JP4927329B2 - 遠心分離によって得られた鉱物繊維を含む濾材 - Google Patents
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Description
本発明は、フィルタ特にポケットフィルタ(pocket filter)の生産のための濾材、およびその製造プロセスに関する。本発明は特に、ガス特に空気のろ過（空気中に浮遊している粒子の除去）のための、EN779規格によるクラスF5〜F9の目の細かい高効率のポケットフィルタに関する。
「エアロコル(Aerocor)」プロセスと呼ばれるものによって作成された濾材から上記規格に合うポケットフィルタを作ることが知られている。このプロセスによって、繊維は、鉛直のガラス棒から高速ガスフローによる水平な炎で水平方向に細くなる。繊維が形成された後、それらは複数の穴を設けたベルト（ベルトは水平に保たれている）上にシート状に集められる。一方、これらのフィルタの効率を向上し、それらが引き起こす圧力損失を少なくしようと努力がなされている。
本発明による濾材は、次の工程を含むプロセスによって作成される：
-内部遠心分離と呼ばれるプロセスを使用するデバイスによって繊維を形成し；次に
-バインダの前駆体を繊維に噴霧し；次に
-繊維をベール上に集め；および次に
-厚みを制御しながら繊維とベールを含む集合体を熱処理し、バインダ前駆体をバインダに変える。
-内部遠心分離と呼ばれるプロセスを使用するデバイスによって繊維を形成し；次に
-バインダの前駆体を繊維に噴霧し；次に
-繊維をベール上に集め；および次に
-厚みを制御しながら繊維とベールを含む集合体を熱処理し、バインダ前駆体をバインダに変える。
このようにして得られた濾材は、結合した鉱物繊維で構成されたフェルトを含み、前記フェルトはベールと接着している。バインダの前駆体を、繊維を細くした直後に噴霧し、熱処理の間にバインダに変える。前記バインダは、一方では繊維を合わせて結合させ、それらにフェルト構造を与えるのに役立ち、他方ではフェルトをベールと接着させるのに役立つ。
一般に、ベール上に繊維を集めるために、ベールをガス透過ベルト上に置き、前記ベールと前記ベルトを通して加えられる吸引作用によって前記ベール上に前記繊維を導く。
単位面積当たりの所定の重量に対して、本発明による濾材は、濾材を通して流れるガスに対して低い圧力損失を設定する。本発明による濾材から生産されたフィルタについても同じことが言える。
さらに、単位面積当たりの所定の重量に対して、本発明による濾材は、粒子保持能力（目詰まり能力とも呼ばれる）が高い。一般に、ポケットフィルタは、それがガスに対して450パスカルの圧力損失を示すときに使い尽くされる（すなわち、ろ過されたダスト粒子によって過度に閉塞されている）ことが認められる。従って、保持能力は、フィルタが前記450パスカルの圧力損失を示すときにフィルタが捕捉する単位面積当たりのダストの重量である。この本発明による濾材の利点は、高い保持能力を維持しつつ、かつ低い圧力損失を示しながらより低い坪量の使用を可能にする。
本発明による濾材の注目すべき性質は特別な繊維ネットワークの構造から生じるが、特に、この説明が本出願の範囲を限定することはなく、繊維は特定のランダムな配置をとることもできる。
内部遠心処理の原理それ自体は、当業者に良く知られている。概略的には、このプロセスは、溶融した鉱物材料の流れをスピナーの中に導入することにある。スピナーは、繊維化スピナーディッシュとも呼ばれ、高速度で回転し、その外周に、溶融した材料を、遠心力の効果によってフィラメント形状で放出する非常に多くの穴が開いている。これらのフィラメントはその後、スピナーの壁の近くを通る高温高速の環状の細長化流(annular attenuating stream)の作用を受ける。この流れはフィラメントを細くし、それらを繊維に変える。この細長化ガス流によって形成された繊維を、一般にガス透過ベルトによって形成される収集デバイスに伴出する。この既知のプロセスは、特に欧州特許出願No.EP 0 189 534, EP 0 519 797またはEP 1 087 912に教示されるものを含む、多くの改良の対象を形成してきた。
本発明によるプロセスにおいて、スピナーディッシュの穴は、内部遠心分離プロセスによって得られる繊維のために、十分に小さい直径でなければならず、多くとも12ｌ/分、好ましくは多くとも10ｌ/分、および一般に少なくとも0.4ｌ/分の繊度指標(fineness index)をもつ。前記繊度指標は、2002年5月22日に出願された仏特許出願No. FR 02/06252に記載された技術によって測定される。この特許出願は、実際には繊度指標測定装置を含む繊維の繊度指標を決定するための装置に関する。前記の繊度指標測定装置は、一方では、多数の繊維から形成された試料を収納するための好適な測定セルに接続された少なくとも1つのオリフィス(orifice)を備え、他方では、前記試料のいずれかの端に位置する圧力差測定装置に接続された第2のオリフィスを備える。前記の圧力差測定装置は、流体フロー生産装置に接続される。繊度指標測定装置は、前記セルを通して流れる流体のために少なくとも1つの体積流量メータを備える。この装置は、「マイクロネヤ(micronaire)」値と「リットル／分」を対応させ、この関係は、マイクロネヤ値を示すのに十分な繊維の太さがあれば保たれる。非常に微細な繊維、例えば本発明の枠内で使用されるものでは、「マイクロネヤ」値を示さずに、上述した特許の技術を使用してl/minで繊度を測定してもよい。
必要な繊度をもつ繊維を得るために、内部遠心分離プロセスを実行するための装置として、特に、特許出願No. EP 1 087 912に記載されたものを使用することができる。一般に、スピナーディッシュの穴は、0.3〜0.9mmの範囲、より一般的には0.4〜0.8mmの範囲の直径をもつ。直径400mmのスピナーディッシュでは、1500〜15000の穴をもっていてもよい。これらの穴は、スピナーディッシュの外周バンドの周りに、多数の横の列、例えば5〜20列を重ねて配列してもよい。スピナーデッシュは、400mm以外、例えば600mmの直径をもっていてもよく、穴の数は直径との関係で変化する。直径の変化はスピナーディッシュの外周バンドの面積に関して意味をもつ。従って、単位面積当たりの穴の数は、直径400mmのスピナーディッシュでは正確な場合で1500〜15000穴におおよそとどまる。スピナーディッシュの穴の直径を小さくするか、及び／又は細長化を促進すれば、より微細な繊維が得られる。
好ましくは、装置は内部バーナを備える。好ましくは、１穴当たりの出力が低くなるように装置を設定する。繊維化の直後、バーナ例えばループバーナ(loop burner)、特に接線方向バーナタイプのもので繊維を細くする。好ましくは、装置は接線方向バーナを備える、すなわち、繊維を細くする接線方向の成分をもち、繊維を最終直径（一般には約１μmのオーダー）にする。特に、特許出願No. EP 0 189 354に記載されている。
好ましくは、出力が、スピナーディッシュの1穴当たり1日当たりで0.1〜1kgの範囲になるように繊維化を設定する。
好ましくは、繊維化スピナーディッシュは底面をもたず、特許出願No. EP 0 189 354に記載されたようなバスケットと組み合わされる。
本発明によるプロセスは、本発明による濾材のシートの連続的な製造を可能にする。このようなプロセスは、高い生産性のために、エアロコルプロセスと比較して少量の燃料しか消費しない。約200〜5000kg/日の生産性を達成するだろう。約3〜10Sm3/hの可燃性ガスの消費に対して1000kg/日の生産性を達成するだろう。エアロコルプロセスの場合、100Sm3/hの可燃性ガスの消費に対して120kg/日の生産性を達成するにすぎない。1kgのガラス繊維を繊維化するための全エネルギーは、内部遠心分離プロセスでは約20kW/hであるのに対して、エアロコルプロセスの場合では85kW/hである。
噴霧されたバインダの前駆体は、フェノール、アクリルまたはエポキシタイプでもよい。その性質に従って、この前駆体を溶液またはエマルションの形態で噴霧してもよい。噴霧したものは、一般に高い割合で水を含んでおり、水含量は例えば70〜98%、特に約90%の範囲にある。噴霧したもののうち残りは、バインダの前駆体、オプションとして油および添加剤例えばシラン（繊維とバインダとの間の界面を最適化する）、または殺生剤を含む。油と添加剤の合計量は、一般に前駆体の質量の0〜5重量%、特に前駆体の質量の1〜3重量%の範囲である。油は特にExxon Mobil提供のMULREX88ブランドのものでもよい。
繊維に変わる鉱物材料は一般にガラスである。内部遠心分離プロセスによって変わり得るあらゆるタイプのガラスが適している。特に、石灰ホウケイ酸ガラス、さらには生体溶解ガラスでもよい。
ベールは、一般にポリエステルまたはポリプロピレンまたはガラスで作られ、一般に単位面積当たりの重量（または坪量）が5〜100g/m2の範囲である。
熱処理は、化学凝固（架橋または硬化）反応を引き起こし、揮発種（溶剤、反応生成物など）を蒸発させることによってバインダ前駆体をバインダに変えるのに役に立つ。この熱処理後、繊維をフェルトの状態に統一的に結合させ、フェルトをベールに結合させる。この操作を、凝固反応の間に濾材の厚みを維持しながら行う。一般にはフェルト／ベール集合体を一定の距離だけ離れて配置された２つのランニングベルトの間に保持することによって達成する。前記距離は、濾材の所望の全厚に対応する。この厚みは、例えば、4〜12mmの範囲であり、例えば、約7mmであってもよい。
最終的な濾材は、シートの形状であってもよいし、鉱物繊維を含むフェルトから形成されてもよい。ベールおよびバインダは一般には以下のものを含む。
10〜25重量%のバインダ＋油（適切な場合には）＋添加剤（適切な場合には）；
10〜50重量%のベール；および
25〜80重量%の鉱物材料、一般にはガラス。
10〜50重量%のベール；および
25〜80重量%の鉱物材料、一般にはガラス。
このように、バインダ、油および添加剤の質量の合計は、濾材の質量の10〜25重量%を示してもよい。
最終的な濾材は一般には連続的に製造され、この場合においては巻取り可能なシート状にみえる。その単位面積あたりの重量は、30〜110g/m2、より一般には50〜90g/m2の範囲であってもよい。シートの幅は、例えば1〜3メートルの範囲であってもよい。次に、濾材のシートを正方形または長方形に裁断し、その後当業者に知られたやり方で組み立て、ポケットフィルタを生産する。
図１は、本発明によるプロセスを模式的に示す。溶融鉱物材料1の流れを、スピナーの中空スピンドル2の中央に落下させ、バスケット3に接触させる。次に、前記材料を遠心分離によって放散させ、複数の穴を設けた繊維化スピナーデッシュ4にぶつける。溶融材料は繊維の形態で穴を通過するので、その後これらの繊維を、接線方向バーナ5を使用して細くする。スプレーノズル6により繊維にバインダ前駆体を噴霧し、繊維をベール7の上に集める。ベール自体はガス透過ベルト8によって移動させられる。吸引作用（図１には示していない）はベルトを通して行い、繊維をベールの表面上に引きつけ、繊維をベール上に保持する。その後繊維／ベール集合体をオーブン9に入れ、バインダ前駆体をバインダに変える。このオーブンにおいて、ランニングベルト11および12の間に濾材を挟み込む。両ベルトは最終的な濾材の厚みのために所望の距離だけお互いから離れている。バインダを凝固させた後、本発明によるフィルタ媒体を12に巻き取る。内部バーナ（図示せず）は繊維化スピナーディッシュ4によって産出された繊維を細くする。
図２は、繊維フェルト14がベール13と接着されている本発明による濾材を示す。
ポケットフィルタの効率は、EN 779規格のクラスF5〜F9によって特徴づけられる。これらのクラスは、EN 779規格の範囲内で平均スペクトル効率に直接依存する。
本発明は特に、EN 779規格により測定されたときに0.6μmでの平均スペクトル効率において、平均スペクトル効率が80〜90%の範囲であり、保持能力が少なくとも45g/m2、できれば少なくとも50g/m2、実際には少なくとも60g/m2である、単位面積当たりの重量が60〜70g/m2である濾材のためのポケットフィルタを生産することを可能にする。
本発明はまた、EN 779規格により測定されたときに0.6μmでの平均スペクトル効率において、平均スペクトル効率が60〜80%の範囲であり、保持能力が少なくとも50g/m2、できれば少なくとも60g/m2、実際には少なくとも70g/m2である、単位面積当たりの重量が70〜90g/m2の範囲である濾材のためのポケットフィルタを生産することを可能にする。
本発明はまた、EN 779規格により測定されたときに0.6μmでの平均スペクトル効率において、平均スペクトル効率が40〜60%の範囲であり、保持能力が少なくとも60g/m2、できれば少なくとも70g/m2である、単位面積当たりの重量が80〜100g/m2の範囲である濾材のためのポケットフィルタを生産することを可能にする。
例
本発明によるフィルタ材のシートを連続的に作成した。内部遠心分離繊維化プロセス（EP 0 189 354にあるように、接線方向バーナと、底のないバスケット付き直径400mmのスピナーディッシュを使用）および得られた濾材の特徴を表１に示す。特にこの表１で言及したものは：
-出力、つまり転換されたガラスの質量（１日当たりのメートルトン）;
-接線方向バーナの圧力（水カラムのmm（mmWCで表示）;
-繊維の繊度（仏国特許出願No.02/06252に記載された技術を使用して測定）；および
-濾材の単位面積当たりの重量
その後、濾材のシートを裁断しポケットフィルタに変えた。これらのポケットフィルタの性質（その全てを0.13m/秒の空気速度で試験した）を表2に示す。特に表2に言及したものは：
-初期opacimetric効率および平均opacimetric効率（EN 779規格により測定）；
-初期スペクトル効率および平均スペクトル効率（EN 779規格により測定）；
-保持能力およびクラス（両方ともにEN 779規格により測定）
これらのフィルタの性質を、単位面積当たり等しい重量をもつが、エアロコルプロセスにより作成された類似のフィルタの性質と比較した。
本発明によるフィルタ材のシートを連続的に作成した。内部遠心分離繊維化プロセス（EP 0 189 354にあるように、接線方向バーナと、底のないバスケット付き直径400mmのスピナーディッシュを使用）および得られた濾材の特徴を表１に示す。特にこの表１で言及したものは：
-出力、つまり転換されたガラスの質量（１日当たりのメートルトン）;
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-繊維の繊度（仏国特許出願No.02/06252に記載された技術を使用して測定）；および
-濾材の単位面積当たりの重量
その後、濾材のシートを裁断しポケットフィルタに変えた。これらのポケットフィルタの性質（その全てを0.13m/秒の空気速度で試験した）を表2に示す。特に表2に言及したものは：
-初期opacimetric効率および平均opacimetric効率（EN 779規格により測定）；
-初期スペクトル効率および平均スペクトル効率（EN 779規格により測定）；
-保持能力およびクラス（両方ともにEN 779規格により測定）
これらのフィルタの性質を、単位面積当たり等しい重量をもつが、エアロコルプロセスにより作成された類似のフィルタの性質と比較した。
表3は、保持能力に関して2種類のフィルタの効率を比較した。本発明によるフィルタは、各フィルタクラス（F5, F6, F7）に関して、単位面積当たりの重量が等しいにもかかわらず、比較のエアロコルタイプのフィルタよりも高い保持能力をもつことが解る。
また、90〜95%のスペクトル効率のF8フィルタクラスを得た。このクラスは、単位面積当たりの重量が80g/m2であり、保持能力が55g/m2であり、平均スペクトル効率が90%である。
また、F9フィルタクラスを、明らかに本発明によるプロセスで得ることができた。
内部遠心分離の場合において、値は以下の不確かさをもって計算された：
-単位面積当たりの重量について：約±2%；
-保持能力について：約±10%；
-平均スペクトル効率について：約±5%。
-単位面積当たりの重量について：約±2%；
-保持能力について：約±10%；
-平均スペクトル効率について：約±5%。
これらの不確かさにもかかわらず、本発明の利益が先行技術のエアロコルプロセスを超えるのは明らかである。
Claims (12)
- ベールと結合した鉱物繊維のフェルトを含む濾材を製造するためのプロセスであって、
繊維化スピナーディッシュを含む内部遠心分離と呼ばれるプロセスを使用するデバイスであり、前記スピナーディッシュの穴は、得られる繊維が多くて10 l／分の繊度指標をもつために十分に小さな直径を有するデバイスによって繊維を形成し、
バインダ前駆体を繊維に噴霧し、
繊維をベール上に集め、
厚みを制御しながら繊維とベールを含む集合体を熱処理し、バインダ前駆体をバインダに変える
ことを含み、
前記デバイスは内部バーナとして接線方向バーナを含み、
得られる繊維は多くて10 l/分の繊度をもつことを特徴とするプロセス。 - ベールをガス透過ベルト上に置き、前記ベールと前記ベルトを通して加える吸引によって、前記ベール上に繊維を導くことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
- 繊維が少なくとも0.4 l/分の繊度をもつことを特徴とする請求項１または２に記載のプロセス。
- スピナーディッシュが直径0.3〜0.9mmの範囲の穴をもつことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のプロセス。
- スピナーディッシュの穴が0.4〜0.8mmの範囲の直径をもつことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のプロセス。
- 繊維化スピナーディッシュが底のないスピナーディッシュであり、バスケットと組み合わされることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のプロセス。
- バインダ前駆体がフェノールまたはアクリルまたはエポキシであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のプロセス。
- 厚みの制御が4〜12mmの範囲であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のプロセス。
- 最終的な濾材が、一般に
10〜25重量%のバインダ＋油＋添加剤、
10〜50重量%のベール、および
25〜80重量%の鉱物材料
を含むことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のプロセス。 - 濾材の単位面積当たりの重量が、30〜110g/m2の範囲であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載のプロセス。
- 濾材の単位面積当たりの重量が、50〜90g/m2の範囲であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のプロセス。
- 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のプロセスによって製造される濾材、特に１以上のポケットフィルタの生産のための濾材。
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