JP2007330882A - フィルタ濾材およびそれを用いたフィルタユニット、並びにそのフィルタユニットの使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理空気への不純物の混入を防ぎつつ、かつ、優れた捕集性能とガス吸着性能とを同時に備えたフィルタ濾材およびフィルタユニットと、そのフィルタユニットの使用方法とを提供する。
【解決手段】フィルタ濾材１は、活性炭粉末を含む原料を用いて抄造された活性炭シート２と、活性炭シート２に積層されたポリテトラフルオロエチレン多孔質膜３と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、フィルタ濾材およびフィルタユニット、並びにそのフィルタユニットの使用方法に関し、特に粉塵の捕集機能とガス吸着機能とを併せ持つフィルタ濾材およびフィルタユニットと、そのフィルタユニットの使用方法とに関するものである。

クリーンルームや空気清浄機等に用いられる空気清浄用のフィルタ濾材には、不純物を取り除く粉塵の捕集機能と、不純ガスを取り除くガス吸着機能とが同時に要求される場合がある。従来、捕集機能とガス吸着機能とを併せ持つフィルタ濾材としては、ガラス繊維からなる濾材（以下、ガラス濾材と記載する。）または不織布と、不純ガスを取り除くための粒状の活性炭とを複合させたものが用いられていた。例えば、図３に示すように、処理空気の流通方向に開口した樹脂成型体６と、樹脂成型体６の開口部分を覆うように貼り合わされた不織布７とにより容器が形成され、その容器内に粒状の活性炭８が充填されたものがフィルタユニットとして用いられている。

また、例えば特許文献１には、捕集機能とガス吸着機能とを併せ持つフィルタ濾材として、ガラス濾材や不織布等からなる集塵フィルタ層と、活性炭等の脱臭剤をネット状のフィルタ基材に付着させた脱臭フィルタ層とを接合させたフィルタ濾材が開示されている。
特開２００３−１０２８号公報

しかし、粒状の活性炭とガラス濾材とを組み合わせたフィルタ濾材の場合、ガラス濾材自体が自己発塵するため、かえって処理空気中に不純物を混入させてしまうおそれがある。自己発塵を防ぐために、ガラス繊維と組み合わせるバインダを増加させることも考えられるが、バインダの増加により圧力損失が増大してガス吸着性能が低下するという問題がある。

一方、粒状の活性炭と不織布とを組み合わせたフィルタ濾材の場合、不織布の捕集性能が低いため粒状の活性炭が吹き漏れてしまい、処理空気中に活性炭が混入してしまうという問題が生じる。

また、ネット状のフィルタ基材に活性炭を付着させた場合でも、同様に、ガラス濾材の自己発塵やフィルタ基材からの活性炭粒子の脱落による吹き漏れ等の問題が生じる。

さらに、フィルタ濾材をプリーツ状に成形する（プリーツ加工する）場合には、特に活性炭がフィルタ濾材から脱落しやすくなるため、活性炭の吹き漏れが起こりやすくなってしまう。

そこで、本発明では、処理空気に不純物を混入させることなく、優れた捕集性能とガス吸着性能とを同時に実現できるフィルタ濾材とフィルタユニットとを提供し、さらにそのフィルタユニットの使用方法も提供することを目的とする。

本発明のフィルタ濾材は、活性炭粉末を含む原料を用いて抄造された活性炭シートと、前記活性炭シートと積層されたポリテトラフルオロエチレン多孔質膜（以下、ＰＴＦＥ多孔質膜と記載する。）とを含んでいる。

本発明のフィルタユニットは、本発明のフィルタ濾材と、このフィルタ濾材を担持する支持枠とを含んでおり、フィルタ濾材が、断面形状がＷ字状となるようにプリーツ状に成形された状態で前記支持枠内に担持されており、かつ、前記フィルタ濾材の周縁部と前記支持枠との隙間がシールされている。

本発明のフィルタユニットの使用方法は、上記した本発明のフィルタユニットを使用する方法であって、処理空気の流通においてＰＴＦＥ多孔質膜が活性炭シートに対して下流側に位置するように、フィルタユニットを配設する方法である。

本発明のフィルタ濾材は、ガス吸着のための層として活性炭シートを有し、粉塵の捕集のための層としてＰＴＦＥ多孔質膜を有している。本発明における活性炭シートは抄造により作製されているため、含有されている活性炭粉末が飛散するおそれが少ない。たとえ、プリーツ加工を施す際等に活性炭粉末が活性炭シートから脱落した場合でも、優れた捕集性能を有するＰＴＦＥ多孔質膜が設けられているので、活性炭粉末がフィルタ濾材から漏れ出して飛散するおそれがない。また、ＰＴＦＥ多孔質膜は自己発塵しないため、処理空気中に不純物を混入させることがない。さらに、ＰＴＦＥ多孔質膜は、高捕集効率と低圧力損失とを同時に実現できるため、捕集性能とガス吸着性能の低下を抑制できる。このように、ＰＴＦＥ多孔質膜と活性炭シートとを組み合わせることにより、処理空気に不純物を混入させることなく、優れた捕集性能およびガス吸着性能を有するフィルタ濾材を提供できる。

本発明のフィルタユニットは、上記のような性能を有するフィルタ濾材をプリーツ状に加工して形成されるので、処理空気を汚染することなく、優れた捕集性能とガス吸着性能とを同時に備えたフィルタユニットを実現できる。また、本発明のフィルタユニットの使用方法によれば、活性炭粉末の漏れを効果的に防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明のフィルタ濾材の一実施形態を示す断面図である。図１に示すフィルタ濾材１は、一層の活性炭シート２と一層のＰＴＦＥ多孔質膜３とが積層されて形成されている。フィルタ濾材１の厚みは特には限定されないが、０．０５〜２ｍｍであることが好ましい。フィルタ濾材１の圧力損失は、通過する気体の線速度が５．３ｃｍ／ｓｅｃの時に２０〜１０００Ｐａであることが好ましく、より好ましくは２０〜５００Ｐａ、さらに好ましくは２０〜１００Ｐａである。フィルタ濾材１の捕集効率は、捕集対象粒子の粒径を０．３〜０．５μｍとし、通過する気体の線速度を５．３ｃｍ／ｓｅｃとした場合に、９５％以上であることが好ましく、９９％以上であることがより好ましい。

活性炭シート２は、不純ガスを吸着させるために設けられる層であり、活性炭粉末を含む原料を用いて抄造されたものである。活性炭シート２に含まれる活性炭粉末は、その粒径が５μｍ〜３００μｍの範囲であることが好ましい。活性炭シート２の原料には、例えば、ヤシガラ炭が含まれていてもよい。

活性炭シート２の圧力損失は、後述する方法により測定した値により表示して、５〜３００Ｐａの範囲であることが好ましく、５〜１００Ｐａの範囲であることがより好ましい。

ＰＴＦＥ多孔質膜３は、粉塵を捕集するために設けられる層である。厚みは特に限定されないが、平均孔径０．０１〜５μｍ、平均繊維径０．０１〜０．３μｍであるものが好ましい。ＰＴＦＥ多孔質膜３の圧力損失は、後述する方法により測定した値により表示して２００Ｐａ以下であることが好ましく、１５０Ｐａであることがより好ましい。ＰＴＦＥ多孔質膜３の捕集効率は、後述する方法により測定した値により表示して９５％以上であることが好ましく、９９％以上であることがより好ましい。

ＰＴＦＥ多孔質膜３の製造方法の一例について、以下に説明する。

まず、ＰＴＦＥファインパウダーに液状潤滑剤を加えたペ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、ナフサおよびホワイトオイル等の炭化水素を使用できる。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。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、ペースト押出しや圧延によってフィルム状に成形する。このように形成されたシート状成形体を少なくとも一軸方向に延伸して、ＰＴＦＥ多孔質膜を得る。シート状成形体の延伸は、液状潤滑剤を除去してから行うことが好ましい。

なお、本発明のフィルタ濾材は、図１に示す膜構成に限定されず、補強材として通気性支持材をさらに含んでいてもよいし、活性炭シートの両面にそれぞれＰＴＦＥ多孔質膜が配置された構成であってもよい。また、圧力損失が大きくなりすぎるのを避けるためには、図１に示すような、活性炭シートとＰＴＦＥ多孔質膜とが１層ずつ積層された膜構成を選択することが好ましい。また、ＰＴＦＥ多孔質膜の一方の表面が露出している膜構成とすれば、ＰＴＦＥ多孔質膜により不純物を効果的に捕集して、処理空気の汚染をより確実に防ぐことが可能となる。

フィルタ濾材１が通気性支持材を含む場合、この通気性支持材は補強材として機能する。通気性支持材の材料、構造および形態は特には限定されないが、ＰＴＦＥ多孔質膜３よりも通気性に優れた材料、例えば、フェルト、不織布、綿布、メッシュ（網目状シート）およびその他の多孔質材料が使用できる。強度、捕集性、柔軟性および作業性の点からは、不織布やメッシュを用いることが好ましい。なお、通気性支持材の材質は特には限定されないが、ポリオレフィン（ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等）、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）等）、芳香族ポリアミド、あるいはこれらの複合材などからなるものが考えられる。また、通気性支持材には、必要に応じて、着色、抗菌、防カビ、消臭、撥水、撥油または親水等の機能を付与する処理を行ってもよい。また、通気性支持材を後述するような接着手段として用いる場合は、ＰＴＦＥ多孔質膜３との接着性を向上させる目的で、コロナ処理を行ってもよい。

活性炭シート２とＰＴＦＥ多孔質膜３とを積層してフィルタ濾材１を形成する方法は、特には限定されない。重ね合わせるだけでもよく、接着剤ラミネートまたは熱ラミネート等の方法を用いて、互いに接着してもよい。例えば、不織布等の通気性支持材を活性炭シート２とＰＴＦＥ多孔質膜３との間に設ける場合は、加熱により通気性支持材の一部を溶融させて、活性炭シート２とＰＴＦＥ多孔質膜３とを互いに接着積層してもよい。また、ホットメルトパウダーのような融着剤を活性炭シート２とＰＴＦＥ多孔質膜３との間に介在させて、加熱により互いに接着積層してもよい。

次に、図２を参照しながら、本発明のフィルタユニットの一実施形態について説明する。図２は、本実施の形態のフィルタユニット４を示す斜視図である。フィルタユニット４は、図１に示したフィルタ濾材１を用いて形成されており、断面形状がＷ字状となるようにプリーツ加工されたフィルタ濾材１が支持枠５内に収納され、かつ、フィルタ濾材１の周縁部と支持枠５との隙間がシールされて形成されている。支持枠５が樹脂製の場合は、インサート成型により、支持枠５の樹脂を用いてフィルタ濾材１と支持枠５との隙間をシールし、両者を一体化することができる。インサート成型を行う場合、接着剤やシール材を必要としないため、材料点数が少なくてすみ、かつ、フィルタ濾材１の周縁部を完全にシールできる。なお、支持枠５内にフィルタ濾材１を収納する方法はインサート成型に限定されず、支持枠５内にフィルタ濾材１を取り付けた後で、接着剤やシール材を用いて隙間をシールすることも可能である。

フィルタユニット４としての圧力損失は、特に限定されるものではないが、流量６ｌ／ｍｉｎの時に１００〜１０００Ｐａであることが好ましく、２００〜５００Ｐａであることがより好ましい。

フィルタユニット４は、処理空気の流通において上流側に活性炭シートが配置され、下流側にＰＴＦＥ多孔質膜が配置されるように配設する。フィルタユニット４をこのように使用すれば、もし活性炭シートから活性炭粉末が脱落した場合であっても、脱落した活性炭粉末がＰＴＦＥ多孔質膜により捕集されるので、処理空気に活性炭素粉末が混入するおそれがないからである。

［実施例］
次に、本発明のフィルタ濾材およびフィルタユニットについて、実施例を用いて具体的に説明する。

以下に示す実施例および比較例において示す圧力損失および捕集効率は、次のような方法で測定したものである。

＜圧力損失＞
サンプルを透過する空気の流速を流量計で５．３ｃｍ／ｓｅｃに調整した時の圧力損失を、圧力計（マノメータ）で測定した。

＜捕集効率＞
サンプルを透過する空気の流速を流量計で５．３ｃｍ／ｓｅｃに調整し、上流側にＪＩＳ Ｚ ８９０１に規定されているジオクチルフタレート粒子（ＤＯＰ）（粒径０．３〜０．５μｍ）を供給して、ＪＩＳ Ｋ ０９０１に規定の方法で測定した。

（実施例１）
ＰＴＦＥファインパウダー（ダイキン工業社製）１００重量部に対して、液状潤滑剤として「アイソパーＭ（エッソ石油社製）」を２５重量部均一に混合し、この混合物を予備成形した。次いで、この予備成形体を丸棒状に押出し、さらに、この丸棒状物を一対の金属圧延ロール間に通して、厚さ０．２ｍｍの長尺のシート状成形体を得た。次いで、このシート状成形体から液状潤滑剤を除去した後、このシート状成形体を二軸に延伸し、面積延伸倍率が６００倍のＰＴＦＥ多孔質膜を得た。活性炭シートには、「ＤＣ１２１（安積濾紙社製）」を用いた。この活性炭シートは、目付量７０ｇ／ｍ²、厚み０．２５ｍｍ、圧力損失２２０Ｐａであった。これらＰＴＦＥ多孔質膜と活性炭シートとを、ポリオレフィン系のホットメルト剤を用いて互いに接着積層し、厚み０．２８ｍｍ、圧力損失３００Ｐａ、捕集効率９９％のフィルタ濾材を得た。

以上のようにして得られたフィルタ濾材に対し、５０ｍｍ×５０ｍｍの範囲内に山高さ１０ｍｍの山部が１６個収納できるようにプリーツ加工を行い、その周縁部を１１ｍｍ幅の帯状のポリエステル不織布で囲い、ホットメルト剤でシールして、実施例１のフィルタユニットとした。なお、帯状のポリエステル不織布は、支持枠の代用品である。

（実施例２）
ＰＴＦＥ多孔質膜については実施例１のものと同様のものを用いた。活性炭シートには、「太閣活性炭（フタムラ化学社製）」を用いた。この活性炭シートは、目付量１５０ｇ／ｍ²、厚み０．５５ｍｍ、圧力損失５７０Ｐａであった。これらＰＴＦＥ多孔質膜と活性炭シートとを、ポリオレフィン系のホットメルト剤を用いて接着積層し、厚み０．５８ｍｍ、圧力損失６５０Ｐａ、捕集効率９９％のフィルタ濾材を得た。

このフィルタ濾材を用い、実施例１の場合と同様の方法でフィルタユニットを作製した。

（比較例１）
５０ｍｍ×５０ｍｍ×高さ１０ｍｍであって、かつ、図３に示す樹脂成型体６のように空気の流通方向に開口しているポリプロピレン成型体を用意した。この成型体の開口部分を覆うようにメルトブロン不織布を貼り合わせて容器を作製し、その容器内に粒状の活性炭を充填して、比較例１のフィルタユニットとした。活性炭の平均粒径は、約２００μｍであった。

以上のように作製した実施例１および２と比較例１とのフィルタユニットについて、高さ１０ｍｍから５０回落下させる落下試験を行い、活性炭の漏れを目視にて確認した。その結果を表１に示す。

以上の結果より、実施例１および２のフィルタユニットでは活性炭の漏れがないため、使用により空気を汚染するおそれはないが、比較例１のフィルタユニットは、活性炭の漏れにより空気を汚染するおそれがあることがわかった。

本発明のフィルタ濾材およびフィルタユニットは、ＰＴＦＥ多孔質膜と抄造された活性炭シートとを含むことにより、処理空気への不純物の混入を防ぎつつ、優れた捕集性能とガス吸着性能とを同時に得ることができる。これにより、高い清浄度が要求される場所に用いられるフィルタとしても、好適に適用できる。また、本発明のフィルタユニットの使用方法によれば、より確実に処理空気への不純物の混入を防ぐことができる。

本発明のフィルタ濾材の一実施形態を示す断面図である。 本発明のフィルタユニットの一実施形態を示す斜視図である。 従来のフィルタユニットを示す断面図である。

符号の説明

１ フィルタ濾材
２ 活性炭シート
３ ＰＴＦＥ多孔質膜
４ フィルタユニット
５ 支持枠
６ 樹脂成型体
７ 不織布
８ 粒状の活性炭

Claims (5)

1. 活性炭粉末を含む原料を用いて抄造された活性炭シートと、前記活性炭シートと積層されたポリテトラフルオロエチレン多孔質膜とを含むフィルタ濾材。
2. 前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の一方の表面が露出している請求項１に記載のフィルタ濾材。
3. 前記活性炭シートと前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜とが１層ずつ積層された請求項１に記載のフィルタ濾材。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のフィルタ濾材と、前記フィルタ濾材を担持する支持枠とを含むフィルタユニットであって、
   前記フィルタ濾材が、断面形状がＷ字状となるようにプリーツ状に成形された状態で前記支持枠内に担持されており、かつ、前記フィルタ濾材の周縁部と前記支持枠との隙間がシールされているフィルタユニット。
5. 請求項４に記載のフィルタユニットの使用方法であって、
   処理空気の流通において前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜が前記活性炭シートに対して下流側に位置するように、前記フィルタユニットを配設するフィルタユニットの使用方法。
   

Images