JP5441329B2 - 室内換気フィルタ製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1には、目付が10〜50g/m2、平均みかけ密度が0.2〜0.4g/cm3の合成繊維不織布Aの片面に、この不織布よりも平均みかけ密度が0.03〜0.2g/cm3の範囲で小さく、平均繊維径が10〜50μm、目付が10〜50g/m2の合成繊維不織布Bを1〜20g/m2のホットメルト系樹脂で接合して形成された室内換気フィルタが記載されている。また、特許文献1に記載される室内換気フィルタは、上記の構成により、平均みかけ密度が0.05〜0.4g/cm3、通気性が10cc/cm2/sec以上、最大開口径が100μm以下となることが記載されている。
数学的関係式として2変数関数を、捕集率C=f(M,D)及び圧力損失ΔP=g(M,D)として表記する。関数f及びgは数学的には任意に選択できる。これらの任意関数の中から、前記相関関係点列(Mi,Dj,Cij)に最適にフィットする捕集率C=f(M,D)を選択する。同様に、前記実験的相関関係点列(Mi,Dj,ΔPij)に最適にフィットする圧力損失ΔP=g(M,D)を選択する。この2変数関数に対し、好適な捕集率C0及び圧力損失ΔP0を選択的に設定し、C≧C0及びΔP≦ΔP0の両者を満足する(M,D)の領域を導出する。換言すれば、C=f(M,D)≧C0を満足する(M,D)の範囲と、及びΔP=g(M,D)≦ΔP0を満足する(M,D)の範囲を求め、二つの(M,D)の範囲が重なる領域が、求める(M,D)の領域になる。この(M,D)の領域から選ばれたC、ΔPを満足する室内換気フィルタを用いれば、換気により居室内を好適な状態に保持することができる。
実験的相関関係点列(Mi,Dj,Cij)及び(Mi,Dj,ΔPij)(for i=1〜m,j=1〜n)において、繊維目付Mと繊維直径Dのうち、いずれか一方の適当な値を選択し、CとΔPはM又はDの一変数関数で表されるから、一変量解析法による最小二乗法を用いて前記相関関係式を導出することができる。
EXCEL、SAS、TSP、SPSS、FMK、NLRAna、WinSTAT、JSTAT、QueryMagicなどが利用でき、線形回帰分析や非線形回帰分析などが行える。中でも、EXCELに内蔵される最小二乗法ソフトは、初期値設定もプログラムの中で自動的に行われるから、簡易且つ有効なソフトであり、後述する実施例においても使用される。
本発明の第9の形態では、前記相関関係から、第10の形態では、前記相関関係に基づいて決められる上限値と下限値から、前記繊維目付M及び前記繊維直径Dの最適な範囲が導出され、所望の特性を有する室内換気フィルタを製造することができる。更に、本発明の第11の形態では、実験的に決定された前記相関関係点列から、第12の形態では、数学的関係式をフィットすることにより得られた相関関係式から、本発明の第13の形態では、最小二乗法により前記数学的関係式のフィッティングを行って導出された相関関係式から、前記繊維目付M及び前記繊維直径Dの上限値と下限値を決定し、所望の特性を有する室内換気フィルタを製造することができる。第14形態では、前記相関関係式が繊維目付M又は繊維直径Dの線形関係で、第15形態では、M/Dの1次関数の近似式で表現される。
図2は繊維フィルタを形成する繊維の形状図である。図2では、繊維フィルタを形成する全ての繊維4が接続されて直線状に一本で表現されている。繊維半径r、繊維直径D(茲でD=2r)、繊維長Lとすると、繊維円断面積はπr2、繊維円周は2πr、繊維断面積AはA=2rL、繊維円断面積を無視すると繊維表面積SはS=2πrLで表される。
A=2rL=2M/(πrR)=4M/(πDR) (2)
吸気中の塵埃の捕集率Cは、塵埃が繊維の外周表面に付着捕集されるから、繊維表面積Sに比例するはずであり、比例定数n及び比例定数k(=4n)を用いて以下のように与えられる。
従って、不定な切片を考慮すると、Cは理論的にM/Dの1次関数で表現されることが証明された。
従って、不定な切片を考慮すると、ΔPも理論的にM/Dの1次関数で表現されることが証明された。
C=aM+b (a、b:定数) (5)
ΔP=cM+e (c、e:定数) (6)
同様に、繊維目付Mと繊維密度Rが与えられる場合には、式(3)と(4)から、以下のように、CとΔPは繊維直径Dの双曲線関数になることが分かる。
ΔP=s/D+t (s、t:定数) (8)
切片b、e、u、tは単純な前記理論式に切片だけの任意性を付加したものである。
=(1−A/S1)v2 (9)
他方、空気密度をYとすると、ベルヌーイの法則から、フィルタの前後で次式が成立する。
P1>P2であるから、圧損ΔPはP1−P2で与えられる。式(10)と組み合わせると以下の式が得られる。
式(11)に式(9)を代入すると、次式になる。
A<<S1が成立するから、(1−A/S1)2は1−2A/S1となる。従って、式(12)は次式で与えられる。
Yv2 2/S1=N(定数)とすると、最終的に次式が成立し、目的式が証明された。
以下の実施例は、捕集率C及び圧力損失ΔPがフィルタ設計範囲において近似的にM/Dの1次関数で表現され、その1次関数の相関関係から、繊維目付M又は繊維直径Dを設定するための上限値と下限値が導出される繊維フィルタ設計の場合である。尚、以下に示す実施例1〜8では、吸気口に取り込まれる外気の風速は、約1.5m/sに設定されている。
32.0μmの繊維直径を有した化学繊維(エステル)を用いて3種の繊維目付M(g/m2)を有した1層構造の平面状不織繊維フィルタを作製した。繊維目付M(g/m2)は、100、150、200の3種類である。以下では、塵埃としてJIS15種を吸気口から取り入れられる外気に混入させ、捕集率を測定している。捕集後の繊維フィルタの重量を測定し、捕集前の繊維フィルタの重量を差し引いて、捕集された塵埃重量を導出ている。その結果、繊維目付M(g/m2)が100、150、200に対して、捕集率C(%)は45.1、62.3、76.1になることが分かった。以上の実験から、捕集率C(%)と繊維目付M(g/m2)の座標点として、(M、C)=(100、45.1)、(150、62.3)、(200、76.1)の3点が得られた。
3種の繊維フィルタに関し、塵埃の捕集動作における圧損ΔP(Pa)を測定した。その結果、繊維目付M(g/m2)が100、150、200の順に、圧損ΔP(Pa)は19.6、30.4、40.2になることが分かった。以上の測定から、圧損ΔP(Pa)と繊維目付M(g/m2)の座標点として、(M、ΔP)=(100、19.6)、(150、30.4)、(200、40.2)の3点が得られた。
200(g/m2)の繊維目付を有した繊維フィルタを3種の繊維直径D(μm)を有した化学繊維(エステル)により夫々形成して、3種類の1層構造式平面状不織繊維フィルタを作製した。この繊維フィルタは、1辺30cm及び厚さ8mmの矩形フィルタで、前記繊維直径D(μm)は26.8、32.0、39.4の3種類である。前記換気扇の駆動により、JIS15種含有空気を繊維フィルタに通過させ、室内換気フィルタにJIS15種(塵埃)を捕集させた。
3種の繊維フィルタに関し、捕集動作における圧損ΔP(Pa)を測定した。その結果、繊維直径D(μm)が26.8、32.0、39.2の順に、圧損ΔP(Pa)は59.8、40.2、31.4になることが分かった。以上の測定から、圧損ΔP(Pa)と繊維直径D(μm)の座標点として、(D、ΔP)=(26.8、59.8)、(32.0、40.2)、(39.2、31.4)の3点が得られた。
[実施例5:C=aM+bの導出とMminの決定]
32.0μmの繊維直径を有した化学繊維(エステル)を用いて3種の繊維目付M(g/m2)を有した1層構造の平面状不織繊維フィルタに吸着剤を塗布して室内換気フィルタを作製した。繊維目付M(g/m2)は、100、150、200の3種類である。以下では、塵埃としてJIS15種を吸気口から取り入れられる外気に混入させ、捕集率を測定している。その結果、吸着剤有りの場合、繊維目付M(g/m2)が100、150、200に対して、捕集率C(%)は71.0、91.0、93.0になることが分かった。以上の実験から、捕集率C(%)と繊維目付M(g/m2)の座標点として、(M、C)=(100、71.0)、(150、91.0)、(200、93.0)の3点が得られた。
実施例5の3種の繊維フィルタに関し、捕集動作における圧損ΔP(Pa)を測定した。その結果、繊維目付M(g/m2)が100、150、200の順に、圧損ΔP(Pa)は19.9、30.0、39.9になることが分かった。以上の測定から、圧損ΔP(Pa)と繊維目付M(g/m2)の座標点として、(M、ΔP)=(100、19.9)、(150、30.0)、(200、39.9)の3点が得られた。
150(g/m2)の繊維目付を有した繊維フィルタを3種の繊維直径D(μm)を有した化学繊維(エステル)により夫々形成した後、吸着剤を塗布して3種類の1層構造式平面状不織繊維フィルタを作製した。この繊維フィルタは、前記繊維直径D(μm)が26.8、32.0、39.4の3種類である。前記換気扇の駆動により、JIS15種含有空気を繊維フィルタに通過させ、室内換気フィルタにJIS15種(塵埃)を捕集させた。
[実施例8:ΔP=s/D+tの導出とDminの決定]
捕集動作における圧損ΔP(Pa)を測定した。その結果、繊維直径D(μm)が26.8、32.0、39.2の順に、圧損ΔP(Pa)は43.1、30.0、19.9になることが分かった。以上の測定から、圧損ΔP(Pa)と繊維直径D(μm)の座標点として、(D、ΔP)=(26.8、43.1)、(32.0、30.0)、(39.2、19.9)の3点が得られた。
2 居室
3 換気扇
4 繊維
A 繊維断面積
D 繊維直径
L 繊維長
P1 吸気圧力
P2 排気圧力
r 繊維半径
S1 フィルタ面積
S2 フィルタ開口面積
v1 吸気速度
v2 排気速度
Claims (7)
- 繊維素材量のみから求められる繊維目付Mとその繊維直径Dを設定し、この繊維素材をシート状に成形して、換気扇の動作時に外気を室内に供給する吸気口に装着される室内換気フィルタを製造する室内換気フィルタ製造方法において、吸気時における塵埃の捕集率Cと繊維フィルタ前後の圧力損失ΔPとからなる繊維フィルタの動作特性因子と、前記繊維目付Mと前記繊維直径Dとからなるフィルタ構造特性因子との相関関係に基づいて、前記捕集率Cの臨界値C0を70(%)とし、C≧C0の条件により繊維目付Mの下限値Mminが決定され、前記圧力損失ΔPの臨界値ΔP0を50(Pa)とし、ΔP≦ΔP0の条件により繊維目付Mの上限値Mmaxが決定されて、Mmin≦M≦Mmaxの範囲が設定され、及び/又は前記捕集率Cの臨界値C0を70(%)とし、C≧C0の条件により繊維直径Dの上限値Dmaxが決定され、前記圧力損失ΔPの臨界値ΔP0を50(Pa)とし、ΔP≦ΔP0の条件により繊維直径Dの下限値Dminが決定されて、Dmin≦D≦Dmaxの範囲が設定されることにより前記繊維目付M及び/又は前記繊維直径Dが設計されることを特徴とする室内換気フィルタ製造方法。
- 前記フィルタ構造特性因子に対する前記動作特性因子の相関関係が実験的に決定された相関関係点列で与えられ、この相関関係点列に基づいて決められる前記繊維目付Mの前記上限値Mmaxと前記下限値Mmin及び/又は前記繊維直径Dの前記上限値Dmaxと前記下限値Dminから、前記繊維目付M及び/又は前記繊維直径Dが選択的に設計される請求項1に記載の室内換気フィルタ製造方法。
- 前記フィルタ構造特性因子に対する前記動作特性因子の相関関係が実験的に決定された相関関係点列で与えられ、前記相関関係点列に対し数学的関係式をフィットすることにより前記相関関係を相関関係式として導出し、この相関関係式に基づいて決められる前記繊維目付Mの前記上限値Mmaxと前記下限値Mmin及び/又は前記繊維直径Dの前記上限値Dmaxと前記下限値Dminから、前記繊維目付M及び/又は前記繊維直径Dが選択的に設計される請求項1に記載の室内換気フィルタ製造方法。
- 前記相関関係式を最小二乗法により導出する請求項3に記載の室内換気フィルタ製造方法。
- 前記捕集率C及び前記圧力損失ΔPがフィルタ設計範囲において近似的に前記繊維目付M又は前記繊維直径Dの1次関数で表現され、この1次関数を前記数学的関係式として用いる請求項3又は4に記載の室内換気フィルタ製造方法。
- 前記捕集率C及び前記圧力損失ΔPがフィルタ設計範囲において近似的にM/Dの1次関数で表現され、この1次関数を前記数学的関係式として用いる請求項3又は4に記載の室内換気フィルタ製造方法。
- 前記繊維フィルタに薬剤を担持して、この薬剤の効果を付与する請求項1〜6のいずれかに記載の室内換気フィルタ製造方法。
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