JP5819724B2 - フィルタエレメント及びそれを用いたダブルプリーツ型エアフィルタ - Google Patents

Description

本発明は、ろ材を折り畳むことにより構成されたフィルタエレメント及びこれをＶ字形に配置したダブルプリーツ型エアフィルタに関する。

従来、ろ材をジグザグ状に折り畳んで構成されたフィルタエレメントをＶ字形に配置して、得られるダブルプリーツ型エアフィルタを低圧損化することが、特許文献１に開示されている。同文献では、厚さ０．１〜０．３ｍｍのろ材をジグザグ状に折り畳み、折り畳まれたミニプリーツの幅寸法を１０〜３０ｍｍ、ピッチ寸法を１．７〜３．２ｍｍとしたフィルタパックをＶ字形状に５〜７組配置して集塵フィルタを構成するものである。
この集塵フィルタは、隣接するフィルタパック同士の接触、或いは、ピッチを小さくする等の形状による流れ抵抗の増加に起因して、ろ材全面で均等に通気しなくなることを防ぐために、ピッチを小さくし、且つ、幅寸法を大きくして濾過面積を大きくなるようにフィルタパックを構成し、これをＶ字形に配置したものである。これにより、濾過面積に見合った集塵効率が得られないという問題を解決して、濾過面積に見合った集塵効率を確保できるものとなっている。

国際公開第２００３／０４３７１７号

特許文献１に記載のフィルタエレメントは、ろ材の厚み、折幅寸法及びピッチ寸法を規定することにより、ろ材面積に見合った集塵効率を確保できるとされている。即ち、同文献では、ろ材面積が有効に活用されることからフィルタエレメントの低圧損化にも寄与できるとされている。
しかしながら、フィルタエレメントを形成するろ材のプリーツ形状、特に空気が通過する隣接プリーツ間の隙間を考慮して設計されていないため、フィルタエレメントとしての低圧損化が十分ではなかった。
そこで、本発明は、フィルタエレメントを形成するろ材のプリーツ形状、特に隣接するプリーツ間の隙間を見直すことで、特に低圧損であるダブルプリーツ型エアフィルタを提供することを目的とする。

本発明者等はかかる問題点を解決するべく、フィルタエレメントを形成するろ材のプリーツ形状、特に隣接するプリーツ間の隙間を見直すことにより前記問題点を解決できることを知見した。
本発明のフィルタエレメントは、かかる知見に基づきなされたもので、第１の実施の形態は、ジグザグ状に折り畳んだろ材を間隔保持材により間隔保持したフィルタエレメントにおいて、プリーツとそれに隣接するプリーツの頂点部の間隔ａ（ピッチ）と、ろ材折幅ｂと、隣接するプリーツの中央部（ろ材折幅ｂの中間位置）のろ材同士の間隔ｃ（中央部隙間）と、隣接するプリーツの頂点付近のろ材同士の間隔ｃ’（開口部隙間）と、ろ材の厚さｄと、プリーツの頂点付近のプリーツの幅ｅ（先端幅）との関係が、ｃ’／ｃ≧１．１、ｃ’＝ａ−ｅ≧０．４５ｍｍ、ｃ＝ａ／２−ｄ、ｅ／ｄ≧２の関係を満たすものであり、前記頂点部の間隔ａ（ピッチ）が１．４５〜２．３０ｍｍ、前記折幅ｂが１５〜４０ｍｍ、前記間隔ｃ（中央部隙間）が１．０ｍｍ以下、前記厚さｄが０．１５〜０．３０ｍｍ、前記プリーツの幅ｅ（先端幅）が０．８５ｍｍ以下であり、前記プリーツ頂点部は、断面が略台形状であり、前記間隔保持材は、ホットメルト樹脂又は発泡樹脂から構成され、前記ろ材の折目の内側表面を除き、前記ろ材の折目の上流側及び下流側に露出する表面に設け、前記フィルタエレメントは、複数個を互いの上流側及び／または下流側の端部を当接させてＶ字状に配置することにより構成された構成体をｎ組並べてフィルタ枠に収容されたダブルプリーツ型エアフィルタに用いられるものであることを特徴とする。
また、本発明の第２の実施の形態としてのダブルプリーツ型エアフィルタは、複数の実施の形態１に記載のフィルタエレメントを、互いの上流側及び／又は下流側の端部を当接させてＶ字状に配置することにより構成された構造体をｎ組並べてフィルタ枠に収容されたダブルプリーツ型エアフィルタであって、前記頂点の間隔ａ（ピッチ）と、前記折幅ｂと、前記Ｖ字構造体の組数ｎが、６０≦ｂ×ｎ／ａ≦１２５の関係にあることを特徴とする。

本発明のフィルタエレメントによれば、プリーツとそれに隣接するプリーツの頂点部の間隔ａ（ピッチ）と、ろ材折幅ｂと、隣接するプリーツの中央部（ろ材折幅ｂの中間位置）のろ材同士の間隔ｃ（中央部隙間）と、隣接するプリーツの頂点付近のろ材同士の間隔ｃ’（開口部隙間）と、ろ材の厚さｄと、プリーツの頂点付近のプリーツの幅ｅ（先端幅）との関係が、ｃ’／ｃ≧１．１、ｃ’＝ａ−ｅ≧０．４５ｍｍ、ｃ＝ａ／２−ｄ、ｅ／ｄ≧２の関係を満たすようにしたため、プリーツ形状が流路の入り口側から内側に向って緩やかなＶ字形状をとることができ、隙間が確保されて低圧損化が図れる。
また、特に前記頂点部の間隔ａ（ピッチ）が１．４５〜２．３０ｍｍ、前記折幅ｂが１５〜４０ｍｍ、前記間隔ｃ（中央部隙間）が１．０ｍｍ以下、前記厚さｄが０．１５〜０．３０ｍｍ、前記プリーツの幅ｅ（先端幅）が０．８５ｍｍ以下とすることで、従来のＨＥＰＡフィルタ用の一般的な約０．４ｍｍの厚さのろ材で製作したフィルタエレメントに比べて、約１０％以上の低圧損化が図ることができる。
また、前記リボン材等の間隔保持材を折目（山部・谷部）内部付近に設けず間歇的に設けることにより、プリーツの幅を小さくすることができ、プリーツ頂点同士の隙間を広くするとともにリボン材等によるろ材通風部面積の減少を少なくすることができ、安定した圧損を維持できる。
また、本発明のダブルプリーツ型エアフィルタによれば、前記フィルタエレメントを受材で受けてＶ字形にし、該Ｖ字構造体をｎ組並べてフィルタ上下枠で固定したダブルプリーツ型エアフィルタであって、前記頂点の間隔ａ（ピッチ）と、前記折幅ｂと、前記Ｖ字構造体の組数ｎが、６０≦ｂ×ｎ／ａ≦１２５の関係を保つようにしたため、ＨＥＰＡフィルタとしての効率を維持できる十分なろ材面積を確保することができると共に大幅にフィルタの圧力損失を低減することができる。

本発明の一実施の形態のフィルタエレメントに用いるろ材の要部拡大断面図 同フィルタパックの要部拡大断面図 本発明の一実施の形態のダブルプリーツ型エアフィルタの説明図 Ｃ’／ＣとＣとの関係を示す特性図 フィルタエレメントの構造による圧力損失と開口部隙間との関係(ｂ＝２０ｍｍ)を示す特性図

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は本発明の一実施の形態のフィルタエレメントに用いるろ材の要部拡大断面図であり、図中符号４はろ材、ａはろ材４のプリーツとそれに隣接するプリーツの頂点部の間隔（ピッチ）、ｂはろ材４の折幅、ｃはろ材４の隣接するプリーツの中央部（ろ材折幅ｂの中間位置）のろ材同士の間隔（中央部隙間）、ｃ’は隣接するプリーツの頂点付近のろ材同士の間隔（開口部隙間）、ｄはろ材４の厚さ、ｅはプリーツの頂点付近のプリーツの幅（先端幅）を示す。
本実施の形態のフィルタエレメントは、図２に、符号１を付して示されるように、フィルタパック２とフィルタ枠３から構成されている。前記フィルタパック２は、ろ材４をジグザグ状に折り畳み、間隔保持材５でろ材４の折山部４ａ、４ａ同士が間隔保持されている。前記フィルタパック２は、シール剤６を介して前記フィルタ枠３の上下枠３ａ，３ａとの間で気密に固定されている。

本実施の形態のエアフィルタのグレードは、０．３μｍの粒子を９９．９７％以上の除去効率で処理することが可能な高性能の粒子除去フィルタが対象となる。

上記ろ材４は、材質に関しては特に限定されることなく、例えば、ガラス繊維や合成繊維等からなる単体不織布、ＰＴＦＥ樹脂フィルム、メルトブロー不織布を不織布で補強した複合不織布等を使用することができる。フィルタの使用風速において０．３μｍの粒子を９９．９７％以上の除去効率で処理することが可能なものを使用することができる。

また、間隔保持材５の材質は、特に材質に制限するものではなく、例えば、ホットメルト樹脂や発泡ウレタン樹脂等から構成されるリボン材等を使用することができる。
前記間隔保持材５は、ろ材４の流れ方向に亘って両面或いは片面に、実線状（連続的）或いは破線状（間歇的）に設けることができる。ろ材４の直線状に折り、下流側での抵抗少なくするには、図２に示すように、間隔保持材５を折目（山部・谷部）内部付近に設けず間歇的に設けることが好ましい。

シール剤６は、フィルタパック２とフィルタ枠３との間の気密性を確保するためのものであれば特に材質に限定されることなく、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂等を使用することができる。

本実施の形態において、フィルタエレメント１の下記のパラメータ（１）〜（５）は、以下の条件（Ａ）〜（Ｄ）の関係を有する。

１．パラメータ
（１）プリーツとそれに隣接するプリーツの頂点部の間隔ａ（ピッチ）
（２）ろ材折幅ｂ
（３）隣接するプリーツの中央部（ろ材折幅ｂの中間位置）のろ材同士の間隔ｃ（中央部隙間）
（４）隣接するプリーツの頂点付近のろ材同士の間隔ｃ’（開口部隙間）
（５）ろ材の厚さｄと、プリーツの頂点付近のプリーツの幅ｅ（先端幅）

２．条件
（Ａ）ｃ’／ｃ≧１．１
（Ｂ）ｃ’≧０．４５ｍｍ
（Ｃ）ｃ＝ａ／２−ｄ
（Ｄ）ｅ／ｄ≧２

前記間隔ｃ’（開口部隙間）は、ｃ’＝ａ−ｅで定義され、ｃ’／ｃが１．１以上で、ｃ’が０．４５ｍｍ以上の範囲が好適な圧力損失が得られる。
前式は、ろ材４の厚さが薄いものを所定容積に折り畳む際に、圧力損失を上げないためには一定の間隔ｃ’（開口部隙間）で通風路を確保する必要があることが圧力損失を下げるのに有効であることを示すものである。
また、ｅ／ｄが２未満であると、山頂部が潰れてしまうことになり圧損が高くなる原因となり、且つ、ろ材に傷や破れが生じている可能性が高く、外観が悪くなるという問題がある。

また、本実施の形態のフィルタエレメント１は、上記関係を有する寸法であれば特に制限するものではないが、ろ材４のプリーツとそれに隣接するプリーツの頂点部の間隔ａ（ピッチ）は１．４５〜２．３０ｍｍ、ろ材４の折幅ｂは１５〜４０ｍｍ、ろ材４の隣接するプリーツの中央部（ろ材折幅ｂの中間位置）のろ材同士の間隔ｃ（中央部隙間）は１．０ｍｍ以下、ろ材４の厚さｄは０．１５〜０．３０ｍｍ、プリーツの頂点付近のプリーツの幅ｅ（先端幅）は０．８５ｍｍ以下とすることが好ましい。

前記ピッチａは、ろ材４の１０山分を１グループとして、この１グループ内で平均をとるという作業を５グループ以上行い、それを平均化したものとした。折幅ｂは山部の折り返しから折り返しまでの幅を測定した値である。前記間隔ｃ（中央部隙間）及び開口部隙間ｃ’（開口部隙間）は、それぞれ、ピッチａや折幅ｂ、先端幅ｅで規定され、上記定義された数式により算出した値を用いる。
プリーツの頂点付近のプリーツの幅ｅ（先端幅）に関しては、頂点部４ａをノギスで挟み、折り山が連続する方向にノギスを移動させて、折り山が連続する方向に１ｍｍ以上円滑に移動させることができる幅を、ノギスの測定幅を０．０５刻みで変化させて測定した値を用いる。

次に、上記フィルタエレメントから構成される本発明の実施の形態のダブルプリーツ型エアフィルタについて説明する。
図３は、ダブルプリーツ型エアフィルタ２０の断面図である。
エアフィルタ２０内において、隣接する複数のフィルタエレメント１は、互いの上流側及び／又は下流側の端部が当接するようにＶ字状に配置することにより構成された構造体９Ａ〜９Ｇを有している。Ｖ字状の構造体９Ａ〜９Ｇの全体の通風面を囲む上下面はフィルタ上下枠１０，１１にシール材を介して固定され、左右の側面はフィルタ側枠１２，１３にシール材を介して固定される。
Ｖ字状の構造体９Ａ〜９Ｇの先端部は、溝を備えた上流側受材７Ａ〜７Ｇ及び下流側受材８Ａ〜８Ｆの溝内部に固定される。そして、各溝内においては、図示しないが、当接部にシール材が設けられている。
尚、フィルタ側枠１２，１３の下流側の端部は、断面がＵ字状に構成された折り返し部１２ａ，１３ａを備えており、このＵ字溝内にフィルタエレメント１の下流側端部がシール材を介して固定されている。

本実施の形態のダブルプリーツ型エアフィルタは、上記説明した構成のフィルタエレメントを１組のＶ字構造体とし、これをｎ組並べた場合において、前記フィルタエレメントの頂点の間隔ａ（ピッチ）と、前記フィルタエレメントの折幅ｂと、前記Ｖ字構造体の組数ｎが、６０≦ｂ×ｎ／ａ≦１２５の関係を保つようにする。
これにより、ＨＥＰＡフィルタとしての効率を維持できる十分なろ材面積を確保することができると共に大幅にフィルタの圧力損失を低減することができる。尚、上記Ｖ字構造体のｎ組の「ｎ」は、２以上の整数であり、好ましくは、３〜１２である。

本発明のフィルタエレメントのフィルタ枠３、ダブルプリーツ型エアフィルタの側枠１２，１３及び受材７Ａ〜７Ｇ、８Ａ〜８Ｆは、ステンレス、アルミニウム、ガルバリウム鋼板等の金属製或いはポリプロピレン等の合成樹脂から構成することができる。

次に、本発明のダブルプリーツ型エアフィルタの実施例について、従来例及び比較例とともに説明する。
実施例１乃至７並びに比較例１乃至４として、下記表１に示す条件で、圧力損失が２６５Ｐａ（５．３ｃｍ／ｓ時）、効率が９９．９７％以上（ａｔ ０．２〜０．５μｍ）のガラス繊維製ろ材を用いて、外形寸法縦２８０ｍｍ×横６００ｍｍ×折幅１５〜４０ｍｍのフィルタエレメント１を製作し、その側面をウレタン樹脂シール剤を介して鋼板製フィルタ枠１１〜１４により囲み、外形寸法が縦６１０ｍｍ×横６１０ｍｍ×奥行２９０ｍｍのダブルプリーツ型エアフィルタを製作した。
また、従来例１として、厚さｄが０．４０ｍｍ、圧力損失が２６５Ｐａ（５．３ｃｍ／ｓ時）、効率が９９．９７％以上のガラス繊維製ろ材を用いたこと以外は、前記実施例等と同様にしてダブルプリーツ型エアフィルタを製作した。
尚、表１中のバンク数とは、２個のフィルタパック１を１組として構成されたＶ字構造体の数である。
次に、前記実施例、従来例及び比較例の各ダブルプリーツ型エアフィルタについて、圧力損失についての性能評価を行った。
圧力損失は、ＪＩＳ Ｂ９９０８．８．１．２に準拠し７０ｍ^３／ｍｉｎ（面風速３．１４ｍ／ｓ）通風時の方法により測定した。

表１の通り、寸法指標ｃ’／ｃ≧１．１の範囲であれば、従来例１の２９５Ｐａに比べて約２割圧力損失の低減効果がみられた。
実施例１と比較例１から、先端幅ｅが０．８５ｍｍを超えると、開口部の隙間が狭くなり、フィルタエレメントの構造による圧力損失が大きく、ピッチを狭くしても圧力損失の低減効果が得られないことが確認できた(図５参照)。
実施例２と比較例２から、ろ材の厚さｄが０．３０ｍｍを超えると、ろ材の厚さに伴って先端幅も増えるため、隙間が充分に確保されず、フィルタエレメントの構造による圧力損失が大きくなることが確認できた。また、ろ材の厚さｄが０．３０ｍｍ以下でないと、折先端形状が悪く(先端幅が０．８５ｍｍ以上に)なり、構造による圧力損失が大きいことが確認できた。
また、図４に、実施例等のｃとｃ’／ｃの関係をプロット（実施例：○、比較例及び従来例：×）した図を示す通り、比較例３と比較例４は、ｃ’／ｃ≧１．１を満たさず、圧力損失が２４５Ｐａ以下を満たさなかった。特に、比較例３では、開口部隙間が０．４５ｍｍ以下であり、構造圧損が劇的に大きくなった(図５参照)。
上記実施例のろ材として、圧力損失の低いろ材を用いるようにすれば、更に、フィルタの圧力損失を低くすることができる。

本発明によれば、フィルタエレメントの低圧損失化により、高風量下で使用可能なエアフィルタを提案できたため、ダブルプリーツ構造でない通常のエアフィルタにも適用でき、産業上の利用可能性がある。

１ フィルタエレメント
２ フィルタパック
３ フィルタ枠
３ａ 上下枠
４ ろ材
４ａ 折山部
５ 間隔保持材
６ シール剤
７ 上流側受材
８ 下流側受材
９ Ｖ字構造体
１０，１１ フィルタ上枠、フィルタ下枠
１２，１３ フィルタ側枠
２０ ダブルプリーツ形エアフィルタ
ａ 頂点部の間隔（ピッチ）
ｂ ろ材折幅
ｃ ろ材同士の間隔（中央部隙間）
ｃ’ ろ材同士の間隔ｃ’（開口部隙間）
ｄ ろ材の厚さ
ｅ プリーツの幅（先端幅）

Claims (2)

1. ジグザグ状に折り畳んだろ材を間隔保持材により間隔保持したフィルタエレメントにおいて、
   プリーツとそれに隣接するプリーツの頂点部の間隔ａ（ピッチ）と、ろ材折幅ｂと、隣接するプリーツの中央部（ろ材折幅ｂの中間位置）のろ材同士の間隔ｃ（中央部隙間）と、隣接するプリーツの頂点付近のろ材同士の間隔ｃ’（開口部隙間）と、ろ材の厚さｄと、プリーツの頂点付近のプリーツの幅ｅ（先端幅）との関係が、ｃ’／ｃ≧１．１、ｃ’＝ａ−ｅ≧０．４５ｍｍ、ｃ＝ａ／２−ｄ、ｅ／ｄ≧２の関係を満たすものであり、前記頂点部の間隔ａ（ピッチ）が１．４５〜２．３０ｍｍ、前記折幅ｂが１５〜４０ｍｍ、前記間隔ｃ（中央部隙間）が１．０ｍｍ以下、前記厚さｄが０．１５〜０．３０ｍｍ、前記プリーツの幅ｅ（先端幅）が０．８５ｍｍ以下であり、
   前記プリーツ頂点部は、断面が略台形状であり、
   前記間隔保持材は、ホットメルト樹脂又は発泡樹脂から構成され、前記ろ材の折目の内側表面を除き、前記ろ材の折目の上流側及び下流側に露出する表面に設け、
   前記フィルタエレメントは、複数個を互いの上流側及び／または下流側の端部を当接させてＶ字状に配置することにより構成された構成体をｎ組並べてフィルタ枠に収容されたダブルプリーツ型エアフィルタに用いられるものであることを特徴とするフィルタエレメント。
2. 複数の請求項１記載のフィルタエレメントを、互いの上流側及び／又は下流側の端部を当接させてＶ字状に配置することにより構成された構造体をｎ組並べてフィルタ枠に収容されたダブルプリーツ型エアフィルタであって、前記頂点の間隔ａ（ピッチ）と、前記折幅ｂと、前記Ｖ字構造体の組数ｎが、６０≦ｂ×ｎ／ａ≦１２５の関係にあることを特徴とするダブルプリーツ型エアフィルタ。

Images