JP2013193035A - 気液分離フィルター及び圧縮空気用の空気清浄器 - Google Patents

Abstract

【課題】液体のミストを気体中からより低い圧力損失でより高効率に分離してフィルター寿命をより延長できる気液分離フィルター及び圧縮空気用の空気清浄器を提供すること。
【解決手段】筒状の薄壁であって該薄壁の全体に多数の通気孔が設けられている筒状スクリーン３０と、筒状スクリーン３０の外周側を取り巻く筒状に設けられて汚染気体を濾過する濾過部３１と、以上の筒状のフィルター構成部品にかかる両端を接着剤によってシールすると共に固定する一対の端板４１、４２とを備える気液分離フィルター１０であって、第２濾過部３１が、オイルによって膨潤する素材からなる繊維材によって設けられた薄不織布状のフィルター布状材３２を、実質的に伸長させるように引っ張らないで多数回にわたって巻き付けて多数層に形成することで構成され、オイルによって膨潤した際には皺を生じるように設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、筒状の薄壁であってその薄壁の全体に多数の通気孔が設けられて通気構造材になっている筒状スクリーンと、その筒状スクリーンの外周側を取り巻く筒状に設けられて汚染気体を濾過する濾過部と、以上の筒状のフィルター構成部品にかかる両端を接着剤によってシールすると共に固定する一対の端板とを備える気液分離フィルターに関し、圧縮空気を供給するコンプレッサーとそのコンプレッサーから供給された圧縮空気を利用する空気圧機器とを接続する圧縮空気配管の中途部に配置され、気液分離フィルターが内蔵されて圧縮空気を濾過することで清浄化する圧縮空気用の空気清浄器に関する。

従来、本出願人によって、複数の通気孔が形成された中空構造の芯材の周囲に濾材が配設されて濾過部が形成されると共に、芯材の内側に供給された気体が濾過部を通過させられる際に濾材によって濾過対象物を濾過するフィルターであって、上記の濾過部としての第１濾過部および第２濾過部を備え、第１濾過部が、繊維状の第１濾材形成物をシート状に加工した上記の濾材としての第１濾過シートと、繊維状の第２濾材形成物をシート状に加工した上記の濾材としての第２濾過シートとの積層体を芯材の周囲に巻回して形成され、第２濾過部が、第１濾過シートを巻回することなく第２濾過シートを芯材の周囲における第１濾過部よりも外周側に巻回して形成されているフィルター及びフィルター製造方法（特許文献１参照）が開示されている。これによれば、製造コストを十分に低減できる（特許文献１参照）。

また、第２濾過材について、例えば通気性のあるスポンジ状のポリウレタンフォームが、筒状の外周側に巻かれてオイル凝集分離用の濾過材として用いられているフィルター（気液分離フィルター）がある。この気液分離フィルターでは、経時的な材料の劣化によって、気液分離効率を極端に低下させる場合がある。なお、外見的に濾材の状態変化が現れた頃には、性能が著しく低下している。

また、オイル凝集分離用の濾過材としては、厚手のフェルト状のポリエステル繊維不織布を採用した例もあるが、このポリエステル繊維不織布では、濾過材を構成するフィルター繊維同士が接着（溶着や接着剤など）によって三次元的に固定されている。これによれば、フィルター繊維同士のズレが生じにくく、フィルター繊維に係るオイル膨潤によってポアサイズが小さくなって目詰まりしやすく圧力損失（通気抵抗）が高くなりやすい場合がある。なお、この場合には、外見では交換時期を判断できない。

特開２０１１−１８９３２５号公報（第１頁）

気液分離フィルター及び圧縮空気用の空気清浄器に関して解決しようとする問題点は、従来の濾過材では、オイルなどの液体のミストによって膨潤されることや濾過材自身の劣化によって、気液分離効率や圧力損失などのフィルター性能が低下し、フィルター寿命が短くなることにある。
そこで本発明の目的は、液体のミストを気体中からより低い圧力損失でより高効率に分離してフィルター寿命をより延長できる気液分離フィルター及び圧縮空気用の空気清浄器を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために次の構成を備える。
本発明に係る気液分離フィルターの一形態によれば、筒状の薄壁であって該薄壁の全体に多数の通気孔が設けられて通気構造材になっている筒状スクリーンと、該筒状スクリーンの外周側を取り巻く筒状に設けられて汚染気体を濾過する濾過部と、以上の筒状のフィルター構成部品にかかる両端を接着剤によってシールすると共に固定する一対の端板とを備える気液分離フィルターであって、前記濾過部が、液体のミストによって膨潤する素材からなる繊維材によって設けられた薄不織布状のフィルター布状材を、実質的に伸長させるように引っ張らないで、多数回にわたって巻き付けて多数層に形成することで構成され、液体のミストによって膨潤した際に皺を生じるように設けられている。

また、本発明に係る気液分離フィルターの一形態によれば、筒状の薄壁であって該薄壁の全体に多数の通気孔が設けられて内周側の通気構造材になっている内筒スクリーンと、該内筒スクリーンの外周側を取り巻く筒状に設けられて汚染気体を一次的に濾過する第１濾過部と、筒状の薄壁であって該薄壁の全体に多数の通気孔が設けられて前記第１濾過部を取り巻いて外周側の通気構造材になっている外筒スクリーンと、該外筒スクリーンの外周側を取り巻く筒状に設けられて前記第１濾過部で濾過された汚染気体を二次的に濾過する第２濾過部と、以上の筒状のフィルター構成部品にかかる両端を接着剤によってシールすると共に固定する一対の端板とを備える気液分離フィルターであって、前記第２濾過部が、液体のミストによって膨潤する素材からなる繊維材によって設けられた薄不織布状のフィルター布状材を、実質的に伸長させるように引っ張らないで多数回にわたって巻き付けて多数層に形成することで構成され、液体のミストによって膨潤した際に皺を生じるように設けられている。

また、本発明に係る気液分離フィルターの一形態によれば、前記第１濾過部が、ガラス繊維によって設けられた濾紙材がプリーツ状に形成されて設けられていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る気液分離フィルターの一形態によれば、前記薄不織布状のフィルター布状材を構成する繊維材が、メルトブロー製法によるポリプロピレン繊維であることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る圧縮空気用の空気清浄器の一形態によれば、上記の筒状の気液分離フィルターが装着されて構成される圧縮空気用の空気清浄器であって、前記気液分離フィルターが起立されて前記一対の端板が上下に位置するように装着される構造に設けられている。

本発明に係る気液分離フィルター及び圧縮空気用の空気清浄器によれば、液体のミストを気体中からより低い圧力損失でより高効率に分離してフィルター寿命をより延長できるという特別有利な効果を奏する。

本発明に係る気液分離フィルターの形態例を示す断面図である。 本発明に係る圧縮空気用の空気清浄器の形態例を示す断面図である。 フィルター繊維及び濾過材の初期状態と膨潤後の状態を示す説明図である。 本発明に係る気液分離フィルターの未使用状態の形態例を示す写真である。 本発明に係る気液分離フィルターを使用することによって濾過材を構成する繊維が膨潤して皺が生じた後の形態例を示す写真である。

以下、本発明に係る気液分離フィルター及び圧縮空気用の空気清浄器の形態例を、添付図面（図１〜５）に基づいて詳細に説明する。
本発明は、筒状の薄壁であってその薄壁の全体に多数の通気孔が設けられて通気構造材になっている筒状スクリーン３０と、その筒状スクリーン３０の外周側を取り巻く筒状に設けられて汚染気体を濾過する濾過部３１と、以上の筒状のフィルター構成部品３０、３１にかかる両端を接着剤によってシールすると共に固定する一対の端板４１、４２とを備える気液分離フィルターに関する。

そして、濾過部３１が、液体のミストによって膨潤する素材からなる繊維材によって設けられた薄不織布状のフィルター布状材３２を、多数回にわたって巻き付けて多数層に形成することで構成され、液状のミストによって膨潤した際には皺３３を生じるように設けられている。

本形態例は、筒状の薄壁であってその薄壁の全体に多数の通気孔が設けられて内周側の通気構造材になっている内筒スクリーン２０と、その内筒スクリーン２０の外周側を取り巻く筒状に設けられて汚染気体を一次的に濾過する第１濾過部２１と、筒状の薄壁であってその薄壁の全体に多数の通気孔が設けられて第１濾過部２１を取り巻いて外周側の通気構造材になっている外筒スクリーン３０と、その外筒スクリーン３０の外周側を取り巻く筒状に設けられて第１濾過部２１で濾過された汚染気体を二次的に濾過する第２濾過部３１と、以上の筒状のフィルター構成部品２０、２１、３０、３１にかかる両端を接着剤によってシールすると共に固定する一対の端板４１、４２とを備える気液分離フィルターに関する。

そして、第２濾過部３１が、オイルや水などの液体のミストによって膨潤する素材からなる繊維材によって設けられた薄不織布状のフィルター布状材３２を、実質的に伸長させるように引っ張らないで多数回にわたって巻き付けて多数層に形成することで構成され、オイルや水などの液体のミストによって膨潤した際には皺３３を生じるように設けられている。なお、巻き付け層数は、例えば２０〜３０層になっている。
液体のミストによって膨潤した濾過材層である濾過部（第２濾過部）３１は、皺３３が生じるように波状化することで、その濾過部３１のポアサイズを小さくすると共に、濾過面積を増大させることができる。これにより、気液分離の分離効率が向上した状態で安定でき、圧力損失の上昇を防止してフィルターの寿命を延長できる。

また、本形態例では、第１濾過部２１が、ガラス繊維によって設けられた濾紙材がプリーツ状に形成されて設けられている。
これによれば、ガラス繊維による濾紙材自体がフィルタエレメントとして高性能であると共に、プリーツ状に形成することで濾過面積を増大させて通気流速を低減できることから、通気抵抗が小さい濾過層を適切に構成できる。このため、オイルミストや水ミストなどのミスト、及びダストを、効率よく分離・捕捉でき、圧力損失を低減できると共に分離・捕集効率を高めることができる。

また、本形態例の薄不織布状のフィルター布状材３２を構成する繊維材が、メルトブロー製法によるポリプロピレン繊維である。これによれば、極細のフィルター繊維を製造することができ、圧力損失が低い状態で高い分離・捕集効率を実現できる高性能のフィルター布状材３２を構成できる。そして、多層に巻回された状態で液体のミストによって膨潤されて好適な皺を形成するフィルター布状材３２を構成できるため、濾過面積を増大させて気液分離フィルター１０の性能をより高めることができる。

次に、以上の構成に係る気液分離フィルター１０の作用効果について図３に基づいて詳細に説明する。
本形態例の気液分離フィルター１０は、オイルミストなどの粒子を捕集し、オイルミストなどの液体ミストに濡れていく湿潤の過程において、濾過部（第２濾過部）３１としてフィルタエレメントを構成するオイル凝集分離用の濾過材のフィルター繊維がオイルなどの液体を吸収し、繊維の直径及び表面積が大きくなる膨潤（図３（ａ）参照）の性質を利用するものである。

この濾過部（第２濾過部）３１の膨潤による作用としては、図３（ｂ）に示すように、孔径（ポアサイズ）が小さくなるため、捕集効率や分離効率を適切且つ迅速に高めることができる。しかし、単にポアサイズが小さくなるのではなく、図３（ｃ）に示すように、全体的に伸長して皺３３を形成するように設けられているため、表面積が大きくなり、必要以上にポアサイズが小さくなることはない。これによれば、捕集効率や分離効率が安定化することになり、フィルター寿命を延長できる。高温、高湿で、継続試験を行った結果、安定した捕集効率や分離効率を維持できた。

本形態例の筒体の形状に設けられた気液分離フィルター１０においては、図５の写真に示すように筒体の軸心に直交する方向の横縞状の皺３３が生じ易い。これは、一対の端板４１、４２間の寸法は変化しないように固定・規制されているのに対して、直径方向には外側へ向う方向について何ら規制されていないためである。すなわち、軸心と平行な軸方向の長さが、筒状スクリーン（外筒スクリーン）３０や内筒スクリーン２０と一対の端板４１、４２で拘束されて一定の長さに維持されるが、第２濾過部３１が膨潤して延びる。

これによれば、第２濾過部３１は、膨潤することによって全ての方向に全体的に伸長するが、軸方向には逃げ場がないことになり、その伸長分が横縞状の皺３３として出現する。その横縞状の皺３３は、軸方向に直交する方向へ延びる凹凸が形成されることで、リング状の溝部３３ａとリング状の筋条部３３ｂとが設けられることで出現する。
これに対し、第２濾過部３１の軸心に直交する径方向については、外側に規制するものがないため、第２濾過部３１の直径は膨潤することによって拡大する。このように、第２濾過部３１が拡径するため、縦縞状の皺はほとんど出現しない。

また、本形態例の第２濾過部３１は、薄不織布状のフィルター布状材３２を、多数層に巻き付けるだけで、最端部３２ａはめくれないように巻き止めのため接着するが、フィルター布状材３２の層間同士を接着することはない。すなわち、二次元的な広がりの薄不織布状のフィルター布状材３２を接着しないで巻回した形態であり、そのフィルター布状材３２の布の薄い厚さ分についてはフィルター繊維同士を三次元的に接着した状態になっているが、第２濾過部３１の厚さ方向の全体に亘ってフィルター繊維同士が三次元的に接着した状態にはなっていない。このように第２濾過部３１が構成されているため、皺３３を形成し易い構造になっている。

本形態例のフィルター布状材３２を構成するポリプロピレン繊維は、エレクトレット処理を施すことができる。エレクトレット処理されたフィルター布状材３２によれば、フィルター性能を向上できると共に、製造工程で巻回する際にめくれにくく、巻かれた形体を保持しやすいため、生産性を向上できる利点がある。
また、濾過部３１の軸方向の長さを筒状スクリーン３０よりも長く設け、初期の段階で皺３３がよるように縮めて一対の端板４１、４２の間に固定してもよい。これによれば、より濾過面積を増大させることができ、フィルター性能をより向上できる。

ところで、本形態例の気液分離フィルター１０においては、第１濾過部２１と外筒スクリーン３０の間は凝集スペースになっており、外筒スクリーン３０は、オイルなどの凝集した液体が伝って流れ落ちるためのガイド材としても機能している。また、本形態例の第１濾過部２１はプリーツ状に形成されているため、隣り合うプリーツの外側面の間に形成される空隙が、凝集スペースとして好適に確保され、凝集効果が高まる。そして、第２濾過部３１に横縞状の皺３３が生じることによって、第２濾過部３１の皺３３の部分で外筒スクリーン３０の外周面により確実に接触する形態になる。この接触はリング状の筋条部３３ｂによって強くなされることになる。反対に、リング状の溝部３３ａは、外筒スクリーン３０の外周面に接触しないで凝集スペースとなる空隙を形成するように機能する。このように接触することで、第２濾過部３１の層内で凝集されて生じたオイルなどの液体が、外筒スクリーン３０に移ってその外筒スクリーン３０の表面に沿って流れやすくなる。これによれば、第２濾過部３１の目詰まりを防止でき、フィルター性能をより向上できる。

また、筒状スクリーン（外筒スクリーン）３０の材質は、オイルミストを分離する場合は、例えばステンレススチールよりも親油性の高いアルミニウムの方が良い。このように、筒状スクリーン３０の材質を選択すれば、オイルが筒状スクリーン３０を伝って流れ落ちやすくなり、凝集されたオイルを素早く重力などの作用によって流し、気液分離フィルター１０の目詰まりを防止できる。

本形態例の第２濾過部３１は、極細繊維径のポリプロピレン繊維を利用しているが、オイルに膨潤する特性をもつポリエチレン繊維やアクリル繊維などの他の素材を用いることもできる。また、水ミストを分離するための気液分離フィルター１０については、フィルター繊維として、ナイロンなどの素材を利用することができる。

次に、以上に説明した気液分離フィルター１０が装着されて構成される圧縮空気用の空気清浄器１０２の形態例について、図２に基づいて説明する。
この形態例は、圧縮空気を供給するコンプレッサー１００とそのコンプレッサー１００によって供給された圧縮空気を利用する空気圧機器１０５とを接続する圧縮空気配管１０３の中途部に配置され、気液分離フィルター１０が内蔵されて圧縮空気を濾過することで清浄化する圧縮空気用の空気清浄器１０２になっている。１０２ａは空気清浄器１０２のエアインレットであり、１０２ｂはエアアウトレットである。１０２ｃは空気清浄器１２のケーシングである。

この圧縮空気用の空気清浄器１０２であっては、気液分離フィルター１０が起立されて一対の端板（上側の端板４１、下側の端板４２）が上下に位置するように装着される構造に設けられている。これによれば、凝集された液体が、重力によって起立した鉛直の筒状スクリーン（外筒スクリーン）３０を伝って好適に落下することができ、濾過部（第２濾過部）３１の目詰まりを防止して、フィルター性能を向上できる。
なお、４１ａは接続口部であり、上側の端板４１に設けられ、空気清浄器１０２のエアインレット１０２ａの流路に接続されるように設けられている。これにより、気液分離フィルター１０の内側に汚染空気が導入され、気液分離フィルター１０を内から外へ通過した清浄空気がエアアウトレット１０２ｂから排出される。

本発明係る圧縮空気用の空気清浄器は、圧縮空気に限定されず、他の圧縮気体についても適応して使用できる。

以上、本発明につき好適な形態例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの形態例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。

１０ 気液分離フィルター
２０ 内筒スクリーン
２１ 第１濾過部
３０ 外筒スクリーン（筒状スクリーン）
３１ 第２濾過部（濾過部）
３２ フィルター布状材
３２ａ 最端部
３３ 皺
３３ａ リング状の溝部
３３ｂ リング状の筋条部
４１ 上側の端板
４１ａ 接続口部
４２ 下側の端板
１００ コンプレッサー
１０１ 圧縮空気除湿装置
１０２ 空気清浄器
１０２ａ エアインレット
１０２ｂ エアアウトレット
１０２ｃ ケーシング
１０３ 圧縮空気配管
１０５ 空気圧機器

Claims (5)

1. 筒状の薄壁であって該薄壁の全体に多数の通気孔が設けられて通気構造材になっている筒状スクリーンと、
   該筒状スクリーンの外周側を取り巻く筒状に設けられて汚染気体を濾過する濾過部と、
   以上の筒状のフィルター構成部品にかかる両端を接着剤によってシールすると共に固定する一対の端板とを備える気液分離フィルターであって、
   前記濾過部が、液体のミストによって膨潤する素材からなる繊維材によって設けられた薄不織布状のフィルター布状材を、多数回にわたって巻き付けて多数層に形成することで構成され、液体のミストによって膨潤した際には皺を生じるように設けられていることを特徴とする気液分離フィルター。
2. 筒状の薄壁であって該薄壁の全体に多数の通気孔が設けられて内周側の通気構造材になっている内筒スクリーンと、
   該内筒スクリーンの外周側を取り巻く筒状に設けられて汚染気体を一次的に濾過する第１濾過部と、
   筒状の薄壁であって該薄壁の全体に多数の通気孔が設けられて前記第１濾過部を取り巻いて外周側の通気構造材になっている外筒スクリーンと、
   該外筒スクリーンの外周側を取り巻く筒状に設けられて前記第１濾過部で濾過された汚染気体を二次的に濾過する第２濾過部と、
   以上の筒状のフィルター構成部品にかかる両端を接着剤によってシールすると共に固定する一対の端板とを備える気液分離フィルターであって、
   前記第２濾過部が、液体のミストによって膨潤する素材からなる繊維材によって設けられた薄不織布状のフィルター布状材を、実質的に伸長させるように引っ張らないで多数回にわたって巻き付けて多数層に形成することで構成され、液体のミストによって膨潤した際には皺を生じるように設けられていることを特徴とする気液分離フィルター。
3. 前記第１濾過部が、ガラス繊維によって設けられた濾紙材がプリーツ状に形成されて設けられていることを特徴とする請求項２記載の気液分離フィルター。
4. 前記薄不織布状のフィルター布状材を構成する繊維材が、メルトブロー製法によるポリプロピレン繊維であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の気液分離フィルター。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の筒状の気液分離フィルターが装着されて構成される圧縮空気用の空気清浄器であって、前記気液分離フィルターが起立されて前記一対の端板が上下に位置するように装着される構造に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の圧縮空気用の空気清浄器。