JP2020006314A - エアフィルタ用濾材、及びエアフィルタ - Google Patents
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Abstract
Description
また、従来、濾材の上流側でオゾンを発生させ、濾材の繊維に付いた微生物の殺菌を行うことが知られている(特許文献2)。特許文献2の装置では、紫外線ランプを用いてオゾンを生成し、生成したオゾンが、繊維に付いた微生物に作用し、酸化反応を起こすことで、分解、殺菌される。
複数の繊維を有する繊維体からなる捕集層を備え、
前記繊維は、水との接触角が75°以上であり、
前記捕集層の充填率は9%以下であり、
前記繊維の平均繊維径は0.5μm未満である、ことを特徴とする。
前記補強層に含まれる繊維の水との接触角は、前記捕集層に含まれる繊維の水との接触角よりも小さいことが好ましい。
前記エアフィルタ用濾材と、
前記エアフィルタ用濾材を取り囲む枠体と、を備えることを特徴とする。
本明細書において、水との接触角は、θ/2法により求めた接触角をいう。なお、水との接触角が所定の角度である繊維とは、水との接触角が当該角度である材質からなる繊維を意味する。
捕集層中の繊維同士が接近した部分や、繊維が互いに交差した部分では、図1(a)に示すように、繊維1間に水膜3が形成される場合がある。このような部分に微生物5が捕集されていると、微生物5の周囲に、水滴よりも多くの水分が保持され、微生物の増殖を十分に抑制できない。
また、複数の微生物5が互いに接近して繊維1に捕集されていると、微生物5の周囲に保持された水分が連なって、図1(b)に示すように、大きな水滴4が形成される場合がある。この場合、微生物5の周囲に多くの水分が保持され、微生物の増殖を抑制できない。
上記問題に鑑みて、さらに検討が重ねられたところ、上記した水膜や大きい水滴は、主に、捕集層の充填率が大きいこと、及び、繊維の平均繊維径が大きいこと、に起因して発生することが明らかにされた。このため、本実施形態の濾材は、捕集層の繊維の水との接触角を上記範囲にした上で、捕集層の充填率及び繊維の平均繊維径が小さく調整されている。すなわち、本実施形態の捕集層の充填率は、9%以下であり、繊維の平均繊維径が0.5μm未満である。
例えば、捕集層の繊維体に、微生物の捕集に直接寄与しない部分(例えば、繊維同士を接続する結節部)が含まれている場合は、そのような部分を含まない捕集層と比べて、充填率が大きくなりやすい。上記した1%を超え8%以下の範囲は、捕集層の繊維体に上記部分が含まれている場合の好ましい範囲であり、より好ましくは3〜7%である。具体的に、この範囲の充填率は、周知の延伸法を用いることで得られる。この場合、2つの結節部の間を延びる繊維(フィブリル)が、繊維体を構成する繊維である。
この範囲のうち、さらに好ましい範囲の具体例として、1%以上2.5%以下、2.5%を超え4.0%以下、4.0%を超え5.5%以下、5.5%を超え6.5%以下、6.5%を超え8%以下、を挙げることができる。また、3%を超え4%以下、4%を超え5%以下、5%を超え6%以下、6%を超え7%以下、も好ましい範囲の具体例として挙げることができる。
特に好ましい範囲の具体例として、5%を超え5.4%未満、5.4%を超え5.5%未満、5.5%を超え6%未満、6%を超え6.5%以下、6.5%を超え7%以下、を挙げることができる。
なお、捕集層に含まれる繊維の表面積の合計は、例えば、下記の式を用いて計算した、充填率、繊維の断面積、繊維の長さの合計、繊維の周長を用いて求められる。
=(濾材の重さ/繊維の材質の密度)/(濾材の面積×厚み)×100
(捕集層が結節部を有する場合、「繊維の体積」には、結節部の体積も含まれる。また、「繊維の材質の密度」は、繊維及び結節部を構成する材質の捕集層中の含有率に応じて重み付けをした各材質の密度の加重平均を表す。)
=(充填率×濾材の体積)/繊維の断面積
なお、補強層には、後述する捕集効率が捕集層よりも低いものが用いられるため、繊維間に水膜や大きい水滴が形成されても、微生物の増殖は問題となり難い。この観点から、計数法で測定される補強層の捕集効率は、例えば、1%以下に調整される。また、補強層の平均繊維径は、例えば10〜50μmに調整される。
補強層は、捕集層の上流側だけでなく、下流側に積層されていてもよい。すなわち、補強層は、捕集層の両側に積層されていてもよい。
ULPA、HEPA、準HEPAの各フィルタは、JIS Z8122に規定されたフィルタである。
準高性能フィルタは、HEPAフィルタに準じる性能のエアフィルタであり、例えば、定格流量で粒径0.3μmの粒子に対して捕集効率が90〜99.99%の捕集効率を有し、初期圧力損失が300Pa以下であるエアフィルタである。
中性能フィルタは、主として粒径が5μmより小さい粒子に対して中程度の粒子捕集率をもつエアフィルタであって、光散乱光量積算方式(比色法)で50〜98%の捕集効率、あるいは計数法(粒径0.7μm)で50〜98%の捕集効率を有するエアフィルタである
本実施形態の濾材の濾材性能は、例えば、粒径2.5μm以下、濃度が0.3mg/m3以下の粉塵の除去に用いられ、計数法で測定される捕集効率が80%以上、圧力損失が79〜493Pa、粉塵保持容量(保塵量)が200〜800g/m2である。計数法での測定には、粒径0.3μmの、大気塵、ポリアルファオレフィン(PAO)、シリカのいずれかの粒子が用いられる。粉塵保持容量は、フィルタが所定の最終圧力損失に達するまでに捕集した粉塵量である。
このような濾材によれば、濾材に担持させる防カビ剤の量を少なくする、あるいは、防カビ剤を担持させず防カビ剤未処理濾材を得ることができる。したがって、防カビ剤の下流側への飛散を防ぐことができる。また、このような濾材によれば、濾材に捕集された微生物を殺菌するために、オゾン照射を行う必要がない。したがって、下流側の空気のオゾン濃度が高くなることによる人体への悪影響を防ぐことができる。
本実施形態のエアフィルタは、濾材と、枠体と、を備える。
濾材は、上記説明した濾材である。濾材は、たとえば、山折りと谷折りが交互に繰り返されたジグザグ形状を有するよう、プリーツ加工される。
セパレータ型のエアフィルタに用いられる濾材は、山部および谷部が交互に繰り返されて配置されるよう交互に折り返して波型形状にし、谷部にセパレータを挿入した状態で濾材にプリーツ加工が施される。セパレータは、薄板をコルゲート加工することによって波形状にしてなる部材である。
次に、本実施形態の濾材を備える空気清浄装置について説明する。
図3に、本実施形態の濾材を備える空気清浄装置9の内部構成を模式的に示す斜視図を示す。
空気清浄装置9は、濾材10と、オゾン生成装置12と、を備えている。
オゾン生成装置12は、空気清浄装置9が設置された室内のオゾン濃度が0.1ppm以下、好ましくは0.08ppm以下、より好ましくは0.05ppm以下となる照射量で紫外線の照射を行うことが好ましい。室内のオゾン濃度は、例えば、オゾン生成装置12を所定時間(例えば7〜8時間)稼働させた時点で測定される。
紫外線の照射量は、空気清浄装置9の操作パネルやリモコンを用いて利用者が指定した、もしくは、空気清浄装置9の製造時に予め定められた、照射時間や、紫外線の強度、照射するタイミングによってランプを照射するよう、空気清浄装置9の制御装置によって調整される。
プレフィルタ14は、濾材10の捕集層よりも粒子サイズの大きい粒子を捕集するためのフィルタである。プレフィルタ14は、図3に示す例において、オゾン生成装置12の上流側に配置されている。
光触媒装置16は、例えば、光触媒を担持させたセラミックス材料からなる装置であり、空気中の微粒子を捕集し、空気中の臭いの成分や、ホルマリン等の有機化合物を酸化、分解する。光触媒としては、例えば酸化チタンが用いられる。光触媒装置16は、図3に示す例において、プレフィルタ14の下流側で、濾材10の上流側に配置されている。
ファン18は、図示されない吸込口から、筐体20内に外気を取り込み、プレフィルタ14、光触媒装置16、濾材10を通過させ、排出口20aから、清浄化された空気が排出される空気の流れを形成する。ファン18には、例えば、クロスフローファンが用いられるが、これに限定されない。
筐体20には、吸込口、及び排出口20aが設けられるとともに、筐体20内に図示されない通気路が設けられ、通気路の途中に、プレフィルタ14、光触媒装置16、濾材10が、この順に配置されている。
空気清浄装置9の通気路上に配置される各部材は、紫外線による劣化が起きにくく、発塵しにくい材料で構成されることが好ましい。
図4は、変形例による空気清浄装置の内部構成を模式的に示す断面である。
変形例では、上記説明した空気清浄装置9の筐体20に代えて、ダクト30が用いられている。ダクト30は、上流側に設けられた吸込口30aと、下流側に設けられた排出口30bと、を有している。変形例による空気清浄装置は、図4に示す例では、上流側から順に、プレフィルタ14、オゾン生成装置12、濾材10を備えるエアフィルタ11、が配置されている。変形例による空気清浄装置は、ファン18を備えており、吸込口30aから取り入れた空気を、プレフィルタ14、濾材10を順に通過させ、清浄化された空気を排出口30bから外部に排出する。
変形例による空気清浄装置は、ビル、工場などの建物内に設置された空調システムの一部を構成する。
次に、本実施形態の濾材を用いた空気清浄方法について説明する。
本実施形態の空気清浄方法は、微粒子を捕集するステップと、オゾンを発生させるステップと、を備える。
微粒子を捕集するステップでは、上記説明した濾材を用いて空気中の微粒子を捕集する。
オゾンを発生させるステップでは、紫外線を照射して濾材を通過する空気中にオゾンを発生させる。
微粒子を捕集するステップ及びオゾンを発生させるステップは、具体的に、上記説明した空気清浄装置9を用いて行うことができる。
本実施形態の空気清浄方法における紫外線の照射の方法は、空気清浄装置9について上記説明したのと同様である。
表1に示す種々の仕様の濾材を作製し、それぞれエアフィルタにして、病院の診察室に設置した上記実施形態の空気清浄装置のエアフィルタとして設けた。空気清浄装置の上に、人の唾液から採取した細菌及び真菌を寒天培地上で培養させたシャーレを載置し、オゾン照射を行うことなく稼働させた。
比較例1〜3、実施例1〜7のいずれも、捕集層の両側に補強層を積層させた。補強層の繊維には、繊維の表面が、水との接触角が94°である材質からなる繊維を用いた。補強層の厚さは、0.05〜0.15mmの範囲内だった。
実施例3〜8は、繊維の材質は「PTFE2」とした。
接触角計を用いて、特開2013−099372に記載された方法に従って、0℃における蒸留水との接触角を2回測定し、その算術平均値を接触角とした。
(充填率)
JIS P8118に従って、マイクロメータでシート厚みを測定し、目付けを厚みとポリマー密度の積で割った値を体積充填率とした。目付けは、JIS P8124に準拠して測定した。密度は、JIS P8118に従って測定した。
(平均繊維径)
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。測定した繊維数は最低でも200本とした。その算術平均値を平均繊維径とした。
(菌数減少率)
空気清浄装置の稼働開始時点、及び、空気清浄装置を稼働して2週間経過した時点で、各シャーレの菌数を、目視で判定し、その結果、菌数が減少しているものをA、菌数が増加したものをCと評価した。結果を表1に示す。また、Aと評価されるもののうち、
菌数の減少率(%)={(空気清浄装置の稼働開始時点での菌数)−(稼働後1週間経過時点での菌数)}/(空気清浄装置の稼働開始時点での菌数)×100
で計算される菌数の減少率が10%以上であったものをA1、10%未満であったものをA2と評価した。結果を表2に示す。
病院の診察室に設置した上記実施形態の空気清浄装置を稼働させ、その上に、唾液から採取した細菌及び真菌を寒天培地上で培養させたシャーレを載置した。同じ要領で作製した複数の上記シャーレを、互いに異なる時間、空気清浄装置の上に載置し、それぞれの微生物の変化を調べた。その結果、載置時間が長いシャーレであるほど、微生物が殺菌され、菌数が減少していることが確認された。
また、同じ空気清浄装置を用いて、4畳半の大きさの別の室内で換気せずに、上記実験を行ったときと同じオゾン濃度で7時間、紫外線の照射を行った時点で室内のオゾン濃度を測定したところ、0.005〜0.01ppmの範囲内であった。
3 水膜
4 水滴
5 微生物
6 菌糸
9 空気清浄装置
10 濾材
11 エアフィルタ
12 オゾン生成装置
14 プレフィルタ
16 光触媒装置
18ファン
20 筐体
20a 排出口
30 ダクト
30a 吸込口
30b排出口
Claims (6)
- 空気中の微粒子を捕集するシート状のエアフィルタ用濾材であって、
複数の繊維を有する繊維体からなる捕集層を備え、
前記繊維は、水との接触角が75°以上であり、
前記捕集層の充填率は9%以下であり、
前記繊維の平均繊維径は0.5μm未満である、ことを特徴とするエアフィルタ用濾材。 - 前記繊維の平均繊維径は0.01μm以上である、請求項1に記載のエアフィルタ用濾材。
- 前記捕集層の厚さは30μm以上である、請求項1又は2に記載のエアフィルタ用濾材。
- 前記濾材の単位面積あたりの前記繊維の表面積の合計を表す値は、40m2/m2以上である、請求項1から3のいずれか1項に記載のエアフィルタ用濾材。
- 複数の繊維を有する繊維体からなり、前記捕集層に対し、空気が通過する方向の上流側に積層される補強層をさらに備え、
前記補強層に含まれる繊維の水との接触角は、前記捕集層に含まれる繊維の水との接触角よりも小さい、請求項1から4のいずれか1項に記載のエアフィルタ用濾材。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載のエアフィルタ用濾材と、
前記エアフィルタ用濾材を取り囲む枠体と、を備えることを特徴とするエアフィルタ。
Priority Applications (1)
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