JP2005342603A

JP2005342603A - コルゲート状積層体フィルタ

Info

Publication number: JP2005342603A
Application number: JP2004164405A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tanahashi; 隆司棚橋; Masahiko Yoneda; 雅彦米田; Kazuki Yamana; 和樹山名
Original assignee: Nichias Corp
Current assignee: Nichias Corp
Priority date: 2004-06-02
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2005-12-15
Also published as: TW200602118A; KR20060049477A

Abstract

【課題】被処理ガスとコルゲート状積層体の壁面に担持された機能材との接触効率を顕著に高めると共に、コンパクト化が可能なコルゲート状積層体フィルタを提供すること。
【解決手段】波形状の中芯材と平板状のライナー材を積層して形成されるコルゲート状積層体フィルタであって、該積層体は奥行き方向に少なくとも２分割され、該分割された各々の分割体のうち、少なくとも１つの分割体の中芯材の稜線が、奥行き方向に対して１５度〜５０度の角度を有する。
【選択図】なし

Description

本発明は、被処理ガスとコルゲート状積層体の壁面に担持された機能材との接触効率を高めたコルゲート状積層体フィルタに関するものである。

半導体製造・液晶製造等の先端産業では、製品の歩留まりや品質、信頼性を確保するため、クリーンルーム内における空気や製品表面の汚染制御が重要となっている。特に半導体産業分野では製品の高集積度化が進むにつれ、ＨＥＰＡ、ＵＬＰＡ等を用いた粒子状汚染物質の制御に加え、イオン性ガス状汚染物質の制御が不可欠となっている。

これら粒子状汚染物質やイオン性ガス状汚染物質を除去するために、イオン交換基などの機能材を、ケミカルフィルタに導入することが行われている。例えば、特開２００１−３１７２４３号公報には、少なくとも、イオン交換繊維と活性炭とを含む濾紙がフィルタ濾材として枠材内に内蔵され、イオン性ガスと有機ガスとを同時に吸着・除去するケミカルフィルタが開示されている。また、特開平１０−１６５７３０号公報には、対向する一対の空気の流入口と流出口に形成された外枠の内部に、波形板もしくは山形板の形状をしたガス状不純物を吸着する性質のある複数枚の吸着シートを、空気の流通方向と平行にして互いに隙間を空けた状態で重ねて配置したガス状不純物吸着フィルタが開示されている。
特開２００１−３１７２４３号公報（請求項１）特開平１０−１６５７３０号公報（請求項１）特開平１０−１２８０４０号公報（請求項１）

これら従来のケミカルフィルタは、実際には高い除去効率と低い圧力損失を両立させるためコルゲート状に積層された構造体を用いるものである。コルゲート状積層体は波形状の中芯材と平板状のライナー材を積層して形成される流路が真っ直ぐで且つ被処理ガスが流入する方向が同じであるストレート流型と、互いに隣り合う中芯材の稜線同士が所定の角度を持って交差するように配置された斜行流型がある。ストレート流型はフィルタの流入口近傍では被処理ガスの流れが乱流又は乱流に近い状態であり、該被処理ガスが攪拌されるため被処理ガスとコルゲート状積層体の壁面に担持された機能材との接触効率が高いものの、被処理ガスがコルゲート状積層体の内部を通過するに従って被処理ガスの流れが乱流から層流に近づいていき、出口近傍では略層流になって接触効率が低下する。このため、フィルタ全体としては、接触効率が高いとは言えず被処理ガスからの吸着物質の吸着効率は十分ではないという問題がある。また、斜行流型は、コルゲート状積層体の内部において、被処理ガスの攪拌や混合の作用が飛躍的に増大し、乱流も生じ易くなってガスと吸着剤との接触機会が増大し、被処理ガスからの吸着物質の吸着除去効率も増大するものの、フィルタ単位体積当りの機能材の担持量（有効表面積）を大きく採ることができないという問題がある。

一方、特開平１０−１２８０４０号公報には、コルゲート状積層体において、該積層体の奥行き方向に２〜８分割し、その各々について中芯材の波目に０〜５度の角度を付けたフィルタが開示されているものの、この程度の角度では構造体内部において被処理ガスの攪拌は十分ではなく、接触効率も高くないという問題がある。特に、被処理ガスを低流量で流す場合、ストレート流型と同様の問題がある。

従って、本発明の目的は、被処理ガスとコルゲート状積層体の壁面に担持された機能材との接触効率を顕著に高めると共に、コンパクト化された有効表面積が大きなコルゲート状積層体フィルタを提供することにある。

かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、奥行き方向に少なくとも２分割され、該分割された各々の分割体のうち、少なくとも１つの分割体の中芯材の稜線が、奥行き方向に対して特定の角度を有するコルゲート状積層体フィルタであれば、被処理ガスとコルゲート状積層体の壁面に担持された機能材との接触効率が顕著に高くなると共に、該積層体はコンパクト化できか、又は有効面積を大きく採れること等を見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明（１）は、波形状の中芯材と平板状のライナー材を積層して形成されるコルゲート状の積層体であって、該積層体は奥行き方向に少なくとも２分割され、該分割された各々の分割体のうち、少なくとも１つの分割体の中芯材の稜線が、奥行き方向に対して１５〜５０度の角度を有するコルゲート状積層体フィルタを提供するものである。

また、本発明（２）は、各々の分割体の中芯材の稜線方向の傾きを、奥行き方向に対して互い違いにすることで、流路を平面視でジグザグ状に形成する前記コルゲート状積層体フィルタを提供するものである。

また、本発明（３）は、該積層体は奥行き方向に２〜１０分割される前記コルゲート状積層体フィルタを提供するものである。

また、本発明（４）は、前記中芯材の山高が、０．７〜２．０ｍｍである前記コルゲート状積層体フィルタを提供するものである。
また、本発明（５）は、脱臭フィルタ、除湿フィルタ、ケミカルフィルタ又は有機溶剤除去フィルタである前記コルゲート状積層体フィルタを提供するものである。

本発明によれば、被処理ガスとコルゲート状積層体の壁面に担持された機能材との接触効率が顕著に高くなると共に、該積層体はコンパクト化できるか、又は有効表面積を大きく採れる。

本発明のコルゲート状積層体フィルタ（以下、単に「フィルタ」とも言う。）において、コルゲート状積層体は奥行き方向に少なくと２分割されていればよく、好ましくは２〜１０分割である。分割体が１個では従来のストレート流型と同じであり、被処理ガスが構造体の内部で十分攪拌されない。また分割体が１０を超えると、圧力損失が顕著になると共に奥行き方向の寸法が大きくなりコンパクト化が図れなくなる。また、分割体のうち、少なくとも１つ、好ましくは分割体の半分、更に全部の分割体の中芯材の稜線が奥行き方向に対して所定の角度α（以下、「稜線角度」とも言う。）にあることが好ましく、特に奥行き方向に互い違いに傾斜して流路がジグザグ状であるものが好ましい。また、分割体の少なくとも２つが稜線角度を有する場合、各々の稜線角度は各分割体で同じであってもよく、異なっていてもよい。稜線角度αは１５〜５０度、好ましくは２０〜４５度である。稜線角度が１５度未満であれば、ストレート流型に近くなり、被処理ガスが構造体の内部で十分攪拌されない。また、稜線角度が５０度を超えると、圧力損失が大きくなり過ぎ実用に耐えないものとなる。

本発明のコルゲート状積層体の形状の一例を図１〜図５を参照して説明する。図１は本例のコルゲート状積層体の鳥瞰図、図２は本例のコルゲート状積層体の平面を模式的に表した図、図３は本例のコルゲート状積層体の分割体の構造を説明する図、図４は本例のコルゲート状積層体の他の分割体の構造を説明する図、図５は本例のコルゲート状積層体の通気空洞の構造を説明する図である。なお、図１は左右方向に連続する構造であり、また上下方向に積層する構造であるが、構造を明確にするため一部の記載を省略した。図中、コルゲート状積層体１０は、奥行き方向に５分割され、該分割された各々の分割体１０ａ〜１０ｅの中芯材１２ａ〜１２ｅの稜線１３ａ〜１３ｅの方向が、奥行き方向に対して互い違いで且つα度の角度を有するものである。このため、流路は平面視でジグザグ状になっている。

コルゲート状積層体１０の積層構造は、分割体の一例である図３に示すように、波形状の中芯材１２ａと平板状のライナー材１１ａを積層したものであって、いわゆるハニカム構造と称されるものである。当該ハニカム構造は公知の方法によって製造することができ、例えば、機能材が担持された波形状の中芯材の上下の山部と機能材が担持された平坦状のライナー材を接着剤で接着して一体化したり、接着等を行わずにこれらを単に積層して得る方法が挙げられる。積層の際に接着剤を用いる場合、接着剤としては、例えば、シリカゾル等の無機系接着剤を使用できる。

本発明において、フィルタとしては、特に制限されず、脱臭フィルタ、除湿フィルタ、ケミカルフィルタ又は有機溶剤除去フィルタが挙げられる。また、機能材としては、特に制限されず、被処理ガス中から除去したい物質に応じて適宜選択することができる。具体的には、脱臭フィルタの場合、活性炭及びゼオライトなどが挙げられ、除湿フィルタの場合、シリカゲル及びモレキュラーシーブなどが挙げられ、ケミカルフィルタの場合、活性炭、ゼオライト、イオン交換樹脂及びイオン交換繊維等が挙げられる。ケミカルフィルタの場合、特に酸性ガスを目的とした場合には水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム及び炭酸ナトリウム等を用いることも有効である。また、有機溶剤除去フィルタの場合、活性炭、ゼオライトが挙げられる。これら機能材は１種単独、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。これら機能材を中芯材やライナー材に担持する方法としては、特に制限されず、粉末状、粒状、塊状、繊維状などを接着材で接着する方法、機能材を含む懸濁液を塗布して接着する方法などが挙げられる。また、担持順序としては、特に制限されず、コルゲート成形前のペーパーの段階で担持させる方法及びコルゲート成形後、機能材を含む懸濁液に該コルゲート積層体を浸漬して担持する方法などが挙げられる。これらの機能材はイオン交換機能、電荷的吸着機能あるいはミクロポア吸着機能により、被処理ガス中の汚染物質を除去するものである。

本発明における分割体１０ａは、波形状の中芯材１２ａと平板状のライナー材１１ａを積層した積層体のうち、二点鎖線１４、１５に沿って切断されたものであって、二点鎖線１４に沿って切断された切断面が被処理ガスの流入開口面１８となり、二点鎖線１５に沿って切断された切断面が隣接する他の分割体１０ｂの開口面との接続面となる。すなわち、図４で示される分割体１０ｂは同様に、波形状の中芯材１２ｂと平板状のライナー材１１ｂを積層した積層体のうち、二点鎖線１６、１７に沿って切断されたものであって、二点鎖線１６に沿って切断された切断面が分割体１０ａの二点鎖線１５に沿って切断された切断面との接続面となる。また、両側は、収納される枠体３１の形状に沿った寸法に切断される（図６参照）。以下、同様の繰り返し構造により、図１及び図２のジグザグ状の流路を有するコルゲート状積層体を作製することができる。

一の分割体と隣接する他の分割体との接合方法としては、特に制限されず、枠体３１内において、奥行き方向に隣接するだけでよく、接着剤などは特に必要としない。また、一の分割体の接続面と隣接する他の分割体の接続面は通気空洞同士が完全に一致していてもよく（図２参照）、また一致していなくてもよい（図７参照）。接続面同士が目合わせしていない場合、当該接続面で更に乱流を起こさせることができる。

図５におけるコルゲート状積層体の通気空洞の構造は、被処理ガスが流入する開口面１８における寸法である。コルゲート状積層体構造のフィルタの山高さｈは、通常０．７〜２．０ｍｍ、好ましくは１．０〜１．８ｍｍである。また、ピッチｐは、通常１〜５ｍｍ、好ましくは１．９〜３．３ｍｍである。また、中芯材の厚みｂは、０．１〜０．４ｍｍ、ライナー材の厚みａは０．１〜０．５ｍｍである。また、分割体の奥行き長さｃは３〜２５ｍｍ、好ましくは５〜２０ｍｍである。各々の分割体の奥行き長さは同一であってもよく、異なっていてもよい。本発明において、山高さ及びピッチが上記範囲内にあると、稜線角度の傾斜と相まって、イオン性ガス状汚染物質の除去効率が一段と向上するため好ましい。

本例のコルゲート状積層体１０構造を有するフィルタ３０は、図１〜図６に示すように、機能材が担持された平板状のライナー材１１ａと機能材が担持された波形状の中芯材１２ａの間に、中芯材１２ａの山部の連続した方向に延びた略半円柱状の通気空洞１９ａが形成される。このため開口面１８から被処理ガスを導入すると、被処理ガスが通気空洞１９ａを通過することができるようになっている。本例では、被処理ガスは開口面側に設置された分割体１０ａの稜線１３ａが右傾斜方向に配設された通気空洞１９ａに沿って流れ、次いで分割体１０ａに隣接する分割体１０ｂの稜線１３ｂが左傾斜方向に配設された通気空洞１９ｂに沿って流れ、その後順次分割体１０ｃ〜１０ｅの通気空洞１９ｃ〜１９ｅ内をジグザグ状に流れて、後方開口面１９から排出される。なお、図２中、構造体中、被処理ガスの流れを示す矢印は簡略化のため、無数の通気空洞中の１つについて示した。

本例のフィルタ３０によれば、圧力損失は発生するものの、被処理ガスとコルゲート状積層体の壁面に担持された機能材との接触効率が顕著に高くなるため、被処理ガス中に含まれる汚染物質の除去効率が向上する。また、ストレート流型と比較して、除去効率を同等とした場合、奥行きの寸法は２５％縮小させることができ、コンパクト化が図れる。また、本例のフィルタ３０は、０．３〜１．５ｍ/ｓ、好ましくは０．３〜０．８ｍ/ｓのような低風量の被処理ガスの処理においては、圧力損失を最小限に抑制できる点で好ましい。

本発明のコルゲート状積層体の形状の他の例を図７を参照して説明する。図７は本例のコルゲート状積層体の平面を模式的に表した図である。図７において、図２と同一構成要素には同一符号を付してその説明を省略し、異なる点について主に説明する。すなわち、図７において、図２と異なる点は被処理ガスが流入する側から奥行き方向に向けて、第１の分割体２０ａ、第３の分割体２０ｃ及第５の分割体２０ｅをストレート流型のコルゲート状積層体とした点、第４の分割体２０ｄを右傾斜の通気空洞となるコルゲート状積層体とした点、及び各々の分割体を隣接する分割体の接続面における通気空洞同士を目合わせせずに配置した点にある。コルゲート状積層体２０は、ストレート流型の除去効率と同等とした場合、奥行きの寸法は１５％縮小させることができること及び各々の分割体の接続面は目合わせを行っていないため、１つの流路が複数の流路と接するため内部攪拌効果が高まること以外は、コルゲート状積層体１０と同様の効果を奏する。

次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって本発明を制限するものではない。

比較例１
（ストレート流型コルゲート状積層体フィルタの作製）
平均粒径が２０μｍで、イオン交換容量が５．０ｍ当量／ｇの強酸性陽イオン交換樹脂粉末（三菱化学株式会社製ダイヤイオン）と、シリカゾル（接着剤）とを、固形分の重量比が８：２となるように混合し、固形分濃度（スラリー濃度）３０重量％の混合スラリーを調製した。

シリカ・アルミナ繊維（平均繊維径５μｍ、平均繊維長２０ｍｍ）およびレーヨン繊維を７０：３０の割合で湿式抄紙し繊維間空隙率が９０％、厚みｔが０．２ｍｍの平坦状の繊維質ペーパーに、上記混合スラリーを含浸させ、乾燥させて、機能材が担持された平板状のライナー材を得た。

次に、機能材が担持された平板状のライナー材の一部について上下一対の波形コルゲータの間を通し、波形状のイオン交換樹脂粉末が担持された中芯材を作製した。この中芯材の山部に接着剤としてシリカゾルを塗布した後、上記平板状のライナー材を重ね合わせて積層した。この中芯材と平板状のライナー材との積層を中芯材の通気方向が同一方向になるようにして繰り返して行い、ストレート流型のコルゲート状積層体ケミカルフィルタＡを作製した。

上記コルゲート状積層体ケミカルフィルタＡを、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ４０ｍｍになるようにカットし、これをアルミニウム製の枠材に嵌め込んだ。上記ケミカルフィルタの単位体積当たりのイオン交換容量は５００当量／ｍ^３、ケミカルフィルタの単位体積当たりのイオン交換樹脂粉末の含有量は、１００ｋｇ／ｍ^３であった。なお、単位体積当たりのイオン交換容量は、フィルタに含有しているイオン交換樹脂粉末の重量にイオン交換樹脂粉末のイオン交換容量をかけて算出したものである。

（稜線角度を有するコルゲート状積層体ケミカルフィルタの作製）
上記コルゲート状積層体ケミカルフィルタＡを、図３及び図４の二点鎖線で示す切断線に沿って切断すると共に、両側を切断して稜線角度が右４５度に傾斜した奥行き寸法８ｍｍの分割体を３個、稜線角度が左４５度に傾斜した奥行き寸法８ｍｍの分割体を２個作製した。これら５個の分割体を図２に示すようなジグザグ流路を形成するようにアルミニウム製の枠材に嵌め込み、コルゲート状積層体ケミカルフィルタＢを作製した。このケミカルフィルタの単位体積当たりのイオン交換容量は５００当量／ｍ^３、ケミカルフィルタの単位体積当たりのイオン交換樹脂粉末の含有量は、１００ｋｇ／ｍ^３であった。なお、ケミカルフィルタの被処理ガスが流入する開口面における各部の寸法は中芯のピッチｐが３．０ｍｍ、山高さｈが１．６ｍｍであった。

（性能の測定）
上記ケミカルフィルタを用い、下記条件でアンモニアの除去率を測定した。なお、実際のクリーンルームで問題となるアンモニア濃度は数十μｇ／ｍ^３であるが、加速試験とするためにアンモニア濃度を２４０μｇ／ｍ^３にした。この条件でケミカルフィルタの圧力損失を測定したところ、コルゲート状積層体ケミカルフィルタＡが８Ｐａ、コルゲート状積層体ケミカルフィルタＢが２６Ｐａであった。結果を表１に示す。

＜試験条件＞
・通気ガスの組成：アンモニアを２４０μｇ／ｍ^３含む空気
・通気ガスの温度及び湿度：２３℃、５０％ＲＨ
・除去対象ガス：アンモニア
・通気風速：０．５ｍ／ｓ
・ケミカルフィルタの厚み：４０ｍｍ
・試験時間；７４０時間

比較例２
稜線角度が右４５度に傾斜した奥行き寸法８ｍｍの分割体を３個、稜線角度が左４５度に傾斜した奥行き寸法８ｍｍの分割体を２個の代わりに、稜線角度が右５度に傾斜した奥行き寸法８ｍｍの分割体を３個、稜線角度が左５度に傾斜した奥行き寸法８ｍｍの分割体を２個を作製した以外は、実施例１と同様の方法で行いジグザグ流路を有するコルゲート状積層体ケミカルフィルタＣを得た。また、同様にこの条件でケミカルフィルタの圧力損失を測定したところ、コルゲート状積層体ケミカルフィルタＣが１１Ｐａであった。結果を表１に示す。

表１の結果から、実施例１のケミカルフィルタは有効表面積が同じであるにも関わらず、コルゲート状積層体内において、被処理ガスと機能材が有効に接触するため、除去効率が９５％に低下するまでの時間を１．２５倍（対比較例１）、１．１９倍（対比較例２）とすることができる。

本発明のフィルタは、被処理ガス中から種々の物質を除去する目的で使用され、例えば半導体製造・液晶製造過程におけるクリーンルーム、クリーンブース、クリーンベンチ等に浮遊する微量のケミカル汚染物質を除去するのに好適である。特に被処理ガスを流す際、圧力損失は多少犠牲にしてでも、顕著な除去効率を望む場合やコンパクト化を図りたい場合に有効である。

本例のコルゲート状積層体の鳥瞰図である。本例のコルゲート状積層体の平面を模式的に表した図である。本例のコルゲート状積層体の分割体の構造を説明する図である。本例のコルゲート状積層体の他の分割体の構造を説明する図である。本例のコルゲート状積層体の通気空洞の構造を説明する図である。本例のケミカルフィルタの斜視図である。本例の他のコルゲート状積層体の平面を模式的に表した図である。

符号の説明

１０、１０ａ、１０ｂ、２０コルゲート状積層体
１１ａ〜１１ｅライナー材
１２ａ〜１２ｅ中芯材
１３ａ〜１３ｅ稜線
１４〜１７切断線
１８被処理ガス流入側開口面
１９処理ガス流出側開口面
３０ケミカルフィルタ
ｔ厚さ
ｈ山高さ
ｐピッチ

Claims

波形状の中芯材と平板状のライナー材を積層して形成されるコルゲート状の積層体であって、該積層体は奥行き方向に少なくとも２分割され、該分割された各々の分割体のうち、少なくとも１つの分割体の中芯材の稜線が、奥行き方向に対して１５度〜５０度の角度を有することを特徴とするコルゲート状積層体フィルタ。
各々の分割体の中芯材の稜線方向の傾きを、奥行き方向に対して互い違いにすることで、流路を平面視でジグザグ状に形成することを特徴とする請求項１記載のコルゲート状積層体フィルタ。
該積層体は奥行き方向に２〜１０分割されることを特徴とする請求項１又は２記載のコルゲート状積層体フィルタ。
前記中芯材の山高が、０．７〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のコルゲート状積層体フィルタ。
脱臭フィルタ、除湿フィルタ、ケミカルフィルタ又は有機溶剤除去フィルタであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のコルゲート状積層体フィルタ。