルタ部を形成し、次いで、焼成する方法等が挙げられる（以下、「スラリー直濾過法」と記す場合がある）。この方法によれば、例えば、図２（ａ）に示すような、コート粒子２３が基材２２表面の全てを被覆するフィルタ層２４が形成されたハニカムフィルタ２１、或いは、図２（ｂ）に示すような、コート粒子２３が、基材２２の細孔２２ａ内に充填され、基材２２の細孔２２ａ内にのみフィルタ部２５が形成されたハニカムフィルタ３１が製造される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の方法によって製造されたハニカムフィルタは、いずれも捕集効率は高いものの、圧力損失（通気圧損）が大きいという問題があった。従って、捕集効率が高く、かつ、圧力損失（通気圧損）が小さいハニカムフィルタは未だ見出されておらず、そのようなハニカムフィルタの開発が切望されていた。
【０００６】本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、捕集効率が高く、かつ、圧力損失（通気圧損）が小さいハニカムフィルタ及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の課題を解決するべく鋭意研究した結果、ハニカムフィルタのフィルタ部を、細孔の開口部及びその近傍を含む基材の表面の一部のみを覆うように配設されたコート粒子から構成することによって、上記目的を達成することができることを見出し、本発明を完成させた。即ち、本発明は、以下のハニカムフィルタ及びその製造方法を提供するものである。
【０００８】［１］ 多数の細孔を有する多孔質体からなり、流体の流路となる複数のセルを有するハニカム状に形成された基材と、前記細孔を通過する前記流体を濾過するフィルタ部とを備え、前記フィルタ部が、前記細孔の開口部及びその近傍を含む前記基材の表面の一部のみを覆うように配設されたコート粒子から構成されていることを特徴とするハニカムフィルタ。
【０００９】［２］ 前記コート粒子の平均粒子径ｄ（μｍ）と、前記基材の平均気孔径Ｄ（μｍ）とが、下記式（１）の関係を満たし、かつ、前記基材の単位濾過面積あたりの前記コート粒子の付着量Ｗ／Ｓ（ｇ／ｍ２）が、下記式（２）の関係を満たしている上記［１］に記載のハニカムフィルタ。
２／３Ｄ≦ｄ≦Ｄ …（１）
２０≦（Ｗ／Ｓ）≦４０ …（２）
（但し、Ｄ：基材の平均気孔径（μｍ）、ｄ：コート粒子の平均粒子径（μｍ）、Ｓ：基材の濾過面積（ｍ２）、Ｗ：コート粒子の付着量（ｇ））
【００１０】［３］ 多数の細孔を有する多孔質体からなり、流体の流路となる複数のセルを有するハニカム状に形成された基材の各セルに、コート粒子を分散媒に分散してなるスラリーを供給し、前記分散媒を前記基材の細孔から排出するとともに、前記コート粒子を前記基材の表面に付着させてフィルタ部を形成し、次いで、焼成するハニカムフィルタの製造方法であって、前記基材として、平均気孔径がＤ（μｍ）、濾過面積がＳ（ｍ２）の基材を用い、前記スラリーとして、平均粒子径ｄ（μｍ）が２／３Ｄ（μｍ）以上、Ｄ（μｍ）以下の前記コート粒子を分散媒に分散させてなるスラリーを用いるとともに、前記コート粒子を、前記基材の単位濾過面積あたりの前記コート粒子の付着量Ｗ／Ｓ（ｇ／ｍ２）が２０（ｇ／ｍ２）以上、４０（ｇ／ｍ２）以下となるように、前記基材の表面に付着させることを特徴とするハニカムフィルタの製造方法。
（但し、Ｄ：基材の平均気孔径（μｍ）、ｄ：コート粒子の平均粒子径（μｍ）、Ｓ：基材の濾過面積（ｍ２）、Ｗ：コート粒子の付着量（ｇ））
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明のハニカムフィルタは、ハニカムフィルタのフィルタ部を、細孔の開口部及びその近傍を含む基材の表面の一部のみを覆うように配設されたコート粒子から構成することとした。このようにすると、フィルタ部における濾過抵抗が極めて小さくなるため、高い捕集効率を維持したまま、圧力損失（通気圧損）を小さくすることができる。一方、図２（ａ）に示すような、コート粒子２３が基材２２表面の全てを被覆するフィルタ層２４を形成しているハニカムフィルタは、フィルタ層２４における濾過抵抗が比較的大きいため、また、図２（ｂ）に示すような、コート粒子２３が、基材２２の細孔２２ａ内に充填され、基材２２の細孔２２ａ内にのみフィルタ部２５が形成されているハニカムフィルタ３１は、フィルタ部２５における濾過抵抗が極めて大きいため、いずれも捕集効率は高いものの、圧力損失（通気圧損）が大きい。
【００１２】以下、本発明のハニカムフィルタ及びその製造方法の実施の形態を図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００１３】本発明のハニカムフィルタは、基材とフィルタ部とを備えている。基材は、多数の細孔を有する多孔質体からなる。本発明のハニカムフィルタにおいては、別途、流体を濾過する機能を有するフィルタ部を設けるため、基材としては、比較的平均気孔径の大きい多数の細孔を有する多孔質体が用いられる。材質は特に限定されないが、多数の細孔を有する多孔質体であることが必要であるため、通常は、セラミックからなる焼結体、特に、コージェライトからなる焼結体が好適に用いられる。コージェライトからなる焼結体は熱膨張係数が小さく、耐熱衝撃性や機械的強度に優れる点において好ましい。
【００１４】また、基材は、流体（気体や液体を意味する。集塵用フィルタの場合には気体）の流路となる複数のセルを有するハニカム状に形成されている。基材の形状については、流体の流路となる複数のセルを有するハニカム状である限りにおいて特に限定されないが、例えば、円筒状、四角柱状等の形状を挙げることができる。セル形状についても特に限定はされず、例えば、四角形、六角形等の形状を挙げることができる。このような基材は、例えば、適当な粘度に調整した坏土を、所望のセル形状、隔壁厚さ、セル密度を有する口金を用いて押出成形し、乾燥し、焼成する方法等により製造することが可能である。
【００１５】なお、基材としては、例えば、図３に示すような、複数のセル４３の入口側端面Ｂと出口側端面Ｃとを互い違いに目封じ部４２によって目封じした構造の基材４１が汎用される。このような構造の基材４１によれば、被処理ガスＧ１を入口側端面Ｂからセル４３に導入すると、ダストやパティキュレートが隔壁４４において捕集される一方、多孔質の隔壁４４を透過して隣接するセル４３に流入した処理済ガスＧ２が出口側端面Ｃから排出されるため、被処理ガスＧ１中のダストやパティキュレートが分離された処理済ガスＧ２を得ることができる。
【００１６】フィルタ部は、基材の細孔を通過する流体を濾過する機能を有する部分であり、通常は、基材の表面に、セラミックからなる微粉末のコート粒子を固着させることによって、基材の細孔より平均気孔径の小さいフィルタ部を形成する。特に、本発明のハニカムフィルタにおいては、フィルタ部を、細孔の開口部及びその近傍を含む基材の表面の一部のみを覆うように配設されたコート粒子から構成することとしている。
【００１７】本発明のハニカムフィルタは、基材の細孔を覆うようにコート粒子を配設する点においては、図２（ａ）に示す従来のハニカムフィルタ２１と同様であるが、コート粒子が細孔の開口部及びその近傍を含む基材の表面の一部のみを覆うように配設されている点が異なる。
【００１８】より具体的に説明すると、図２（ａ）に示す従来のハニカムフィルタ２１は、基材２２の細孔２２ａの開口部及びその近傍を含む基材２２の表面の全てを覆うようにコート粒子２３が層状にフィルタ部が形成されており（フィルタ層２４）、図２（ｂ）に示すハニカムフィルタ３１は、基材２２の細孔２２ａ内にのみコート粒子２３が充填されている。これに対し、図１に示すように、本発明のハニカムフィルタ１は、コート粒子３が細孔２ａの開口部及びその近傍を含む基材の表面の一部のみを覆うように配設されているので、基材２の表面の全てがコート粒子３によって被覆されてはおらず、細孔２ａ内にもコート粒子３が充填されていない。このような構成では、フィルタ部５における濾過抵抗が極めて小さいため、高い捕集効率を維持したまま、圧力損失（通気圧損）を小さくすることができる。また、コート粒子は、通常、基材と同材質の微粉末（例えば、コージェライト焼結体の粉砕物等）が用いられるが、このコート粒子は、粉砕、分級処理に手間がかかるため高コストである。本発明のハニカムフィルタは、高コストなコート粒子の使用量も必要最小限で済み、生産コストも低く抑えることができる。
【００１９】本発明のハニカムフィルタにおいては、コート粒子の平均粒子径ｄ（μｍ）と、基材の平均気孔径Ｄ（μｍ）とが、下記式（１）の関係を満たし、かつ、基材の単位濾過面積あたりのコート粒子の付着量Ｗ／Ｓ（ｇ／ｍ２）が、下記式（２）の関係を満たしていることが好ましい。
２／３Ｄ≦ｄ≦Ｄ …（１）
２０≦（Ｗ／Ｓ）≦４０ …（２）
（但し、Ｄ：基材の平均気孔径（μｍ）、ｄ：コート粒子の平均粒子径（μｍ）、Ｓ：基材の濾過面積（ｍ２）、Ｗ：コート粒子の付着量（ｇ））
【００２０】コート粒子の平均粒子径ｄ（μｍ）を２／３Ｄ（μｍ）以上（即ち、ｄ／Ｄを２／３以上）とすることにより、コート粒子が基材の細孔内に侵入し難くなり、フィルタの圧力損失が大きくなることを防止することができるとともに、ｄ（μｍ）をＤ（μｍ）以下（即ち、ｄ／Ｄを１以下）とすることにより、フィルタ部の平均気孔径は必要以上に大きくならず、ダスト等の捕集効率が低下することはない。
【００２１】なお、本発明においては、基材の平均気孔径Ｄ（μｍ）については、水銀圧入法により測定した値を使用し、コート粒子の平均粒子径ｄ（μｍ）については、ストークスの液層沈降法を測定原理とし、Ｘ線透過法により検出を行う、Ｘ線透過式粒度分布測定装置（例えば、島津製作所製セディグラフ５０００−０２型等）により測定した５０％粒子径の値を使用する。
【００２２】また、基材の単位濾過面積あたりのコート粒子の付着量Ｗ／Ｓ（ｇ／ｍ２）を上記範囲内とすると、基材細孔の開口部及びその近傍を覆うために適当なコート粒子量となる点において好ましい。一方、Ｗ／Ｓ（ｇ／ｍ２）が２０（ｇ／ｍ２）未満であると、基材細孔の開口部及びその近傍を覆うためには、コート粒子量が不足し、ダスト等の捕集効率が低下する点において好ましくなく、Ｗ／Ｓ（ｇ／ｍ２）が４０（ｇ／ｍ２）を超えると、基材細孔の開口部及びその近傍を覆うという観点からは、コート粒子量が過多となり、圧力損失（通気圧損）が大きくなる点において好ましくない。
【００２３】以下、本発明のハニカムフィルタの製造方法の実施の形態を図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００２４】本発明の製造方法においては、まず、多数の細孔を有する多孔質体からなり、流体の流路となる複数のセルを有するハニカム状に形成された基材の各セルに、コート粒子を分散媒に分散してなるスラリーを供給し、分散媒を基材の細孔から排出するとともに、コート粒子を基材に付着させてフィルタ部を形成する（スラリー直濾過法）。
【００２５】スラリー直濾過法は、基材を構成する多孔質体によって、スラリーを濾過するようにして、コート粒子を基材に付着させる方法であり、通常は、加圧力ないし減圧力を作用させて、差圧を生じさせた状態で基材の各セルにスラリーを供給する。具体的には、例えば、図４（ａ）に示すように、スラリータンク４５内のスラリーをマグネットスターラー４６で十分に撹拌して分散させた状態で、スラリーに加圧力を作用させる。こうすることにより、図４（ｂ）に示すように、基材４１の各セル４３にスラリーが供給され、分散媒が基材４１の細孔から排出されるとともに、基材４１にコート粒子が付着する。
【００２６】特に、本発明の製造方法においては、基材として、平均気孔径がＤ（μｍ）の基材を用いた場合には、スラリーとして、平均粒子径ｄ（μｍ）が２／３Ｄ（μｍ）以上、Ｄ（μｍ）以下のコート粒子を分散媒に分散させてなるスラリーを用いる。コート粒子の平均粒子径ｄ（μｍ）を２／３Ｄ（μｍ）以上とすることにより、コート粒子が基材の細孔内に侵入し難くなり、フィルタの圧力損失が大きくなることを防止することができるとともに、ｄ（μｍ）をＤ（μｍ）以下とすることにより、フィルタ部の平均気孔径は必要以上に大きくならず、ダスト等の捕集効率が低下することはない。
【００２７】スラリーにおけるコート粒子濃度（ｗ／ｗ）は、０．３％以上、２．０％以下であることが好ましく、０．５％以上、１．５％以下であることが更に好ましく、０．８％以上、１．０％以下であることが特に好ましい。コート粒子濃度（ｗ／ｗ）を上記範囲内とすると、コートに使用するスラリー量が少なくて済み、作業性がよいことに加え、コート粒子が基材に対して均一に付着する点において好ましい。即ち、コート粒子濃度（ｗ／ｗ）が上記範囲未満であると、コートのために使用するスラリー量が過多となり、作業性が悪化する点において好ましくなく、コート粒子濃度（ｗ／ｗ）が上記範囲を超えると、コート粒子が基材に対して均一に付着せず、付着にバラツキが生じる点において好ましくない。
【００２８】また、本発明の製造方法においては、基材として、濾過面積がＳ（ｍ２）の基材を用いた場合には、基材の単位濾過面積あたりのコート粒子の付着量Ｗ／Ｓ（ｇ／ｍ２）が２０（ｇ／ｍ２）以上、４０（ｇ／ｍ２）以下となるように、コート粒子を基材に付着させる。Ｗ／Ｓ（ｇ／ｍ２）を上記範囲内とすると、基材細孔の開口部及びその近傍を覆うために適当なコート粒子量となる点において好ましい。一方、Ｗ／Ｓ（ｇ／ｍ２）が２０（ｇ／ｍ２）未満であると、基材細孔の開口部及びその近傍を覆うためには、コート粒子量が不足し、ダスト等の捕集効率が低下する点において好ましくなく、Ｗ／Ｓ（ｇ／ｍ２）が４０（ｇ／ｍ２）を超えると、基材細孔の開口部及びその近傍を覆うという観点からは、コート粒子量が過多となり、圧力損失（通気圧損）が大きくなる点において好ましくない。Ｗ／Ｓ（ｇ／ｍ２）を２０（ｇ／ｍ２）以上、４０（ｇ／ｍ２）以下とするための具体的な方法としては、コート粒子濃度（ｗ／ｗ）とコートに使用するスラリー量を調整する方法が挙げられる。コート粒子濃度については、既述の如く、０．３％以上、２．０％以下の範囲内とすることが好ましく、コートに使用するスラリー量については、基材の被コートセルの総容積の３倍以上、６倍以下とすることが好ましい。
【００２９】上述のように、フィルタ部を形成した基材は、焼成することによりハニカムフィルタとする。焼成温度については、基材やコート粒子の材質により適宜設定すればよいが、基材、コート粒子ともコージェライトを用いている場合であれば、１３００〜１４００℃程度で焼成すればよい。
【００３０】
【実施例】以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら制限を受けるものではない。
【００３１】［１］ 基材
基材としては、端面が一辺１５０ｍｍの正方形、長さ５００ｍｍである四角柱状であり、平均気孔径１３〜１５μｍのコージェライトからなる焼結体を用いた。
【００３２】この基材は、流体の流路となる複数のセルを有するハニカム状に形成されており、セルピッチの異なる３種類のものを用意した。具体的には、▲１▼セル形状が四角形で、セルピッチは１０ｍｍ、隔壁厚さは１２００μｍ、セル密度は６．２５個／平方インチ、総セル数２２５セル、濾過面積Ｓが１．７ｍ２のもの（表１中、「基材Ａ」と記す）、▲２▼セル形状が四角形で、セルピッチは６ｍｍ、隔壁厚さは９００μｍ、セル密度は１６個／平方インチ、総セル数６２５セル、濾過面積Ｓが２．８ｍ２のもの（表１中、「基材Ｂ」と記す）、▲３▼セル形状が四角形で、セルピッチは４ｍｍ、隔壁厚さは６００μｍ、セル密度は３６個／平方インチ、総セル数１３６９セル、濾過面積Ｓが４．１ｍ２のもの（表１中、「基材Ｃ」と記す）を用意した。
【００３３】なお、上記の基材はいずれも、図３に示す基材４１のように、複数のセル４３の入口側端面Ｂと出口側端面Ｃとを互い違いに目封じ部４２によって目封じした構造とした。
【００３４】上記の基材の製造は以下のような方法にて行った。まず、コージェライト原料粉末（焼成によりコージェライトに変換される物質の粉末を意味する。例えば、タルク、カオリン、アルミナ、シリカ等を、焼成後の組成がコージェライトの理論組成（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）となるように混合したもの）、水、必要に応じて有機バインダー等をニーダーにて調合・混練し、これを更に土練機にて土練して適当な粘度の坏土とし、その坏土を、所望のセル形状、隔壁厚さ、セル密度を有する口金を有する縦型押出機にて押し出して成形体とした。その成形体を１３０℃の熱風により熱風乾燥して乾燥体とし、その乾燥体に目詰め材（具体的には、基材と同材質のコージェライトからなる坏土）を図３に示す基材４１のような構造となるように圧入した後、１４００℃で焼成して基材とした。
【００３５】［２］ フィルタ部
コート粒子としては、コージェライト焼結体を粉砕してなる、平均粒子径ｄが４μｍ、７μｍ、９μｍ、１２μｍであるコージェライト微粉末を用いた。このコート粒子を分散媒である水に分散させてスラリーを調製した。フィルタ部の形成は、スラリー直濾過法により行った。具体的には、図４（ａ）に示す装置を用い、スラリータンク４５内のスラリーをマグネットスターラー４６で十分に撹拌して分散させた状態で、スラリーに加圧力を作用させることにより、図４（ｂ）に示すように、基材４１の各セル４３にスラリーを供給し、分散媒を基材４１の細孔から排出するとともに、基材４１にコート粒子を付着させた。このときのスラリー量は１１．５リットルであった（各基材の被コートセルの総容積、及びこれに対するスラリー量については表１に記載した）。フィルタ部を形成した後、１３４０℃で１時間焼成することにより、ハニカムフィルタを製造した。
【００３６】以上に説明した方法に則って、基材の平均気孔径Ｄ、基材の濾過面積Ｓ、コート粒子の平均粒子径ｄ、コート粒子の付着量Ｗ、スラリー濃度、スラリー量等の条件を適宜変更して、ハニカムフィルタを製造した例を表１に示す。
【００３７】
【表１】
（比較例１，５）
比較例１，５においては、表１に示すように、基材の単位濾過面積あたりのコート粒子の付着量Ｗ／Ｓ（ｇ／ｍ２）は２０（ｇ／ｍ２）以上、４０（ｇ／ｍ２）以下の範囲内にあり、本発明の範囲を満たしているものの、基材の平均気孔径Ｄ（μｍ）とコート粒子の平均粒子径ｄ（μｍ）とが（ｄ／Ｄ）＜２／３の関係にあり、本発明の範囲を満たしていない。その結果、製造されたハニカムフィルタは、図２（ｂ）に示すハニカムフィルタ３１と同様に、コート粒子２３が基材２２の細孔２２ａ内部に充填されている状態となった。このハニカムフィルタは、通気圧損が大きく、濾過性能に問題があった。
【００３９】
（比較例２）
比較例２においては、表１に示すように、基材の平均気孔径Ｄ（μｍ）とコート粒子の平均粒子径ｄ（μｍ）とが（ｄ／Ｄ）＜２／３の関係にあり、本発明の範囲を満たしておらず、基材の単位濾過面積あたりのコート粒子の付着量Ｗ／Ｓ（ｇ／ｍ２）についても４０（ｇ／ｍ２）を超えており、本発明の範囲を満たしていない。その結果、製造されたハニカムフィルタは、図５（ｂ）に示すハニカムフィルタ６１と同様に、コート粒子２３が基材２２の細孔２２ａ内部に充填されている状態となり、かつ、コート粒子２３が基材２２の表面にフィルタ層２４を形成する状態となった。このハニカムフィルタは、通気圧損が極めて大きく、濾過性能に問題があった。
【００４０】
（比較例３，４，６）
比較例３，４，６においては、表１に示すように、基材の平均気孔径Ｄ（μｍ）とコート粒子の平均粒子径ｄ（μｍ）とが２／３≦（ｄ／Ｄ）≦１の関係にあり、本発明の範囲を満たしているものの、基材の単位濾過面積あたりのコート粒子の付着量Ｗ／Ｓ（ｇ／ｍ２）が４０（ｇ／ｍ２）を超えており、本発明の範囲を満たしていない。その結果、製造されたハニカムフィルタは、図２（ａ）に示すハニカムフィルタ２１と同様に、コート粒子２３が基材２２の細孔２２ａ内部に充填されている状態とはなっていないものの、コート粒子２３が基材２２の表面にフィルタ層２４を形成する状態となった。このハニカムフィルタは、通気圧損がやや大きく、濾過性能に問題があった。
【００４１】
（比較例７）
比較例７においては、表１に示すように、基材の平均気孔径Ｄ（μｍ）とコート粒子の平均粒子径ｄ（μｍ）とが２／３≦（ｄ／Ｄ）≦１の関係にあり、本発明の範囲を満たしているものの、基材の単位濾過面積あたりのコート粒子の付着量Ｗ／Ｓ（ｇ／ｍ２）が２０（ｇ／ｍ２）未満であり、本発明の範囲を満たしていない。その結果、製造されたハニカムフィルタは、図５（ａ）に示すハニカムフィルタ５１と同様に、コート粒子２３が基材２２の細孔２２ａを完全に覆いきれず、細孔の開口部が露出する状態となった。このハニカムフィルタは、捕集性能が不良であり、濾過性能に問題があった。
【００４２】
（実施例１〜６）
実施例１〜６においては、表１に示すように、基材の平均気孔径Ｄ（μｍ）とコート粒子の平均粒子径ｄ（μｍ）とが２／３≦（ｄ／Ｄ）≦１の関係にあるとともに、基材の単位濾過面積あたりのコート粒子の付着量Ｗ／Ｓ（ｇ／ｍ２）は２０（ｇ／ｍ２）以上、４０（ｇ／ｍ２）以下の範囲内にあり、いずれも本発明の範囲を満たしている。その結果、製造されたハニカムフィルタは、図１に示すハニカムフィルタ１と同様に、基材２の細孔の開口部及びその近傍を含む基材２の表面の一部のみを覆うようにコート粒子３が配設され、フィルタ部５が形成された。このハニカムフィルタは、通気圧損は低く、かつ、捕集性能も良好であり、濾過性能は極めて良好であった。また、高価なコート粒子の使用量も必要最小限で済み、生産コストも低く抑えることができた。
【００４３】
（評価）
基材の平均気孔径Ｄ（μｍ）とコート粒子の平均粒子径ｄ（μｍ）とが２／３≦（ｄ／Ｄ）≦１（即ち、２／３Ｄ≦ｄ≦Ｄ）の関係にあり、基材の単位濾過面積あたりのコート粒子の付着量Ｗ／Ｓ（ｇ／ｍ２）が２０（ｇ／ｍ２）以上、４０（ｇ／ｍ２）以下の範囲内にあるハニカムフィルタは通気圧損は低く、かつ、捕集性能も良好であり、濾過性能は極めて良好である。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のハニカムフィルタは、フィルタ部を、細孔の開口部及びその近傍を含む基材の表面の一部のみを覆うように配設されたコート粒子から構成することとしたので、捕集効率が高く、かつ、圧力損失（通気圧損）が小さいハニカムフィルタを提供することができる。また、本発明のハニカムフィルタの製造方法によれば、捕集効率が高く、かつ、圧力損失（通気圧損）が小さいハニカムフィルタを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のハニカムフィルタの基材の細孔近傍を示す模式的拡大図である。
【図２】従来のハニカムフィルタの基材の細孔近傍を示す模式的拡大図（ａ）及び（ｂ）である。
【図３】複数のセルを互い違いに目封じ部によって目封じした構造の基材の模式的断面図である。
【図４】（ａ）は本発明のハニカムフィルタの製造方法の一の実施例を示す模式図であり、（ｂ）は（ａ）における基材の模式的断面図である。
【図５】従来のハニカムフィルタの基材の細孔近傍を示す模式的拡大図（ａ）及び（ｂ）である。
【符号の説明】
１，２１，３１，５１，６１…ハニカムフィルタ、２，２２，４１…基材、２ａ，２２ａ…細孔、３，２３…コート粒子、５，２５…フィルタ部、２４…フィルタ層、４２…目封じ部、４３…セル、４４…隔壁、４５…スラリータンク、４６…マグネットスターラー。[0001]
BACKGROUND OF THE
[0002]
2. Description of the Related Art In recent years, in various fields such as chemical, electric power, steel and industrial waste treatments, dust collection filters used for environmental measures such as pollution prevention and product recovery from high temperature gas. As such, a honeycomb filter made of ceramic having excellent heat resistance and corrosion resistance has been used.
[0003] A honeycomb filter used as a dust-collecting filter as described above is required to have a small pressure loss and a high collection efficiency, and therefore usually has a large number of pores having a relatively large average pore diameter. A filter portion having an average pore diameter smaller than the pores of the base material is provided at the openings of the pores of the base material formed of a porous body and having a plurality of cells serving as fluid flow paths, formed in a honeycomb shape. Has been done.
As a method of manufacturing a honeycomb filter having the above-described filter portion, for example, a slurry in which coat particles are dispersed in a dispersion medium is supplied to each cell of the substrate, and the dispersion medium is dispersed in the dispersion medium of the substrate. A method of discharging from the pores (that is, filtering the slurry by the porous material constituting the base material), attaching the coated particles to the base material to form a filter portion, and then baking (hereinafter referred to as a baking method). , "Slurry direct filtration method"). According to this method, for example, as shown in FIG. 2A, a
[0005]
However, the honeycomb filters manufactured by the above-described methods have a problem that, although the collection efficiency is high, the pressure loss (ventilation pressure loss) is large. Therefore, a honeycomb filter having a high collection efficiency and a small pressure loss (ventilation pressure loss) has not been found yet, and development of such a honeycomb filter has been eagerly desired.
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a honeycomb filter having a high collection efficiency and a small pressure loss (aeration pressure loss). And a method for manufacturing the same.
[0007]
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor has found that the filter portion of the honeycomb filter has a part of the surface of the base material including the openings of the pores and the vicinity thereof. It has been found that the above-mentioned object can be achieved by using the coating particles arranged so as to cover only the particles, and the present invention has been completed. That is, the present invention provides the following honeycomb filter and the manufacturing method thereof.
[1] A substrate formed of a porous body having a large number of pores and formed in a honeycomb shape having a plurality of cells serving as fluid flow paths, and filtering the fluid passing through the pores. And a filter portion, wherein the filter portion is formed of coated particles disposed so as to cover only a part of the surface of the base material including the opening of the pore and the vicinity thereof. Honeycomb filter.
[2] The average particle diameter d (μm) of the coated particles and the average pore diameter D (μm) of the base material satisfy the following formula (1), and the unit of the base material is The honeycomb filter according to the above [1], wherein the coating amount W / S (g / m 2 ) of the coated particles per filtration area satisfies the relationship of the following expression (2).
2 / 3D ≦ d ≦ D (1)
20 ≦ (W / S) ≦ 40 (2)
(However, D: average pore diameter of the substrate (μm), d: average particle diameter of the coated particles (μm), S: filtration area of the substrate (m 2 ), W: adhesion amount of the coated particles (g))
[3] Coat particles are dispersed in a dispersion medium in each cell of a honeycomb-shaped substrate having a plurality of cells serving as a fluid flow path, which is formed of a porous body having a large number of pores. A method for manufacturing a honeycomb filter, comprising: supplying a slurry comprising: discharging the dispersion medium from the pores of the substrate; adhering the coated particles to the surface of the substrate to form a filter portion; and then firing. And a substrate having an average pore diameter of D (μm) and a filtration area of S (m 2 ) as the substrate, and the slurry having an average particle diameter d (μm) of 2 / 3D (μm) As described above, a slurry obtained by dispersing the coated particles having a particle size of D (μm) or less in a dispersion medium is used, and the coated particles are coated with an amount of the coated particles W / S (g / m 2) is 20 (g / m 2) or more , 40 (g / m 2) so as to become less, a method for manufacturing a honeycomb filter, characterized in that to attach to the surface of the substrate.
(However, D: average pore diameter of the substrate (μm), d: average particle diameter of the coated particles (μm), S: filtration area of the substrate (m 2 ), W: adhesion amount of the coated particles (g))
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A honeycomb filter of the present invention comprises a filter portion of a honeycomb filter formed by coating particles disposed so as to cover only a part of the surface of a base material including an opening of a pore and its vicinity. It was decided to configure. In this case, the filtration resistance in the filter section becomes extremely small, so that the pressure loss (ventilation pressure loss) can be reduced while maintaining high collection efficiency. On the other hand, as shown in FIG. 2A, the honeycomb filter in which the
Hereinafter, embodiments of a honeycomb filter and a method of manufacturing the same according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0013] The honeycomb filter of the present invention includes a base material and a filter portion. The substrate is made of a porous body having a large number of pores. In the honeycomb filter of the present invention, since a filter portion having a function of filtering a fluid is separately provided, a porous body having a large number of fine pores having a relatively large average pore diameter is used as a base material. The material is not particularly limited, but since it is necessary to be a porous body having a large number of pores, usually, a sintered body made of ceramic, particularly a sintered body made of cordierite is suitably used. A sintered body made of cordierite is preferable in that it has a small coefficient of thermal expansion and is excellent in thermal shock resistance and mechanical strength.
Further, the substrate is formed in a honeycomb shape having a plurality of cells serving as flow paths of a fluid (which means a gas or a liquid; in the case of a dust collecting filter, a gas). The shape of the base material is not particularly limited as long as it is a honeycomb shape having a plurality of cells serving as a fluid flow path, and examples thereof include a cylindrical shape and a quadrangular prism shape. The cell shape is also not particularly limited, and examples thereof include a square shape and a hexagonal shape. Such a base material is manufactured by, for example, extruding a kneaded material adjusted to an appropriate viscosity using a die having a desired cell shape, partition wall thickness, and cell density, drying, and firing. It is possible.
As the base material, for example, as shown in FIG. 3, a
The filter portion is a portion having a function of filtering a fluid passing through the pores of the base material. Usually, the filter portion is formed by fixing coated particles of fine powder made of ceramic on the surface of the base material. A filter portion having an average pore diameter smaller than the pores of the material is formed. In particular, in the honeycomb filter of the present invention, the filter portion is formed of the coated particles disposed so as to cover only a part of the surface of the base material including the openings of the pores and the vicinity thereof.
The honeycomb filter of the present invention is the same as the
More specifically, the
In the honeycomb filter of the present invention, the average particle diameter d (μm) of the coated particles and the average pore diameter D (μm) of the base material satisfy the relationship of the following formula (1), and It is preferable that the adhesion amount W / S (g / m 2 ) of the coated particles per unit filtration area satisfies the relationship of the following formula (2).
2 / 3D ≦ d ≦ D (1)
20 ≦ (W / S) ≦ 40 (2)
(However, D: average pore diameter of the substrate (μm), d: average particle diameter of the coated particles (μm), S: filtration area of the substrate (m 2 ), W: adhesion amount of the coated particles (g))
When the average particle diameter d (μm) of the coated particles is 2 / 3D (μm) or more (ie, d / D is 2/3 or more), the coated particles enter the pores of the substrate. It is possible to prevent the pressure loss of the filter from becoming large, and by setting d (μm) to D (μm) or less (that is, d / D is 1 or less), the average pore diameter of the filter portion is reduced. Does not become unnecessarily large, and the efficiency of collecting dust and the like does not decrease.
In the present invention, for the average pore diameter D (μm) of the substrate, a value measured by the mercury intrusion method is used, and for the average particle diameter d (μm) of the coated particles, the Stokes liquid is used. Using the layer sedimentation method as a measurement principle, a value of 50% particle diameter measured by an X-ray transmission type particle size distribution measuring device (for example, a Sedigraph 5000-02 type manufactured by Shimadzu Corporation) that detects by an X-ray transmission method is used. I do.
Further, when the coating amount W / S (g / m 2 ) of the coated particles per unit filtration area of the substrate is within the above-mentioned range, it is suitable to cover the openings of the substrate pores and the vicinity thereof. It is preferable in terms of the amount of coat particles. On the other hand, if the W / S (g / m 2 ) is less than 20 (g / m 2 ), the amount of the coated particles is insufficient to cover the opening of the base material pore and the vicinity thereof, and the dust and the like When W / S (g / m 2 ) exceeds 40 (g / m 2 ), it is not preferable in that the collection efficiency is reduced. It is not preferable in that the amount of particles becomes excessive and the pressure loss (ventilation pressure loss) increases.
Hereinafter, embodiments of the method for manufacturing a honeycomb filter according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
In the production method of the present invention, first, each cell of a honeycomb-shaped substrate made of a porous body having a large number of pores and having a plurality of cells serving as fluid flow paths is coated. A slurry in which particles are dispersed in a dispersion medium is supplied, the dispersion medium is discharged from the pores of the substrate, and the coated particles are adhered to the substrate to form a filter portion (slurry direct filtration method).
The slurry direct filtration method is a method in which the slurry is filtered by a porous material constituting the base material to coat the coated particles on the base material. Then, the slurry is supplied to each cell of the substrate in a state where a differential pressure is generated. Specifically, for example, as shown in FIG. 4A, a pressure is applied to the slurry in a state where the slurry in the
In particular, in the production method of the present invention, when a substrate having an average pore diameter of D (μm) is used as the substrate, the slurry has an average particle diameter d (μm) of 2 / 3D (μm). A slurry obtained by dispersing coated particles having a size of not less than μm) and not more than D (μm) in a dispersion medium is used. By setting the average particle diameter d (μm) of the coated particles to 2 / 3D (μm) or more, it becomes difficult for the coated particles to penetrate into the pores of the base material, and the pressure loss of the filter is prevented from increasing. By setting d (μm) to D (μm) or less, the average pore diameter of the filter portion does not become unnecessarily large, and the efficiency of collecting dust and the like does not decrease.
The coated particle concentration (w / w) in the slurry is preferably from 0.3% to 2.0%, more preferably from 0.5% to 1.5%, It is particularly preferred that the content be 0.8% or more and 1.0% or less. When the coating particle concentration (w / w) is within the above range, the amount of slurry used for the coating can be reduced, the workability is good, and the coating particles are preferably adhered uniformly to the substrate. That is, if the coating particle concentration (w / w) is less than the above range, the amount of slurry used for coating becomes excessive, and it is not preferable in that workability deteriorates. Exceeding the range is not preferable in that the coated particles do not uniformly adhere to the substrate and the adhesion varies.
Further, in the production method of the present invention, when a substrate having a filtration area of S (m 2 ) is used as the substrate, the adhesion amount of the coated particles per unit filtration area of the substrate W / The coated particles are adhered to the base material so that S (g / m 2 ) is not less than 20 (g / m 2 ) and not more than 40 (g / m 2 ). When W / S (g / m 2 ) is within the above range, it is preferable in that the amount of the coated particles is appropriate to cover the opening of the base material pore and the vicinity thereof. On the other hand, if the W / S (g / m 2 ) is less than 20 (g / m 2 ), the amount of the coated particles is insufficient to cover the opening of the base material pore and the vicinity thereof, and the dust and the like When W / S (g / m 2 ) exceeds 40 (g / m 2 ), it is not preferable in that the collection efficiency is reduced. It is not preferable in that the amount of particles becomes excessive and the pressure loss (ventilation pressure loss) increases. As a specific method for controlling W / S (g / m 2 ) to be 20 (g / m 2 ) or more and 40 (g / m 2 ) or less, the coating particle concentration (w / w) and A method of adjusting the amount of slurry to be used. As described above, the coating particle concentration is preferably in the range of 0.3% or more and 2.0% or less, and the amount of slurry used for coating is 3% of the total volume of the coated cells of the substrate. It is preferably at least twice and at most six times.
As described above, the substrate on which the filter portion is formed is fired to form a honeycomb filter. The firing temperature may be appropriately set depending on the materials of the base material and the coated particles, and if the base material and the coated particles use cordierite, the firing may be performed at about 1300 to 1400 ° C.
[0030]
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited by these Examples.
[1] Substrate As a substrate, a sintered body made of cordierite having a square end face of 150 mm on a side and a square pole shape having a length of 500 mm and an average pore diameter of 13 to 15 μm was used.
This substrate was formed in a honeycomb shape having a plurality of cells serving as fluid flow paths, and three types having different cell pitches were prepared. Specifically, (1) the cell shape is square, the cell pitch is 10 mm, the partition wall thickness is 1200 μm, the cell density is 6.25 cells / square inch, the total number of cells is 225 cells, and the filtration area S is 1.7 m 2 . (Referred to as “base material A” in Table 1), (2) Cell shape is square, cell pitch is 6 mm, partition wall thickness is 900 μm, cell density is 16 cells / square inch, total number of cells is 625 cells, filtration what area S of 2.8 m 2 (in Table 1, referred to as "substrate B"), ▲ 3 ▼ cell shape is a square, the cell pitch is 4 mm, partition wall thickness of 600 .mu.m, the cell density is 36 cells / square inch And a cell having a total cell number of 1369 and a filtration area S of 4.1 m 2 (referred to as “base material C” in Table 1).
In each of the above substrates, the inlet end face B and the outlet end face C of the plurality of
The production of the above-mentioned substrate was carried out by the following method. First, a cordierite raw material powder (meaning a powder of a substance that is converted into cordierite by firing. For example, talc, kaolin, alumina, silica, or the like is used, and the composition after firing is the theoretical composition of cordierite (2MgO.2Al 2 O). 3 · 5SiO 2) and so as to mixed ones), water, formulated and kneaded an organic binder, etc. in a kneader as necessary, of appropriate viscosity and Doneri at which further clay kneader puddle The kneaded material was extruded with a vertical extruder having a die having a desired cell shape, partition wall thickness, and cell density to obtain a formed body. The formed body is dried with hot air at 130 ° C. by hot air to form a dried body, and a plugging material (specifically, a clay made of cordierite of the same material as the base material) is added to the dried body as shown in FIG. After press-fitting into a structure like 41, it was fired at 1400 ° C. to obtain a substrate.
[2] Cordierite fine powder having an average particle diameter d of 4 μm, 7 μm, 9 μm, and 12 μm obtained by pulverizing a cordierite sintered body was used as the filter-coated particles. The coated particles were dispersed in water as a dispersion medium to prepare a slurry. The filter section was formed by a slurry direct filtration method. Specifically, by using the apparatus shown in FIG. 4A and applying a pressing force to the slurry in a state in which the slurry in the
According to the method described above, conditions such as the average pore diameter D of the base material, the filtration area S of the base material, the average particle diameter d of the coated particles, the attached amount W of the coated particles, the slurry concentration, and the amount of the slurry. Table 1 shows an example where a honeycomb filter was manufactured by appropriately changing the above.
[0037]
[Table 1]
(Comparative Examples 1 and 5)
In Comparative Examples 1 and 5, as shown in Table 1, the coating amount W / S (g / m 2 ) of the coated particles per unit filtration area of the substrate was 20 (g / m 2 ) or more and 40 (g). / M 2 ), while satisfying the range of the present invention, but the average pore diameter D (μm) of the substrate and the average particle diameter d (μm) of the coated particles are (d / D) < 2/3, which does not satisfy the scope of the present invention. As a result, similarly to the
[0039]
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, as shown in Table 1, the average pore diameter D (μm) of the substrate and the average particle diameter d (μm) of the coated particles have a relationship of (d / D) <2/3, It does not satisfy the range of the present invention, and the coating amount W / S (g / m 2 ) of the coated particles per unit filtration area of the substrate also exceeds 40 (g / m 2 ). Does not meet. As a result, similarly to the
[0040]
(Comparative Examples 3, 4, 6)
In Comparative Examples 3, 4, and 6, as shown in Table 1, the average pore diameter D (μm) of the base material and the average particle diameter d (μm) of the coated particles were 2/3 ≦ (d / D) ≦ 1 and satisfies the range of the present invention, but the coating amount W / S (g / m 2 ) of the coated particles per unit filtration area of the substrate exceeds 40 (g / m 2 ). Does not satisfy the scope of the present invention. As a result, like the
[0041]
(Comparative Example 7)
In Comparative Example 7, as shown in Table 1, the relationship between the average pore diameter D (μm) of the base material and the average particle diameter d (μm) of the coated particles was 2/3 ≦ (d / D) ≦ 1. Yes, while satisfying the range of the present invention, the coating amount W / S (g / m 2 ) of the coated particles per unit filtration area of the substrate is less than 20 (g / m 2 ), and the range of the present invention Does not meet. As a result, in the manufactured honeycomb filter, similarly to the
[0042]
(Examples 1 to 6)
In Examples 1 to 6, as shown in Table 1, the average pore diameter D (μm) of the base material and the average particle diameter d (μm) of the coated particles satisfy 2/3 ≦ (d / D) ≦ 1. And the amount W / S (g / m 2 ) of coated particles per unit filtration area of the base material is in the range of 20 (g / m 2 ) or more and 40 (g / m 2 ) or less. , All satisfy the scope of the present invention. As a result, similarly to the
[0043]
(Evaluation)
The average pore diameter D (μm) of the base material and the average particle diameter d (μm) of the coated particles have a relationship of 2/3 ≦ (d / D) ≦ 1 (that is, 2 / 3D ≦ d ≦ D), A honeycomb filter having a coating amount W / S (g / m 2 ) of 20 (g / m 2 ) or more and 40 (g / m 2 ) or less per unit filtration area of a base material has a ventilation pressure loss. Is low, the collection performance is good, and the filtration performance is extremely good.
[0044]
As described above, in the honeycomb filter of the present invention, the filter portion is provided with the coated particles disposed so as to cover only a part of the surface of the base material including the openings of the pores and the vicinity thereof. Therefore, it is possible to provide a honeycomb filter having a high collection efficiency and a small pressure loss (aeration pressure loss). Further, according to the method for manufacturing a honeycomb filter of the present invention, it is possible to manufacture a honeycomb filter having a high collection efficiency and a small pressure loss (air pressure loss).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic enlarged view showing the vicinity of pores of a base material of a honeycomb filter of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are schematic enlarged views (a) and (b) showing the vicinity of pores of a base material of a conventional honeycomb filter.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a base material having a structure in which a plurality of cells are alternately plugged by plugging portions.
FIG. 4 (a) is a schematic view showing one embodiment of a method for manufacturing a honeycomb filter of the present invention, and FIG. 4 (b) is a schematic sectional view of a base material in FIG.
FIGS. 5A and 5B are schematic enlarged views (a) and (b) showing the vicinity of pores of a base material of a conventional honeycomb filter.
[Explanation of symbols]
1, 21, 31, 51, 61 ... honeycomb filter, 2, 22, 41 ... base material, 2a, 22a ... pores, 3, 23 ... coated particles, 5, 25 ... filter part, 24 ... filter layer, 42 ... Sealing portion, 43 cell, 44 partition wall, 45 slurry tank, 46 magnet stirrer.
Claims (3)
前記フィルタ部が、前記細孔の開口部及びその近傍を含む前記基材の表面の一部のみを覆うように配設されたコート粒子から構成されていることを特徴とするハニカムフィルタ。It is made of a porous body having a large number of pores, and has a honeycomb-shaped substrate having a plurality of cells serving as a fluid flow path, and a filter unit that filters the fluid passing through the pores.
The honeycomb filter, wherein the filter portion is formed of coated particles disposed so as to cover only a part of the surface of the substrate including the opening of the pore and the vicinity thereof.
２／３Ｄ≦ｄ≦Ｄ …（１）
２０≦（Ｗ／Ｓ）≦４０ …（２）
（但し、Ｄ：基材の平均気孔径（μｍ）、ｄ：コート粒子の平均粒子径（μｍ）、Ｓ：基材の濾過面積（ｍ２）、Ｗ：コート粒子の付着量（ｇ））The average particle diameter d (μm) of the coat particles and the average pore diameter D (μm) of the base material satisfy the relationship of the following formula (1), and the coat per unit filtration area of the base material 2. The honeycomb filter according to claim 1, wherein the amount W / S (g / m 2 ) of the particles satisfies the relationship of the following expression (2).
2 / 3D ≦ d ≦ D (1)
20 ≦ (W / S) ≦ 40 (2)
(However, D: average pore diameter of the substrate (μm), d: average particle diameter of the coated particles (μm), S: filtration area of the substrate (m 2 ), W: adhesion amount of the coated particles (g))
前記基材として、平均気孔径がＤ（μｍ）、濾過面積がＳ（ｍ２）の基材を用い、前記スラリーとして、平均粒子径ｄ（μｍ）が２／３Ｄ（μｍ）以上、Ｄ（μｍ）以下の前記コート粒子を分散媒に分散させてなるスラリーを用いるとともに、前記コート粒子を、前記基材の単位濾過面積あたりの前記コート粒子の付着量Ｗ／Ｓ（ｇ／ｍ２）が２０（ｇ／ｍ２）以上、４０（ｇ／ｍ２）以下となるように、前記基材の表面に付着させることを特徴とするハニカムフィルタの製造方法。
（但し、Ｄ：基材の平均気孔径（μｍ）、ｄ：コート粒子の平均粒子径（μｍ）、Ｓ：基材の濾過面積（ｍ２）、Ｗ：コート粒子の付着量（ｇ））A slurry formed by dispersing coated particles in a dispersion medium is supplied to each cell of a honeycomb-shaped substrate having a plurality of cells which are formed of a porous body having a large number of pores and have a plurality of cells serving as fluid flow paths. A method for manufacturing a honeycomb filter, wherein the dispersion medium is discharged from the pores of the base material, and the coated particles are attached to the surface of the base material to form a filter portion, and then fired.
As the base material, a base material having an average pore diameter of D (μm) and a filtration area of S (m 2 ) is used, and as the slurry, an average particle diameter d (μm) is ／ D (μm) or more, and D (μm) μm) A slurry obtained by dispersing the coated particles having a particle size of not more than a dispersion medium is used, and the coated particles have an adhesion amount W / S (g / m 2 ) of the coated particles per unit filtration area of the substrate. A method for manufacturing a honeycomb filter, wherein the honeycomb filter is attached to a surface of the base material so as to be 20 (g / m 2 ) or more and 40 (g / m 2 ) or less.
(However, D: average pore diameter of the substrate (μm), d: average particle diameter of the coated particles (μm), S: filtration area of the substrate (m 2 ), W: adhesion amount of the coated particles (g))
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