JP2022501190A - スクリムレスフィルタ媒体および／またはアラミドフィルタ媒体 - Google Patents

Abstract

能動電界分極フィルタは、ポリプロピレン繊維およびポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維の混合物を含むスクリムレスフィルタ媒体を含む。本混合物は、ポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維のポリプロピレン繊維に対する重量比が５：９５〜５０：５０の範囲、さらにより好ましくは１０：９０〜３０：７０の範囲である不織布材料の形態であってよい。

Description

エアフィルタは通常、粒子を捕獲するために、空気流路に１以上の層のフィルタ媒体を使用する。空気は媒体を通過し、浮遊粒子は媒体繊維によって収集される。フィルタ媒体は多くの材料から作製することができ、特定のフィルタ媒体、たとえばいくつかの不織布は、支持体なしではその形状を保持することができないので、スクリムまたはベース層に取り付けられる。スクリム層は、パターンで緩く織られた開放層または不織布であってよい。不織スクリムは、密に詰まった構造を含んでよく、その構造間に開口部を残す角度で糸を配設してもよい。不織スクリムの糸密度（一方向の１インチあたりの糸数）は、１インチあたり１〜２０本の範囲であってもよいが、不織スクリムの量は１インチあたり１〜１０本の範疇に分類される。理論的には、不織スクリムは、糸の配置を妨げるインターレースがないので、糸の充填密度に達することが可能である。多くのスクリムは、（織物構造におけるように）直交した糸で作製されるが、不織布製法は様々な角度で糸を配置し、様々な方向を向いた複数層の糸を並べることができる。

例外はあるが、織布スクリムと不織スクリムとの基本的な違いは、織布スクリムにはアンダーおよびオーバーのインターレースが必要であるが、不織スクリムでは、糸は互いに重なり合って化学的に共に保持される。最も重要な違いの１つは、不織スクリムにおける糸の「真直度(straightness)」である。不織布では、糸の特性はさらに直接的に織物の特性に変換される。なぜなら、織られた形状に関連する「クリンプのない(uncrimping)」伸びおよび糸／糸摩擦がほとんどないからである。さらに、不織スクリムでは、糸は所定位置に固定されてもよく、古典的な不織布格子のように折りたたむことができない。

ほとんどの不織スクリムは、ポリエステル、ナイロン、ガラス、レーヨン、またはポリプロピレンのマルチフィラメント糸を使用する。マルチフィラメント糸は市販されており、費用効果が高く、処理が比較的簡単で、広がる傾向があり、望ましい「平坦な」断面を提供し、ポリマー特性を糸形態に適切に変換する。モノフィラメントが使用されるが、それらの相対的な剛性は、バインダの付着力が低いなどの処理上の問題が生じる可能性がある。

織布スクリムまたは不織スクリムを用いて、フィルタ層は、繊維をスクリム上に針で打ち抜くことによって、または化学薬品、熱、樹脂、もしくはステッチ結合を使用することによって、スクリムに取り付けることができる。

スクリム材料フィルタ媒体は、長年にわたって広く使用されており、多くの利点を提供している。しかしながら、スクリム自体は圧力損失およびエネルギ消費に寄与するが、除去効率はほとんど向上しないか、またはまったく向上しない。また、以下に示すように、他にも欠点がある。

他のフィルタ分野では、静電引力の原理が、気流からの汚染物質の除去を強化するために長年使用されてきた。空気静電クリーナには、３つの主なカテゴリ、すなわち電気集塵装置、受動静電フィルタ、能動電界分極媒体型エアクリーナがあり、これらは別の名称でも知られている。

電気集塵装置は、粒子を帯電させ、その後、逆帯電したおよび／または接地された収集プレート上に粒子を捕獲する。

受動静電フィルタ（エレクトレットとしても知られている）は、処理および／または固有の各特性の組合せによって静電荷を有する媒体（または異なる媒体の組合せ）を使用する。静電荷および／または相対電荷の部位を有するフィルタ媒体に入った粒子は、逆の静電荷を有する帯電した媒体フィルタ媒体に吸着される。

能動電界分極媒体型エアクリーナは、２つの電極間の電圧差によって生成された静電界を使用する。実質的に誘電体フィルタ媒体は、２つの電極間の静電界に配置される。静電界は、媒体繊維と入った粒子との両方を分極し、これによって媒体およびエアクリーナの捕獲効率および負荷能力を上昇させる。誘電体材料は、電気絶縁体、または電気エネルギを蓄えることもできる電流に対して高度に耐性のある物質である。誘電体材料は、印加された電界をそれ自体の中に集中させる傾向があり、したがって静電界の効率的な支持体である。

さらなる静電空気フィルタ設計は、カナダ特許番号１，２７２，４５３に開示されており、使い捨て矩形カートリッジが高電圧電源に接続される。カートリッジは、導電性内部中央スクリーンから成り、誘電体繊維材料（プラスチックまたはガラス）の２つの層間に挟持される。２つの誘電体層は、順に、導電性材料の２つの外部スクリーン間にさらに挟持される。導電性内部中央スクリーンは、高電圧まで上昇し、これによって内部中央スクリーンと逆のまたは接地電位に保持された２つの導電性外部スクリーンとの間に静電界を生じる。高電圧静電界は、２つの誘電体層の繊維を分極させる。

エアクリーナは、暖房換気および空調（ＨＶＡＣ）システムの一部として、またスタンドアローンの空気移動／清浄システムにおいて、様々な構成および状況で設置されてもよい。より小型のＨＶＡＣシステム（たとえば住居用および軽商業用）において、エアクリーナパネルは、しばしば平坦な構造（気流に対して垂直）においてまたは傾斜フィルタトラックにおいて設置される。より大きなシステムにおいて、エアクリーナのバンクは、典型的に、複数の別個のパネルが気流の軸線に垂直なエアクリーナモジュラアセンブリを形成するように配設された、Ｖバンク構造に配設される。

米国特許第７，７０８，８１３号明細書；米国特許第８，２５２，０９５号明細書；米国特許第８，７９５，６０１号明細書；および米国特許第９，７６４，３３１号明細書は特に以下を示し、その内容は、本明細書にすべて記述されているものとして、参照によって組み込まれる。

１）低抵抗誘電体（ポリエステル）層の間に挟まれた高抵抗空気透過性材料（たとえば、ガラス繊維スクリーン）を有する繊維状誘電体材料（たとえば、ポリエステル）の２つの層を含むフィルタ媒体。

２）能動電界分極媒体型エアクリーナで使用するための帯電列の材料（摩擦帯電スケール）の異なる端部からの繊維を有する混合繊維層を形成する繊維状誘電体材料の層を含むフィルタ媒体。

３）比較的低密度の誘電体材料（たとえば、繊維状ポリエステル）の層と、それに続く比較的高密度の材料（たとえば、より高密度の繊維状ポリエステル）の層とを含むフィルタ媒体、および
４）静電界におけるフィルタ媒体としての摩擦帯電材料の使用。

能動電界分極媒体型エアクリーナの全ての構成において、静電界は、フィルタ媒体の粒子捕獲および負荷能力を著しく増強する。しかしながら、特定の標準試験（たとえば、ＡＳＨＲＡＥ ５２．２）、および特定の産業環境では、導電性の高い粉塵が存在する。これらは、電圧が電極間を移動するための経路をもたらし、静電界は存在しないことになる。したがって、静電界が失われた後の能動電界分極媒体型エアクリーナのフィルタ媒体の性能は、システム全体の評価および用途において重要な要素である。

したがって、能動電界分極エアフィルタで使用するための改良されたフィルタ媒体が必要である。

本発明は、能動電界分極媒体型エアクリーナおよびそれらの組合せのための、フィルタ媒体に対するいくつかの個別の改良で具現化される。スクリムレス媒体は、スクリムを用いた同じまたはそれ以上の繊維重量のフィルタ媒体よりもサブミクロンの粒子効率をより良く維持可能であることが見出された。スクリムレス媒体層は、自身の構造的完全性を有する摩擦帯電ブレンド物、たとえばアラミドブレンド物であってもよく、またはスクリムレス層は、必要な支持を提供する層のアセンブリであってもよい。本発明の一実施形態では、個々の特徴は、以下を含む。以下に記載された能動電界分極媒体型エアクリーナであって、アラミドブレンド物を含む能動電界分極媒体型エアクリーナおよび／または、スクリムレスであってもよく、かつポリプロピレン繊維とポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維との混合物を含んでもよい他の摩擦帯電材料フィルタ媒体。

この混合物は、本明細書にすべて記述されているものとして、参照によって組み込まれる、米国特許第６，３２８，７８８号明細書に記載された、商品名ＴＥＸＥＬで販売されているものであってもよく、その特許に記載されているように、好ましくは繊維（２）の繊維（１）に対する重量比が５：９５〜５０：５０、さらに好ましくは１０：９０〜３０：７０である不織布材料の形態であってもよい。

本発明の他の実施形態：以下に記載されたような能動電界分極媒体型エアクリーナであって、自身の構造的完全性を有さなくてもよいスクリムレス摩擦帯電層であって、媒体パッドアセンブリの他の層によって所定位置に保持されるスクリムレス摩擦帯電層を含む能動電界分極媒体型エアクリーナ。

Ｖバンク構造に配設された複数の能動電界分極媒体型エアクリーナパネルの等角投影図である。 誘電体媒体支持枠の使用を示す組立図である。 高電圧プローブおよび高電圧接点およびスクリーンを示す組立図である。 誘電体媒体支持枠の使用を示す。 高電圧プローブおよび高電圧接触シールドを含む、剛性の導電性外部スクリーンおよび導電性保持枠を示す。 Ｖバンク構造に配設された複数の能動電界分極媒体型エアクリーナフィルタの断面図である。 Ｖバンク構造に配設された複数の能動電界分極媒体型エアクリーナフィルタの断面図の詳細部分であり、下部フィルタ保持枠への交換用フィルタ媒体の挿入を示す。 Ｖバンク構造に配設された複数の能動電界分極媒体型エアクリーナフィルタの断面図の詳細部分であり、上部フィルタ保持枠への交換用フィルタ媒体の挿入を示す。 図４の枠を通る、それぞれ異なる断面を示しており、フィルタ材料の層化の詳細図を示す。 図４の枠を通る、それぞれ異なる断面を示しており、フィルタ材料の層化の詳細図を示す。

フィルタハードウェア
図１は、Ｖバンク構造１００に配設された複数の能動電界分極媒体型エアクリーナパネル（フィルタ）１０１を示す。個々のフィルタパネル１０１は、本明細書において、「パネル」、「フィルタ」、および／または「エアクリーナ」と称されてもよい。複数の能動電界分極媒体型エアクリーナ１０１は、複数の積層可能なモジュール１０２に編成され、各モジュールは、用途に応じて変更可能な幅Ｗ、高さＨ、および奥行きＤを有する。特に、図１のＶバンク１００は８つの積層可能なモジュール１０２を含み、各モジュール１０２は８つの個別の能動電界分極媒体型エアクリーナを含み、合計６４のエアクリーナを含む。Ｖバンク構造１００に示されているが、エアクリーナは、気流に対して個別に垂直に、もしくは他の角度で、または他のグループおよび／もしくは配置で挿入可能であることを理解されたい。

能動電界分極媒体型エアクリーナは、図２に示されている。繊維状誘電体材料の第１パッド１６Ａは、中央スクリーン１１０上に配設され、電界カバレッジ(Field coverage)を最大化するために枠の端まで延びるように示されているが、延びる必要はない。中央スクリーン１１０の反対側には、誘電体フィルタ材料１６Ｂの第２パッドがある。誘電体フィルタ材料の第１パッドは密封され、および／または接着剤１２１Ａ、超音波溶接、もしくは圧縮のような好適な手段によって誘電体媒体支持枠１２０に取り付けられる。組立またはメンテナンスの費用を節約するために、アセンブリ内の媒体、および気流中のアセンブリのシーリングが最大シングルパス性能に重要であるが、たとえば、性能要件がそれほど厳しくない用途、たとえば住宅または軽商業ビルを設計する場合には、フィルタ材料はシーリングされなくてもよい。

誘電体フィルタ材料１６Ａの第１パッド上には、第１上流誘電体外部スクリーン１２Ａがある。誘電体フィルタ材料１６Ｂの第２パッドの下には、第２導電性下流外部スクリーン１２Ｂがある（「第１」および「第２」導電性外部スクリーンの使用は、要素をその中に順番に導入するために、請求項において逆であってもよい）。誘電体フィルタ材料の第２パッドは、適切な手段、たとえば、接着剤材料１２１Ｂ、超音波溶接、または圧縮によって誘電体媒体支持枠１２０に取り付けられる。第１導電性外部スクリーン１２Ａは、第１導電性保持枠１１６Ａによって所定位置に保持される。第２導電性外部スクリーン１２Ｂは、第２導電性保持枠１１６Ｂによって所定位置に保持される。図において接地接続として示される外部スクリーンは、本明細書において導電性と呼ばれているが、いくつかの用途ではいくらか抵抗性材料を含んでもよいことを理解されたい。

フィルタ媒体自体は、誘電体媒体支持枠１２０、繊維状誘電体材料１６Ａの第１パッド、中央スクリーン１１０、および誘電体フィルタ材料１６Ｂの第２パッドを含む。フィルタ媒体を保持するフィルタ保持枠は、第１導電性外部スクリーン１２Ａを備える第１導電性または絶縁性保持枠１１６Ａと、第２導電性外部スクリーン１２Ｂを備える第２導電性または絶縁性保持枠１１６Ｂとを含む。

動作時、高電圧電源１０８の一方の端子は、中央スクリーン１１０に接続される。高電圧電源１０８の他方の端子は、第１導電性外部スクリーン１２Ａおよび第２導電性外部スクリーン１２Ｂに結合され、典型的には接地電位に保持される。

図１６の能動電界分極媒体型エアクリーナの誘電体フィルタ材料１６Ａ，１６Ｂを通過した流入空気中の粒子は、その内部の電界によって分極し、誘電体フィルタ材料１６Ａ，１６Ｂの第１パッドおよび第２パッド上に収集される。

中央スクリーン１１０に確実に接触する高電圧シールドによって保護された高電圧接点が、図３に示される。接点１３６を中央スクリーン１３の穴に通す（または、これが望ましくないか、もしくは実用的でない場合、そのような接触をスクリーンの縁に行うことができる）。導電性要素１３３は、接点１３６を中央スクリーン１３に固定し、接点１３６と帯電電極または中央スクリーン１３との間の良好な接続を提供する。接点は、リベット、双頭スラムリベット、ねじ、ボルト、ワッシャ、ボール、または同様のものであってよい。選択された接点の間で共通するのは、中央スクリーンとの接触面積を広げ、高電圧電極のためのより広い接触点を提供することである。これらの構成要素の材料は、理想的には耐食性であり、金属または導電性プラスチックまたは他の材料であってもよい。

高電圧プローブ１３０は、導電性外部スクリーン１２Ａを通り、高電圧接点１３４で終端する。いくつかの実施形態においては、グロメット、ボーダー、ワッシャが、有孔のシートまたはスクリーンを切断することによってもたらされ得る不均一な点ではなく、電気的に均一に接地された表面を提供するために使用されてもよい。絶縁誘電体材料１３２Ａの高電圧シールドは、高電圧接点１３４を囲んでいる。同様に、絶縁誘電体材料１３２Ｂの高電圧シールドは、リベット１３６の下端および金属ディスク１３３を囲んでいる。また、高電圧プローブは、導電性外部スクリーン１２Ａ，１２Ｂの内側に配線することもできる。

高電圧プローブ１３０は、様々な材料、種類であってもよい。高電圧プローブ１３０は、たとえば、硬いワイヤまたは柔らかいワイヤであってもよい。高電圧プローブ１３０は、高電圧を伝導可能である必要があるが、金属製でも複合材でもよい。高電圧プローブは、一体であってもよく、またはエンドキャップまたは接続金具を有していてもよい。

図４は、図３のフィルタ媒体の平面図を示す。誘電体媒体支持枠１２０は、誘電体フィルタ材料１６Ａのパッドを囲んでいる。リベットまたは取付手段１３６は、誘電体フィルタ材料１６Ａのパッドを通る。

図５は、フィルタ媒体を保持する枠の平面図を示す。枠片１１６および４つの端部コーナー１２８を保持する４つの導電性外部フィルタは、導電性外部スクリーン１２を保持するための枠を形成する。高電圧接点１３４は、絶縁性高電圧シールド１３２Ａ内に配設される。

動作中、導電性外部フィルタ保持枠１１６Ａおよび１１６Ｂ（図３）は、フィルタ媒体（１２０，１６Ａ，１３，１６Ｂ）の周りで閉じており、高電圧接点１３４はリベット１３６のヘッドに接触している。また、高電圧シールド１３２Ａ，１３２Ｂは、誘電体フィルタ材料１６Ａ，１６Ｂのパッドをわずかに圧迫する。高電圧接点１３４は、リベット１３６のヘッドとの信頼できる接続を確かなものにする。絶縁性高電圧シールド１３２Ａ，１３２Ｂは、高電圧接点１３４の先端からのスプレーおよびコロナの可能性を低減する。さらに、絶縁性高電圧シールド１３２Ａ，１３２Ｂは、高電圧接点１３４から導電性外部スクリーン１２Ａ，１２Ｂまでのアーク放電の可能性を低減する。

本発明の一実施形態では、高圧接点１３４は、典型的には剛性ワイヤ、または他の弾性材料で作製される。リベット１３６のヘッドと接触する際に、中央スクリーン１３はわずかに曲がってもよい。また、高電圧接点１３４は、中央スクリーン１３の屈曲を低減するためのばね接点であってもよい。中央スクリーン１３上の接触領域１３６の代替構成は、中央スクリーン１３の上面の導電性ディスク、導電性要素の対であって、一方が中央スクリーンの上部にあり、他方が中央スクリーンの下部にあり、中央スクリーンを通過し、２つのディスクを保持する締め具を有する導電性要素の対を含む。高電圧プローブ１３４の剛性、または外側導電性外部スクリーンの剛性、またはその両方は、高電圧プローブ１３４の端部と、ディスク／リベットの組合せ１３６との間に正の機械的接触を強制する。その結果は、振動、または媒体の動き、または中央スクリーン（電極）の動きによって損なわれることのないしっかりとした接触である。

本発明の別の実施形態において、高電圧プローブは、中央スクリーンの中央に、端部に、または電流を流すように他の方法によって永久的または着脱可能に（たとえば、ツーピーススナップ、または点火ナット／コネクタによって）取り付けられてもよい。

本発明の別の実施形態では、磁石２０２，２０４は、安定で位置を調整された高電圧接触を容易にするように位置を動かされてもよい。また、高電圧プローブ１３０および接点１３６の部品は、磁性材料で作製することができる。

図１の個々のモジュール１０２の断面図が、図６に示される。個々の能動電界分極媒体型エアクリーナ１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０，１１０Ｄ，１１０Ｅ，１１０Ｆ，１１０Ｇ，１１０Ｈは、Ｖバンク構成で所定位置に保持される。モジュール１０２の前部において、複数のカウリングが各フィルタを所定位置に保持する。特に、モジュール１０２の上部および下部に２つの端部カウリング１０４Ａ，１０４Ｂが存在する。２つの端部カウリングの間に、３つの中間カウリング１０６Ａ，１０６Ｂ，１０６Ｃが存在する。流線型カウリングは、より低い形状抗力気流をもたらし、それによってフィルタの静電気（空気抵抗）を低減する。

モジュール１０２の後部（図６）において、複数の二重ヒンジは所定位置に各フィルタを保持してもよく、または上部枠および下部枠１１４ａ，１１４ｂは圧入における受けチャネル１１９内の所定位置に保持されてもよく、またはフィルタエアクリーナ１１０ａの全体などは、ねじの取り外しまたは破壊力などのさらなるエネルギがなければ接近することができない自己完結型カートリッジに含まれてもよい。

ヒンジ式実施形態において、各二重ヒンジは、図７および図８における動作中に見られる３つのヒンジＨ１，Ｈ２，Ｈ３から構成される。図７に示されるように、第１ヒンジＨ１は、上部枠１１２Ａに結合した第１取付点と、下部枠１１２Ｂに結合した第２取付点とを有する。ヒンジＨ１は、交換用フィルタ媒体を能動電界分極媒体型エアクリーナ１１０Ｇに挿入することができるように、下部枠１１２Ｂが上部枠１１２Ａから離れるように回転することを可能にするピボット点を有する。同様に、図８に示されるように、第２ヒンジＨ２は、上部枠１１４Ａに結合した第１取付点と、下部枠１１４Ｂに結合した第２取付点とを有する。ヒンジＨ２は、交換用フィルタ媒体を能動電界分極媒体型エアクリーナ１１０Ｈに挿入することができるように、上部枠１１４Ａが下部枠１１４Ｂから離れるように回転することを可能にするピボット点を有する。

第１取付点としての第３ヒンジＨ３は第１ヒンジＨ１に結合され、第２取付点は第２ヒンジＨ２に結合される。第３ヒンジＨ３は、上部能動電界分極媒体型エアクリーナ枠（１１２Ａ，１１２Ｂ）が下部能動電界分極媒体型エアクリーナ枠（１１４Ａ，１１４Ｂ）に対してユニットとして回転できるように第３ピボット点を有する。モジュール１０２の後部に二重ヒンジを使用することによって、能動電界分極媒体型エアクリーナを互いに対して異なる角度で取り付ける際の柔軟性がもたらされる。モジュール１０２の後部の二重ヒンジは、個々のエアクリーナを取り付けるための異なる角度に関係なく、フィルタの後部で良好に密閉される。フィルタの後部にある二重ヒンジによってもたらされるポジティブシールは、すなわちフィルタ媒体を通過せずにフィルタ装置を通過する気流の一部によってブローを低減する。

上述した発明は様々な実施形態を参照したが、全体として本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の構造および構成要素を修正することができる。たとえば、パネルは、個別に使用してもよく、または固定され、および／もしくは部分的もしくは完全に取り外し可能で、トラック(track)内を摺動するアレイで使用してもよい。パネルは、様々な材料で作製され、様々な電圧、間隔、および静電界強度を採用する。

フィルタ媒体
図９および図１０は、フィルタ材料の層化の詳細図を用いて、図４の枠を通る様々な断面を示している。

図９に示されるように、枠部材１１６は、３つ以上の層と、既に本明細書に記載され、参照された、摩擦繊維ブレンド物を含んでもよく、含まなくてもよい上流層１６Ａと、中央スクリーン１３とを保持する。枠部材１１６は、ポリプロピレン繊維とポリメタフェニレンイソフタルアラミドまたは他のアラミド繊維との混合物を含むスクリムレスアラミド層９６を含んでもよい。この混合物は、米国特許第６，３２８，７８８号明細書に記載されている通りであってもよく、その内容は、本明細書にすべて記述されているものとして、参照によって組み込まれ、ＴＥＸＥＬの商品名で販売され、上述の特許に記載されているように、好ましくは、不織布材料の形態であり、ポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維のポリプロピレン繊維に対する重量比が５：９５〜５０：５０の範囲、さらに好ましくは、１０：９０〜３０：７０の範囲である。アラミドは、一般的にアミン基とカルボン酸ハロゲン化物基との間の反応によって調製される。最もよく知られているアラミド（ケブラー、トワロン、ノーメックス、ニュースター、およびテイジンコーネックス）は、ＡＡＢＢポリマーである。他のアラミドは、主にメタ結合を含み、ポリメタフェニレンイソフタルアミド（ＭＰＩＡ）である。ケブラーおよびトワロンは、両方ともｐ−フェニレンテレフタルアミド（ＰＰＴＡ）であり、ＡＡＢＢの最も単純な形態のパラ−ポリアラミドである。ＰＰＴＡは、ｐ−フェニレンジアミン（ＰＰＤ）、およびテレフタル酸ジクロライド（ＴＤＬまたはＴＣＬ）の生成物である。

使用時には、アラミドの強度が原因で、米国特許第６，３２８，７８８号明細書によって記載された生成物は、スクリム層を必要としなくてもよい。これによって、圧力損失を減らすこともできる。

アラミド層９６の下流層１６Ａを配設することによって、フィルタは、全ての圧力低下を最小限に抑えながら、最初に粗いフィルタで大きな微粒子を捕獲し、続いて細かい粒子を捕獲する。しかしながら、層は交換されてもよく、または一般的な層もしくは１６Ａの層は、存在しなくてもよく、他の層、場合によってはアラミド層に置き換えられてもよい。本明細書では、アラミド層９６は摩擦帯電材料であるが、摩擦帯電ブレンド物を含んでもよく、含まなくてもよい、より一般的な層１６Ａとは別に示されることを理解されたい。

図１０は、別の実施形態の断面を示しており、この実施形態は図９と同様の層と中央スクリーン１３とを含んでもよい。これらに加えて、上部支持層１０１０、スクリムレス媒体層１０２０、および下部支持層１０３０を含むスクリムレスフィルタ層アセンブリ１０００が存在する。支持層は、フィルタ媒体に形状をもたらすように構造的支持体を提供する（スクリーンもこのことを行うことが可能である）だけではなく、気流および／または接触を受けたときにアラミド層が吹き飛ばされたり、その形状が失われたりするのを防ぐ。

スクリムレス媒体層１０２０は、壊れやすく、フィルタアセンブリ（スクリムなし）における使用でのその形状を保持するために十分に構造的健全性を有さないが、それ以外の点では優れた空気清浄品質を有する不織繊維ブレンド物を含んでいてもよい。このような材料の例としては、モダクリルおよびポリプロピレンブレンド物および／または他の摩擦帯電ブレンド物もしくは非摩擦帯電ブレンド物を含む。スクリムレス層は、１種類の材料からなるものであってもよい。支持層の機能は、製造、取り扱い、および使用においてスクリムレス層を無傷に保つことである。

スクリムレス媒体層１０２０は、示されたように１以上の層であってもよく、または上部支持層１０１０および下部支持層１０３０の支持によって、スクリムレス媒体層１０２０がその形状を保持することを補助し、さらに耐久性がある他の組合せを含んでもよい。上部支持層は様々な材料であってもよいが、理想的には耐久性があり、比較的低圧損失な織布、不織布または有孔材料、たとえば、ポリエステル、ポリプロピレン、ナイロン、その他のプラスチックまたは複合材料、ガラス、ウール、押し出しネットなどである。

下部支持層１０３０は、支持体枠１０２０の設置の間にさらに接触されてもよく（「下部」上にある必要がなくてもよく）、織布、不織布または有孔材料、プラスチックネット、ビニルスクリーン、金属スクリーン、またはスクリム素材、または他の支持材料であってもよい。また、下部支持層１０３０は、アセンブリ内の外部導電性スクリーンとして機能してもよい。上述の説明は、現在説明されているものであるが、他の支持層であってもよい。

図９および図１０に示される断面における層、または導電性接地スクリーンは、必ずしも均一でなくてもよく、または単層でなくてもよく、以下のものを含んでもよい。
−ビニール、
−ポリエステル、
−ガラス、
−ウール、
−アラミド、および摩擦帯電スケールの反対側の材料、
−さらにポリプロピレンを含む上述の物質、
−米国特許６，３２８，７８８号明細書に記載された、および／またはＴＥＸＥＬとして販売される上述の物質、
−スクリムを有する、または有さない上述の物質、
−層状媒体の一部として上述の物質のいずれかであって、他の層は上述の物質のいずれかであってもよい、
−他の摩擦帯電フィルタ材料または非摩擦帯電フィルタ材料、
−上述の物質のいずれかに加えてアークブロック層、
−任意の物質のいずれかとＰＣＯ、
ならびにこれらの組み合わせ。

本発明のさらなる実施形態において、媒体の層の１つは、光触媒材料で処理可能である。次いで、エアクリーナは、気相汚染物質の分解のためにＵＶ光源と結合可能である。本実施形態において生成されるヒドロキシル基は、生物製剤を不活性化し、気相汚染物質を分解することができる。このような実施形態において、ＵＶ光の影響の下、媒体は、ヒドロキシルラジカルと超酸化物イオンとを生成して、捕獲した空中浮遊バイオエアロゾルおよび気相汚染物質と反応する。光触媒層は、最も下流側の層であってもよい。これによって、粒子汚染が実質的になくなる。

本発明のさらなる実施形態では、フィルタ枠の外部スクリーン／電極は、光触媒で処理される。

本発明のさらなる実施形態において、導電性スクリーン（中央または接地）の一部または全ては、炭素含浸発泡材またはメッシュなどの臭気／気相汚染物吸着特性を有する。

本発明のさらなる実施形態において、１以上の層は、ＶＯＣ、他の反応性気相汚染物質および／またはオゾンおよび／または生物的汚染物質を分解するための触媒で処理されてもよい。

本発明のさらなる実施形態において、１以上の層は、吸着性もしくは化学吸着性であり、および／または吸着性もしくは化学吸着性のコーティングを保持している繊維を含む。

本発明のさらなる実施形態において、１以上の層は、殺菌性であり、および／または殺菌性のコーティングを担持する繊維を含む。

試験結果
表１は、ＡＳＨＲＡＥ規格５２．２試験で結果を比較した、様々な第三者の試験を示す。５２．２試験は、０．３〜１０．０ミクロンまでの１２種類のサイズ範囲で上流および下流の効率を測定する。試験の過程において、複数の効率が測定された。なぜなら、装置は、典型的な大気粉塵とは異なり、高度に導電性のカーボンブラックを高い割合で含む試験粉塵が入れられるからである。達成された最小効率は、３つの群、Ｅ１（０．３〜１．０ミクロン）、Ｅ２（１．０〜３．０ミクロン）、およびＥ３（３．０〜１０．０ミクロン）に分けられる。群内の各サイズの個々の結果は、共に平均化された。効率評価は、各カテゴリで達成された平均数に基づき、装置の最低捕集効率（ＭＥＲＶ）定格をもたらす。高効率のエアフィルタおよびクリーナの場合、Ｅ１の効率が重要である。能動電界分極媒体型エアクリーナの場合、導電性の粉塵は電圧を中央スクリーンから接地スクリーンに移動させ、システムが短絡して静電界が非通電になるので、粒子および媒体繊維に影響を及ぼす。フィルタ評価は、Ｅ１効率の１０％以下の変動に基づいていることに注意することが重要である。したがって、サブミクロン粒子除去のわずかな改善は、重要であり、特定の市場での製品の適合性および用途に大きな影響を与える。たとえば、病院での大部分の空気清浄は、Ｅ１が７５％〜８５％の間であり、最少のＭＥＲＶ１４を満たす必要がある。

表１は、様々なエアクリーナアセンブリを示し、これらの全ては、本質的に同じ構成を有し、さらに摩擦帯電媒体の単層または複数の層を有する。それらは、規格５２．２試験のＥ１結果に従って評価される。スクリムレス媒体を採用するアセンブリは、スクリムを備えた同等以上の摩擦帯電媒体重量の媒体よりも顕著に優れた性能を発揮する。このことは、重要なサブミクロン範囲に特に当てはまる。たとえば、最も際立った比較は、試験１と試験８との間の比較である。ここで、スクリムを有する摩擦帯電媒体３５０ｇが、スクリムなしの摩擦帯電媒体３３０ｇと比較される。スクリムレス媒体は、Ｅ１効率および最小０．３ミクロン性能の両方でほぼ２０％優れている。スクリム媒体に対するスクリムレス媒体の全ての比較は、本質的に同じ関係性を示す。全ての場合において、相違は、サブミクロン／Ｅ１範囲で最も顕著であり、Ｅ２およびＥ３は本質的に同じである。さらに、重量および圧力損失あたりの基準において、アラミドブレンド物のスクリムレス媒体は、スクリムレスモダクリル／プロピレンブレンド物を一般的に上回っている。

上記に開示された本発明は、ＨＶＡＣシステム、自己完結型フィルタ／ファンユニット、および産業用空気清浄システム、および集塵装置での使用を含むがこれらに限定されない様々な方法で使用することができる。上述の実施形態は、主に平坦なフィルタ構成を記載しているが、本発明は、多層フラットパネルのＶバンクグループ、パネルとＶバンクユニットとの相互接続されたグループ、バッグフィルタ、プリーツおよびミニプリーツフィルタ、カートリッジフィルタ、ならびに集塵システムのための円筒状フィルタを含むがこれらに限定されない他の構造にも適応することができる。

上述した本発明は様々な実施形態を参照しているが、全体として本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の構造および構成要素を修正することができる。特に、様々な層または要素を組み合わせ、交換し、および／または繰り返して、様々な効果を達成することができる。たとえば、ある図はエアクリーナの基本概念を示しているが、別の図はある種類の組み立てられたシステムの構成を示している。明確にするために様々な要素は別個の層として示されているが、２つ以上の「層」が単一の層または材料に組み合わされてもよい。

Claims (20)

1. 第１導電性外部スクリーンと、
   前記第１導電性外部スクリーンに実質的に平行な第２導電性スクリーンと、
   前記第１導電性外部スクリーンと前記第２導電性スクリーンとの間に配設されたスクリムレスフィルタ媒体と、
   第１端子および第２端子を有する高電圧電源であって、前記第１端子が前記第１導電性外部スクリーンに接続されており、前記第２端子が前記第２導電性スクリーンに結合されている高電圧電源と、を備えることを特徴とする能動電界分極媒体型エアクリーナ。
2. 前記スクリムレスフィルタ媒体は、摩擦帯電材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の能動電界分極媒体型エアクリーナ。
3. 前記摩擦帯電材料は、アラミドであることを特徴とする請求項２に記載の能動電界分極媒体型エアクリーナ。
4. 前記スクリムレスフィルタ媒体は、ポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維を有するポリプロピレン繊維を含むことを特徴とする請求項２に記載の能動電界分極媒体型エアクリーナ。
5. 前記スクリムレスフィルタ媒体は、ポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維のポリプロピレン繊維に対する重量比が５：９５〜５０：５０である材料の層を含むことを特徴とする請求項４に記載の能動電界分極媒体型エアクリーナ。
6. 前記スクリムレスフィルタ媒体は、ポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維のポリプロピレン繊維に対する重量比が１０：９０〜３０：７０である材料の層を含むことを特徴とする請求項４に記載の能動電界分極媒体型エアクリーナ。
7. 前記スクリムレスフィルタ媒体は、間に、１または複数のスクリムレス媒体層を有する２つの支持層を含むことを特徴とする請求項１に記載の能動電界分極媒体型エアクリーナ。
8. 前記支持層の一方が上部層であり、前記支持層の他方が下部層であり、前記上部層は、気流の方向に対面していることを特徴とする請求項７に記載の能動電界分極媒体型エアクリーナ。
9. 前記スクリムレス媒体層は、モダクリル繊維を含むことを特徴とする請求項８に記載の能動電界分極媒体型エアクリーナ。
10. 前記スクリムレス媒体層は、ポリプロピレン混合繊維を含むことを特徴とする請求項８に記載の能動電界分極媒体型エアクリーナ。
11. 前記上部支持層は、不織布材料であることを特徴とする請求項８に記載の能動電界分極媒体型エアクリーナ。
12. 前記不織布材料は、ポリエステル、ガラス、およびウールからなる群から選択されることを特徴とする請求項１１に記載の能動電界分極媒体型エアクリーナ。
13. 前記下部支持層は、不織布材料、プラスチックネット、ビニール、および非導電性スクリーンからなる群から選択されることを特徴とする請求項８に記載の能動電界分極媒体型エアクリーナ。
14. 前記スクリムレスフィルタ媒体は、ＵＶ光にさらされることを特徴とする請求項１に記載の能動電界分極媒体型エアクリーナ。
15. 前記スクリムレスフィルタ媒体は、複数の層を含み、前記複数の層の少なくとも１つが光触媒によって処理されることを特徴とする請求項１に記載の能動電界分極媒体型エアクリーナ。
16. 第２導電性スクリーンから上流の第２導電性外部スクリーンと、
    前記第２導電性外部スクリーンおよび前記第２導電性スクリーンの間の摩擦帯電スケールの両側からの材料を有する追加の摩擦帯電フィルタ層とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の能動電界分極媒体型エアクリーナ。
17. 第１導電性外部スクリーン、第２導電性スクリーン、第２導電性外部スクリーン、およびスクリムレスフィルタ媒体は、全てモジュール内に含まれることを特徴とする請求項１６に記載の能動電界分極媒体型エアクリーナ。
18. 前記モジュールは、スクリムレスフィルタ媒体にアクセスするためのヒンジを有することを特徴とする請求項１７に記載の能動電界分極媒体型エアクリーナ。
19. 前記モジュールは、自己完結型カートリッジであることを特徴とする請求項１７に記載の能動電界分極媒体型エアクリーナ。
20. 第１導電性外部スクリーンと、
    前記第１導電性外部スクリーンに実質的に平行な第２導電性スクリーンと、
    前記第１導電性外部スクリーンおよび前記第２導電性スクリーンの間に配設されたアラミド摩擦帯電フィルタ媒体と、
    第１端子および第２端子を有する高電圧電源であって、前記第１端子が前記第２導電性スクリーンに接続され、前記第２端子が前記第１導電性外部スクリーンに結合されている高電圧電源とを備えることを特徴とする能動電界分極媒体型エアクリーナ。

Images