多孔質金属部品であるチューブ、プレート、ディスクは、ろ過ユニット、ガス分配システム、流量制御部品、電気化学セルなどの基本構成要素です。どの形状を選ぶべきかは、システム内の設置位置と求められる機能によって決まります。この記事では、標準的な3形状の特徴、寸法範囲、そしてそれぞれが適する用途を整理します。
材質と細孔構造
3つの形状はいずれも、316Lステンレスまたは純チタングレード2の金属粉末を、1000-1200°Cの真空炉で焼結して製造されます。得られる構造は、壁厚または本体厚み全体に連通気孔を持ち、原料粉末粒径と焼結条件に応じて0.22-100 µmの範囲で孔径制御が可能です。一般的な気孔率は30-45%で、体積の約3分の1が開孔部です。
ステンレス鋼または純チタンの選定では、プロセス流体、運転条件、完成部品に必要な資料を確認してください。材料の選定だけでは、医薬品用途や食品接触用途への適合性は証明できません。
多孔質チューブ
外径範囲: 14 – 200 mm（チタン）/ 20 – 200 mm（316L）
長さ: 100 – 1200 mm
壁厚: 2～10 mm
気孔率: 30 – 45%
孔径: 0.22 – 100 µm
多孔質チューブは最も汎用性の高い形状です。円筒形のため、配管内への直接組込み、ハウジングへの挿入、槽内への縦置き設置がしやすく、外側から内側へのろ過、または内側から外側へのスパージング／曝気のどちらにも使えます。
ガススパージング・曝気
チューブ内側から加圧ガスを供給すると、ガスは細孔を通って外表面から均一な微細気泡として放出されます。気泡径は細孔径で左右され、細かい孔ほど小さな気泡となり、単位ガス量あたりの界面積が増えて物質移動性能が高まります。代表例は排水の酸素供給、飲料の炭酸化、化学プロセスでの気液反応です。曝気では10-50 µm程度、バイオリアクターの微細気泡拡散では2-10 µm程度が一般的です。
流動化
流動層反応器や粉体ハンドリング設備では、多孔質チューブが長手方向に均一なガス分配を行い、安定した流動化を保ちます。多孔壁の圧力損失自体が自然な流量抵抗として働くため、ベッド密度が場所によって変わってもチャネリングを抑えやすくなります。これは、抵抗の低い穴から優先的にガスが流れやすい穿孔配管式ディストリビューターに対する利点です。
インラインろ過
インラインフィルターとして使う場合、多孔質チューブは外側から内側への流れで機能し、流体が壁を通って内径側へ入る際に粒子を捕集します。円筒形のため、ハウジング径に対して有効ろ過面積を大きく取りやすく、複数本を並列配置することで総流量を増やせます。
多孔質プレート
最大サイズ: 600 x 400 mm（チタン）/ 300 x 300 mm（316L）
厚さ：チタン 0.5–20 mm / 316Lステンレス鋼 0.5–10 mm
気孔率: 30 – 45%
孔径: 0.22 – 100 µm
多孔質プレートは、均一な貫通気孔を持つ平板形状です。円筒面ではなく、平面状の透過面が必要な用途に向いています。
PEM電解槽部品
PEM水電解装置では、多孔質チタンプレートがアノード側のPTLや流路プレートとして使われます。プレートは、水を触媒層へ供給しつつ、電気を流し、酸素気泡を排出する役割を持ちます。アノード側は酸性かつ高酸化環境のため、ここではチタンが必要です。PTL用途の板厚は通常0.5-2 mmで、気孔率はセル設計に合わせて調整されます。
流体分配
充填塔への供給や熱交換器面へのガス分配のように、流体を断面全体へ均一に広げたい場合、多孔質プレートは受動的なディストリビューターとして働きます。プレートで圧力損失を持たせることで、流体が通過前に横方向へ広がり、ノズル式ディストリビューターで起きやすいジェット流を抑えられます。
多孔質ディスク
直径: 5 – 300 mm（チタン）/ 5 – 300 mm（316L）
厚さ：チタン 0.5–20 mm / 316Lステンレス鋼 0.5–10 mm
公差: 外径 ±0.1 mm、厚み ±0.05 mm
気孔率: 30 – 45%
孔径: 0.22 – 100 µm
多孔質ディスクは、丸形ハウジング、フランジ、配管接続部に組み込みやすい円板部品です。座面に落とし込んでクランプまたはボルト固定するだけで設置できるため、特に小型設備や研究室用途でよく使われます。
サンプルろ過・研究室用途
分析化学や品質管理の研究室では、焼結金属ディスクを、適切なサンプルホルダー内のろ材支持体またはフィルターエレメントとして使用できる場合があります。孔径の定格だけでは無菌ろ過は証明できません。粒子捕捉性能、洗浄、再使用、および滅菌工程には、用途ごとの検証が必要です。
ガス拡散
5-50 mm程度の小型ディスクは、センサー、分析器、小型気液接触装置のガス拡散部品として使われます。バルブやアクティブ制御なしで、ガスが測定チャンバーや液相へ浸透する速度を安定的に制御できます。
圧力平衡
ステンレス鋼または純チタンの選定では、プロセス流体、運転条件、完成部品に必要な資料を確認してください。材料の選定だけでは、医薬品用途や食品接触用途への適合性は証明できません。
形状選定の考え方
実際の選定は、多くの場合設置形状で決まります。
- チューブ：配管、槽、円筒ハウジング内に入る場合、長手方向に均一なスパージングが必要な場合、インラインろ過や溶接キャップ・ねじ・フランジ接続が必要な場合。
- プレート：矩形または正方形の断面をまたぐ平面透過面が必要な場合、電解槽スタック部品、大面積の流体分配用途。
- ディスク：丸座やフランジに落とし込む構造、ラボ・ベンチスケール設備、ベントプラグ、小型ガスディフューザー、または直径300 mm以下程度の用途。
3形状ともカスタム寸法対応が可能です。標準外サイズ、孔径、端部仕様が必要な場合は、多孔質部品製品ページをご覧いただくか、お問い合わせください。
