JP4643098B2 - チャネル流フィルタ - Google Patents

Description

【０００１】
発明の背景
本発明は、複数の連続した蛇行性のチャネルを有する多層濾過媒体に関する。
【０００２】
流体または蒸気から望ましくない成分を除去するための吸収性フィルタは、新たに開発された材料および技術を利用して何年にも亙って開発されてきた。フィルタ材料として不織布ウェブを導入したことにより、後に、フィルタ材料の流体に露出する表面積を増大させると共に流体がその材料を通過する際の圧力降下または抵抗を低減させるため、不織布材料からプリーツ状および波形の構造が形成されるようになった。例えば米国特許第５，７５３，３４３号（Ｂｒａｕｎ等）で述べられているように、波形および非波形材料の複数の層を積層することを含む、波形不織布ウェブを波形にし使用するための多くの技術が開発された。かかる以前に開発された例では、一般に、そのフィルタ材料から形成される波形またはチャネルを使用して最終的なフィルタを横切るようにまたは通過するように通すことにより、表面積を増大させることに重きが置かれていた。
【０００３】
フィルタ効率を向上させフィルタ圧力降下または抵抗を低減させるために改良がなされてきたが、未だなお、これら分野においてまだ更に改良を施す必要がある。また、新しくかつ異なるフィルタ材料の開発は、かかる材料を効率的に利用して効率的かつ費用効率のよいフィルタアプリケーションをもたらすという課題を提示している。更に、望ましい圧力降下で効率が向上するかまたは望ましい効率で圧力降下が低減される、改良された吸収性フィルタもまた必要とされている。
【０００４】
発明の概要
本発明は、効率が高く圧力降下の低い濾過媒体を提供することによりフィルタ効率と圧力降下とを改良するという、目下の必要性を満たす。濾過媒体は、複数の濾過層を有し、それらの少なくともいくつかの中には多次元チャネルパターンが形成されている。チャネルパターンは、濾過層に亙って形成された連続的な非直線または蛇行性の複数のチャネルと、複数のチャネルの各端部の多次元エッジと、を有する。濾過媒体は、濾過層の積層体として構成されてよく、チャネルパターンおよび多次元エッジは、その積層体の第１面を通って開口した複数の入口と、積層体の第２面を通って開口した複数の出口と、入口から積層体を通って出口に至る、対応する複数の分裂した流体経路と、を形成する。
【０００５】
複数のチャネルの各チャネルは、パターンの他のチャネルに対して平行な、滑らかに波打つ曲線として形成されてよい。複数のチャネルは、滑らかに波打つ曲線として多次元エッジをもたらす半円（ｒａｄｉｕｓｅｄ）断面を有するように形成されてよい。代替的に、チャネルは、不規則な非平行曲線として形成されてよい。例えば、チャネルの形状とそのチャネルの断面積とは、その長さに沿って変化してよい。更に、濾過媒体の単一層または媒体の隣接する層におけるチャネルの形状および断面もまた変化してよい。チャネルは、エンボス加工、成形または他の適当な方法によって形成されてよい。
【０００６】
濾過媒体の第１および第２面は、互いに対向しても、互いに隣接しても、または第３面を有してもよい。それらの面は、特定のフィルタの用途に対する必要に応じて、平行であっても非平行であってもよい。濾過層は、内部にチャネルパターンが形成されたいくつかの層と、平面シート等、内部にチャネルパターンが形成されていないいくつかの層と、を有してよい。これらの層は、濾過媒体を製造するために積層される時、交互に配置されてよい。
【０００７】
濾過媒体は、不織布材料および微粒子充填材料を含む、あらゆるタイプの濾過材料から形成されてよい。一実施形態では、炭素充填多層ＢＭＦウェブが、流体から望ましくない蒸気および臭気を除去することができる濾過媒体をもたらす濾過層を形成した。
【０００８】
本発明の濾過媒体は、非常に多目的であり、フィルタへの適用のための所望の特性を有するフィルタを製造するために、チャネル構成、層構成および積層体構成においてあらゆる変形を可能にする。更に、本発明の濾過媒体は、従来のフィルタと同様の効率を有するが圧力降下がずっと低く形成されるか、または、従来のフィルタと同様の圧力降下であるがずっと高い効率を有するように形成されてよい。
【０００９】
発明の詳細な説明
添付図面を参照すると、それぞれの図を通して同じ構成要素は同じ数字で表示されていることが分かる。図１の実施形態では、内部に複数の波形のチャネル１１０が形成されている本発明のチャネルパターンフィルタウェブ１００が示されている。チャネルパターンフィルタウェブ１００は、ウェブ形成プロセス、チャネル形成プロセスおよび／または他の要素で画定される幅１３０と長さ１３２とを有する。チャネル１１０は、ウェブ幅１３０に亙って規則的に間隔が空けられている。例示されている実施形態では、各チャネル１１１は、実質的に正弦波形状の略一様の波形曲線として形成される。各チャネル１１１の波形形状は、チャネル１１１がフィルタウェブ１００の長さ１３２に沿って進むに従って、波長１１２と振幅１１４との両方の特性が関連付けられる。ウェブ１００は規則的な波形を有する略平行なチャネルを有するように示されているが、チャネルは非平行であってよく、波形は不規則であって単一のチャネルの長さに沿ってチャネル毎におよびウェブ毎に変化してよい。
【００１０】
図２では、効率を向上し圧力降下を最小限にした、チャネル流フィルタとも呼ばれる積層フィルタ２００が示されている。一実施形態では、フィルタウェブ１００は、流体から、蒸気または臭気等の望ましくない成分を吸着することができる。積層フィルタ２００は、チャネルパターンフィルタウェブ１００の複数の積層された層２０５から形成される。チャネルパターンフィルタウェブ１００の各層２０５は、フィルタ層２０５の長さ１３２に沿ってチャネル１１０の各端部に１つの、２つの波形エッジ１２０、１２１を有する。波形エッジ１２０、１２１は、上述したようにフィルタウェブ１００に亙って形成された複数のチャネル１１０の半円断面から形成される。各エッジ１２０、１２１は、フィルタ層２０５の平面に対して垂直の平面に延在した対応する山１２６と谷１２８とを画定する、エッジ波長１２２とエッジ振幅１２４との両方の特性が関連付けられている。規則的な波形が示されているが、波形は不規則であってもよく、ウェブに亙ってまたは多層フィルタ内の層毎に変化してよい、ということが理解される。
【００１１】
層２０５は、積層される時、隣接する層２０５の山１２６と谷１２８とが互いに位置合せされかみ合う、層２０５が入れ子状に重なり合う可能性を最小限にするように、互いにずれている。代替的に、異なる波長、振幅または断面を有するチャネル１１０を備えた隣接する層２０５もまた、入れ子状に重なり合う危険性を低減する。その結果、積層フィルタ２００の第１面２１０は、１つの層２０５の山１２６が隣接する層２０５の谷１２８と接触することによって作成される複数の入口２１２を有する。第２面２１３は、積層フィルタ２００の反対側に位置し、１つの層２０５の山１２６が隣接する層２０５の谷１２８と接触することによって作成される、対応する出口２１５を有する。代替実施形態では、チャネル１１０は、正方形、矩形または三角形等、異なる断面を有するように形成されてよく、それによりエッジ１２０、１２１は、それぞれ方形波、矩形波または三角波等の対応する波形形状を有することになる。
【００１２】
積層フィルタ２００は、高さ２２０まで共に積層されたチャネルパターンフィルタウェブ１００の複数の層２０５から形成される。フィルタ２００は、フィルタウェブ１００の幅１３０と等しい幅２２２を有する。任意に、フィルタ２００の幅２２２は、ウェブ１００がフィルタ形成前に切断される場合は、ウェブ幅１３０より狭く、またはフィルタ形成中に複数ウェブ１００が互いに隣接して配置される場合は、ウェブ幅１３０より広くてよい。フィルタ２００は、形成されると、チャネルパターンフィルタウェブ１００の長さ１３２と等しい深さ２２３を有してよい。一実施形態では、積層フィルタ２００は、積層フィルタ２００が使用されるフィルタの用途によって画定される所定の深さ２２３に薄く切断される。状況によっては、互いに隣接して配置された複数の積層フィルタ２００を使用して所望のフィルタアセンブリ（図示せず）を形成することが望ましい場合がある。かかるフィルタアセンブリについては後述する。
【００１３】
また、各フィルタウェブ１００にはウェブ厚さ１０２も関連付けられている。一実施形態では、ウェブ厚さ１０２は、約０．０５ｍｍ〜約６ｍｍ（約０．００２〜約０．２５インチ）の範囲であってよいが、約０．８ｍｍ〜約３ｍｍ（約０．０３〜約０．１２５インチ）の範囲がより扱い易い可能性がある。各ウェブ１００の厚さ１０２は、複数のチャネル１１０の形成に影響を与える可能性があるため、特定の用途に対するウェブ厚さ１０２の選択は、チャネルの寸法、振幅および波長の選択によって決まる可能性があり、そのため上述した範囲から変化してよい。同じウェブ厚さ１０２を有する積層フィルタ２００の各層２０５が示されているが、ウェブ厚さ１０２は、層毎におよび各個別のフィルタ層２０５に亙って変化してよい、ということが理解されるべきである。
【００１４】
使用時、積層フィルタ２００は、第１面２１０が、矢印２３０で表される主流体流に対して実質的に垂直であるように配置される。流体は、入口２１２内に進み、分裂した流体経路としての複数の波形、蛇行性および／または非直線状のチャネル１１０に沿って移動し、矢印２３２で表されるように、出口２１５において積層フィルタ２００から出る。積層フィルタ２００によって達成される吸着の大部分は、チャネルパターンフィルタウェブ層２０５を通る流体の通過によるのではなく、チャネル１１０に沿った流体の通過中の横方向の拡散によって起こる、と考えられている。チャネル１１０の蛇行性形状によって形成される分裂した経路により、フィルタ２００の深さ２２３によって決定されるように、流体がチャネルの長さ方向に伝わるに従ってかき乱される。この流体の乱れは、流体をフィルタウェブ１１０内に導入し、それによってフィルタ２００の効率を向上させる、効率的な方法である。また、チャネル１１０によって形成される分裂した経路により、チャネル１１０内の流体の乱流および混合が増大し、各チャネル１１１に亙る濃度の傾きがより適切になり、これによってまたフィルタ２００の効率が向上する。図１に示すフィルタウェブ１００の実施形態では、入ってくる流体の一部が、フィルタウェブ１００に接触することなくチャネルのいくつかの中心を略直線経路に移動する可能性があるが、かかる可能性は、チャネルの蛇行性構成によりチャネルにおいてもたらされる流体の乱れおよび乱流により最小化されると考えられる。本明細書で開示する他の実施形態では、チャネルは、入ってくる流体がフィルタ内を直線経路に移動しないように形作られる。チャネルの蛇行性が、特定の濾過への適用次第によって増大されることも低減されることも可能である、ということが明らかとなろう。
【００１５】
図３では、チャネルパターンフィルタウェブ３０２の複数の層３０５から形成された、チャネル流または積層フィルタ３００の代替実施形態が示されている。チャネルパターンフィルタウェブ３０２は、互いに対して角度をなして流動的に接続された短い線形チャネル片３１１から形成された、複数のジグザグ形状チャネル３１０を有する。各フィルタ層３０５は、上述した波形チャネル１１０と同様に、平行なジグザグチャネル３１０を作成することにより複数のチャネル３１０の各端部に形成された２つの波形エッジ３２０、３２１を有する。
【００１６】
第１面３３０は、複数の入口３３１を有し、積層フィルタ３００の反対側に形成された第２面３３５は、複数の出口３３６を有する。この実施形態では、第１面３３０は第２面３３５に対してある角度をなして形成され、非平行の入口面および出口面をもたらす。角度が付けられた第１面３３０は、層３０５の積層中に形成されることが可能であり、または積層フィルタ３００を、所望の形状に切断することも可能である。限定されないが平行、非平行、フィルタ層に対して角度を有する、およびフィルタ層に対して垂直であることを含む、面構成の変形は、本発明の範囲および精神内にある、ということが理解されるべきである。更に、面の１つまたは複数が２つ以上の小面を有することが可能であり、または非平面（例えば、正弦波）であることも可能である。任意に、積層フィルタ３００は、フィルタ層３０５の第１面３３０から第２面３３５までの波形をもたらすように形成され、成形されまたはプリーツ加工されることが可能であり、それによりフィルタ３００における乱れの更なる次元が追加される。更に、例示する実施形態で示しまたは述べる種々の構成をすべて組合せることにより、同様に本発明の範囲および精神内にある多数の構造を形成してもよい。
【００１７】
上述した波形チャネル流フィルタ２００と同様に、流体は入口３３１内に進み、複数のジグザグチャネル３１０に沿って移動して出口３３６で積層フィルタ３００を出る。チャネル３１０のジグザグ形状は、流体がフィルタ３００を通過する際に移動する回り道のルートにより、波形チャネル１１０と同様の流体流をもたらす。
【００１８】
チャネルパターンフィルタウェブ層の積層フィルタの深さを通して連続的な非直線状および／または蛇行性チャネルをもたらす、多数のチャネル形状構成が可能である。かかる蛇行性チャネルは、規則的なパターンを形成しても不規則なパターンを形成してもよく、フィルタウェブの主面に亙って対称的であっても非対称的であってもよい。更に、各層の蛇行性パターンは、同じであってよく、または層毎に異なってもよい。かかる構成はすべて本発明の精神および範囲内にあるということが理解されなければならない。
【００１９】
図４において、波形チャネル４１０と波形エッジ４２０、４２１とを有するチャネルパターンフィルタウェブ４０２の複数の層４０５から形成されている、積層フィルタ４００の他の実施形態を示す。本明細書で開示されるチャネルパターンはいずれも、図４の実施形態と共に使用されてよい。この実施形態では、チャネルパターン層４０５が入れ子状に重なり合うのを最小限にするために隣接する層４０５をずらす代りに、チャネルパターン層４０５の間に追加の平坦なウェブ層４３０が介挿されている。ウェブ層４３０は、フィルタ媒体、スクリムまたはスクリーン等の多孔性補強材、あるいはフィルムまたは紙等の非多孔性材料から構成されてよい。その結果、各チャネルパターン層４０５は、略半サイズの入口４１２の第１面４２５と、積層フィルタ４００の反対側に形成された、略半サイズの出口４１３（図２に示す実施形態の入口２１２および出口２１５に比較して）の第２面４２６と、をもたらす平層４３０によって境界が付けられている。平層４３０の構成により、隣接するチャネルパターン層４０５間に幾分かの流体の連絡がある可能性があってよい。各入口４１２および出口４１３のサイズは約半分であるが、入口４１２および出口４１３の数は約２倍であってよく（各ウェブ層の厚さによる）、それにより積層フィルタ４００を通して同量の流体流が維持され、そのため等価な効率および圧力降下の結果がもたらされる。入れ子状に重なり合う問題が無いため、チャネルパターン層４０５は望まれるように位置合せされてよく、フィルタ４００の面４２５、４２６上にパターン化される入口および出口に無限の変形がもたらされる。
【００２０】
図５において、チャネルパターンフィルタウェブ３５２の複数の層３５１から形成される、本発明による積層フィルタ３５０の更に他の実施形態を示す。複数の波形フィルタ３５４が、フィルタウェブ３５２に亙って形成されているが、上述した実施形態におけるように第１面３６０から反対側の第２面３６２にのみ進むチャネル３５４の代りに、複数のチャネル３５４の少なくとも一部に角度が付けられている。その結果、複数の入口３６１が第１面３６０に形成され、複数の出口３６３が反対の第２面３６２に形成され、更に、チャネル３５４の一部が、第１面３６０と第２面３６２との両方に対して角度をなしかつ隣接した第３面３６４に形成された複数の出口３６３をもたらす。積層フィルタ３５０の周辺部は、正方形、矩形、平方四辺形またはあらゆる規則的および／または不規則な形状とすることができる。矢印３７０で示す主流体流が入口３６１に入る時、その流体は複数のチャネル３５４に沿って進み、流体の一部は出口３６３で積層フィルタ３５０を出て（矢印３７２で示す）、一部は出口３６５でフィルタ３５０を出る（矢印３７４で示す）。しかしながら、この実施例において主流体流が垂直面３６４および３６２でフィルタ３５０に入り面３６０で出ることができるように、「入口」および「出口」という用語は本出願を通して置換可能である、ということが理解されなければならない。
【００２１】
種々の入口および出口位置を有するチャネル流フィルタを製造するために、チャネルパターンおよびレイアウトの多数の構成が可能である。かかる構成はすべて、本発明の精神および範囲内にあるということが理解されなければならない。
【００２２】
上述した積層フィルタ実施形態の吸着特質は、一部は、チャネルパターンフィルタウェブ層をもたらすために使用されるフィルタウェブ材料によって決まる。一実施形態では、フィルタウェブ材料は、吸着剤粒子材料を使用する微粒子充填ブローンマイクロファイバ（ｂｌｏｗｎ ｍｉｃｒｏｆｉｂｅｒ（ＢＭＦ））ウェブである。長年に亙って、不織布繊維性フィルタウェブは、Ｖａｎ Ａ．Ｗｅｎｔｅによる「Ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ Ｆｉｂｅｒｓ」、Ｉｎｄｕｓｔｉｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、ｖｏｌ．４８、ｐｐ．１３４２〜１３４６と、Ｖａｎ Ａ．Ｗｅｎｔｅ等による「Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｓｕｐｅｒ Ｆｉｎｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｉｂｅｒｓ」と題された、１９５４年５月２５日に発行されたＮａｖａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓのＲｅｐｏｒｔ Ｎｏ．４３６４と、に述べられているタイプのメルトブローン装置を使用して、ポリプロピレンから作成されてきた。メルトブローンマイクロファイバウェブは、粒状汚染物質および蒸気吸着を濾過するために広く使用され続けている。
【００２３】
濾過の用途において有機蒸気を吸着するために、ウェブに、限定されないが、活性炭、シリカ、ゼオライトまたはアルミナ等の吸着剤粒子材料が含まれてよい。かかる粒子は、ウェブの容量の約８０容量パーセントまでの量で存在してよい。かかる粒子充填ウェブは、例えば、米国特許第３，９７１，３７３号（Ｂｒａｕｎ）、同第４，１００，３２４号（Ａｎｄｅｒｓｏｎ）および同第４，４２９，００１号（Ｋｏｌｐｉｎ等）に述べられている。
【００２４】
図６において、高分子材料の中心コア５１０と、共に接着剤である上層５２０および下層５３０と、を有する、ＢＭＦの多層ファイバストランド５００の断面を示す。かかる多層ファイバストランド５００は、例えば米国特許第５，２３８，７３３号（Ｊｏｓｅｐｈ等）で述べられているような既知の方法で、不織布フィルタウェブ（図示せず）内に形成されてよい。後にウェブに塗布される粒状物質５４０は、個々のファイバストランド５００の接着剤層５２０、５３０に接着し、ウェブが取扱われるかまたは形成される時においても、フィルタウェブ内に粒状物質５４０の高保持力をもたらす接着状態を提供する。同様の不織布フィルタウェブの粒子充填は、例えばＰＣＴ国際公開番号第ＷＯ９９／２８５４２号（Ｓｐｒｉｎｇｅｔｔ等）において述べられている。
【００２５】
一実施形態では、フィルタウェブ材料は、ポリプロピレンのコア（総重量の７５％）とプロピレン・ヘキサン共重合体接着剤の上層および下層（総重量の２５％）とを含む３層ＢＭＦから形成された。ＢＭＦウェブには、Ｃａｌｇｏｎ８０×３２５メッシュカーボン（８０重量％）が充填され、その結果全ウェブ坪量が２５０ｇ／ｍ^２となった。
【００２６】
フィルタウェブにおけるチャネルの形成は、当業者に既知の多くの方法によって達成されてよい。図７において、微粒子充填フィルタウェブ等のウェブ６１０が投入されるエンボス加工装置６００の略図を示す。２つのかみ合うエンボス加工ローラ６２０、６２５が、所望のチャネル構造６１２をウェブ６１０に刻印することにより、エンボス加工チャネルパターンウェブ６１５が製造される。ウェブ６１０のタイプによっては、エンボス加工ローラ６２０、６２５を加熱することにより、エンボス加工チャネル構造６１２がそれ以上の支持無しでエンボス加工ウェブ６１５に保持されることになる。
【００２７】
他のタイプのウェブ６１０の場合、またはローラ６２０、６２５が加熱されない場合、エンボス加工チャネル構造６１２を保持するためにエンボス加工ウェブ６１５に対し追加の支持構造が要求される場合がある。支持構造の一実施例は、スムースローラ６４０とエンボス加工ローラ６２５との間に形成されたニップ６４２において、エンボス加工ウェブ６１５に対する裏打として塗布されるストランド６３４を形成するために型６３２を通して供給される溶融ポリマをもたらす、押出機６３０によって提供される。任意に、ニップ６４２において、ストランド６３４のエンボス加工ウェブ６１５と反対側に、不織布（ｓｐｕｎ−ｂｏｎｄｅｄ）裏打等の裏打ウェブ６５０が与えられてよい。そして、裏打ウェブ６５０は、溶融ポリマストランド６３４によりエンボス加工フィルタウェブ６１５に接着される。エンボス加工ウェブ６１５が形成されると、追加の支持構造の有無に関わらず、ウェブ６１５は、上述したような積層フィルタの積層可能層を形成するために、所望の幅に切裂かれおよび／または所望の長さのシートに切断されてよい。
【００２８】
他の実施形態では、フィルタウェブの上および下に、上に複数の波形平行ワイヤが取付けられた一対の金属板（図示せず）がかみ合って配置されてよい。２つの板に圧力および熱が加えられると、ワイヤは、複数の波形チャネルと波型エッジとをもたらすように網目を形成する（ｅｎｍｅｓｈ）。再び図２を参照すると、一実施形態では、板ワイヤのワイヤ直径は、約０．１ｃｍ〜約１．０ｃｍ（約０．０３９〜０．３９インチ）の範囲であってよく、約０．２４ｃｍ〜約０．４１ｃｍ（約０．０９インチ〜約０．１６インチ）の範囲で試験された。これら被試験ワイヤは、約０．８〜約０．９ｃｍ（約０．３１〜約０．３５インチ）の範囲のエッジ波長１２２と約０．３〜０．６ｃｍ（約０．１２〜約０．２４インチ）の範囲のエッジ振幅１２４とをもたらすが、エッジ波長および振幅はチャネル構成によって変化してよい。一実施形態では、ワイヤの波形は、約１．２６ｃｍ〜約２．０ｃｍ（約０．５〜約０．７９インチ）の範囲の波長１１２を有する複数のチャネル１１０をもたらしたが、約０．５ｃｍ（約０．２０インチ）からフィルタ２００の深さ２２３の約４倍までの範囲が考えられ、それは変動してよい。チャネル１１０の振幅１１４は、約０．４ｃｍ〜約０．５５ｃｍ（約０．１６〜約０．２２インチ）の範囲で試験されたが、約０．１〜約１．０ｃｍ（約０．０３９〜約０．３９インチ）の範囲が考えられ、それは変動してよい。
【００２９】
本発明の積層フィルタは、受動型の流体流への適用と能動型の流体流への適用との両方において使用可能である。図８において、能動型流体流適用の実施例を示す。個々の積層体としてかまたは隣接する複数の積層体の組合せとして望ましいサイズに組立てられた、フィルタウェブ７１１のチャネルパターン層７１０から形成される積層フィルタ７００を示す。フレーム７２０は、フィルタ７００の取扱いおよび使用中に積層構成を合せて保持するように、積層エンボス加工層７１０を包囲する。フィルタ７００は、特定の用途に対しいずれが最も望ましいかにより、フィルタ７００を通して空気を吹出すかまたはフィルタ７００内に空気を引込むように設計された標準ファン７５０と共に使用される。かかるフィルタ７００およびファン７５０の組合せは、例えば、ファーネスフィルタまたは他の適当な適用として、新たに塗装された部屋等のエリアから望ましくない臭気および蒸気を除去するために使用されてよい。
【００３０】
受動型流体流適用の実施例では、複数の波形チャネルが内部に形成された複数の積層フィルタ層から、チャネル流バレルフィルタが形成される。（図４を参照。）フィルタの深さは、バレルフィルタの底面周囲における流体流を可能にするように、チャネル流フィルタが挿入されるバレルの高さの部分に制限される。チャネルの長さに沿ったエッジであるフィルタの側部エッジが、合わせて、バレルの内周辺部の周囲に配置されてよい円筒状スリーブ構成を形成する。代替的に、積層チャネル流フィルタは、内部にチャネルパターンが形成されているフィルタウェブをある形状の周囲に巻回して、積層フィルタの複数の層をもたらすことにより、形成されてよい。
【００３１】
上述した構成では、チャネルは、バレルの上部から底部に向かって形成される。フィルタが裏打されたバレル内に雑巾（ｃｌｅａｎｉｎｇ ｒａｇ）等の溶剤充填材料が配置されバレルが閉じられると、溶剤蒸気が、対流によりチャネルを通って上方向に流れると信じられる。チャネル流フィルタは、バレル内に存在する溶剤蒸気の実質的な吸着を提供することにより、バレルが開いた時にバレルから解放される溶剤蒸気を実質的に低減すると共に、格納中に一般的な溶剤蒸気の濃度をより安全なレベルに維持する。このように、潜在的な安全性および健康の危険が、一般的なクリーニング溶剤が充填された材料に対する許容できる限界まで低減される。
【００３２】
本発明の積層フィルタは、多次元の非直線状または蛇行性チャネルパターンで形成されるフィルタ材料の複数の層を使用することにより、流体からの蒸気および臭気除去用等の高効率かつ低圧力降下フィルタをもたらす。本発明の範囲内において、高効率は、好ましくは５０％より高く、より好ましくは約５０％と７０％との間であるがそれより高くてもよい、効率として画定される。同様に、低圧力降下は、好ましくは約０．６〜約２．２ｍｍＨ_２Ｏの範囲として画定されるが、それより低くてもよい。
【００３３】
上述した実施形態は、蒸気および臭気を除去するための本発明の積層チャネル流フィルタ媒体の使用を説明するが、かかるフィルタの使用はまた、流体からの粒子の除去に対しても考えられる。内部に複数の蛇行性チャネルが形成された積層の構造は、特に帯電フィルタウェブ材料の使用と組合せられる場合、粒子除去がより高められる、と信じられる。更に、本発明のチャネル流フィルタは、特に家庭、医療および軍における適用に対して使用されるために、水性および生物学的エアゾール等の物質をより効率よく除去するために有用である、と信じられる。更に、本発明のチャネル流フィルタは、特定の用途のために粒子と蒸気／臭気とを共に効率よく除去することができる混成フィルタ等、一体型濾過ユニットを形成するために、不織布面カバー、プリーツ加工フィルタまたは他の適当なフィルタ材料等の他のフィルタと組合せて使用されてもよい。
【００３４】
本発明の積層フィルタは、フィルタ材料の複数の層を使用し、それらの少なくとも１つは、各々が半円かまたは他の形状の断面を有する、複数の連続的な、非線形状または蛇行性のチャネルが層の面に亙って形成されるように形成されている。チャネルの構造は、チャネルの両端に、形状が各チャネルの断面に対応するエッジがもたらし、規則的なまたは不規則な波形形状をもたらす。フィルタ層は、積層される時、複数の入口を有するむ第１面と複数の出口を有する少なくとも第２面とをもたらすように配置される。
【００３５】
流体は、複数の入口からフィルタ内に入り、波形チャネルによって形成された対応する分裂した流体経路を通って進み、その後出口からフィルタを出る。流体内の望ましくない成分の吸着は、まず、流体がチャネルに沿って移動するに従って横方向の拡散により発生するが、また流体が、流体がフィルタ層内に移動するに従い、チャネルの形状によってもたらされるチャネル内の流体の流れの乱れによっても発生する。更に、チャネルの形状により、チャネル内の流体の乱流および増大する混合によって更に吸着が発生する。かかる更なる吸着は、本発明の積層フィルタに対し他の吸着フィルタより高い効率をより長い期間もたらすのを助ける。更に、積層フィルタの積層構造および複数チャネル形成の結果、フィルタを通過する流体の圧力降下が低くなる。フィルタ構造の取扱いにより、特定の用途に対し、従来からのフィルタと同様の効率を有するがずっと圧力降下の低いフィルタが作成されてよい。更に、特定の用途に対し、従来のフィルタと同様の圧力降下を有するがずっと高い効率を有するフィルタが作成されてもよい。明らかであるように、本発明の積層フィルタは、他の利点に加えて、特定の用途のためのフィルタ設計において汎用性をもたらす。
【００３６】
試験手順
本発明の範囲内で、圧力降下を測定するために使用される試験方法は、６ｃｍ×６ｃｍ正方形面と５．１ｃｍの深さとを有し積層チャネル流フィルタに、面速０．８ｍ／秒で１７０リットル／分のガス、好ましくはシクロヘキサンまたはｎ−ブタンを通過させるというものであった。そして、ガスがフィルタを通過する前および通過した後の圧力が記録され、それら２つの間の差が測定された。
【００３７】
実施例
実施例１−炭素充填ＢＭＦ：正弦波状チャネル構成
アルミニウム板上に正弦波状に曲げられたワイヤストリップを取付けることにより、下に列挙するパターンを有するエンボス加工板が作成された。その間隔は、上板と下板とが、互いに入れ子状に重なり合いそれらの間でエンボス加工されたウェブに一様のチャネルパターンをもたらすような間隔だった。これらワイヤのいくつかは、望ましい「波長」に対応する間隔で、平行にエポキシ樹脂で接着されたマシンボルトを有する２つの板の間で、一度に曲げられた。異なるチャネル直径をもたらすために、異なるゲージのワイヤ（「鋼、アルミニウムおよび銅」）が使用された。波状のチャネルの「振幅」は、曲げ板上のボルト直径および間隔とワイヤゲージとラムに対する力との関数であった。
【００３８】
エンボス加工板は、以下の寸法を有していた。
【００３９】
【表１】

【００４０】
約８０重量％のＣａｌｇｏｎ８０×３２５メッシュカーボンと約２０重量％のブローンマイクロファイバ（約８〜１２ミクロン有効ファイバ直径）とを含む炭素充填ウェブが作成された。ファイバストランドは３つの層、すなわちポリプロピレンの中心層（総重量の約７５％）とプロピレン・ヘキサン共重合体接着剤の上層および下層（総重量の約２５％）とを有していた。炭素充填ウェブの坪量は、約２５０ｇ／ｍ^２であった。（このウェブを作成する手続きは、Ｓｐｒｉｎｇｅｔｔ等において述べられている。）
【００４１】
ウェブは、約１７，７９２ニュートン（約４０００ポンド）で、３０．５ｃｍ×３０．５ｃｍ（１２インチ×１２インチ）液圧プレスにおいて、７０℃で約３０秒間、エンボス加工板間でプレスされた。これらエンボス加工ウェブは、正弦波状チャネルが約６ｃｍエッジに対して垂直に位置合せされるように、罫型により約６ｃｍ×５．１ｃｍ片に切断された。切片は、チャネルが平行に位置合せされるようにしてゆるく積層されることにより、約６ｃｍ高さの積層体を形成した。この積層体が厚紙フレームに取付けられることにより、約６ｃｍ×６ｃｍ断面（入口および出口におけるチャネル開口）と約５．１ｃｍの試料厚さ（流れ方向に）とを有するチャネル流フィルタが作成された。フレームに層を接合しバイパスを避けるため、フィルタの周辺部の周囲にホットメルト接着剤のビードが塗布された。
【００４２】
チャネル流試料は、内部標準のプリーツ加工された対照と比較された。対照を作成するために、４０×１４０メッシュＫｕｒａｒａｙココナッツカーボンが、結合剤として粉状ポリウレタンを使用してポリエステルスクリムに加熱溶融された。ミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチュアリング・カンパニー（３Ｍ）のＦｉｌｔｒｅｔｅ ＧＳＢ ３０ブローンマイクロファイバ粒子捕捉媒体が、炭素層のスクリムと反対側に溶融された。この材料は、約１ｃｍプリーツ間隔で、約４．４ｃｍの深さにプリーツ加工され、約６ｃｍ幅に切断された。試料の周囲に厚紙フレームが接着されることにより、およそ９．３ｇ炭素／試料を有する約６ｃｍ×６ｃｍ断面および約４．４ｃｍ厚さの試料が作成された。流れは、チャネル流フィルタのウェブに対して平行な流れとは対照的に、ウェブを通った。
【００４３】
圧力降下と吸着効率との両方が、圧力降下用の３Ｍ Ｆｌｉｔｒａｔｉｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ（濾過製品）の大型ダクト流試験システムと、吸着効率用の標準ガス吸着試験装備と、を使用して、約０．８ｍ／秒の面速で約１７０リットル／分で試験された。約２０パーツ／ミリオン（ｐｐｍ）ｎ−ブタンの標準チャレンジ（ｃｈａｌｌｅｎｇｅ）が使用された。
【００４４】
表１に示すように、約１７０リットル／分での圧力降下は、約０．６４〜約２．２６ミリメートル（ｍｍ）Ｈ_２Ｏの範囲となった。対照試料は、平均して約２．２ｍｍＨ_２Ｏとなった。（３ＭブランドのＦｉｌｔｒｅｔｅ／スクリムの組合せの単一の平層の圧力降下は、この流速で約１．４１ｍｍＨ_２Ｏであるように測定された。このため、プリーツ加工された対照と直接比較するために、Ｆｉｌｔｒｅまたはスクリムの層が含まれていなかったため、圧力降下の読み値に対し約１．４１ｍｍＨ_２Ｏ以下の値が加算されなければならない。）
【００４５】
【表２】

【００４６】
試料を出るｎ−ブタン濃度（Ｍｉｒａｎ ＩＲ検出器）読み値が、吸着効率（（チャレンジ濃度−出口濃度）／チャレンジ濃度）に変換された。図９において、プロット８００は、上に列挙した４つの異なる正弦波パターンから作成された試料に対し、時間（分）（軸８０４）の関数としてプロットされた出口濃度（ｐｐｍ）（軸８０２）を示す。曲線８１４は、約２．２６ｍｍＨ_２Ｏの圧力降下を有するパターン＃１であり、曲線８１２は、約１．５６ｍｍＨ_２Ｏの圧力降下を有するパターン＃２であり、曲線８１０は、１．５１ｍｍＨ_２Ｏの圧力降下を有するパターン＃３であり、曲線８０８は、約０．６４ｍｍＨ_２Ｏの圧力降下を有するパターン＃４であり、曲線８０６は、約２．２０ｍｍＨ_２Ｏの圧力降下を有するプリーツ加工された対照であった。
【００４７】
図１０において、プロット８２０は、同様に上に列挙した４つの異なる正弦波パターンから作成された試料に対し、時間（分）（軸８２４）の関数としてプロットされた吸着効率（軸８２２）を示す。曲線８３４は、約２．２６ｍｍＨ_２Ｏの圧力降下を有するパターン＃１であり、曲線８３２は、約１．５６ｍｍＨ_２Ｏの圧力降下を有するパターン＃２であり、曲線８３０は、約１．５１ｍｍＨ_２Ｏの圧力降下を有するパターン＃３であり、曲線８２８は、約０．６４ｍｍＨ_２Ｏの圧力降下を有するパターン＃４であり、曲線８２６は、約２．３０ｍｍＨ_２Ｏの圧力降下を有するプリーツ加工された対照であった。このチャレンジでは、チャネル流構造は、対照より長くより高い効率を保持するように見える。これは、試料が対照より多くの炭素を含み、それをガス流により多く露出する可能性が最も高い（主に表面に細かく分配された炭素）という事実による。
【００４８】
効率曲線の下の領域は、約３０％の効率より下でまとめられた。チャネル流構造に対する表２に示す効率・時間の積は、対照より高い。
【００４９】
【表３】

【００５０】
次の実験は、パターンエンボス加工前に坪量がより高い試料のいくつかを加圧することにより炭素充填を増大させるということであった。これにより、エンボス加工前に２つの平板間で加圧される、約３２０グラム／平方メートル（ｇ／ｍ^２）坪量ウェブ／層を有する２つの層を備えたサンプルが作成された。図１１において、プロット８４０は、種々の試料に対し時間（分）（軸８４４）の関数としてプロットされた吸着効率（軸８４２）を示す。曲線８４６は、約２．４５ｍｍＨ_２Ｏの圧力降下を有する、弱圧で約６４０ｇ／ｍ^２坪量ウェブから形成されたパターン＃１であり、曲線８４８は、約１．８８ｍｍＨ_２Ｏの圧力降下を有する、強圧で約６４０ｇ／ｍ^２坪量ウェブから形成されたパターン＃３であり、曲線８５０は、約１．１１ｍｍＨ_２Ｏの圧力降下を有する、弱圧で約３２０ｇ／ｍ^２坪量ウェブから形成されたパターン＃３であり、曲線８５２は、約１．９２ｍｍＨ_２Ｏの圧力降下を有する、弱圧で約６４０ｇ／ｍ^２坪量ウェブから形成されたパターン＃３であり、曲線８５４は、約１．００ｍｍＨ_２Ｏの圧力降下を有する、弱圧で約６４０ｇ／ｍ^２坪量ウェブから形成されたパターン＃４であった。図１１から分かるように、これら構造の効率は、図１０に示す先のより軽く加えられた（および加圧されていない）試料よりわずかに低いところから開始するが、その後はずっと長い時間、より高い効率を保持する。６０分後、最も開口した「銅」構造、すなわち曲線８５４のみが、約３０％効率に達した。
【００５１】
正弦波状チャネルを、流れの方向に対して角度が付けられた直線状チャネルと比較するために、パターン＃３で使用されたようなアルミニウムワイヤの直線状チャネル（約０．３１７５ｃｍ径）を有する板を作成した。材料は、流れの方向に対して約０、１０、２５および４５度の角度でエンボス加工された。上述したものと同じ組成を有し、約２５０ｇ／ｍ^２坪量ウェブの層で作成されたこれら試料の効率曲線を、図１２に示す。図１２において、プロット８６０は、種々の試料に対する時間（分）（軸８６４）の関数としてプロットされた吸着効率（軸８６２）を示す。曲線８６６は、約２．２５ｍｍＨ_２Ｏの圧力降下を有する約４５度のエンボス加工された角度であり、曲線８６８は、約１．２７ｍｍＨ_２Ｏの圧力降下を有する約２５度のエンボス加工された角度であり、曲線８７０は、約１．０３ｍｍＨ_２Ｏの圧力降下を有する約１０度のエンボス加工された角度であり、曲線８７２は、約０．８２ｍｍＨ_２Ｏの圧力降下を有する０度のエンボス加工された角度であった。
【００５２】
実施例２−正弦波状チャネルフィルタと直線状チャネルフィルタの性能比較
吸着効率および圧力降下が、正弦波状チャネルを有するエッジフィルタと同じ直径の直線状チャネルを有するエッジフィルタとに対して比較された。フィルタの１つのセットは、実施例１において上に列挙したような高振幅正弦波パターン＃１でエンボス加工された、積層された層から作成された（エンボス加工板：約０．２４４ｃｍ直径（鋼）ワイヤ、振幅：約０．５５ｃｍおよび波長：約２ｃｍ、行間隔：約０．８０ｃｍ（板群））。第２のセットは、同じ直径とチャネル間隔とを有する直線状チャネルでエンボス加工された、積層された層から作成された。
【００５３】
この実施形態では、各層は、平面シート状の紙に接着された、エンボス加工された炭素充填ウェブの合成物（約３００ｇ／ｍ^２、約８０％炭素充填、上述した合成物）であった。これは、純粋なチャネルパターンを得て層が入れ子状に重なり合うのを防ぐように行われた。エンボス加工後、ウェブは板に残され、平面シート状のコンピュータ用紙が、除去される前にミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチュアリング・カンパニーのＳｐｒａｙ Ｂｏｎｄホットメルト接着剤（＃６１１１）を用いてそれに接着された。この波形の層は、層間のＳｐｒａｙ Ｂｏｎｄと共に約１８深さ（約５．１ｃｍ高さ）で積層され、鋸歯状刃の帯鋸で横方向に切断されることにより、約４．８ｃｍ厚さ（流れ方向）、約１５ｃｍ長さおよび約５．１ｃｍ高さ（５９〜６２ｇ総重量かまたは各々およそ４０ｇ炭素）のフィルタが製造された。フィルタは、検量され、厚紙フレームに取付けられた。
【００５４】
試験ガスとしてシクロヘキサンを使用して、単一パス吸着効率が測定された。フィルタに入りかつフィルタから出る濃度が、試料流チャンバの壁のポートを通してサンプリングして、Ｂ ＆ Ｋ光音響ＩＲ検出器を用いて監視された。吸着効率は、
効率＝（入口濃度−出口濃度）／（入口濃度）
として計算される。
【００５５】
フィルタは、貫流（ｆｌｏｗ−ｔｈｒｏｕｇｈ）試料チャンバ（約７ｃｍ×約２０ｃｍ断面、約３３ｃｍ長さ）の中心に緊密に適合するスライドにテープで固定され、すべての流れが試料を通るように密閉された。シクロヘキサン／空気チャレンジ混合物は、約８．９ｃｍ直径の入口および出口ポートを備えた約１ｍ^３の貫流ボックスに導入された。シクロヘキサンは、ボックス内の小さいビーカから室温で蒸発し、入ってくる空気と混合された。ボックス内の２つのリスかご型循環ブロワにより、混合がもたらされた。混合物は、試料の下流に取付けられた約１１ｃｍ直径のマフィンファン（日本のオリエンタルモーター株式会社によるＯｒｉｘ １２３８Ａ−１１Ｂ）により、連続的にボックスを出て試料チャンバを通るように引出された。定常状態で、チャレンジ濃度は、サンプリング期間に亙って約５％未満、大抵の場合は約２％未満変化した。試料の入替え中、流れは、濃度の乱れを最小限にするために、補助ファンおよびダクトを通して迂回された。
【００５６】
試料に亙る圧力降下は、フィルタから上流および下流の別々の試料ポートを通して、デジタルマノメータ（インディアナ州、Ｍｉｃｈｉｇａｎ ＣｉｔｙのＤｗｙｅｒ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓによるＤｗｙｅｒ Ｓｅｒｉｅｓ ４７５）を用いて監視された。流速は、流速メータ（ミネソタ州、Ｓｔ．ＰａｕｌのＴＳＩ ＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄによるＴＳ１ Ｍｏｄｅｌ ８３３０ Ｖｅｌｏｃｉｃｈｅｃｋ）を使用して、ボックスの開口において測定され、試料において面速に変換された。
【００５７】
試料取付け後、適度な定常状態に達するまで、フィルタの入口側で数分間濃度読み値が読取られ、その後、チャレンジまたは入口濃度を確定するために３つまたは４つの読み値の平均がとられた。そして、検出器へのサンプリング管が、フィルタから出てくる濃度を監視するように切替えられた。ガスが吸着されるに従いフィルタ効率が低下するため、濃度と試料配置後の時間とが共に記録された。検出器は、流れている流れから１分間隔でガス試料を引込むように設定され、サンプリング管はオフサイクル中に切替えられた。
【００５８】
表３に示すように、正弦波状チャネルフィルタは、連続的に、それらの直線状チャネル対照物と比較して高い吸着効率を示したが、同様の圧力降下を有していた。これら構成を用いた、より低いおよび高いチャレンジ濃度での更なる実験は、同様に表３に示すように、この傾向を確かにした。
【００５９】
比較実験の同様のセットが、実施例１で上に列挙したような開口した正弦波パターン＃４を有する板（約０．４０６ｃｍ直径（銅）ワイヤ、約０．４０ｃｍ振幅、約２ｃｍ波長および約０．９０ｃｍ行間隔）で作成された試料に対して行われた。ここでもまた、約３００ｇ／ｍ^２炭素充填ウェブがエンボス加工され、鋳型から除去される前に１層の平紙が接着された。これら波状の合成層は、上述したような層間のＳｐｒａｙｂｏｎｄ接着剤と共に約１２深さ（５．１ｃｍ）に積層され、試料方向に約４．８ｃｍ厚さ（約１５ｃｍ長さ）まで横方向に切断され、上述したように取付けられた（合成重量：約３９．０〜４０．０ｇかまたはおよそ２６ｇ炭素）。
【００６０】
これら非常に開口した構造の吸着効率は低いが、同様の傾向がある。表４に示すように、この場合も正弦波状チャネルフィルタはそれらの直線状チャネル対照物より高い単一パス効率を有していた。しかしながら、この場合、正弦波パターンフィルタの圧力降下は、それに対応して高くなった。
【００６１】
【表４】

【００６２】
【表５】

【００６３】
実施例３−能動型チャネル流フィルタ
約８０重量％Ｃａｌｇｏｎ８０×３２５メッシュカーボンと約２０重量％ブローンマイクロファイバ（ＢＭＦ）（約８〜１２マイクロメートル有効ファイバ直径）とを含む炭素充填ウェブを備えた、チャネル流媒体が形成された。ＢＭＦのファイバストランドは３つの層、すなわちポリプロピレンの中心層（総重量の約７５％）とプロピレン・ヘキサン共重合体接着剤の上層および下層（総重量の約２５％）とを有していた。ウェブは、全体的に約２５０ｇ／ｍ坪量を有していた。
【００６４】
正弦波形状のチャネルは、およそ１７，７９２ニュートン（約４０００ポンド）の力、約７０℃の温度および約３０秒のドエル時間で、約２４．１ｃｍ×２２．９ｃｍ（９．５インチ×９インチ）のパターン化板の間で加熱加圧することにより、シート状の充填ウェブになるようエンボス加工された。その後、層は、チャネルが同じ方向に走るように積層された。ホットメルト（ミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチュアリング・カンパニーのＳｐｒａｙ−Ｂｏｎｄ Ａｄｈｅｓｉｖｅ（スプレイ・ボンド接着剤）６１１１）のストランドが、ミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチュアリング・カンパニーのＳｐｒａｙ Ｂｏｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｏｒ（スプレイ・ボンド・アプリケータ）を用いて層間に配置されることにより、スポンジ状積層体がもたらされた。層は、パイルが約５．１ｃｍ（２インチ）高さとなるまで積層された。そして、積層は、鋸歯状刃の帯鋸によりチャネル方向に約９０度切断して、約５．１ｃｍ（２インチ）幅フィルタになるよう横方向に切断された。（これらフィルタの面は図２に似ている。）フィルタは、およそ５．１ｃｍ×２２．９ｃｍ（２インチ×９インチ）の断面を有し、可撓性であり自立型であって、オープンセルスポンジに似ていた。ボックスファンで動作するより大きいフィルタを作成するために、これら５．１ｃｍ×２２．９ｃｍ（２インチ×９インチ）片のいくつかは、合せて接着され、厚紙フレームと固定されることにより、図８に示すフィルタ７００に類似した２つの約３４．３ｃｍ×４５．７ｃｍ（１３．５インチ×１８インチ）のフィルタ（流れ方向に約５．１ｃｍ（２インチ）厚さ）が形成された。
【００６５】
種々の塗料の溶剤成分に対する除去試験と、１立方メートルボックスを使用する塗料に対する（ｏｎ ｐａｉｎｔ）試験（下で要約する）に続いて、ガレージ内部に約３．８メートル×３．７メートル×２．４メートル（１２．５フィート×１２フィート×７フィート９インチ）試験「室」が建てられた。それは、ツーバイフォーおよび約０．１５ｍｍ（０．００６インチ）厚さのポリエチレンから建てられ、テープで密閉することができるプラスティックフィルムのドアおよび窓を有していた。フィルムが、床を含む６面すべてを覆い、すべての縁と角との周囲でダクトテープにより注意深く密閉された。窓に換気扇が配置され、濃度傾きを最小限にし乾燥を助けるために大型の循環ファンが入れられ、温度制御を助けるためにオイルヒータが入れられた。壁を通して走る約３．１８ｍｍ直径（１／８インチ）管を通して室内空気をサンプリングして、Ｂｒｕｅｌ ａｎｄ Ｋｊｅｒ光音響ＩＲマルチガス検出器を用いて溶剤濃度が監視された。［Ｃ−Ｈ］伸縮振動が、１平方メートルボックス内での実験中に展開される、ミネラルスプリット用のヘキサンベースの較正を用いて監視された。
【００６６】
標準ルーチンは、ローラにより、両面が紙で覆われた９つの１．２ｍ×２．４ｍ（４フィート×８フィート）ベニヤ板に、約３．７８リットル（１ガロン）の塗料を塗布し、塗装中（約１５分）通風し、その後合計約３時間（塗装の時間を含む）部屋を通気する、ということであった。試験室は、窓に取付けられた換気扇により通気され、ドアは部分的に開かれ、ヒータおよび循環ファンはオンとされた。概して、濃度は通気中に数１００ＰＰＭに達し、その後低下した。濃度が約３５〜４０ＰＰＭまで低下すると、フィルタユニットが配置され、部屋が密閉され、循環ファンおよびヒータがオフとされ、数時間濃度が監視された。通気中、温度は約９℃と１１℃の間であり、試験の残りの間そのままであった。
【００６７】
油性塗料を使用して、５つの実験が行われた。図１３において、プロット８８０は、時間（分）（軸８８４）に対してプロットされた濃度（ｐｐｍ）（軸８８２）により５つの実験の結果を示す。
ａ．ベースライン（フィルタユニット無し）−曲線８８６
最初の濃度スパイクは、塗装中とその直後に発生する瞬間である。通気乾燥の３時間後、および濃度が約３５〜４０ＰＰＭまで減少した後、部屋は密閉され、残りのＶＯＣ濃度が監視された。それは、再びゆっくりと約３３０ＰＰＭまで上昇した。
【００６８】
ｂ．チャネル流フィルタ：３４．３ｃｍ×４５．７ｃｍ×５．１ｃｍ（１３．５インチ×１８インチ×２インチ）
ボックスファン：５０．８ｃｍ×５０．８ｃｍ（２０インチ×２０インチ）−曲線８９２
チャネル流フィルタは、ファンの出口側に取付けられ、残りの部分は、ダクトテープで覆われた。ファンを高設定で動作させ、ＴＳＩ Ｖｅｌｏｃｉｃｈｅｃｋ風力計を使用して、フィルタの面に亙っていくつかのポイントで流速が測定された。それは、大きく変化したが、平均して約３．８ｍ／秒（７４０フィート／分）となった。
【００６９】
同じ塗装および通気手続きが続き、濃度が約３５〜４０ＰＰＭに達した後に、フィルタユニットが配置され、部屋が密閉された。このフィルタ濃度（ファンは高設定）は、約１００ＰＰＭのＶＯＣ濃度を維持した。
【００７０】
ｃ．チャネル流フィルタ：５０．８ｃｍ×５０．８ｃｍ×５．１ｃｍ（２０インチ×２０インチ×２インチ）
ボックスファン：５０．８ｃｍ×５０．８ｃｍ（２０インチ×２０インチ）−曲線８９４
同じ手続きに続き、本システムに、より大型のフィルタユニットが配置された。このフィルタ組合せ（この場合も高ファン設定）は、ＶＯＣレベルを約７０ＰＰＭより低く保ち、次第に約３０ＰＰＭ未満まで低減させた。
【００７１】
ｄ．炭素のドレープ（受動型フィルタ）：約６５０ｇの炭素充填ウェブ−曲線８８８
第４の実験では、炭素充填ウェブのおよそ等価な量（６５０ｇ）が、「室」の屋根から懸吊されたフックに掛けられ、部屋には循環ファンからの空気流のみをもたらした。これは、ベースラインに比較してＶＯＣ濃度を低減したが、フィルタ／ボックスファンの組合せほどには効果的ではなかった。これは、チャネル流構造とそれを通る空気流との重要性を示す。
【００７２】
これら同じチャネル流フィルタの、水性ラテックス塗料（ＶＯＣ：エチレングリコール）と一般に使用される密閉剤、ＫＩＬＺ（ＶＯＣ：エタノール、メタノール、イソプロピルアルコールおよび「アルカン」）とから来る溶剤を除去する能力もまた試験された。１平方メートルボックス（「室」の１：２８比率）でチャネル流フィルタの約４．５ｃｍ×１５ｃｍ試料に対し、ラブスケール試験が行われた。フィルタ試料は、スライド上に取付けられ、再循環式装置の貫流試料チャンバに挿入された。試料チャンバは、マニフォルドを通してＤａｙｔｏｎリスかご型ブロワに取付けられた。フィルタを通る流れは、出口ポートで約２ｍ／秒の平均面速に達するように調整された。この再循環式フィルタアセンブリは、１平方メートルボックス内部に配置された。
【００７３】
厚紙パネルが、ボックスの外側で、合計約４０ｇのＫＩＬＺ（溶剤およそ１２ｇ）で塗装され、その後直ちにボックスに運ばれた。ボックスは、２つの約８．９ｃｍ（３．５インチ）の送風ゲート通風孔を通して空気を引込むことにより、約１２分間曝気された。ボックス内の溶剤濃度は、Ｂ ＆ Ｋ検出器により監視された。
【００７４】
図１４において、プロット９００は、時間（分）（軸９０４）に対してプロットされたＶＯＣ濃度（ｐｐｍ）（軸９０２）によるＫＩＬＺ試験の結果を示す。まず、ボックス内で、フィルタユニット無しにベースラインが行われた（曲線９０６）。その後、プロセスが繰返され、約１２分の曝気期間の最後に再循環式ユニットが配置された（曲線９０８）。フィルタは、ボックス内のＶＯＣレベルを低減し維持するという非常に優れた機能を果たした。
【００７５】
同様に、約４０ｇの水性ラテックス塗料が厚紙に塗布され、運ばれ、曝気され、約４．５ｃｍ×１５ｃｍチャネル流フィルタを用いて試験された。図１５において、プロット９１０は、時間（分）（軸９１４）に対してプロットされたＶＯＣ濃度（ｐｐｍ）（軸９１２）によるラテックス試験の結果を示す。ベースラインが行われた（曲線９１６）。そして、ラテックスが覆われた板に対しボックス内で再循環型フィルタユニットを使用して、試験が繰返された（曲線９１８）。チャネル流フィルタは、水性塗料によってもたらされるＶＯＣの濃度を低減し維持するためにも有効であった。
【００７６】
実施例４−受動型チャネル流バレルフィルタ
ここで図１６を参照すると、貯蔵するためにバレル９６０内に配置された溶剤充填布９６６から蒸気を除去するために、バレル９６０において受動型チャネル流フィルタ９７０が使用されている。バレル９６０（またはドラム）は、一般に、溶剤が充填された雑巾（ｃｌｅａｎｉｎｇ ｒａｇ）９６６の貯蔵のためにメンテナンスショップで見つけられ、それには、開口間で密閉されることが可能なヒンジ９６４において接続された蓋９６２が設けられている。
【００７７】
約８１．３ｃｍ（約３２インチ）高さの標準バレル９６０は、バルクヘッドコネクタから形成された試料ポートと壁内に組込まれた銅管とを有するように変更された。これらポートを通してバレルの内部濃度をサンプリングするために、Ｂ ＆ Ｋ光音響ＩＲ検出器が使用される。内部に複数のチャネル９７２が形成されている炭素充填接着剤・ＢＭＦフィルタウェブの５つの層９７１から、積層チャネル流フィルタスリーブ９７０が形成されている。フィルタスリーブ９７０は、裏打スクリムに取付けられた連続的に形成されたフィルタウェブから形成され、裏打スクリムはその後、５つの層９７１が達成されるまでバレル状の形状の周囲で巻上げられる。層の各々は、スプレイボンド接着剤によって互いに接着される。フィルタスリーブ９７０は、バレル９６０の内側に裏打ちするためにバレルの内径よりわずかに小さい外径を有する。フィルタスリーブウェブ材料は、フィルタスリーブ内の炭素の結果としての総量が約２０００ｇ炭素であるように選択される。
【００７８】
フィルタスリーブ９７０は、約６１ｃｍ（約２４インチ）深さであり、それによりフィルタウェブ層９７１に形成される蛇行性連続チャネル９７２は、約６１ｃｍ（約２４インチ）長さである。フィルタスリーブ９７０は、バレルの頂部から約６１ｃｍ（約２４インチ）下にバレルの内壁に亙って取付けられたフック（図示せず）を使用して、バレル９６０の頂部近くに取付けられる。フィルタスリーブ９７０は、これらフック内にあるように設定される。この取付け構成において、チャネル流フィルタスリーブ９７０の第１面９７３は、バレル９６０の頂部近くにあり、バレル９６０の壁９６１に対して実質的に垂直である。同様に、フィルタスリーブの第２面９７４は、バレル９６０の頂部から約６１ｃｍ（約２４インチ）に、バレル９６０の壁９６１に対して実質的に垂直に配置される。
【００７９】
チャネル流フィルタスリーブがある場合と無い場合とでバレル内の溶剤の濃度変化に関するバレル試験が、バレル内に一定量の溶剤を含む布を投下しＢ ＆ Ｋ検出器を使用して濃度レベルを測定することにより、実行された。第１試験では、３つの布毎に１５立方センチメートル（ｃｃ）を含む溶剤投与布が、空の裏打無しバレル内に投下される。図１７において、プロット９２０は、時間（分）（軸９２４）に対してプロットされた溶剤濃度（ｐｐｍ）（軸９２２）を示す。データポイント９２５、９２６、９２７および９２８の各々において、約１５ｃｃの溶剤を含む３つの布が、データポイント９２８において総容量が約６０ｃｃになるようにバレルに追加される。データポイント９２９および９３０の両方において、約３０ｃｃの溶剤がバレルに追加され、データポイント９３１において、約６０ｃｃの追加の溶剤がバレルに追加される。合計約１８０ｃｃの溶剤がバレルに追加される。
【００８０】
プロット９２０でわかるように、濃度レベルは急速に危険な濃度まで上昇することになり、そのため、約１２０ｃｃにおいて、約１５０分で、溶剤濃度は約１２，５００ｐｐｍの範囲になり、検出器が読取るのを停止することになる。トルエン用の爆発下限界（ＬＥＬ）は１２，０００ｐｐｍであるため、これは、潜在的に危険な状況である。
【００８１】
第２試験では、バレルに、上述した積層チャネル流バレルフィルタが裏打される。溶剤投与布が再び裏打バレル内に投下され、濃度読み値が記録される。図１８において、プロット９４０は、時間（分）（軸９４４）に対してプロットされる溶剤濃度（ｐｐｍ）（軸９４２）を示す。データポイント９４５、９４６、９４７および９４８の各々において、布により約１５ｃｃの溶剤がバレル内に追加される。データポイント９４９および９５０において、布により約３０ｃｃの溶剤がバレルに投下される。データポイント９５１および９５２において、布により約６０ｃｃの溶剤がバレルに追加され、データポイント９５３および９５４において、布により約１００ｃｃの溶剤がバレルに追加される。バレル内の溶剤の総容量は、約４２枚の布で約４４０ｃｃである。
【００８２】
プロット９４０において分かるように、バレル内の溶剤の濃度は、バレルに布が追加される時はスパイクが発生するが、その後、バレル内の溶剤蒸気をより低いレベル、約５００ｐｐｍ未満の範囲に維持するように、下方に傾斜する。この低いレベルは、バレル内の溶剤の容量が増大しても維持される。
【００８３】
実施例５−粒子および臭気吸着ファーネスフィルタ
約５１ｃｍ×５１ｃｍ（約２０インチ×２０インチ）面を有する約２．５ｃｍ（１インチ）厚さのチャネル流フィルタが、実施例３で説明した方法によって作成され、厚紙フレームに取付けられた。３Ｍ ＦＩＬＴＲＥＴＥ ＢＭＦ粒子捕捉媒体（３Ｍ ＧＣＢ ３０）の平層が、チャネル流フィルタの一方側に取付けられ、ポリプロピレン（Ｃｌａｆ）スクリムの層が反対側に取付けられた（試料＃ＧＣＢ３０−ＣＦ−Ｃ）。第２試料は、粒子捕捉媒体（３Ｍ ＧＣＢ ３０）の層がチャネル流フィルタの両側に取付けられて作成された（試料＃ＧＣＢ３０−ＣＦ−ＧＣＢ３０）。これら組合せフィルタと、対照、すなわち、ＦＩＬＴＲＥＴＥ ＧＣＢ ５０（ＧＣＢ３０のより坪量の高いバージョン）を用いて作成されたプリーツ加工フィルタである、３Ｍ Ａｌｌｅｇｙ Ｒｅｌｉｅｆ Ｆｉｌｔｅｒ（ＡＲＦ）と、が、エアゾール化されたＮａＣｌを捕捉する分別効率（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）と圧力降下とに対して試験された。これら試験は、独立した試験室で秘密保持契約の下で行われた。使用された紙険方法は、Ｒｏｂｅｒｔ ＢａｕｍａｎｎおよびＬｌｏｙｄ Ｗｅｉｓｅｒｔによって編集されたＡｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｖｏｌｕｍｅ １１、１９９７ ＡＦＳにおいて概略されている。
【００８４】
これら試料の分別効率および圧力降下を、図１９および図２０に示す。図１９において、棒グラフ９６０は、粒子サイズ範囲（ミクロン）（軸９６２）に対してプロットされた分別効率（パーセント）（軸９６１）を示す。棒９６３は、試料ＧＣＢ３０−ＣＦ−Ｃの異なる粒子サイズ範囲に対する分別効率変化を示す。棒９６４は、出口側および入口側が逆転した以外は試料ＧＣＢ３０−ＣＦ−Ｃと同じである、試料Ｃ−ＣＦ−ＧＣＢ３０の、異なる粒子サイズ範囲に対する分別効率変化を示す。棒９６５は、対照試料ＡＲＦの異なる粒子サイズに対する分別効率変化を示す。棒９６６は、試料ＧＣＢ３０−ＣＦ−ＧＣＢ３０の異なる粒子サイズ範囲に対する分別効率変化を示す。これら組合せフィルタは、空気流からあらゆる粒子サイズの粒子を効率よく除去した。
【００８５】
図２０において、プロット９７０は、上記試料について面速（フィート／分）（軸９７２）に対してプロットされたＨ_２Ｏの圧力降下（インチ）（軸９７１）を示す。曲線９７３は、試料ＧＣＢ３０−ＣＦ−ＧＣＢ３０の試験結果を示し、曲線９７４は、試料Ｃ−ＣＦ−ＧＣＢ３０の試験結果を示し、曲線９７５は、対照ＡＲＦの試験結果を示す。
【００８６】
約２．２ｃｍ（０．８７５インチ）厚さのチャネル流層とＦＩＬＴＲＥＴＥ ＧＣＢ ３０の平層とを有する同様のフィルタが、約２２３平方メートル（２４００平方フィート）の、強制空気が供給される家屋内で試験された。家屋には、取入口近くでシクロヘキサンの金属ビーカを緩やかに加熱することにより、低レベルのシクロヘキサンが投与された。シクロヘキサンの濃度は、Ｂ ＆ Ｋ検出器を使用して、家屋内の他の場所で監視された。ファーネスへの取入口においてフィルタスロットにフィルタを配置する前および後に、ベースラインの濃度の低下が確立された。再循環ユニットの適所にフィルタを配置すると、シクロヘキサンの濃度の低下が、その２つのベースライン期間中より大幅に急速であった。フィルタが無い場合は、約３３から約２７ｐｐｍへレベルを低下するために約２０分が必要であり、フィルタがある場合は、約３３から約２７ｐｐｍへレベルを低下するために約９分が必要であった。このように、この組合せフィルタは、家屋から潜在的な臭気を吸着することも可能であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の複数チャネルパターンフィルタウェブの一実施形態の平面図である。
【図２】 図１のフィルタウェブの複数の層から形成された積層フィルタの斜視図である。
【図３】 本発明による、代替的なフィルタウェブの複数の層から形成された代替的な積層フィルタの斜視図である。
【図４】 本発明による、チャネルパターンフィルタウェブの複数の層から形成されチャネルパターンウェブ層間に平面ウェブ層が介挿された積層フィルタの斜視図である。
【図５】 本発明による、他の代替的なフィルタウェブの複数の層から形成された積層フィルタの斜視図である。
【図６】 本発明による多層ブローンマイクロファイバストランドの断面図である。
【図７】 本発明による、エンボス加工されたフィルタウェブを形成するプロセスの略図である。
【図８】 本発明によるファンフィルタとファンとの組合せの斜視図である。
【図９】 異なるチャネル構成を有する多数の異なるチャネル流フィルタの試験サンプルに対する蒸気濃度対時間のプロットである。
【図１０】 図９に示す試験試料に対する吸収効率対時間のプロットである。
【図１１】 異なるフィルタ構成を有する多数の異なるチャネル流フィルタ試験試料に対する吸収効率対時間のプロットである。
【図１２】 チャネルが異なる角度で形成された多数の直線状チャネルフィルタ試験試料に対する吸収効率対時間のプロットである。
【図１３】 油性塗料から溶剤が蒸発した、能動型フィルタへの適用で試験された異なるチャネル流フィルタ構成に対する蒸発濃度対時間のプロットである。
【図１４】 通常使用されるシーラントから溶剤が蒸発した、他の能動型フィルタへの適用で試験されたチャネル流フィルタ構成に対する蒸発濃度対時間のプロットである。
【図１５】 ラテックス塗料から溶剤が蒸発した、図１４と同じ能動型フィルタへの適用で試験されたチャネル流フィルタ構成に対する蒸発濃度対時間のプロットである。
【図１６】 受動型フィルタへの適用でバレルに裏打するスリーブとして形成された積層チャネル流フィルタの略図である。
【図１７】 バレルに溶剤充填材料が付加された時のフィルタ無しのバレルで試験された蒸発密度対時間のプロットである。
【図１８】 バレルに溶媒充填材料が付加された時の積層チャネル流フィルタスリーブで裏打されたバレルで試験された蒸発密度対時間のプロットである。
【図１９】 粒子および臭気吸着作用について試験された種々のチャネル流フィルタ試料と対照試料とに対する分別効率対粒子サイズ範囲の棒グラフである。
【図２０】 図１９の試料に対する圧力降下対面速のプロットである。

Claims (3)

1. 蒸気、臭気または粒子を除去するための、高い効率および低い圧力降下を有する濾過媒体であって、
   複数の濾過層を具備し、少なくとも１つの該濾過層に、該少なくとも１つの濾過層の全体に亙る複数の連続的な蛇行状のチャネルと該複数のチャネルの各端部における多次元形状のエッジとを有する多次元形状のチャネルパターンが形成され、該複数の濾過層が積層体として形成され、該少なくとも１つの濾過層の該チャネルパターンは、該積層体の第１面を貫通して開口する複数の入口と、該積層体の第２面を貫通して開口する複数の出口と、該複数の入口から該積層体を通って該複数の出口まで延びる対応数の分裂した流体経路とを形成し、該少なくとも１つの濾過層が、高分子材料コアとこの高分子材料コアの両側の上下の接着剤層とを有する多層ファイバストランドであり、前記上下の接着剤層に粒状物質が接着されている多層ファイバストランドを具備する不織フィルタ材から形成されること、を特徴とする濾過媒体。
2. 高い効率および低い圧力降下を有する濾過媒体を形成する方法であって、
   高分子材料コアとこの高分子材料コアの両側の上下の接着剤層とを有する多層ファイバストランドであり、前記上下の接着剤層に粒状物質が接着されている多層ファイバストランドを具備する不織フィルタ材から形成される濾過ウェブを用意するステップと、
   前記濾過ウェブの少なくとも一部に、該濾過ウェブの全体に亙る複数の連続的な蛇行状のチャネルと該複数のチャネルの各端部における多次元形状のエッジとを有する多次元形状のチャネルパターンを形成するステップと、
   少なくとも１つの濾過層が前記濾過ウェブの前記多次元形状のチャネルパターンの部分から形成されるように、該濾過ウェブから複数の濾過層を形成するステップと、
   前記複数の濾過層を積層して積層体を形成し、それにより、前記少なくとも１つの濾過層の前記多次元形状のチャネルパターンが、該積層体の第１面を貫通して開口する複数の入口と、該積層体の第２面を貫通して開口する複数の出口と、該複数の入口から該積層体を通って該複数の出口まで延びる対応数の分裂した流体経路とを有するようにするステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
3. 任意の場所の蒸気濃度レベルを低減するための、高い効率および低い圧力降下を有する濾過媒体の使用方法であって、
   請求項１に記載の濾過媒体を用意するステップと、
   前記濾過媒体を、蒸気濃度レベルを低減するべき場所に配置するステップと、
   を含む方法。

Images