JP3296879B2

JP3296879B2 - 濾過材

Info

Publication number: JP3296879B2
Application number: JP08519793A
Authority: JP
Inventors: 仁志大高; 宏行柳原; 毅櫨山
Original assignee: Nittetsu Mining Co Ltd
Current assignee: Nittetsu Mining Co Ltd
Priority date: 1993-03-22
Filing date: 1993-03-22
Publication date: 2002-07-02
Anticipated expiration: 2017-07-02
Also published as: JPH06269621A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体粒子を含有する気
体中から固体粒子を分離する濾過材に関し、特に焼却炉
等から発生する高温排ガス中に含まれる煤塵その他の粒
子を捕集、除去し、清浄化された空気のみを外部に取り
出すのに好適な濾過材に関する。

【０００２】

【従来の技術】工場の生産ラインや各種装置、乾燥機或
いは焼却炉や溶融炉等の高温炉から排出されるガス中に
は、煤塵その他の固体粒子が含まれており、環境上の問
題からそのままの状態で外部に廃棄することはできず、
集塵装置を用いて前記粒子を捕集、除去して清浄化され
た空気のみを外部に取り出している。

【０００３】集塵装置としては、電気集塵機やスクラ
バ、サイクロン、バグフィルタ等が一般に使用されてお
り、中でもバグフィルタは、構成が簡単であることに加
えて、集塵効率９９．９％以上、濾過後の清浄ガス中の
含塵濃度１〜５ｍｇ／ｍ³Ｎという極めて高い濾過能力
を備えるために、他の集塵装置に比べてより広範に使用
されている。

【０００４】このバグフィルタは、円筒形または封筒状
の多数の濾過材を内蔵するハウジング内部に排ガスを導
入して、濾過材内面あるいは外面により排ガス中の固体
粒子を捕集して清浄化された空気を外部に取り出すもの
である。濾過材は、木綿や羊毛等の天然繊維や、ポリプ
ロピレンやポリエステル、ポリアクリロニトリル、ポリ
フェニレンサルファイド、ポリアミド、ポリイミド、ポ
リ酢酸ビニル、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）
等からなる合成繊維、あるいはガラス繊維等の無機繊維
の各種繊維を、単独或いは混合してフェルト状や織布状
に加工したものである。

【０００５】これら布状の濾過材は、使用初期におい
て、先ずその表面近傍に捕集された粉塵等の固体粒子か
らなる一次付着層を形成する。この一次付着層は、図４
に示されるように、濾過材１の表面近傍にある繊維２の
隙間に、図中左側から流入する含塵ガス３中の固体粒子
４が入り込み、見掛け上固体粒子４からなる層が形成さ
れたものである。このため、濾過材１の実質的な目開き
は繊維の編目間隔よりも小さくなり、より微細な粒子を
捕集することが可能となる。従って、その後流入する含
塵ガス３中の固体粒子４は、実質的にこの一次付着層に
より捕集され、浄化ガス５が濾過材１の図中右側から取
り出される。

【０００６】しかし、排ガス浄化中に固体粒子が濾過材
の表面上に堆積したり、一次付着層よりも内部にある繊
維の隙間にまで侵入して目詰まり現象を起こして、濾過
効率を低下させるという欠点がある。このためバグフィ
ルタでは、運転時に振とう法や逆風法、パルスジェット
法等の払落とし機構により、定期的に堆積粒子を濾過材
表面から剥離させている。この剥離を容易にするため
に、化学的に不活性で固体粒子との親和性の低いフッ素
樹脂繊維を編組した濾過材や、繊維にフッ素加工等の表
面処理を施こして布状に編組した濾過材も実用化されて
いる。

【０００７】また同様の目的で、一次付着層を持たない
構造の濾過材も開発されている。例えば特開平３−６８
４０９号公報には、ＰＴＦＥフェルトに多孔性延伸ＰＴ
ＦＥ膜を積層した濾過材が開示されている。同じく一次
付着層を持たない濾過材として、特公平２−３９９２６
号公報には、大粒径のポリエチレン焼結粒子からなる濾
過材母材の表面に、ＰＴＦＥ微粒子を充填した濾過材が
開示されている。

【０００８】これらの濾過材は、固体粒子の剥離が容易
であることに加えて、耐熱性や耐薬品性にも優れている
ため、より広範に使用することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】既述したようにバグフ
ィルタは、集塵効率９９．９％以上、濾過後の清浄ガス
中の含塵濃度１〜５ｍｇ／ｍ³Ｎという極めて高い濾過
性能を有するものの、繊維のみからなる濾過材は、その
構造上一次付着層が形成されないと所謂「吹抜け現象」
を起こし、有効な濾過機能を果たすことができない。特
に、使用初期においては、一次付着層が全く形成されて
おらず、その形成や安定化に相当の時間を要する。この
ため、使用前に濾過材表面に被捕集粉体と同種又は他の
粉体をプレコートして、予め一次付着層を形成させてお
く必要がある。

【００１０】この使用初期の一次付着層の問題に加え
て、バグフィルタ運転時の払落とし機構の作用により、
濾過材表面に付着、堆積した固体粒子の他に、一次付着
層を構成する固体粒子まで剥離することがある。その結
果、再び一次付着層が形成されるまで一時的に吹抜け状
態となり、濾過が行われない。また、払落とし機構によ
り固体粒子の濾過材表面への付着や堆積が抑制されたと
しても、長期間の使用により固体粒子が濾過材の表面上
に厚く堆積したり、より内部にある繊維の隙間にまで侵
入して繊維間に蓄積され、所謂「目詰り現象」が発生す
る。この目詰り現象の結果、濾過材の圧力損失が上昇し
て、処理ガス量が減少して濾過効率が低下する。

【００１１】目詰り現象の進行を抑制するために、通常
０．５〜１．５ｍ／ｍｉｎという比較的低い流速で、排
ガスを処理する必要がある。また、一度濾過材のより内
部にまで侵入した固体粒子は、通常の払落とし機構では
除去できず、それらの除去のために薬液や水による入念
な洗浄が必要となる。しかし、この洗浄に伴い一次付着
層までも除去されるため、再使用時に前記吹抜けと同様
の現象が起こり、濾過性能が安定するまでの時間を要し
たり、乾燥やプレコート処理等の洗浄後の後処理が必要
となる。また洗浄時の繊維同士あるいは洗浄治具との接
触による損傷や、乾燥工程による繊維の熱劣化等によ
り、濾過材の寿命が短縮される。

【００１２】また、固体粒子との剥離性の向上や、機械
的強度や化学的強度の増加を目的として、濾過材を構成
する繊維に薬品処理や皮膜処理を施すには、薬品浸漬工
程や乾燥工程、分散工程、廃液処理工程等種々の工程が
必要となる。一方、一次付着層を持たない構造の濾過材
に関しては、前記特開平３−６８４０９号公報に記載さ
れるような積層型濾過材では、積層加工するための加熱
加圧積層装置を必要とする等の製造に係わる問題の他
に、濾過時の払落としにより濾過材が振動して表面の多
孔質膜が剥離したり、接着剤が膜状に広がって非通気性
の膜を形成したり、多孔質膜の孔を閉塞して排ガスの濾
過材の通過を阻害するなど構造上の問題を抱えている。

【００１３】また、前記特公平２−３９９２６号公報に
記載される大粒径のポリエチレン焼結粒子からなる濾過
材母材の表面にＰＴＦＥ微粒子を充填した濾過材では、
濾過材母材がポリエチレンであるため、高温では使用で
きず、また排ガス中の水分や化学物質に対する耐性が低
いために使用条件が制限される。従って、本発明の目的
は、濾過性能に加えて化学的、機械的強度にも優れ、高
温排ガスも処理できる濾過材を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、濾過材に
関する上記課題を解決すべく改良を重ねた結果、化学
的、機械的強度に優れたＰＴＦＥ等のフッ素樹脂焼結体
からなる多孔質の母材シートの表面にフッ素樹脂微粉末
を充填することにより、濾過性能に優れ、しかも高温ガ
スでも処理できることを見出し、本発明を完成するに至
った。

【００１５】即ち、前記課題は、固体粒子を含有する
気体中から前記固体粒子を分離するための濾過材であっ
て、大径のフッ素樹脂粉末を焼結してなり、濾過風速
０．５〜２ｍ／ｍｉｎにおける圧力損失が９．８〜４９
０Ｐａの通気抵抗を有する多孔質母材シートの表面に、
フッ素樹脂微粉末を含み、微細な連通孔を有するコーテ
ィング層を備え、かつ前記フッ素樹脂微粉末が、前記母
材シートの表面において前記大径のフッ素樹脂粉末間で
形成される空所に充填されていることを特徴とする濾過
材により解決することができる。

【００１６】母材シートが前記通気抵抗を満足するため
には、フッ素樹脂の粒径やシートの厚さにより異なる
が、例えば樹脂の平均粒径が２０〜５０μｍで、厚さ２
ｍｍ程度の母材シートの場合、嵩密度１〜２ｇ／ｃ
ｍ³、空隙率が３０％以上であれば概ね前記通気抵抗が
得られる。このような母材シートは、フッ素樹脂粉末を
金型に充填し、体積比で充填時の４０〜６０％になるよ
うに加圧成形して、樹脂の焼結温度、例えばＰＴＦＥの
場合は３４０〜３６０℃で、数時間焼結した後、得られ
た焼結体の表面をスカイビングにより薄皮状に加工する
ことにより得られる。

【００１７】母材シートは、数十μｍという大径の粒子
から構成されているため、その表面には同程度の規模の
凹凸が形成されており、この凹凸部分に母材シートより
微細なフッ素樹脂微粉末が充填される。コーティング剤
は、平均粒径１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下のフ
ッ素樹脂微粉末及び、耐熱性樹脂或いは熱硬化性樹脂系
接着剤からなるバインダをアルコール溶媒に混合した懸
濁液である。

【００１８】フッ素樹脂微粉末を構成するフッ素樹脂の
種類は特に制限されず、母材シートを構成する前記フッ
素樹脂と同様の樹脂を適宜選択して使用できる。バイン
ダは、アルコール可溶性で、２００℃以上の耐熱温度を
有するものであれば良く、例えばフェノール樹脂やメラ
ミン樹脂、レソルシノール樹脂等の代表的な熱硬化性樹
脂を使用することができる。中でも、固体分５０〜６０
ｗｔ％のフェノール樹脂系アルコール溶液型接着剤が好
ましい。

【００１９】溶媒は、メタノールやエタノール、プロピ
ルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコ
ール、イソブチルアルコール等の一価の低級アルコール
であり、毒性や粘度の点からエチルアルコールが好まし
い。本発明に係るコーティング材のこれらの配合割合
は、フッ素樹脂微粉末１０〜５０ｗｔ％、バインダ１〜
５ｗｔ％及び溶媒５０〜２００ｗｔ％の範囲が好まし
い。

【００２０】また、母材シート表面上へのコーティング
層の形成方法についても特に制限はなく、前記コーティ
ング材をスプレー或いは刷毛等公知の手段を用いて、数
十μｍ好ましくは２０〜３０μｍの膜厚になるようにシ
ート上に塗布し、バインダの硬化温度まで加熱して、加
熱硬化によりコーティング材とシートとを固着すること
により行われる。これにより、孔径数μｍ以下の微細な
連通孔を有するコーティング層が得られる。

【００２１】

【実施例】本発明に係る濾過材に関して、添付図面を参
照して詳細に説明する。但し、本発明は以下に記載され
る実施例に限定されずに、種々の変更が可能である。平
均粒径５０μｍのＰＴＦＥ粉末を金型に充填し、体積比
で充填時の６０％になるように圧縮して円筒型に成形し
た後、金型から取り出し、加熱炉内に静置して空気中、
３４０℃で４時間焼結した。焼結後、室温まで放冷し、
スカイビングにより厚さ０．５ｍｍのフッ素樹脂多孔質
母材シートを得た。得られたシートの嵩密度は１．３ｇ
／ｃｍ³で、通過風速１ｍ／ｍｉｎにおいて約５０Ｐａ
の通気抵抗を示した。

【００２２】この母材シート表面に、表１に記載の配合
割合からなるコーティング剤を塗布した後、加熱炉にお
いて１５０℃で３０分加熱してコーティング剤を硬化さ
せて、母材シート上に平均厚さ３０μｍのコーティング
層を形成して濾過材を得た。

【００２３】

【表１】

【００２４】得られた濾過材は、通過風速１ｍ／ｍｉｎ
において約４００Ｐａの通気抵抗を示した。得られた濾
過材の断面拡大図を図１に示す。図示されるように、本
発明に係る濾過材１は、ＰＴＦＥ焼結粒子６からなる母
材シート表面の凹凸部分にＰＴＦＥ微粒子７が充填され
た構造であり、図中左側から流入する含塵ガス３中の固
体粒子４は、ＰＴＦＥ微粒子７により捕集され、浄化空
気５のみが濾過材１の図中右側から取り出される。この
時、固体粒子４はＰＴＦＥ微粒子７の存在により、ＰＴ
ＦＥ焼結粒子６からなる母材シート内部に侵入できず、
濾過材表面で捕集される。

【００２５】濾過材１を、図２に示されるように、支持
体８に取り付け、直径１１７ｍｍ、高さ１０００ｍｍの
フィルタエレメント９に装着して、粒子径０．５〜１０
μｍ、濃度５００ｍｇ／ｍ³Ｎの固体粒子を含有する２
５０℃の高温含塵ガス３を、濾過風速２ｍ／ｍｉｎの条
件で連続濾過した。濾過後の浄化ガス５に含まれる固体
粒子濃度は、１ｍｇ／ｍ³Ｎ以下であった。

【００２６】また濾過中、所定時間毎に濾過材の圧力損
失を測定した。測定結果を図３に示す。本発明の濾過材
は、圧力損失（ΔＰ）の経時変化が少なく、常に安定し
た濾過性能を示すことが判る。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の濾過材
は、母材シート表面がフッ素樹脂微粉末からなるコーテ
ィング層で覆われているため、排ガス中の固体粒子や水
分が母材シート内部にまで侵入し難く、目詰りや結露、
溶解析出等の発生が抑えられ、長期にわたり安定した濾
過性能が維持される。また、目詰り現象が発生しないた
めに、濾過流速を高めることができ、処理時間が短縮し
て濾過効率が格段に向上する。

【００２８】母材シート及びコーティング層ともフッ素
樹脂であるため、耐熱性及び耐薬品性に優れ、高温排ガ
スや家庭廃棄物のように種々の化学物質を含む排ガスを
処理することができる。また、排ガス中に含まれる固体
粒子や水、油との親和性も低いために、固体粒子の濾過
材表面への堆積が抑制されるとともに、洗浄が容易で水
をかけるだけで表面付着物を完全に洗浄除去でき、しか
も乾燥工程を経ずに洗浄後すぐに使用することができ
る。

【００２９】また、母材シートがフッ素樹脂の焼結体で
あるため、繊維状の母材シートに比べて機械的強度に優
れるとともに、コーティング層を構成するフッ素樹脂微
粒子もアンカー効果で母材シート表面に固定されている
ため、運転時の振とうや衝撃に対する抵抗力が大きく、
破損の恐れがない。更に、一次付着層を持たない構造で
あるため、運転初期や洗浄後の再使用時における吹抜け
やプレコーティングの問題がない。

【００３０】製造方法に関しても、本発明ではフッ素樹
脂微粉末を含有するコーティング剤を母材シートに塗布
し、加熱硬化するだけでよいため、繊維に薬品処理や皮
膜処理を施す場合や、多孔質フッ素樹脂膜を積層する従
来の場合に比べて、工程数も少なく、また特殊な装置・
設備を必要としない等安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る濾過材の断面拡大図である。

【図２】本発明に係る濾過材をフィルタエレメントに
装着した状態を示す図である。

【図３】本発明に係る濾過材の圧力損失の経時変化を
示す図である。

【図４】従来の濾過材の拡大断面図である。

【符号の説明】

１濾過材２繊維３含塵ガス４固体粒子５浄化ガス６フッ素樹脂焼結粒子（母材シート）７フッ素樹脂微粒子（コーティング層）８支持体９フィルタエレメント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−165599（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開450894（ＥＰ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 39/00 - 39/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】固体粒子を含有する気体中から前記固体
粒子を分離するための濾過材であって、大径のフッ素樹脂粉末を焼結してなり、濾過風速０．５
〜２ｍ／ｍｉｎにおける圧力損失が９．８〜４９０Ｐａ
の通気抵抗を有する多孔質母材シートの表面に、フッ素樹脂微粉末を含み、微細な連通孔を有するコーテ
ィング層を備え、かつ前記フッ素樹脂微粉末が、前記母
材シートの表面において前記大径のフッ素樹脂粉末間で
形成される空所に充填されていることを特徴とする濾過
材。