JPH09313841A - フィルタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 集塵出口ダスト濃度を１０ｍｇ／ｍ³Ｎ以下
にまで低下できるフィルタを得る。 【解決手段】 炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、アルミ
ナ・シリカ及び炭素の１種又は２種以上の繊維の織布の
層又はチョップドヤーンの集合層に樹脂類を含浸させ繊
維成形体を形成する。この繊維成形体の除塵表面空孔内
に、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、アルミナ・シリ
カ、炭素及び黒鉛の１種又は２種以上のチョップド単繊
維を分散剤によりスラリ状にして含浸乾燥させた後に樹
脂類の炭化処理をなし、チョップド単繊維凝集層が形成
された表面に炭化珪素、窒化珪素、及びアルミナの１種
又は２種以上のコーティング層を気相蒸着させ、単繊維
凝集層の除塵表面に炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、炭
素及び黒鉛の１種又は２種以上のウィスカスラリを含浸
乾燥させ、ウィスカ凝集層の表面に炭化珪素、窒化珪素
及びアルミナの１種又は２種以上のコーティング層を気
相蒸着させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゴミ焼却炉の出口
排ガスやボイラ出口排ガス、製鉄用高炉の炉頂圧タービ
ン流入ガス又は高炉排ガスなどの高温ガス中のダスト除
去に利用するのに好適であるとともに、特に石炭利用複
合発電システムの集塵に用いるのに好適な除塵用フィル
タに関する。

【０００２】

【従来の技術】ゴミ焼却炉出口排ガス等の除塵処理にお
いて、該排ガスを冷却することなく高温のまま除塵を行
なえるならば、排ガスを除塵後、熱交換を行なってボイ
ラで高温、高圧の蒸気を得、これを発電に用いることに
より熱エネルギーを電気エネルギーとして有効に回収す
ることができる。また、化石燃料の燃焼においてエネル
ギーの有効利用を促進させるために加圧流動層複合発電
や石炭ガス化複合発電などの複合発電システムの開発が
行われているが、この場合も、燃焼排ガスや還元性ガス
によりガスタービンを駆動させる際に、摩耗、腐食防止
のためにタービン入口までに石炭ガス中の硫黄化合物や
粒子状物質などを除去する必要があり、高温集塵が極め
て重要となっている。

【０００３】従って、排熱回収・有効利用の観点から
は、排ガスを冷却することなく除塵する必要があり、こ
のため除塵用フィルタとしては、耐熱温度が高く、１０
００℃以上での使用が可能であることが望まれる。ま
た、ゴミ焼却炉の排ガス中には腐食性のＨＣｌやＣｌ₂
が含まれており、また、石炭利用複合発電システムにお
いてもダストによる摩耗や、腐食性ガスによるタービン
腐食の問題を生じるため、除塵用フィルタとしては、耐
熱温度が高いことに加えて、高温での耐食性に優れるこ
とが望まれる。更に、処理効率の向上、除塵器の小型化
のためには、圧力損失が小さいこと及びフィルタの厚さ
が薄いことなどが望まれる。即ち、圧力損失が大きい場
合には、圧力損失を小さくして除塵効率を高めるため
に、排ガスの通過流速を低くする必要があるが、通過流
速を小さくするためには、除塵器を大型化せざるを得な
い。また、肉厚のフィルタは、それ自体が嵩高くなるた
め、除塵器の大型化につながる。

【０００４】従来、各種排ガスのダスト除去用フィルタ
としては、ガラス繊維製バッグフィルタ、金属製バッグ
フィルタ、ハニカム構造セラミックフィルタ、セラミッ
クチューブフィルタなどが提供されている。また、化学
蒸着法（ＣＶＤ法）によるセラミック製フィルタも開発
されつつある。

【０００５】しかし、従来のフィルタのうち、ガラス繊
維製バッグフィルタは、最高使用温度が２５０〜３００
℃程度であり、このバッグフィルタを高温排ガスの除塵
に用いるためには、高温排ガスを冷却する必要があるこ
とから、排熱回収・有効利用の面で不利である。

【０００６】金属（インコネル）製バッグフィルタで
は、最高使用温度が８７０℃と、ガラス繊維製バッグフ
ィルタよりも高いものの、耐食性の面で問題があり、腐
食性ガスの除塵には使用し得ないという欠点がある。

【０００７】ハニカム構造セラミックフィルタでは、最
高使用温度は６００℃とさほど高くない上に、焼結セラ
ミック製であるために、肉厚で、しかも、気孔率が小さ
いために圧力損失が大きいという欠点がある。

【０００８】セラミックチューブフィルタは、最高使用
温度が９００〜１０００℃と高いが、焼結セラミック製
であるため、上記と同様に、肉厚で圧力損失が大きいと
いう欠点がある。

【０００９】しかも、既存のセラミックフィルタはＳｉ
Ｏ₂やＡｌ₂Ｏ₃製とされており、高温で腐食の激しい排
ガスの除塵には対応できず、熱衝撃により割れやすいと
いう欠点がある。

【００１０】また、現在開発中のＣＶＤ法によるセラミ
ック製フィルタでは、肉厚で、圧力損失が大きく、しか
も高コストであるという欠点がある。

【００１１】このような観点から、出願人は、ｌ０００
℃以上の高温でも使用でき、Ｃｌ₂やＨＣｌを含有する
腐食性雰囲気において、かつ、高温において使用でき、
かつ薄肉で、圧力損失が小さく、除塵器の小型化が可能
であるといった条件を満たし、ゴミ焼却排ガスの除塵用
フィルタとして用いることのできるフィルタを提供した
（特開平７−１１６４３３号公報）。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記フィルタ
でも、最大除塵効率は上述した石炭利用複合発電システ
ムで要求されるダスト濃度以下にはできない欠点があっ
た。

【００１３】本発明は上記フィルタを更に進めて、高温
の腐食性雰囲気においても使用可能な高い耐熱性と耐食
性を有し、しかも、圧力損失が小さく薄肉の除塵用フィ
ルタとしつつ、特に石炭利用複合発電システム等におい
て要求される細かいダストの捕集効率を向上させ、集塵
出口ダスト濃度を１０ｍｇ／ｍ³Ｎ以下にまで低下でき
るフィルタとしつつ、より安価なフィルタを提供するこ
とを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るフィルタ及びその製造方法を次のよう
に構成した。

【００１５】すなわち、本発明に係るフィルタは、炭化
珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、アルミナ（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）、アルミナ・シリカ（Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂）及
び炭素（Ｃ）よりなる群から選ばれる１種又は２種以上
の繊維の織布層又はチョップドヤーンの集合層として構
成される繊維成形体と、この繊維成形体の除塵表面部に
形成され、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ
₃Ｎ₄）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、アルミナ・シリカ（Ａ
ｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂）、炭素（Ｃ）及び黒鉛よりなる群か
ら選ばれる１種又は２種以上のチョップド単繊維から構
成されるチョップド単繊維凝集層と、このチョップド単
繊維凝集層の除塵表面空孔内に形成され、炭化珪素（Ｓ
ｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、アルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）、炭素（Ｃ）及び黒鉛よりなる群から選ばれる１
種又は２種以上のウィスカ凝集層とから形成され、前記
繊維成形体、チョップド単繊維凝集層、及びウィスカ凝
集層の繊維・ウィスカ表面には炭化珪素（ＳｉＣ）、窒
化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、及びアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）よりな
る群から選ばれる１種又は２種以上の気相蒸着コーティ
ング層を形成してなることを特徴としている。

【００１６】これは、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素
（Ｓｉ₃Ｎ₄）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、アルミナ・シリ
カ（Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂）及び炭素（Ｃ）よりなる群か
ら選ばれる１種又は２種以上の繊維の織布の層又はチョ
ップドヤーンの集合層に対して樹脂類の含浸により繊維
成形体を形成しておき、前記繊維成形体の除塵表面空孔
内に、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、ア
ルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、アルミナ・シリカ（Ａｌ₂Ｏ₃・Ｓ
ｉＯ₂）、炭素（Ｃ）及び黒鉛よりなる群から選ばれる
１種又は２種以上のチョップド単繊維を分散剤によりス
ラリ状にして含浸乾燥させ、前記スラリの乾燥後に樹脂
類の炭化処理をなし、チョップド単繊維凝集層が形成さ
れた繊維成形体の繊維表面に炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化
珪素（Ｓｉ 3Ｎ₄）、及びアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）よりなる
群から選ばれる１種又は２種以上のコーティング層を気
相蒸着させ、前記チョップド単繊維凝集層の除塵表面に
炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、アルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）、炭素（Ｃ）及び黒鉛よりなる群から選ば
れる１種又は２種以上のウィスカスラリを含浸乾燥さ
せ、これにより形成されたウィスカ凝集層のウィスカ表
面に炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）及びア
ルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）よりなる群から選ばれる１種又は２
種以上のコーティング層を気相蒸着させて製造すること
ができる。

【００１７】また、他の方法として、炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、
アルミナ・シリカ（Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂）及び炭素
（Ｃ）よりなる群から選ばれる１種又は２種以上の繊維
の織布の層又はチョップドヤーンの集合層として構成さ
れる繊維成形体を形成しておき、前記繊維成形体の樹脂
類の炭化処理をなし、この繊維成形体の繊維表面に炭化
珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、及びアルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）よりなる群から選ばれる１種又は２種以上
のコーティング層を気相蒸着させ、前記繊維成形体の除
塵表面空孔内に、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ
₃Ｎ₄）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、アルミナ・シリカ（Ａ
ｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂）、炭素（Ｃ）及び黒鉛よりなる群か
ら選ばれる１種又は２種以上のチョップド単繊維を分散
剤によりスラリ状にして含浸乾燥させ、前記チョップド
単繊維凝集層の樹脂類の炭化処理をなし、この単繊維凝
集層の繊維表面に炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ
₃Ｎ₄）、及びアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）よりなる群から選ば
れる１種又は２種以上のコーティング層を気相蒸着さ
せ、前記チョップド単繊維凝集層の除塵表面に炭化珪素
（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ 3Ｎ₄）、アルミナ（Ａｌ₂
Ｏ₃）、炭素（Ｃ）及び黒鉛よりなる群から選ばれる１
種又は２種以上のウィスカスラリを含浸乾燥させ、これ
により形成されたウィスカ凝集層のウィスカ表面に炭化
珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、及びアルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）よりなる群から選ばれる１種又は２種以上
のコーティング層を気相蒸着させることにより製造する
ことも可能である。

【００１８】

【作用】本発明のフィルタは、ＳｉＣ繊維、Ｓｉ₃Ｎ₄繊
維、Ａｌ₂Ｏ₃繊維、Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂繊維又はＣ繊維
から構成される織布、ヤーンの集合体の不織布を成形し
て、所定のフィルタ形状としておき、この成形体の除塵
表面部にチョップド単繊維スラリを含浸して単繊維凝集
層を形成し、樹脂の炭化処理を行い、この単繊維凝集層
を表面層に備えた繊維成形体の繊維表面にＳｉＣ、Ｓｉ
₃Ｎ₄、又はＡｌ₂Ｏ₃のＣＶＤコーティング層を形成した
フィルタ構造としてなるものであり、特にフィルタ表面
層に除塵表面側から順次ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄、又はＡｌ₂
Ｏ₃のＣＶＤコーティング層を形成したウィスカ凝集層
及びチョップド単繊維凝集層を形成したフィルタ構造と
してなるものであり、特にフィルタ表面層のウィスカ凝
集体における微細な孔と、これに引き続くチョップド単
繊維凝集層による初期捕集をなす構成であるため、細か
いダストの集塵機能に優れている。

【００１９】すなわち、フィルタ本体は高耐熱性材料の
みで構成されることから、１０００℃以上の高温でも使
用可能な優れた耐熱性を備えるとともに、ヤーンを束ね
た織布あるいは不織布繊維成形体を基体とするため、薄
肉でも十分な機械的強度を備え、空孔率が大きく、圧力
損失の小さいフィルタ機能があり、更に、繊維成形体の
繊維表面及び表層部チョップド単繊維凝集層の繊維、並
びに最上表層面ウィスカ凝集層のウィスカにＣＶＤ法に
よる高純度で高耐食性、高耐熱性のコーティング層が形
成されているため、高温におけるＨＣｌ等の腐食性雰囲
気においても十分に使用可能である。

【００２０】本発明は、上記繊維成形体からなる基体に
ＣＶＤコーティング層を形成した上に、更に除塵表面側
にチョップド単繊維凝集層とこの表層部にウィスカ凝集
層を形成し、単繊維表面、ウィスカ表面にセラミックス
コーティング層を形成しているため、表層面でのウィス
カ凝集層による一次ダスト捕集、その内層側でのチョッ
プド単繊維凝集層による二次ダスト捕集が行われ、引き
続き内層側での三次ダスト捕集が行われる。したがって
ウィスカ凝集層、チョップド単繊維凝集層では微細な孔
による捕集機能により段階的に細かいダストが効率的に
捕集され、初期の集塵効率が高くなり、ウィスカ凝集層
とチョップド単繊維凝集層を設けないフィルタでの捕集
効率が９９．５％であったのに対し、ウィスカ凝集層を
表層部に設けた本発明では初期の集塵効率が９９．９９
％にも達した。また、圧損に関しては、上記フィルタ本
体のみよりはウィスカ凝集層とチョップド単繊維凝集層
の存在により圧損がやや大きいものの、集塵運転に伴う
圧損の上昇は少ないものとなる。これはウィスカ凝集層
の内部にダストが入り込むことが極力阻止されて基本的
に表面捕集作用をなし、更にチョップド単繊維凝集層に
よるダスト侵入の防止機能も相俟ってフィルタ基体の内
部へのダスト侵入が防止されるからである。また、ウィ
スカ凝集層では微細な孔による捕集であるため、ダスト
粒が除塵表面にて堆積されるだけであり、目詰まりし難
いものとなっており、これによりパルスジェットによる
ダスト払い落としを繰り返した後も、圧損上昇を低く抑
えることができ、経時的圧損上昇が小さいものとなって
いる。このため、特に石炭利用複合発電システム等のよ
うに、排気ガスをタービンに導くような経路に上記フィ
ルタを配置することにより、従来のセラミックフィルタ
で最大効率と称されている限度以上の捕集効率を実現で
きるようになった。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の具体的実施の形態
を、本発明のフィルタの製造方法に従って詳細に説明す
る。

【００２２】本発明のフィルタを製造するには次のよう
にして行う。 （第１工程／繊維成形工程）ＳｉＣ繊維、Ｓｉ₃Ｎ₄繊
維、Ａｌ₂Ｏ₃繊維、Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂繊維又はＣ繊維
を用いて繊維成形体を製造する。すなわち、 （ａ）上記繊維の織布を１枚あるいは複数枚積層した層 又は （ｂ）長さ１ｍｍ以上、好ましくは５〜２５ｍｍのチョ
ップドヤーンの集合層

【００２３】なお、これらの（ａ）、（ｂ）の単繊維径
は５〜２０μｍ程度であることが好ましい。長さ１ｍｍ
以下では、繊維と繊維の交差により形成される空隙率が
小さくなり、フィルタの圧力損失が増大してしまう。ま
た、繊維径が５μｍより小さいと繊維と繊維の交差によ
り形成される空隙率が小さくなり、フィルタの圧力損失
が増大してしまう。２０μｍより大きいと繊維と繊維の
交差により形成される空隙が大きくなり、ウィスカ凝集
層の形成が困難となる。これは空孔が大であるとウィス
カ凝集層が乾燥や蒸着処理工程で脱落し易くなり、脱落
により大きな空孔が残存するフィルタとなって、この孔
からダストが通過しフィルタ機能を果たさなくなるから
である。また、（ｂ）において、チョップドヤーンはこ
のような単繊維を５００〜２０００本程度収束したもの
が好ましい。

【００２４】このような繊維成形体は、例えば、繊維の
織布を積層して樹脂を含浸させ、これを型に入れて真空
成形することによって所望の形状に成形する。

【００２５】また、チョップドヤーンの集合体に樹脂を
含浸させたものを成形型に巻き付けた後、硬化成形させ
てもよい。

【００２６】この場合、樹脂としてはフェノール樹脂、
エポキシ樹脂、ポリビニルアルコール等を用いることが
でき、なお、樹脂の使用に当っては必要に応じて更に有
機溶媒又は水を用いる。

【００２７】なお、成形体としての基層の厚さは１〜１
０ｍｍとすることが望ましい。基層の厚さが１ｍｍ以下
では、製作工程でのハンドリングにより破損しやすくな
り、歩留りが悪化して製品価格が高くなってしまい、基
層の厚さが１０ｍｍを越えると、圧力損失が大きくな
り、石炭利用複合発電システムに利用できない除塵フィ
ルタとなってしまうのである。

【００２８】（第２工程／チョップド単繊維含浸工程）
上記繊維成形体の除塵表面となる面の空孔内にセラミッ
クスのチョップド単繊維を含浸し、上記繊維成形体表面
の余分な樹脂を拭き取って除去する。このチョップド単
繊維はＳｉＣ繊維、Ｓｉ₃Ｎ₄繊維、Ａｌ₂Ｏ₃繊維、Ａｌ
₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂繊維、Ｃ繊維又は黒鉛繊維とし、これら
の繊維直径が０．５〜２０μｍの繊維を０．１〜５ｍｍ
の長さに切断処理した単繊維を用いるのが好ましい。繊
維径＜０．５μｍでは、繊維と繊維の交差により形成さ
れる除塵表面層の空隙率が小さくなり、フィルタの圧力
損失が増大し、逆に繊維径＞２０μｍでは、第１工程で
形成された繊維成形体の空孔内へチョップド単繊維が含
浸しにくくなる。また、繊維長さ＜０．１ｍｍでは、繊
維と繊維の交差により形成される除塵表面層の空隙率が
小さくなり、フィルタの圧力損失が増大し、逆に繊維長
さ＞５ｍｍでは、第１工程で形成された繊維成形体の空
孔内へチョップド単繊維が含浸しにくくなるからであ
る。

【００２９】このようなチョップド単繊維を繊維成形体
に含浸させるが、これは次のような方法を採ることがで
きる。 （ａ）分散剤等でチョップド単繊維をスラリ状にし、繊
維成形体表面に刷毛等で塗布、乾燥する。 （ｂ）分散剤等でチョップド単繊維をスラリ状にし、こ
のスラリ中に繊維成形体を漬け、空孔に浸透させた後に
乾燥する。この場合は、除塵表面以外の部分に廻り込ま
ないように、例えば成形体が円筒形の場合には開口部に
蓋をする等の処置をして漬け込むようにすればよい。

【００３０】スラリ原料並びに配合割合は次のようにし
ている。 （１）ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄繊維 繊維 ＝４０重量％、 水 ＝５９．７重量％、 ジエチルアミン＝０．３％ を混合し、ボールミルにより１時間混練する。 （２）Ａｌ₂Ｏ₃繊維 繊維 ＝７０重量％、 水 ＝２９．５重量％、 解膠剤（アクリル系オリゴマー酸型）＝０．５％ を混合し、ボールミルにより１時間混練する。 （３）Ｃ、黒鉛繊維 繊維 ＝６０重量％、 エタノール ＝４０重量％、 を混合し、ボールミルにより１時間混練する。

【００３１】スラリの乾燥によって含浸されたチョップ
ド単繊維が飛散しないように、適当なバインダーを使用
することができる。あるいは、乾燥後に適当なバインダ
ーを塗布し、硬化させるようにしてもよい。このバイン
ダーとしては、例えば、エポキシ樹脂、ポリビニールア
ルコール樹脂のようなものを用いればよい。

【００３２】上記チョップド単繊維の含浸深さは次のよ
うに設定する。 （チョップド単繊維平均径×１０）＜チョップド単繊維
含浸深さ＜１ｍｍ チョップド単繊維平均径の１０倍以下では大きな気孔が
残存し、除塵効率を低下させてしまい、１ｍｍ以上に含
浸させるとセラミックコーティングしたチョップド単繊
維層中に微細気孔が有って１ｍｍ以上では圧力損失が大
きくなり、石炭利用複合発電システムの除塵装置に適さ
なくなるからである。

【００３３】（第３工程／炭化処理工程）繊維成形体の
除塵表面にチョップド単繊維を含浸させたフィルタ素材
の樹脂類を炭化（あるいは黒鉛化）して繊維結合処理を
行う。これは成形体を不活性ガス中において加熱処理
し、結合樹脂を炭化させることで行えばよい。このよう
にして得られる繊維成形体は、樹脂の炭化又は黒鉛化に
より生成した炭素又は黒鉛が繊維同志の接点を接合して
なる繊維成形体となる。

【００３４】また、前記繊維成形体は表面にＣＶＤ法に
より炭素を析出させることにより、析出させた炭素で繊
維同志の接点を接合して製造することもできる。次工程
のＣＶＤコーティングに到るまでのハンドリングに十分
に耐え、しかも空孔率の大きい多孔質繊維成形体を容易
に製造することができる。

【００３５】（第４工程／ＣＶＤコーティング工程）上
述のチョップド単繊維凝集層が形成された繊維成形体に
対し、当該繊維成形体を構成している繊維表面に、所定
割合の空孔が残存するようにＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄、又はＡ
ｌ₂Ｏ₃ＣＶＤコーティング層を形成することにより、繊
維表面の耐熱強度が向上されるとともに繊維同志の結合
性が増したフィルタが製造される。

【００３６】チョップド単繊維の表面コーティング層の
膜厚は ０．５μｍ＜ｔ_m＜５μｍ の範囲で蒸着させるのである。０．５μｍ以下では強
度、耐熱性、耐食性が弱く、５μｍ以上では空孔率が小
さくなり圧損が増大するからである。

【００３７】（第５工程／ウィスカ含浸工程）本発明に
係るフィルタは、繊維成形体の表面にチョップド単繊維
凝集層を形成した後、更にそのチョップド単繊維凝集層
の除塵表面側の領域の空孔にセラミックスウィスカを含
浸して乾燥させるのである。このウィスカの材質として
は、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｃ、又は黒鉛が好適
であり、この中から１種または２種以上のウィスカをス
ラリ化し、これをフィルタ除塵表面部に吹き付け法や刷
毛による塗布方法で、除塵表面にウィスカスラリ層を形
成し、表面に付着した余分のスラリを拭き取りや刷毛で
除去する。

【００３８】セラミックスウィスカのスラリ化は次のよ
うにして行えばよい。 （１）ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄ウィスカ ウィスカ ＝４０重量％、 水 ＝５９．７重量％、 ジエチルアミン＝０．３％ を混合し、ボールミルにより１時間混練する。 （２）Ａｌ₂Ｏ₃ウィスカ ウィスカ ＝７０重量％、 水 ＝２９．５重量％、 解膠剤（アクリル系オリゴマー酸型）＝０．５％ を混合し、ボールミルにより１時間混練する。 （３）Ｃウィスカ ウィスカ ＝６０重量％、 エタノール ＝４０重量％、 を混合し、ボールミルにより１時間混練する。

【００３９】このようにして得られたウィスカスラリ
は、フィルタ本体の除塵表面部の空孔内に含浸される。
含浸の程度としては、圧損増大の影響を回避するために
表層部分のみに含浸させればよいが、含浸の程度は、 （ウィスカ平均径×１０）＜（ウィスカ含浸深さ）＜１
ｍｍ が望ましい。ウィスカ平均径の１０倍以下では大きな気
孔が残存し易く、除塵効率が低下するからである。ま
た、セラミックスをコーティングしたウィスカ層には微
細な孔が開いているので、この層が厚くなり過ぎると圧
力損失が大きくなる。この層の厚さが１ｍｍ以上では、
石炭利用複合発電システムの除塵装置に要求される圧力
損失値を上回るので、上限は１ｍｍ未満であることが望
ましい。

【００４０】ウィスカスラリの含浸後、水や有機溶媒が
沸騰しない温度、圧力条件で乾燥させ、セラミックスウ
ィスカのみを残留させればよい（バインダを使用する場
合はバインダ成分も残留させる）。これによって、フィ
ルタ本体の除塵表面層にセラミックスウィスカ凝集層が
形成され、この部分での空孔率は基体部分よりも低い
が、細かいダストの捕集が可能となる。

【００４１】（第６工程／ウィスカＣＶＤコーティング
工程）次いで、上記セラミックスウィスカ凝集層のウィ
スカ表面にＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄、又はＡｌ₂Ｏ₃のＣＶＤコ
ーティング層を形成するのである。これはウィスカ相互
の結合性を補強するためのもので、ＣＶＤ処理により含
浸したウィスカ凝集体表面の平均膜厚ｔ_m、すなわち、
ウィスカ表面に被覆されたセラミックス膜の平均厚さ
が、 ０．５μｍ＜ｔ_m＜５μｍ の範囲で蒸着させるのである。０．５μｍ以下では強
度、耐熱性、耐食性が弱く、５μｍ以上では空孔率が小
さくなり圧損が増大するからである。

【００４２】このようなフィルタでは、繊維成形体を構
成する繊維、この繊維の接合のための炭素又は黒鉛、上
記ＣＶＤコーティング層及び空孔の体積合有率は、その
除塵効率、圧力損失、耐熱性、機械的特性、耐久性等の
面から、下記の範囲であることが好ましい。 繊維：１〜１５％ 炭素又は黒鉛：２〜２０％ ＣＶＤコーティング層：２〜１５％ 空孔：５０〜９５％ すなわち、繊維＜１％では、フィルタの強度が低くなり
すぎ、逆洗時のガスの風圧により損傷しやすくなる。ま
た、繊維＞１５％では、圧力損失の小さなフィルタとす
るためにＣＶＤコーティング層を少なくする必要が生
じ、これによって繊維と繊維の結合力が低下し、逆洗の
圧力に耐えられなくなる。更に、炭素又は黒鉛＜２％で
はＣＶＤコーティング前のハンドリングに耐えられる結
合強度が得られず、炭素又は黒鉛＞２０％では、圧力損
失の小さなフィルタとするためにＣＶＤコーティング層
を少なくする必要が生じ、これによって繊維と繊維の結
合力が低下し、逆洗の圧力に耐えられなくなるからであ
る。ＣＶＤコーティング層＜２％では繊維と繊維の結合
力が弱く、逆洗時の風圧に耐えられない。また、ＣＶＤ
コーティング層＞２０％では脆くなって熱衝撃に耐えら
れなくなる。加えて、空孔＜５０％では圧力損失が大と
なり、空孔＞９５％では強度が低下し、逆洗に耐えられ
ず、ウィスカ凝集層の形成が困難となり、凝集層が脱落
し、大きな空孔が残存するフィルタになりやすいからで
ある。

【００４３】このようなフィルタ本体の形状としては特
に制限はないが、圧力損失を小さくし、かつ、フィルタ
の逆洗（堆積ダストの除去）時の圧力に対する耐久性を
高めるために、次の（Ａ）〜（Ｃ）の形状とするのが好
ましい。 （Ａ） 有底又は無底円筒形状 （Ｂ） 有底又は無底角筒形状 （Ｃ） 上記（Ａ）又は（Ｂ）で長さ方向にテーパがつ
いたもの（一端側と他端側で横断面の大ささが異なるも
の）

【００４４】なお、フィルタの肉厚ｔは、圧力損失、耐
逆洗圧力の面から、フィルタの半径Ｒに対して、√（Ｒ
／３０）＜ｔ＜１５ｍｍであることが好ましい。ｔ＜√
（Ｒ／３０）では圧力損失は小さいものの逆洗圧力によ
り破損し易く、ｔ＞１５ｍｍでは耐逆洗圧力性は良好で
あるものの、圧力損失が大きくなるからである。

【００４５】ここで、フィルタの半径Ｒとは、円筒形フ
ィルタ（Ａ）ではその内半径（真円でない場合には平均
内半径）、角筒形フィルタ（Ｂ）では内壁の外接円半
径、テーパ付フィルタ（Ｃ）では上記（Ａ）、（Ｂ）に
おける半径において、大きい方の半径をさす。

【００４６】上記フィルタにおいて、繊維成形体を構成
する繊維材質（織布繊維、チョップド単繊維）、並びに
ウィスカと、ＣＶＤコーティング層の材質とは同一であ
っても異なっていても良いが、両者を同一材質とした場
合には、熱膨張差による応力の発生が防止され、より高
温での使用に有利である。

【００４７】このように構成された本発明のフィルタ
は、ゴミ焼却炉の出口排ガスやボイラ出口排ガスのダス
ト除去、製鉄用高炉の炉頂圧タービン流入ガスのダスト
除去、高炉排ガスのダスト除去等に有効であるが、特に
高温、腐食性ガスの除塵とともに、ダスト濃度を大幅に
低減させる必要のある加圧流動層複合発電や石炭ガス化
複合発電などの石炭利用複合発電システムにおける高温
集塵に極めて有効に使用することができる。

【００４８】なお、本発明のフィルタ製造工程は、
（１）第１工程／繊維成形工程→第３工程／炭化処理工
程→第４工程／ＣＶＤコーティング工程→第２工程／チ
ョップド単繊維含浸工程→第３工程／炭化処理工程→第
４工程／ＣＶＤコーティング工程→第５工程／ウィスカ
含浸工程→第６工程（ウィスカＣＶＤコーティング工
程）の順位、（２）第１工程／繊維成形工程→第３工程
／炭化処理工程→第２工程／チョップド単繊維含浸工程
→第３工程／炭化処理工程→第４工程／ＣＶＤコーティ
ング工程→第５工程／ウィスカ含浸工程→第６工程（ウ
ィスカＣＶＤコーティング工程）の順位、（３）第１工
程／繊維成形工程→第３工程／炭化処理工程→第４工程
／ＣＶＤコーティング工程→第２工程／チョップド単繊
維含浸工程→第３工程／炭化処理工程→第５工程／ウィ
スカ含浸工程→第４工程／ＣＶＤコーティング工程→第
６工程（ウィスカＣＶＤコーティング工程）の順位、
（４）第１工程／繊維成形工程→第３工程／炭化処理工
程→第４工程／ＣＶＤコーティング工程→第２工程／チ
ョップド単繊維含浸工程→第５工程／ウィスカ含浸工程
→第３工程／炭化処理工程→第４工程／ＣＶＤコーティ
ング工程→第６工程（ウィスカＣＶＤコーティング工
程）の順位、で行うこともできる。

【００４９】このようにすることで、織布等により形成
されている繊維成形体の繊維炭化処理とＣＶＤコーティ
ングにより基体強度が予め確保され、得られた繊維成形
体は、樹脂の炭化又は黒鉛化により生成した炭素又は黒
鉛が繊維同志の接点を接合した繊維成形体となる。この
結合強度が高い繊維成形体に対してチョップド単繊維が
含浸され、除塵表面に単繊維集合体の凝集層が形成さ
れ、更に最終的に行われるセラミックス表面蒸着により
単繊維同志の結合性を強化安定させることができるとと
もに、チョップド単繊維凝集層の表層部にウィスカ凝集
層が形成され、このウィスカ凝集体における微細な孔に
よる初期捕集をなす構成であるため、細かいダストの集
塵機能に優れている。

【００５０】

【実施例】

（実施例１）長さ２ｍｍ、直径１５μｍのＳｉＣ繊維を
アセトン：フェノール樹脂：２：１（重量比）の混合液
中に分散させ、これを型に流し込んでオートクレーブ処
理により硬化させ、その後、窒素ガス雰囲気中にて９０
０℃で加熱して樹脂を炭化させた。次いで、上記フィル
タ本体１に対して、除塵表面となる円筒１Ｂ及び底面部
１Ｃの外表面に、長さ０．５ｍｍ、直径８．５μｍのＳ
ｉＣ単繊維をつぎの組成のスラリにして刷毛で塗布し、
フィルタ本体表面に付着した余分のスラリを拭き取った
のち、９０℃の大気中で乾燥させた。含浸深さは０．９
ｍｍであった。 繊維：水：ジエチルアミン＝４０：５９．７：０．３
（重量比）

【００５１】このようにして得られたＳｉＣ繊維成型体
の繊維表面にＣＶＤ法によりＳｉＣコーティング層を形
成して、図１に示す断面形状及び寸法の、フランジ部１
Ａ、円筒部１Ｂ、底面部ｌＣよりなる円筒形フィルタ本
体１を製造した。得られたフィルタ本体の各構成要素の
体積含有率は次の通りである。 ＳｉＣ繊維：７％ 炭素：２％ ＳｉＣコティング層：１０％ 空孔：８１％

【００５２】次いで、上記フィルタ本体に対して、除塵
表面となる円筒部１Ｂ及び底面部１Ｃの外面にＳｉＣウ
ィスカのスラリを塗布した後、余分のスラリを拭き取り
除去し、これを乾燥加熱させた。ウィスカ含浸深さは
０．７ｍｍであった。乾燥後に、ＣＶＤ法によりウィス
カの表面に対してＳｉＣコーティング層を形成して、セ
ラミックスコーティングウィスカ凝集層を形成した。こ
のとき、含浸したウィスカ表面に被覆されたセラミック
スの平均膜厚ｔ_mは２μｍであった。

【００５３】（比較例１）上記フィルタ本体、すなわ
ち、ＣＶＤコーティングの単繊維凝集層及びウィスカ凝
集層を形成しないフィルタと以下の除塵条件のもとで、
除塵効果の比較を行った。除塵条件 排ガス量：１２００ｍ³Ｎ／ｈｒ 排ガス温度：１０００〜１０５０℃ ダスト種類：カーボン粒子（平均粒子径１μｍ） ダスト濃度：４ｇ／ｍ³Ｎ 濾過速度：３．９ｍ／ｍｉｎ（１０２５℃において） フィルタ本数：２８本（濾過面積約５．１ｍ²） 再生方法：パルスエア（タイマ制御：約３分間隔）

【００５４】図２及び図３より、本発明のフィルタによ
れば、長期にわたり、小さい圧力損失にて、また、高い
補集効率にて安定に除塵処理できることが明らかであ
る。補集効率は、比較例１が９６．５％以下であったの
に対し、実施例１のフィルタでは９９．９９％であっ
た。

【００５５】（実施例２）直径１１μｍのＳｉＣ連続繊
維よりなる不織布を固形分６重量％のポリビニールアル
コール水溶液中に分散させ、これを型に流し込んで硬化
させ、次いで、この成形体に対して、除塵表面となる円
筒１Ｂ及び底面部１Ｃの外表面に、長さ１ｍｍ、直径
８．５μｍのＳｉＣ単繊維をつぎの組成のスラリにして
刷毛で塗布し、フィルタ本体表面に付着した余分のスラ
リを拭き取ったのち、９０℃の大気中で乾燥させた。含
浸深さは０．７ｍｍであった。 繊維：水：ジエチルアミン＝４０：５９．７：０．３
（重量比）

【００５６】その後、窒素ガス雰囲気中にて９００℃で
加熱して樹脂を炭化させた。このようにして得られたＳ
ｉＣ繊維成型体の繊維表面にＣＶＤ法によりＳｉＣコー
ティング層を形成して、第１図に示す断面形状及び寸法
の、フランジ部１Ａ、円筒部１Ｂ、底面部１Ｃよりなる
円筒形フィルタ本体１を製造した。得られたフィルタ本
体の各構成要素の体積含有率は次の通りである。 ＳｉＣ繊維：１２％ 炭素：１．５％ ＳｉＣコーティング層：６．５％ 空孔：８０％

【００５７】次いで、上記フィルタ本体に対して、除塵
表面となる円筒部１Ｂ及び底面部１Ｃの外面にＳｉＣウ
ィスカのスラリを塗布した後、余分のスラリを拭き取り
除去し、これを乾燥加熱させた。ウィスカ含浸深さは
０．５ｍｍであった。乾燥後に、ＣＶＤ法によりウィス
カの表面に対してＳｉＣコーティング層を形成して、セ
ラミックスコーティングウィスカ凝集層を形成した。こ
のとき、含浸したウィスカ表面に被覆されたセラミック
スの平均膜厚ｔ_mは３．５μｍであった。

【００５８】（比較例２）上記フィルタ本体、すなわ
ち、ＣＶＤコーティングの単繊維凝集層及びウィスカ凝
集層を形成しないフィルタと以下の除塵条件のもとで、
除塵効果の比較を行った。除塵条件 排ガス量：１２００ｍ³Ｎ／ｈｒ 排ガス温度：１０００〜１０５０℃ ダスト種類：カーボン粒子（平均粒子径１μｍ） ダスト濃度：４ｇ／ｍ³Ｎ 濾過速度：３．９ｍ／ｍｉｎ（１０２５℃において） フィルタ本数：２８本（濾過面積約５．１ｍ²） 再生方法：パルスエア（タイマ制御：約３分間隔）

【００５９】図４及び図５より、本発明のフィルタによ
れば、長期にわたり、小さい圧力損失にて、また、高い
補集効率にて安定に除塵処理できることが明らかであ
る。補集効率は、比較例２が９８％以下であったのに対
し、実施例２のフィルタでは９９．９９％であった。

【００６０】（実施例３）実施例１と同様の方法により
製造した有底角筒形フィルタを使用して、外形寸法２．
２ｍ×１．５ｍ×１．０ｍ高さで総濾過面積が１７．４
ｍ²の除塵器を製造し、一般都市ゴミを焼却して発生し
た排ガスを下記除塵条件にて処理した。

【００６１】（比較例３）上記フィルタ本体、すなわ
ち、ＣＶＤコーティングのウィスカ凝集層を形成しない
フィルタと下記の除塵条件のもとで、除塵効果の比較を
行った。除塵条件 排ガス量：９７０ｍ³Ｎ／ｈｒ 排ガス温度：９００℃ 除塵器入口ダスト濃度：７ｇ／ｍ³Ｎ

【００６２】本発明のフィルタによれば、比較例３と比
較して圧力損失はわずかに増大するが、長期にわたり高
い補集効率にて安定に除塵処理できることが明らかであ
る。１０００時間稼働後の補集効率は９９．９９％であ
り、比較例３の１０００時間稼働後の補集効率９９．５
％と比較して、長期にわたり高効率で安定して除塵処理
できることが明らかである。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、アルミナ・シリカ及び
炭素よりなる群から選ばれる１種又は２種以上の繊維の
織布の層又はチョップドヤーンの集合層により形成され
る繊維成形体の表層部に炭化珪素、窒化珪素、アルミ
ナ、アルミナ・シリカ、炭素及び黒鉛よりなる群から選
ばれる１種又は２種以上のチョップド単繊維を含浸させ
て形成される単繊維凝集層を設け、繊維表面には炭化珪
素、窒化珪素、アルミナ及び炭素よりなる群から選ばれ
る１種又は２種以上のコーティング層を気相蒸着させた
ＣＶＤコーティング層を形成し、更にこのチョップド単
繊維凝集層の除塵表面側にウィスカ凝集層を形成し、こ
のウィスカ表面にも炭化珪素、窒化珪素、アルミナ及び
炭素よりなる群から選ばれる１種又は２種以上のコーテ
ィング層を気相蒸着させたＣＶＤコーティング層を形成
するようにしてあるので、耐熱性、高温での耐腐食性、
耐久性に優れるとともに、圧力損失の上昇を抑制しつ
つ、除塵表面部におけるウィスカ凝集層、チョップド単
繊維凝集層の微細な孔による。細かいダストの捕集と、
これに続く内部のＣＶＤ処理された繊維成形体による捕
集作用によって捕集効率が大幅に向上され、かつ小型薄
肉化が可能で、石炭利用複合発電システム等で要求され
る高効率ダスト捕集処理に有効な高精度フィルタが提供
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のフィルタ断面図及び部分拡大図であ
る。

【図２】実施例１と比較例１の圧力損失の経時的変化を
求めた除塵試験結果を示すグラフである。

【図３】実施例１と比較例１の粉塵捕集効率の経時的変
化を求めた除塵試験結果を示すグラフである。

【図４】実施例２と比較例２の圧力損失の経時的変化を
求めた除塵試験結果を示すグラフである。

【図５】実施例２と比較例２の粉塵捕集効率の経時的変
化を求めた除塵試験結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 円筒形フィルタ本体 １Ａ フランジ部 １Ｂ 円筒部 １Ｃ 底面部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、アルミ
   ナ・シリカ及び炭素よりなる群から選ばれる１種又は２
   種以上の繊維の織布層又はチョップドヤーンの集合層と
   して構成される繊維成形体と、 この繊維成形体の除塵表面空孔内に形成され、炭化珪
   素、窒化珪素、アルミナ、アルミナ・シリカ、炭素及び
   黒鉛よりなる群から選ばれる１種又は２種以上のチョッ
   プド単繊維から構成される単繊維凝集層と、 このチョップド単繊維凝集層の除塵表面側に形成され、
   炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、炭素及び黒炭よりなる
   群から選ばれる１種又は２種以上のウィスカ凝集層と、
   から形成され、 前記繊維成形体、チョップド単繊維凝集層、及びウィス
   カ凝集層の繊維・ウィスカ表面には炭化珪素、窒化珪
   素、及びアルミナよりなる群から選ばれる１種又は２種
   以上の気相蒸着コーティング層を形成してなることを特
   徴とするフィルタ。
2. 【請求項２】 炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、アルミ
   ナ・シリカ及び炭素よりなる群から選ばれる１種又は２
   種以上の繊維の織布の層又はチョップドヤーンの集合層
   に対して樹脂類の含浸により繊維成形体を形成してお
   き、 前記繊維成形体の除塵表面空孔内に、炭化珪素、窒化珪
   素、アルミナ、アルミナ・シリカ、炭素及び黒鉛よりな
   る群から選ばれる１種又は２種以上のチョップド単繊維
   を分散剤によりスラリ状にして含浸乾燥させ、 前記スラリの乾燥後に樹脂類の炭化処理をなし、 チョップド単繊維凝集層が形成された繊維成形体の繊維
   表面に炭化珪素、窒化珪素、及びアルミナよりなる群か
   ら選ばれる１種又は２種以上のコーティング層を気相蒸
   着させ、 前記チョップド単繊維凝集層の除塵表面に炭化珪素、窒
   化珪素、アルミナ、炭素及び黒鉛よりなる群から選ばれ
   る１種又は２種以上のウィスカスラリを含浸乾燥させ、 これにより形成されたウィスカ凝集層のウィスカ表面に
   炭化珪素、窒化珪素及びアルミナよりなる群から選ばれ
   る１種又は２種以上のコーティング層を気相蒸着させる
   ことを特徴とするフィルタ製造方法。
3. 【請求項３】 炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、アルミ
   ナ・シリカ及び炭素よりなる群から選ばれる１種又は２
   種以上の繊維の織布の層又はチョップドヤーンの集合層
   として構成される繊維成形体を形成しておき、 前記繊維成形体の樹脂類の炭化処理をなし、 この繊維成形体の繊維表面に炭化珪素、窒化珪素、及び
   アルミナよりなる群から選ばれる１種又は２種以上のコ
   ーティング層を気相蒸着させ、 前記繊維成形体の除塵表面空孔内に、炭化珪素、窒化珪
   素、アルミナ、アルミナ・シリカ、炭素及び黒鉛よりな
   る群から選ばれる１種又は２種以上のチョップド単繊維
   を分散剤によりスラリ状にして含浸させ、 前記単繊維凝集層の樹脂類の炭化処理をなし、 この単繊維凝集層の繊維表面に炭化珪素、窒化珪素、及
   びアルミナよりなる群から選ばれる１種又は２種以上の
   コーティング層を気相蒸着させ、 前記チョップド単繊維凝集層の除塵表面に炭化珪素、窒
   化珪素、アルミナ、炭素及び黒鉛よりなる群から選ばれ
   る１種又は２種以上のウィスカスラリを含浸乾燥させ、 これにより形成されたウィスカ凝集層のウィスカ表面に
   炭化珪素、窒化珪素及びアルミナよりなる群から選ばれ
   る１種又は２種以上のコーティング層を気相蒸着させる
   ことを特徴とするフィルタの製造方法。