JP2013052320A - エアフィルタ用濾材及びエアフィルタユニット - Google Patents
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Abstract
【解決手段】気流中の塵を捕集するエアフィルタ用濾材は、気流中の塵の一部を捕集するプレ捕集層と、前記プレ捕集層に対して気流の下流側に配置され、前記プレ捕集層を通過した塵を捕集するポリテトラフルオロエチレン多孔膜からなる主捕集層と、を有する。前記プレ捕集層は、メルトブローン法、エレクトロスピニング法、海島法及びこれらのハイブリット法の1つにより製造された繊維材料で構成された不織布あるいは繊維層構造体であり、前記繊維材料の平均繊維径は、0.8μm以上2μm未満である。
【選択図】 図2
Description
当該エアフィルタ用濾材は、
気流中の塵の一部を捕集するプレ捕集層と、
前記プレ捕集層に対して気流の下流側に配置され、前記プレ捕集層を通過した塵を捕集するポリテトラフルオロエチレン多孔膜からなる主捕集層と、を有する。
前記プレ捕集層は、メルトブローン法、エレクトロスピニング法、海島法及びこれらのハイブリット法の1つにより製造された繊維材料で構成された不織布あるいは繊維層構造体であり、前記繊維材料の平均繊維径は、0.8μm以上2μm未満である
当該エアフィルタユニットは、
前記エアフィルタ用濾材をプリーツ加工したジグザグ形状の加工済み濾材と、
前記加工済み濾材のジグザグ形状を保持するために、前記加工済み濾材の谷部または山部に配置した形状保持部と、
ジグザグ形状が保持された前記加工済み濾材を保持する枠体と、を備える。
図1(a),(b)は、本実施形態のエアフィルタ用濾材を用いた本実施形態のエアフィルタユニットの構成を説明する図である。図1(a)には、エアフィルタユニットに用いるフィルタパックの斜視図が示されている。
エアフィルタパックは、エアフィルタ用濾材(以下、単に濾材という)10と、形状保持部材12と、を有する。濾材10は、シート状の濾材をプリーツ加工して山部、谷部ができるように山折り、谷折りを行ったジグザグ形状の加工済み濾材になっている。形状保持部材12は、上記加工済み濾材のジグザグ形状を保持するために、上記加工済み濾材の各谷部に配置されるセパレータである。図1(a)に示す形状保持部材12は、薄板をコルゲート加工することによって波形状となっており、上記加工済み濾材の谷部に挿入される。これにより、濾材10は、ジグザグ形状を保持している。ジグザグ形状の加工済み濾材において、隣接する山部同士あるいは谷折りの谷部同士の間隔Dは例えば5〜10mmであり、加工済みエアフィルタパックの幅(図1(a)中のx方向の長さ)100mm当たり10〜20個のプリーツ数(山折りあるいは谷折りの数)となっている。
図2は、エアフィルタユニット15に用いる濾材10の層構成を示す断面図である。濾材10は、気流中の塵を捕集するエアフィルタ用濾材であり、プレ捕集層20と、主捕集層22と、通気性カバー層24と、通気性支持層26と、を含む。なお、濾材10は、気流が図2中上方から下方に向けて流れるように配置される。すなわち、濾材10において、通気性カバー層24は気流の上流側の濾材10の表層に位置する。したがって、気流の上流側から通気性カバー層24、プレ捕集層20、主捕集層22、及び通気性支持層26がこの順に積層されている。
・http://www.teijinfiber.com/english/pdf/nanofront.pdf,
・http://www.kuraray.co.jp/release/2002/021121_1.html
ハイブリット法には、例えば、メルトスピニング法あるいはエレクトレットブローン法が含まれる。
このとき、不織布は、後述する測定された繊維径の分布に関して言うと、繊維径分布の広がりを示す幾何標準偏差は例えば2.5以下であり、好ましく2.0以下である。これは、幾何標準偏差が大きすぎると、単位繊維あたりの捕集効率が低い繊維の割合が増え、後述するプレ捕集層に必要な捕集効率を得るためには目付、厚みを大きくする必要が出てくるためである。
プレ捕集層20の繊維材料の材質は、例えばポリエチレン(PE)の他、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリアミド(PA)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリフッ化ビリニデン(PVdF)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリウレタン(PU)等が挙げられる。プレ捕集層20の不織布あるいは繊維層構造体における平均繊維径が0.8μmより小さい場合、塵の捕集効率は上昇するが、繊維が密な配置となるため、プレ捕集層における圧力損失が大きく上昇する。一方、平均繊維径が2μm以上の場合、塵の捕集効率を維持するために目付けを大きくするため、プレ捕集層の厚さが厚くなる。このため、プレ捕集層における圧力損失が上昇する。以上の理由より、プレ捕集層20における繊維材料の平均繊維径は、0.8μm以上2μm未満である。この場合、目付けは例えば5〜50g/m2である。繊維径は、小さすぎれば繊維間隔が密になりプレ捕集層の自体の目詰まりも無視できなくなり、また大きければ単位繊維あたりの捕集効率が低下するので後述するプレ捕集層20に必要な捕集効率を得るためには目付、厚みが大きくなってしまい構造抵抗が大きくなってしまうので良くない。
プレ捕集層20の圧力損失は80Pa以下であることが好ましい。また、濾材全体の圧力損失をガラス繊維を用いたHEPA用濾材の1/2程度に留めるために、プレ捕集層20の塵の捕集効率は50%以上であることが好ましく、プレ捕集層20の捕集効率の上限は99%であることが好ましい。プレ捕集層20の捕集効率が低すぎると、主捕集層22への捕集負荷が高くなってしまい塵による目詰まりが起きる。また、プレ捕集層20の捕集効率が高すぎるとプレ捕集層20自体の目詰まりが無視できなくなる。また、プレ捕集層20の厚さは、例えば0.3mm未満とすることが好ましい。プレ捕集層20の厚さが0.3mm以上である場合、エアフィルタユニット15の構造に起因した圧力損失(構造抵抗)が大きくなる。このような特性を有するように、プレ捕集層20の繊維材料の材質、目付けが選択される。
PTFE多孔膜は、PTFEファインパウダーを所定の割合以上の液状潤滑剤と混合したものからPTFE多孔膜を作製する。例えば、PTFEファインパウダーに、PTFEファインパウダー1kg当たり20℃において5〜50質量%の液状潤滑剤を混合して混合体を得る。さらに、得られた混合体を圧延し次いで液状潤滑剤を除去して未焼成テープを得る。さらに、得られた未焼成テープを延伸して多孔膜を得る。このとき、未焼成テープを長手方向に3倍以上20倍以下に延伸した後、幅方向に10倍以上50倍以下に延伸することにより、未焼成テープを総面積倍率で80倍以上800倍以下に延伸する。この後、熱固定を行って、PTFE多孔膜が得られる。上記作製方法は、一例であり、PTFE多孔膜の作製方法は限定されない。
PTFE多孔膜の充填率は例えば8%以下、好ましくは3%以上8%以下であり、PTFE多孔膜を構成する繊維の平均繊維径は例えば0.1μm以下であり、PTFE多孔膜の膜厚は例えば50μm以下である。
通気性カバー層24の圧力損失は、濾材10の圧力損失を抑制する点から、気流の流速が5.3cm/秒の条件において10Pa以下であることが好ましく、圧力損失は5Pa以下で実質的に0あるいは略0であることがより好ましい。通気性カバー層24の粒子径0.3μmの塵の捕集効率は5%以下であり、実質的に0あるいは略0である。すなわち、通気性カバー層24は、塵を捕集するフィルタとしての機能を有さず、塵を通過させる。このような通気性カバー層24の厚さは、0.3mm以下であることが、濾材10の厚さを余分に厚くせず、濾材10表面の変形を抑制する点で好ましい。
通気性カバー層24は、例えば、スパンボンド不織布が好適に用いられる。スパンボンド不織布の繊維材料には、例えばPP,PE,PET等が用いられ、繊維材料は特に制限されない。繊維材料の平均繊維径は例えば10〜30μmである。目付けは例えば5〜20g/m2である。
通気性カバー層24は、図1(a)に示すように形状保持部材12が濾材10と接触するとき、図3(a)に示すように形状保持部材12と接触する。このとき、形状保持部材12と接触した濾材10の表面の部分が局部的に変形し凹むが、接触した部分の周りの領域は、反動で盛り上がろうとする。この盛り上がろうとする動きを通気性カバー層24は抑制する。一方、本実施形態のような通気性カバー層24がなく、プレ捕集層が表面に位置する従来の濾材では、図3(b)に示すように、濾材表面(プレ捕集層表面)の変形により、接触部分の周りの領域Aが盛り上がる。このとき、気流は、形状保持部材12と濾材10とで囲まれる狭い空間を図3(a)に示す紙面に対して垂直方向に流れる。このため、図1(a)に示すように形状保持部材12と濾材10とで囲まれた気流の流路の断面積(気流の流れる流路断面積)は僅かに小さくなる。このため、気流の流速は上昇する。また、形状保持部材12と濾材10とで囲まれた気流の流路の断面積が僅かに小さくなるので、気流が流れる流路のサイズ(等価直径)も小さくなる。このため、気流の流路から受ける抵抗は、周知の配管抵抗(流体の流速の2乗に比例し、配管のサイズ(等価直径)に反比例する)のメカニズムに従って増大する。この抵抗の増大が、エアフィルタユニット15の構造に起因した圧力損失の増大につながる。すなわち、通気性カバー層24は、外部からの押圧に対する濾材10表面の変形を抑制することにより、エアフィルタユニット15の構造に起因した圧力損失(構造抵抗)を抑制する。このため、通気性カバー層24を濾材10の上流側の最表面に設けることが好ましい。
通気性支持層26の材質及び構造は、特に限定されないが、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、作業性の点からは熱融着性を有する不織布が好ましい。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。材質についても特に制限されず、ポリオレフィン(PE、PP等)、ポリアミド、ポリエステル(PET等)、芳香族ポリアミド、またはこれらの複合材などを用いることができる。芯/鞘構造の複合繊維の場合、例えば、芯/鞘が、PET/PE、あるいは、高融点ポリエステル/低融点ポリエステルの組み合わせが挙げられる。
また、主捕集層22と通気性支持層26の積層体において、曲げ剛性が30g重/mm以上であることが、主捕集層22の気流による変形を通気性支持層26により抑制する点で好ましい。主捕集層22は、圧力損失が大きく、極めて薄く剛性が低いので気流に対する変形を受けやすい。通気性支持層22がない場合、主捕集層22の変形しようとする応力及びその歪がプレ捕集層20との間で働き、最終的にプレ捕集層20の層間破壊を引き起こしてしまう場合がある。このため、主捕集層22と通気性支持層26の積層体において、曲げ剛性が30g重/mm以上であることが好ましい。主捕集層22と通気性支持層26の積層体の曲げ剛性の上限は特に制限されないが、実質的に2000g重/mm以下であることが好ましい。
また、粒子径0.3μmの塵の捕集効率に関して、通気性カバー層24、プレ捕集層20及び主捕集層22の中で主捕集層22の捕集効率が最も大きく、次に、プレ捕集層20が大きい。通気性カバー層24の捕集効率は10Pa以下である。プレ捕集層20における粒子径0.3μmの塵の捕集効率は、プレ捕集層20の除電された状態で50%以上であり、主捕集層22における粒子径0.3μmの塵の捕集効率が、99.9%以上であることが、濾材10において粒子径0.3μmの塵の捕集効率が99.97%以上となる点で好ましく、この範囲において、エアフィルタユニット15を好適にHEPAフィルタに用いることができる。
主捕集層22と通気性支持層26は、例えば、加熱による通気性支持層26の一部の溶融により、あるいはホットメルト樹脂の溶融により、アンカー効果を利用して、あるいは、反応性接着剤等の接着を利用して、接合することができる。
また、プレ捕集層20と主捕集層22とは、例えば、ホットメルト樹脂を用いた熱ラミネートを使用して、あるいは、反応性接着剤等の接着を利用して、接合することができる。
本実施形態の濾材10のうち、プレ捕集層20はメルトブローン法、エレクトロスピニング法、海島法及びこれらのハイブリット法の1つにより製造された繊維材料で構成され、この繊維材料の平均繊維径は、0.8μm以上2μm未満である。このため、後述する実施例に示すように、濾材10における塵の捕集効率を従来と同様に維持しつつ、濾材10における圧力損失を抑制することができ、さらに、エアフィルタユニットにおける構造抵抗を抑制することができる。公知技術の繊維径が0.2〜15μmの通気性支持材では、繊維径の範囲が広く、繊維径が細いため圧力損失が上昇する場合もあれば、繊維径が太いため塵の捕集効率を上げるために目付けを大きくして厚さを厚くする場合もある。このため、エアフィルタユニットにおける構造に起因した圧力損失が上昇する。また、公知の繊維径が1〜15μmの繊維製通気性多孔材では、繊維径が比較的太いため、塵の捕集効率を上げるために目付けを大きくして厚さを厚くする。このため、エアフィルタユニットにおける構造に起因した圧力損失が上昇する。
次に、濾材10の製造方法を説明する。
まず、通気性支持層26となる部材と主捕集層22となる部材をそれぞれ用意し、加熱による通気性支持層26の一部の溶融により、あるいはホットメルト樹脂の溶融により、あるいは、反応性接着剤等の接着を利用して、通気性支持層26となる部材と主捕集層22となる部材とを接合して、第1積層体を得る。
一方、通気性カバー層24となる部材とプレ捕集層20となる部材をそれぞれ用意し、超音波熱融着、反応性接着剤を用いた接着、ホットメルト樹脂を用いた熱ラミネート等と利用して、通気性カバー層24とプレ捕集層20を接合して第2積層体を得る。
最後に、上記第1積層体の主捕集層22となる部材と上記第2積層体のプレ捕集層20となる部材とが内側に位置するように配置して、熱ラミネートあるいは反応性接着剤等の接着を利用して、主捕集層22となる部材とプレ捕集層20となる部材とを接合して、濾材10を得る。
このように、第1積層体と第2積層体を別々に作製して濾材10を製造するのは、極めて剛性の低い主捕集層22を精度よく濾材10に積層するためであり、製造時の主捕集層22の積層の作業性を向上させるためである。
本実施形態の濾材10では、図2に示すように、主捕集層22に対して気流の下流側に通気性支持層26が設けられているが、変形例1の濾材10は、図4に示すように、主捕集層22の気流の下流側に通気性支持層26が設けられる他、主捕集層22に対して気流の上流側にも通気性支持層28が設けられている。すなわち、変形例1の濾材10は、気流の上流側から、通気性カバー層24、プレ捕集層20、通気性支持層28、主捕集層22、及び通気性支持層26がこの順に積層されている。プレ捕集層20は、メルトブローン法、エレクトロスピニング法、海島法及びこれらのハイブリット法(例えば、メルトスピニング法あるいはエレクトレットブローン法を含む)の1つにより製造された繊維材料で構成され、この繊維材料の平均繊維径は、0.8μm以上2μm未満である。また、繊維径の幾何標準偏差も図2に示すプレ捕集層20と同様に2.5以下である。通気性支持層28は、通気性支持層26と同様の構成を有してもよいし、異なる構成を有してもよい。通気性支持層28の圧力損失は、気流の流速が5.3cm/秒の条件において10Pa以下であり、あるいは実質的に0あるいは略0であり、粒子径0.3μmの塵の捕集効率が実質的に0あるいは略0である限りにおいて、通気性支持層28の材質及び構造は、特に制限されない。変形例1の層構成の濾材10は、主捕集層22の両側から主捕集層22を挟むように通気性支持層28及び通気性支持層26を接合する。
通気性支持層28を設けることにより、主捕集層22を図2に示す濾材10に比べてより確実に支持し、プレ捕集層20との間で、層間破壊をより確実に抑制することができる。また、剛性の低い主捕集層22を正確に積層して濾材10を作製することができる。
変形例1においても、プレ捕集層20は、メルトブローン法、エレクトロスピニング法、海島法及びこれらのハイブリット法(例えば、メルトスピニング法あるいはエレクトレットブローン法を含む)の1つにより製造された繊維材料で構成された不織布あるいは繊維層構造体であり、この繊維材料の平均繊維径は、0.8μm以上2μm未満である。このため、変形例1の濾材10における塵の捕集効率を従来と同様に維持しつつ、変形例1の濾材10における圧力損失を抑制することができ、さらに、エアフィルタユニット15における構造抵抗を抑制することができる。
本実施形態では、濾材10の形状保持部材12として、図1(a)に示すように、薄板をコルゲート加工することによって波形状となったセパレータが用いられるが、変形例2では、図5(a),(b)に示すように、形状保持部材12として、ジグザグ形状の濾材10の山部にホットメルト樹脂を用いたスペーサ32,34が用いられる。図5(a)は、濾材10に設けられるスペーサ34の配置を説明する図である。図5(b)は、図5(a)中の濾材10とスペーサ32,34の断面図である。図5(a)では、濾材10のジグザグ形状が少し開いた状態で図示されている。スペーサ32,34は互いに濾材10の反対側の面の山部の一部を覆うように設けられており、ジグザグ形状を保持する。このスペーサ32,34を用いたエアフィルタユニットにおいても、濾材10のプレ捕集層20には、メルトブローン法、エレクトロスピニング法、海島法及びこれらのハイブリット法(例えば、メルトスピニング法あるいはエレクトレットブローン法を含む)の1つにより製造された繊維材料で構成された不織布あるいは繊維層構造体が用いられ、この繊維材料の平均繊維径は0.8μm以上2μm未満である。したがって、濾材10における塵の捕集効率を従来と同様に維持しつつ、濾材10における圧力損失を抑制することができる。
本実施形態では、濾材10の形状保持部材12として、図1(a)に示すように、薄板をコルゲート加工することによって波形状となったセパレータが用いられるが、変形例3では、形状保持部材12が用いられず、濾材10自体が、図6に示すようにエンボス突起部を有し、畳み込まれたときエンボス突起部1A〜1Eが濾材10のジグザグ形状を保持する形状保持機能を有する。すなわち、エンボス突起部1A〜1Eは、濾材10の凹凸形状を保持するために、濾材10の谷部または山部に配置した形状保持部である。濾材10のプレ捕集層20には、メルトブローン法、エレクトロスピニング法、海島法及びこれらのハイブリット法(例えば、メルトスピニング法あるいはエレクトレットブローン法を含む)の1つにより製造された繊維材料で構成された不織布あるいは繊維層構造体が用いられ、この繊維材料の平均繊維径は0.8μm以上2μm未満である。
具体的には、濾材10の表裏面にドット状のエンボス突起部1A〜1Eが設けられ、濾材10が図6に示すように山折り、谷折りに折り畳まれるとともに、畳まれた際に向かい合うエンボス突起部1A〜1E同士を接触させて濾材10のジグザグ形状が保持される。
エンボス突起部1A〜1Eは、図6に示すように、折り畳んだときに隣接する濾材10の間隔を保持できるように濾材10の両側の面に形成されている。ここで、濾材10に対して、手前側に突出したエンボス突起部1A〜1Eは凸突起、その逆側に突出したエンボス突起部1A〜1Eは凹突起となる。すなわち、濾材10のある一方の面から見た場合の凹突起は、他方の面から見れば凸突起となる。
このような濾材10においても、濾材10における塵の捕集効率を従来と同様に維持しつつ、濾材10における圧力損失を抑制することができるとともに、エンボス突起部1A〜1Eを用いたエアフィルタユニットにおいても、構造抵抗を抑制することができる。
エンボス突起部1A〜1Eの高さは0.5mm〜5.0mmであることが好ましく、1.5mm〜4.0mmであることがさらに好ましい。高さが5.0mmより高い場合、エンボス加工時にPTFE多孔膜を有する濾材10が破損するおそれがある。また高さが0.5mmより低い場合、濾材10の間隔保持が困難になるとともに、エアフィルタユニットにおける構造抵抗が増大する。また、エンボス突起部1A〜1Eの配置個数は、形状、寸法と同様に特に制限されない。
本実施形態において用いる濾材およびエアフィルタユニットの特性について説明する。
(濾材の圧力損失)
濾材10から有効面積を100cm2とした円形状の試験サンプルを取り出し、円筒形状のフィルタ濾材ホルダに試験サンプルをセットし、空気の濾材通過速度が5.3cm/秒になるように空気の流れを調整し、試験サンプルの上流側及び下流側でマノメータを用いて圧力を測定し、上下流間の圧力の差を濾材10の圧力損失として得た。
濾材10の圧力損失に用いた試験サンプルと同様の試験サンプルを、フィルタ濾材ホルダにセットし、空気の濾材透過速度が5.3cm/秒になるように空気の流れを調整し、この空気流れの上流側に直径0.3μmのPSL(Polystyrene Latex)粒子を導入し、試験サンプルの上流側と下流側のPSL粒子の濃度を、光散乱式粒子計数器を用いて測定し、下記式に従って濾材10の捕集効率を求めた。
捕集効率(%)=[1−(下流側のPSL粒子の濃度/上流側のPSL粒子の濃度)]
×100
プレ捕集層20の捕集効率は、試験サンプルの帯電による捕集効率上昇の影響を排除するために、試験サンプルをIPA(イソプロピルアルコール)蒸気に1日曝して除電状態を作った。
ダイヤルシックネスゲージを用い、試験サンプルに10mmφで2.5Nの荷重をかけたときの厚さの値を読み取った。
試験サンプルの表面を走査型電子顕微鏡(SEM)で1000〜5000倍で撮影し、撮影した1画像上で直交した2本の線を引き、これらの線と交わった繊維の像の太さを繊維径として測定した。測定した繊維数は200本以上とした。こうして得られた繊維径について、横軸に繊維径、縦軸に累積頻度を採って対数正規プロットし、累積頻度が50%となる値を平均繊維径とした。繊維径の分布を表す幾何標準偏差は、上述の対数正規プロットの結果から、累積頻度50%の繊維径と累積頻度84%の繊維径を読み取り下記式より算出した。
幾何標準偏差[−]=累積頻度84%繊維径/累積頻度50%繊維径
濾材10からサイズ150mm×20mmの長尺状の試験サンプルを切り出し、この試験サンプルの長手方向の一端から40mmの範囲の領域を押さえ代にして水平の台から水平方向に突出させて静置した。このときの突出長さ110mmを測定長さとして、水平の台から自重により垂れ下がった垂直方向の変位を測定し、下記式により曲げ剛性を算出した。
曲げ剛性[g重・mm]=濾材10の目付け×(測定長さ)4/8/変位
濾材10を用いてプリーツ加工をして、610mm×610mm×290mm(高さ×幅×奥行き)のジグザグ形状の加工済み濾材を作製し、形状保持部材12であるセパレータを加工済み濾材の谷部に挟んで形状を保持し、この状態で加工済み濾材を枠体14で保持させてエアフィルタユニット15を作製した。
作製したエアフィルタユニット15を矩形ダクトにセットし、風量を56m3/分となるように空気の流れを調整し、エアフィルタユニット15の上流側及び下流側でマノメータを用いて圧力を測定し、上下流間の圧力の差をエアフィルタユニット15の圧力損失として得た。
エアフィルタユニット15の捕集効率は、エアフィルタユニット15の圧力損失の測定と同様に、エアフィルタユニット15を矩形ダクトにセットし、風量を56m3/分となるように空気の流れを調整し、エアフィルタユニット15の上流側に直径0.3μmのPSL粒子を導入し、エアフィルタユニット15の上流側と下流側のPSL粒子の濃度を、光散乱式粒子計数器を用いて測定し、濾材の捕集効率と同様の式に従ってエアフィルタユニット15の捕集効率を求めた。
上記エアフィルタユニット15の圧力損失と濾材10の圧力損失とから下記式に従ってフィルタユニット15の構造に起因した圧力損失(構造抵抗)を算出した。エアフィルタユニット15の圧力損失の測定時、エアフィルタユニット15における空気の濾材通過速度は4cm/秒であった。したがって、下記式に示すように、濾材10における圧力損失を空気の濾材通過速度を用いて補正をしている。
エアフィルタユニット15の構造抵抗 =
エアフィルタユニット15における圧力損失
−濾材10における圧力損失×(4.0/5.3)
以下、本実施形態の効果を調べるために、以下に示す濾材を用いたフィルタユニットを作製した(サンプル1〜9)。
・主捕集層22(PTFE多孔膜)の作製
平均分子量650万のPTFEファインパウダー(ダイキン工業株式会社製「ポリフロンファインパウダーF106」)1kg当たり押出液状潤滑剤として炭化水素油(出光興産株式会社製「IPソルベント2028」)を20℃において33.5質量%加えて混合した。次に、得られた混合物をペースト押出装置を用いて押し出して丸棒形状の成形体を得た。この丸棒形状の成型体を70℃に加熱したカレンダーロールによりフィルム状に成形しPTFEフィルムを得た。このフィルムを250℃の熱風乾燥炉に通して炭化水素油を蒸発除去し、平均厚さ200μm、平均幅150mmの帯状の未焼成PTFEフィルムを得た。次に、未焼成PTFEフィルムを長手方向に延伸倍率5倍で延伸した。延伸温度は250℃であった。次に、延伸した未焼成フィルムを連続クリップできるテンターを用いて幅方向に延伸倍率32倍で延伸し、熱固定を行った。このときの延伸温度は290℃、熱固定温度は390℃であった。これにより、PTFE多孔膜(充填率が4.0%、平均繊維径が0.053μm、厚さ10μm)である主捕集層22を得た。
図4に示す通気性支持層26,28として、PETを芯に、PEを鞘に用いた芯/鞘構造の繊維からなるスパンボンド不織布(平均繊維径24μm、目付け40g/m2、厚さ0.2mm)を用いた。得られた主捕集層22であるPTFE多孔膜の両面に、上記スパンボンド不織布を、ラミネート装置を用いて熱融着により接合して、PTFE積層体を得た。こうして得られたPTFE積層体の圧力損失と塵の捕集効率は、上述した測定方法によれば、80Paと99.99%であった。この圧力損失及び捕集効率は、略PTFE多孔膜の特性である。
通気性カバー層24として、平均繊維径が20μmの連続繊維であるPPからなるスパンボンド不織布(目付け10g/m2、厚さ0.15mm)を用いた。
プレ捕集層20として、平均繊維径が1.2μmの繊維であるPPからなるメルトブローン不織布(目付け15g/m2、厚さ0.12mm)を用いた。上記通気性カバー層24であるスパンボンド不織布とプレ捕集層20であるメルトブローン不織布を、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)ホットメルト接着剤を2g/m2使用して、110℃で熱ラミネートを行い、PP積層体(厚さ0.14mm)を得た。こうして得られたPP積層体の圧力損失と塵の捕集効率は、上述した測定方法によれば、60Paと60%であった。この圧力損失及び捕集効率は、略メルトブローン不織布の特性である。
最後に、PTFE積層体とPP積層体とを、EVAホットメルト接着剤を2g/m2使用して、110℃で熱ラミネートを行い、図4に示す層構成を有する濾材10を得た。濾材10の厚さは0.64mmであった。
濾材10の圧力損失と塵の捕集効率は、上述した測定方法によれば、170Paと99.995%であった。熱ラミネートによる圧力損失の上昇はなかった。この圧力損失及び捕集効率は、略プレ捕集層20と主捕集層22による特性である。
アルミニウム板をコルゲート加工したセパレータを濾材10の谷部に挿入し、縦590mm×横590mmのフィルタパックを得た。このときのプリーツ数は79であった。
得られたフィルタパックを外寸610mm×610mm(縦×横)、内寸580mm×580mm(縦×横)、奥行き290mmのアルミニウム製の枠体14に固定した。フィルタパックの周囲をウレタン接着剤で枠体14と接着してシールして、エアフィルタユニット15を得た。
サンプル2に用いた濾材は、図4に示す層構成のように、主捕集層22(PTFE多孔膜)、通気性支持層26,28、プレ捕集層20及び通気性カバー層24を有する。サンプル2のエアフィルタユニットにおいて、サンプル1のエアフィルタユニットと異なる点は、変形例1の濾材10のプレ捕集層20に、平均繊維径が0.8μmの繊維であるPPからなるメルトブローン不織布(目付け10g/m2、厚さ0.07mm)を用いた点である。これ以外は、サンプル1と同じである。サンプル2に用いたプレ捕集層20の圧力損失及び塵の捕集効率は、75Pa及び65%であり、サンプル2に用いた濾材10の圧力損失及び塵の捕集効率は、185Pa及び99.995%であり、濾材10の厚さは0.59mmであった。
サンプル3に用いた濾材は、図4に示す層構成のように、主捕集層22(PTFE多孔膜)、通気性支持層26,28、プレ捕集層20及び通気性カバー層24を有する。サンプル3のエアフィルタユニットにおいて、サンプル1のエアフィルタユニットと異なる点は、変形例1の濾材10のプレ捕集層20に、平均繊維径が1.9μmの繊維であるPPからなるメルトブローン不織布(目付け20g/m2、厚さ0.24mm)を用いた点である。これ以外は、サンプル1と同じである。サンプル3に用いたプレ捕集層20の圧力損失及び塵の捕集効率は、45Pa及び50%であり、サンプル3に用いた濾材10の圧力損失及び塵の捕集効率は、155Pa及び99.995%であり、濾材10の厚さは0.76mmであった。
サンプル4に用いた濾材は、図4に示す層構成(主捕集層22(PTFE多孔膜)、通気性支持層26,28、プレ捕集層20及び通気性カバー層24)と同様の層構成を有する。サンプル4のエアフィルタユニットにおいて、サンプル1のエアフィルタユニットと異なる点は、変形例1の濾材10のプレ捕集層20に、平均繊維径が0.7μmの繊維であるPPからなるメルトブローン不織布(目付け8g/m2、厚さ0.06mm)を用いた点である。これ以外は、サンプル1と同じである。サンプル4に用いたプレ捕集層の圧力損失及び塵の捕集効率は、85Pa及び70%であり、サンプル4に用いた濾材の圧力損失及び塵の捕集効率は、195Pa及び99.998%であり、濾材の厚さは0.58mmであった。
サンプル5に用いた濾材は、図4に示す層構成(主捕集層22(PTFE多孔膜)、通気性支持層26,28、プレ捕集層20及び通気性カバー層24)と同様の層構成を有する。サンプル5のエアフィルタユニットにおいて、サンプル1のエアフィルタユニットと異なる点は、プレ捕集層に、平均繊維径が2.0μmの繊維であるPPからなるメルトブローン不織布(目付け25g/m2、厚さ0.31mm)を用いた点である。これ以外は、サンプル1と同じである。サンプル5に用いたプレ捕集層の圧力損失及び塵の捕集効率は、40Pa及び45%であり、サンプル5に用いた濾材の圧力損失及び塵の捕集効率は、150Pa及び99.993%であり、濾材の厚さは0.77mmであった。
サンプル6に用いた濾材は、図4に示す層構成のように、主捕集層22(PTFE多孔膜)、通気性支持層26,28、プレ捕集層20及び通気性カバー層24を有する。サンプル6のエアフィルタユニットにおいて、サンプル1のエアフィルタユニットと異なる点は、変形例1の濾材10のプレ捕集層20に、平均繊維径が0.7μmの繊維であるPPからなるエレクトロスピニング法で得られた繊維材料で構成された不織布(エレクトロスピニング不織布)(目付け8g/m2、厚さ0.06mm)を用いた点である。これ以外は、サンプル1と同じである。サンプル6に用いたプレ捕集層の圧力損失及び塵の捕集効率は、85Pa及び70%であり、サンプル6に用いた濾材の圧力損失及び塵の捕集効率は、195Pa及び99.998%であり、濾材の厚さは0.58mmであった。
サンプル7に用いた濾材は、図4に示す層構成のように、主捕集層22(PTFE多孔膜)、通気性支持層26,28、プレ捕集層20及び通気性カバー層24を有する。サンプル7のエアフィルタユニットにおいて、サンプル1のエアフィルタユニットと異なる点は、変形例1の濾材10のプレ捕集層20に、平均繊維径が0.8μmの繊維であるPPからなるエレクトロスピニング法で得られた繊維材料で構成された不織布(エレクトロスピニング不織布)(目付け10g/m2、厚さ0.07mm)を用いた点である。これ以外は、サンプル1と同じである。サンプル7に用いたプレ捕集層20の圧力損失及び塵の捕集効率は、75Pa及び65%であり、サンプル7に用いた濾材10の圧力損失及び塵の捕集効率は、185Pa及び99.995%であり、濾材10の厚さは0.59mmであった。
サンプル8に用いた濾材は、図4に示す層構成のように、主捕集層22(PTFE多孔膜)、通気性支持層26,28、プレ捕集層20及び通気性カバー層24を有する。サンプル8のエアフィルタユニットにおいて、サンプル1のエアフィルタユニットと異なる点は、変形例1の濾材10のプレ捕集層20に、平均繊維径が1.9μmの繊維であるPPからなるエレクトロスピニング法で得られた繊維材料で構成された不織布(エレクトロスピニング不織布)(目付け20g/m2、厚さ0.24mmを用いた点である。これ以外は、サンプル1と同じである。サンプル8に用いたプレ捕集層20の圧力損失及び塵の捕集効率は、45Pa及び50%であり、サンプル8に用いた濾材10の圧力損失及び塵の捕集効率は、155Pa及び99.995%であり、濾材10の厚さは0.76mmであった。
サンプル9に用いた濾材は、図4に示す層構成のように、主捕集層22(PTFE多孔膜)、通気性支持層26,28、プレ捕集層20及び通気性カバー層24を有する。サンプル9のエアフィルタユニットにおいて、サンプル1のエアフィルタユニットと異なる点は、変形例1の濾材10のプレ捕集層20に、平均繊維径が2.0μmの繊維であるPPからなるエレクトロスピニング法で得られた繊維材料で構成された不織布(エレクトロスピニング不織布)(目付け25g/m2、厚さ0.31mm)を用いた点である。これ以外は、サンプル1と同じである。サンプル9に用いたプレ捕集層の圧力損失及び塵の捕集効率は、40Pa及び45%であり、サンプル9に用いた濾材の圧力損失及び塵の捕集効率は、150Pa及び99.993%であり、濾材の厚さは0.77mmであった。
プレ捕集層20における捕集効率を50%以上にすれば、上記表1によると、濾材10の寿命を、ガラス繊維濾材の寿命並みに延ばすことができる。
サンプル1〜5のフィルタユニットにおける圧力損失及び構造抵抗(「構造分抵抗」)を比較すると、プレ捕集層の不織布の平均繊維径は0.8μm以上2.0μm未満、好ましくは、0.8μm以上1.9μm以下であることが、エアフィルタユニット15における構造抵抗を抑制し、かつフィルタユニット15における圧力損失を抑制することができることがわかる。
サンプル4の構造抵抗はサンプル1と同様に低いが、エアフィルタユニットにおける圧力損失はサンプル1に比べて大きい。これは、プレ捕集層の平均繊維径が細くなったため、濾材における圧力損失が増大(表2参照)したことに起因する。
サンプル5では、エアフィルタユニットにおける圧力損失がサンプル1対比高い。これは、サンプル5の構造分抵抗に起因する。サンプル5の濾材における捕集効率をサンプル1と略同様の値に維持するためにプレ捕集層における目付けを大きくし濾材の厚さが厚くなっている。このため、サンプル1対比サンプル5の構造分抵抗は高くなっている。
また、サンプル6〜9のように、不織布にエレクトロスピニング不織布を用いても、メルトブローン不織布を用いた場合と同様の結果を有する。
12 形状保持部材
14 枠体
15 エアフィルタユニット
20 プレ捕集層
22 主捕集層
24 通気性カバー層
26,28 通気性支持層
32,34 スペーサ
1A,1B,1C,1D,1E エンボス突起部
Claims (8)
- 気流中の塵を捕集するエアフィルタ用濾材であって、
気流中の塵の一部を捕集するプレ捕集層と、
前記プレ捕集層に対して気流の下流側に配置され、前記プレ捕集層を通過した塵を捕集するポリテトラフルオロエチレン多孔膜からなる主捕集層と、を有し、
前記プレ捕集層は、メルトブローン法、エレクトロスピニング法、海島法及びこれらのハイブリット法の1つにより製造された繊維材料で構成された不織布あるいは繊維層構造体であり、前記繊維材料の平均繊維径は、0.8μm以上2μm未満である、ことを特徴とするエアフィルタ用濾材。 - 前記主捕集層に対して気流の下流側に配置され、前記主捕集層を支持する通気性支持層を含む、請求項1に記載のエアフィルタ用濾材。
- 前記主捕集層と前記プレ捕集層との間に前記主捕集層を支持する通気性支持層を含む、請求項1または2に記載のエアフィルタ用濾材。
- 気流の上流側の最表層の位置に配置され、気流中の塵を通過させる一方、外部からの押圧に対する前記エアフィルタ用濾材の表面の変形を抑制する通気性カバー層、を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載のエアフィルタ用濾材。
- 気流の流速が5.3cm/秒であるとき、前記通気性カバー層の圧力損失は10Pa以下であり、前記プレ捕集層の圧力損失は、80Pa以下であり、前記主捕集層の圧力損失は、100Pa以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のエアフィルタ用濾材。
- 前記プレ捕集層における粒子径0.3μmの塵の捕集効率が、前記プレ捕集層の除電された状態で50%以上であり、前記主捕集層における粒子径0.3μmの塵の捕集効率が、99.9%以上である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のエアフィルタ用濾材。
- 前記プレ捕集層の厚さは、0.3mm未満である、請求項1〜6のいずれか1項に記載のエアフィルタ用濾材。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載のエアフィルタ用濾材をプリーツ加工したジグザグ形状の加工済み濾材と、
前記加工済み濾材のジグザグ形状を保持するために、前記加工済み濾材の谷部または山部に配置した形状保持部と、
ジグザグ形状が保持された前記加工済み濾材を保持する枠体と、を備えることを特徴とするエアフィルタユニット。
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