JP2002370009A

JP2002370009A - タービン用吸気フィルタ濾材およびその使用方法

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Publication number: JP2002370009A
Application number: JP2001179026A
Authority: JP
Inventors: Eizo Kawano; 栄三川野; Takuya Maeoka; 拓也前岡
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2002-12-24

Abstract

(57)【要約】【課題】タービン内への汚染がないクリーンな濾材で
あって圧力損失の上昇が抑制されたタービン用吸気フィ
ルタ濾材を提供する。【解決手段】ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜
と、通気性支持材とを含み、上記通気性支持材の少なく
とも１層の繊維径が０．２μｍ以上１５μｍ以下である
タービン用吸気フィルタ濾材する。この濾材は、上記通
気性支持材を、タービン側へとフィルタ濾材を通過する
気流について、ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜よ
りも上流側に配置して使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はポリテトラフルオロ
エチレン（以下、「ＰＴＦＥ」と略す）多孔質膜を用い
たタービン用吸気フィルタ濾材に関し、さらに詳しくは
発電所などに設置されるガスタービンや蒸気タービンの
吸気側に使用される空気および気体中の浮遊粒子の捕集
に適した吸気フィルタ濾材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、タービンの吸気側に使用されるフ
ィルタ用濾材としては、ガラス繊維にバインダーを加え
て抄紙したものが多く用いられてきた。このような濾材
にはいくつかの問題がある。例えば、濾材中には付着小
繊維が存在し、また加工による折曲げ時には自己発塵す
る。これらのガラス繊維は、フィルタから脱落してター
ビン内に入り、ファンに付着してしまう。一方、ＰＴＦ
Ｅはクリーンな材料であり、近年、ＰＴＦＥ多孔質膜を
含むフィルタ濾材が半導体工業のクリーンルームの高性
能フィルタ材料として使用され始めている。特開２００
０−６１２８０公報に記載されているフィルタ濾材はそ
の一例である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＰＴＦＥ多孔質膜と通
気性支持材との積層体からなるフィルタ濾材は、ガラス
製濾材と同じ圧力損失で比較すれば捕集効率が高い。こ
のため、この積層体からなるフィルタ濾材を用いると、
運転中の圧力損失の上昇がガラス製濾材を用いた場合よ
りも短期間で生じる。したがって、従来のＰＴＦＥ多孔
質膜を用いたフィルタ濾材は、タービン用吸気フィルタ
濾材としては圧力損失が短期間で上昇するという問題が
あった。

【０００４】そこで、本発明は、タービン内への汚染が
ないクリーンな濾材であって圧力損失の上昇が抑制され
たタービン用吸気フィルタ濾材およびその使用方法を提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のタービン用吸気フィルタ濾材は、ＰＴＦＥ
多孔質膜と、通気性支持材とを含み、上記通気性支持材
の少なくとも１層の繊維径が０．２μｍ以上１５μｍ以
下であることを特徴とする。

【０００６】また、本発明のタービン用吸気フィルタ濾
材の使用方法は、繊維径が０．２μｍ以上１５μｍ以下
である通気性支持材を、タービンに向かってフィルタ濾
材を通過する気流について、このフィルタ濾材に含まれ
るＰＴＦＥ多孔質膜よりも上流側に配置することを特徴
とする。

【０００７】上記通気性支持材は、補強材として機能す
るとともに、それ自身が大気塵に対するプレフィルタと
して機能する。通気性支持材の捕集機能によって、ＰＴ
ＦＥ多孔質膜の目詰まりが防止されるため、これに起因
する圧力損失の上昇を抑制できる。粉塵の捕集性能は、
捕集理論から通気性支持材の繊維径が細いほど向上する
が、繊維径が０．２μｍより細くなると強度が低くなっ
て補強材としての機能が低下する。一方、繊維径が１５
μｍを超えると捕集性能が低下してしまう。この繊維径
は、０．２μｍ〜０．８μｍがより好ましい。

【０００８】上記タービン用吸気フィルタ濾材において
は、繊維径が０．２μｍ以上１５μｍ以下である通気性
支持材を最外層に配置することが好ましい。プレフィル
タとして機能させるためである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について説明する。図１〜図３は、それぞれ本発明の濾
材の例を示す断面図である。なお、いずれの図面におい
ても、使用時には、図面上方を気流上流側として濾材を
配置するものとする。

【００１０】図１〜図３に示したように、濾材には、Ｐ
ＴＦＥ多孔質膜１の上流側に、繊維径が０．２〜１５μ
ｍである通気性支持材２が配置されている。通気性支持
材２は、気流に対するプレフィルタとして機能する。通
気性支持材２は、材質、構造、形態のいずれも特に限定
されないが、ＰＴＦＥ多孔質膜より通気性に優れた材
料、例えば、フェルト、不織布、織布、メッシュ（網目
状シート）、その他の多孔質材料を用いることができ
る。ただし、強度、捕集性、柔軟性、作業性の点からは
不織布が好ましい。さらに、不織布は、これを構成する
一部または全部の繊維が芯鞘構造の複合繊維であっても
よく、この場合は、芯成分が鞘成分よりも融点が高いと
よい。通気性支持材２の材料についても特に限定はな
く、ポリオレフィン（ポリエチレン(ＰＥ)、ポリプロピ
レン(ＰＰ)など）、ポリアミド、ポリエステル（ポリエ
チレンテレフタレート(ＰＥＴ)など）、芳香族ポリアミ
ド、またはこれらの複合材などを用いればよい。

【００１１】濾材には、図１に示したようにＰＴＦＥ多
孔質膜１と通気性支持材２とが各１層含まれていればよ
いが、図２および図３に示したように、複数の通気性支
持材２を含んでいてもよい。この場合は、少なくとも１
層の通気性支持材の繊維径が上記範囲内にあればよい。
図２に示した濾材は、両方の通気性支持材の繊維径を上
記範囲内とすれば、上下の向きを問わずに使用できる。

【００１２】以下、ＰＴＦＥ多孔質膜を製造する方法の
一例について説明する。まず、ＰＴＦＥファインパウダ
ーに液状潤滑剤を加えたぺースト状の混和物を予備成形
する。液状潤滑剤は、ＰＴＦＥファインパウダーの表面
を濡らすことができて、抽出や加熱により除去できるも
のであれば特に制限されず、例えば、流動パラフィン、
ナフサ、ホワイトオイルなどの炭化水素を使用すること
ができる。液状潤滑剤の添加量は、ＰＴＦＥファインパ
ウダー１００重量部に対して５〜５０重量部程度が適当
である。上記予備成形は，液状潤滑剤が絞り出されない
程度の圧力で行う。次に、予備成形体を、ぺースト押出
や圧延によってシート状に成形し、このＰＴＦＥ成形体
を少なくとも一軸方向に延伸してＰＴＦＥ多孔質シート
を得る。なお、ＰＴＦＥ成形体の延伸は、液状潤滑剤を
除去してから行うとよい。なお、延伸条件は、適宜設定
することができ、通常、縦方向延伸、横方向延伸共に、
温度３０〜３２０℃、延伸倍率２〜３０倍である。延伸
後にＰＴＦＥの融点以上に加熱して焼成してもよい。

【００１３】ＰＴＦＥ多孔質膜は、タービン用吸気フィ
ルタ濾材に用いる場合には、平均孔径０．０１〜５μ
ｍ、平均繊維径０．０２〜１．０μｍ、５．３ｃｍ／秒
の流速で空気を透過させるときの圧力損失が５０〜１０
００Ｐａである膜が好適である。

【００１４】通気性支持材２とＰＴＦＥ多孔質膜１との
積層方法、あるいは通気性支持材２同士の積層方法につ
いても、特に限定はない。ただ単に重ね合わせるだけで
もよいし、例えば接着剤ラミネート、熱ラミネートなど
の方法を適用してもよい。熱ラミネートにより積層する
場合は、加熱により通気性支持材の一部を溶融させて接
着積層してもよく、ホットメルトパウダーのような融着
剤を介在させて接着積層してもよい。

【００１５】濾材には、２以上のＰＴＦＥ多孔質膜を用
いてもよい。これらのＰＴＦＥ多孔質膜を互いに積層す
る場合には、ただ単に重ね合わせてもよいが、成膜時に
圧着積層する方法や熱融着する方法を用いても構わな
い。

【００１６】こうして得た濾材は、通常、連続したＷ字
状に折り曲げられ（プリーツ加工され）、対向する濾材
表面が接触しないようにホットメルトなどでビードが形
成され、さらに金属枠などで枠付けされて吸気フィルタ
ユニットとなる。

【００１７】濾材のプリーツ加工は、以下の方法で行え
ばよい。外周にブレードを配置した一対の回転ドラムを回転さ
せながら濾材をひだ折りしていくロータリー方式と呼ば
れる方法。濾材移送方向に所定の間隔をおいて配置した一対のブ
レードを移動させながら濾材を両面から交互に折り畳ん
でいくレシプロ方式と呼ばれる方法。

【００１８】ＰＴＦＥ多孔質膜と通気性支持材との積層
体からなる濾材は、上記積層工程およびフィルタユニッ
トヘの加工工程において、摩擦により帯電しやすい。帯
電して表面電位が高くなった濾材に導電体が近づいたり
人間が素手で触れたりすると、放電（スパーク）が発生
して濾材に貫通孔が形成されることがある。貫通孔が形
成されると、濾材の捕集効率が低下し、貫通孔断面の短
径よりも小さい粒径の粒子について捕集効率の粒子径依
存性がなくなる、いわゆるリーク現象が発生する。この
ようなリークを防止するためには、濾材の製造および加
工の工程において、摩擦が発生しやすい場所に帯電除去
装置を配置して行うとよい。

【００１９】帯電を防止するために、帯電しにくいＰＴ
ＦＥ多孔質膜や通気性支持材を用いてもよい。例えば、
カーボン、金属紛などの導電性材料を練り込んだ導電性
または半導電性のＰＴＦＥ多孔質膜や通気性支持材を用
いたり、スパッタ処理、放電処理、界面活性剤のコーテ
ィング処理などにより予め親水化処理したＰＴＦＥ多孔
質膜や通気性支持材を用いると、濾材の帯電を抑制でき
る。

【００２０】いずれの方法を採用する場合も、濾材の表
面電位を、その絶対値が０．３ｋＶ以下となる程度にま
で低下させれば、リークを防いでタービン内の汚染を防
止できる。表面電位は、市販の表面電位計を用いれば容
易に測定できる。

【００２１】タービン用吸気フィルタ濾材全体の厚み
は、０．１ｍｍ〜１０ｍｍ、特に０．２ｍｍ〜１．０ｍ
ｍの範囲が好ましい。厚みが厚すぎると、圧力損失が高
くなったりプリーツ性が悪くなる場合があり、逆に薄す
ぎると、剛性が低下することがある。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明は以下の実施例に制限されない。以下
の実施例および比較例では、図１に示したように、ＰＴ
ＦＥ多孔質膜と通気性支持材とを各１層積層して濾材を
作製した。ＰＴＦＥ多孔質膜、通気性支持材およびター
ビン用吸気フィルタ濾材の各特性の測定方法は、以下の
とおりである。

【００２３】（１）繊維径通気性支持材の表面を撮影した走査顕微鏡（ＳＥＭ）写
真により測定した。

【００２４】（２）圧力損失サンプルを有効面積１００ｃｍ²の円形ホルダーにセッ
トし、上流側と下流側との間に圧力差を与えてサンプル
の透過流速を５．３ｃｍ／秒に調整しながら、上流側か
ら供給した大気塵を透過させ、一定時間毎の圧力損失を
圧力計で測定した。吸気フィルタ濾材をサンプルとする
場合は、大気塵を供給する入口側に濾材の上流側が位置
するようにセットした。

【００２５】（３）ＤＨＣ（Dust Holding Capacity）圧力損失の測定方法と同様にして、サンプルに大気塵を
透過させ、一定時間毎にサンプルの重量変化を電子天秤
で測定した。

【００２６】（４）捕集効率圧力損失の測定方法と同様にしてサンプルをセットし
た。そして、サンプルの透過速度を５．３ｃｍ／秒に調
整しながら、サンプルの上流側に、多分散ジオクチルフ
タレート（以下、「ＤＯＰ」と略す）粒子を粒径０．５
μｍ以上の粒子の濃度が約１０⁷個／リットルとなるよ
うに供給し、上流側のＤＯＰ粒子濃度とサンプルを透過
してきた下流側のＤＯＰ粒子濃度とをパーティクルカウ
ンターで測定して下記式により捕集効率を求めた。ただ
し、対象粒子は粒径０．５μｍ以上の範囲のものとし
た。

【００２７】捕集効率(％)＝［１−（下流側濃度／上流
側濃度）］×１００

【００２８】（実施例１）ＰＴＦＥファインパウダー１
００重量部に液状潤滑剤（流動パラフィン）３０重量部
を加えたぺースト状の混和物を予備成形し、ぺースト押
出により丸棒状に成形した。成形物を厚み０．２ｍｍに
圧延して液状潤滑剤をノルマルデカンにより抽出除去し
た後、長さ方向に３００℃で１０倍、次いで横方向に１
２０℃で３０倍に延伸し、さらに４００℃で０．５秒間
熱して焼成した。こうしてＰＴＦＥ多孔質膜（厚さ：１
０μｍ、気孔率：９３％、平均孔径：１．０μｍ、平均
繊維径：０．２μｍ、圧力損失：１７６．５Ｐａ、捕集
効率：９９．９９９％）を得た。このＰＴＦＥ多孔質膜
と積層する通気性支持材としては、繊維径約０．５〜３
μｍ、目付量３０ｇ／ｍ²のＰＰ不織布を用いた。ＰＴ
ＦＥ多孔質膜と通気性支持材とを、１８０℃に加熱した
一対のロール間を通過させることにより熱ラミネートを
行って厚さ０．１５ｍｍのタービン用吸気フィルタ濾材
を得た。

【００２９】（実施例２）通気性支持材として、繊維径
約２〜５μｍ、目付量３０ｇ／ｍ²のＰＰ不織布を用い
たことを除いては、実施例１と同様にして厚さ０．２０
ｍｍのタービン用吸気フィルタ濾材を得た。

【００３０】（実施例３）通気性支持材として、繊維径
約７〜１２μｍ、目付量３０ｇ／ｍ²のＰＰ不織布を用
いたことを除いては実施例１と同様にして厚さ０．２２
ｍｍのタービン用吸気フィルタ濾材を得た。

【００３１】（比較例１）通気性支持材として、繊維径
約１８〜２２μｍ、目付量３０ｇ／ｍ²のＰＰ不織布を
用いたことを除いては実施例１と同様にして厚さ０．２
８ｍｍのタービン用吸気フィルタ濾材を得た。

【００３２】各実施例および比較例において用いた通気
性支持材について、ＰＴＦＥ多孔質膜と積層しない状態
で、捕集効率を測定した。結果を表１に示す。また、各
実施例および比較例において作製したタービン用吸気フ
ィルタ濾材について、圧力損失およびＤＨＣを測定し
た。結果を図４に示す。

【００３３】

【００３４】表１に示したように、各実施例で使用した
通気性支持材は、比較例で使用した通気性支持材よりも
粉塵の捕集効率が高かった。この程度に捕集効率の高い
通気性支持材を使用した各実施例のフィルタ濾材は、図
４に示すように、比較例のフィルタ濾材と同じＤＨＣ値
で比較すると、圧力損失の上昇が抑制されていた。実施
例１〜３を比較すると、繊維径が細いほど通気性支持材
はプレフィルタとして有効に機能することがわかる。プ
レフィルタとしては、上記条件で測定した捕集効率が７
０〜９９％の通気性支持材が特に好適である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
タービン内への汚染がないクリーンな濾材であって圧力
損失の上昇が抑制されたタービン用吸気フィルタ濾材を
提供し、この濾材を使用して安定したタービンの運転を
長期間持続できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の濾材の一形態を示す断面図である。

【図２】本発明の濾材の別の一形態を示す断面図であ
る。

【図３】本発明の濾材のまた別の一形態を示す断面図
である。

【図４】本発明の実施例におけるＤＨＣと圧力損失と
の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ＰＴＦＥ多孔質膜２通気性支持材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｃ 7/055 Ｄ０６Ｍ 17/00 ＫＦターム(参考） 4D006 GA44 HA72 JA08C JB07 MA04 MA09 MA31 MB03 MC22 MC23X MC30X MC48 MC54 NA34 NA35 NA45 NA46 NA47 PA01 PB17 PB70 4D019 AA01 BA13 BB08 CB04 4L032 AA05 AB04 AB07 AC01 AC02 BD01 CA03 DA00 EA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜と
通気性支持材とを含むタービン用吸気フィルタ濾材であ
って、前記通気性支持材の繊維径が０．２μｍ以上１５
μｍ以下であることを特徴とするタービン用吸気フィル
タ濾材。
【請求項２】繊維径が０．２μｍ以上１５μｍ以下で
ある通気性支持材を最外層に配置した請求項１に記載の
タービン用吸気フィルタ濾材。
【請求項３】請求項１または２に記載のタービン用吸
気フィルタ濾材の使用方法であって、繊維径が０．２μ
ｍ以上１５μｍ以下である通気性支持材を、タービンに
向かって前記フィルタ濾材を通過する気流について、前
記フィルタ濾材に含まれるポリテトラフルオロエチレン
多孔質膜よりも上流側に配置することを特徴とするター
ビン用吸気フィルタ濾材の使用方法。