JP6010360B2 - エアフィルタユニット - Google Patents
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Description
一般に、高温用エアフィルタユニットの使用時、エアフィルタユニットは例えば300〜400℃の温度に加熱され、使用されないときは、室温に冷やされるので、室温と300〜400℃の高温との間を繰り返す熱履歴を受ける。このため、濾材とフィルタ枠体の間に用いられる接着剤が、接着剤と濾材、あるいは接着剤とフィルタ枠体との間の膨張係数の違い及び上記熱履歴とにより、接着剤の層が損傷しクラックが入り、エアフィルタユニットのシール性が維持できない場合がある、この場合、クラックを通して小さな塵等が通過し、下流に流れてしまう。さらには、濾材の一部が破損する場合もある。
当該エアフィルタは、ジグザグ状に折り畳まれた濾紙(プリーツ濾材)の折り畳み空間に波形のセパレータ(空間維持部材)を介挿したフィルタパックを、濾紙のジグザグ状の端部側に配置した平均繊維径1μm以下の超極微細ガラス繊維からなる密度20〜120kg/m3のシート状シール材を介してフィルタ枠に収容する。すなわち、当該エアフィルタは、濾紙の端部をシート状シール材に当接させることによりエアフィルタユニットのシール性を確保する。
特に、当該エアフィルタを高温域で用いるために、フィルタ枠体に高温使用に耐えられるようにステンレス鋼が用いられ、アルミニウムあるいはアルミニウム合金のセパレータが用いられる。
繊維製濾材を第1の方向に沿って複数回折ったジグザク形状のプリーツ濾材と、
前記プリーツ濾材に形成される複数の折り畳み空間のそれぞれを維持するために前記折り畳み空間のそれぞれに挿入される、波形状に折り曲げられて前記第1の方向に延びる複数の金属製の空間維持部材と、
前記折り畳み空間に前記空間維持部材が挿入された前記プリーツ濾材の周囲を囲み、前記プリーツ濾材を支持固定する金属製のフィルタ枠体と、
前記プリーツ濾材における前記第1の方向の両端部と当接することにより、前記フィルタ枠体との間の隙間をシールする繊維製シール材と、を有する。
前記空間維持部材の線膨張係数は、前記フィルタ枠体の線膨張係数以上である。
前記空間維持部材のうち、前記第1の方向と直交する第2の方向において前記プリーツ濾材の最も外側に位置する両側部を含む側部領域に設けられる第1の空間維持部材の線膨張係数は、いずれも、前記側部領域に挟まれる中央部領域に設けられる第2の空間維持部材の線膨張係数に比べて小さい。
図1は、本実施形態のエアフィルタユニットの外観斜視図である。図2(a),(b)は、本実施形態エアフィルタ10の正面図及びそのX−X断面図である。
図1に示すエアフィルタユニット10は、高温用エアフィルタユニットであり、例えば、350℃以上(例えば最高400℃まで)の温度において耐熱性を有する。
エアフィルタユニット10は、プリーツ濾材12と、空間維持部材であるセパレータ14と、フィルタ枠体16と、繊維製シール材18(図2(b)参照)と、を主に有する。
繊維製シール材18には、超極細ガラス繊維が用いられる。繊維製シール材18は、例えば、厚さ1〜4mm、目付80〜120g/m2、密度20〜120kg/m3の無機質繊維で構成したものを使用することができる。超極細ガラス繊維は、例えば、平均繊維径1μm以下の超極細ガラス繊維である。繊維製シール材18は、この繊維をバインダを用いることなく、紡糸・集綿したシート状に成形して、繊維製シール材18が形成されることが好ましい。超極細ガラス繊維製の繊維製シール材18の密度が120kg/m3を超えると、フィルタ枠体16やセパレータ12等に使用される金属の伸びの吸収性が悪くなる。一方、繊維製シール材18の密度が20kg/m3未満であると、フィルタパック(プリーツ濾材12の折り畳み空間にセパレータ14が挿入された組立体)を押さえる力が小さいために塵等のリークを生じ、シール性が保てないという問題がある。また、上記平均繊維径が1μmを超えると、プリーツ濾材12のジグザグ形状の端部の凹凸に馴染み難くシール性が不十分となる。
側部領域R1は、プリーツ濾材12の折り畳み空間の総数をN個とすると、側部領域R1の範囲の端は、上記第2の方向(図1中の左右方向)の、プリーツ濾材12の両側部から折り畳み空間を順番に数えて、例えば0.05・N個〜0.1・N個(0.05・N,0.1・Nが整数でないときは、0.05・N,0.1・Nを越えない最大の整数)の折り畳み空間の範囲にある。例えば、プリーツ濾材12の折り畳み空間の総数を90個とすると、側部領域R1の中央部側の端は、プリーツ濾材12の両側部から折り畳み空間を順番に数えて、4個〜9個目までの折り畳み空間の範囲に位置し、したがって、この場合、線膨張係数の大きいセパレータ14aは、両側部から連続して4〜9個の折り畳み空間に設けられる。
上記範囲内に位置するセパレータ14aは、フィルタ枠体16に近く、室温〜高温の熱履歴を大きく受けるため、セパレータ14の収縮はそれ以外の領域のセパレータ14bに比べて大きい。このため、セパレータ14aの熱膨張係数は、フィルタ枠体16の線膨張係数に近づくように、セパレータ14bの線膨張係数に比べて小さい。
すなわち、300〜400℃の高温に昇温すると、セパレータ14は熱膨張しようとするが、この熱膨張に比べて、フィルタ枠体16の熱膨張は同等かそれより小さい。しかも、セパレータ14は、折り畳み空間内にプリーツ濾材12の形状を保持するように挿入されているので、セパレータ14が膨張する余地は少ない。特に、セパレータ14の図1中の上下方向に長いので、セパレータ14は図1中の上下方向に大きく膨張しようとする。しかし、この膨張は、フィルタ枠体16及び繊維製シール材18によって抑えられた状態が続く。特に、フィルタ枠体16に近い側部領域R1にあるセパレータ14の膨張は中央部領域R2に比べて大きく拘束される。この状態が続くことで、セパレータ14はフィルタ枠体16に抑えられて形状が安定化する。この後、エアフィルタユニット10の使用が終了し、温度が室温に低下したときセパレータ14は熱収縮する。高温時フィルタ枠体16によって膨張が抑えられて形状が安定化したセパレータ14は、この状態から熱収縮するため、セパレータ14の上下方向の端部は、繊維状シール材18と当接しなくなる。セパレータ14は、このような熱履歴を繰り返し受けることにより、図7に示すように、最終的に隙間が生じる程度に収縮する。例えば、従来のセパレータ14は、5〜10mm程度収縮する。
このため、本実施形態では、特に熱履歴を大きく受け大きく収縮しやすい側部領域R1に設けられるセパレータ14aは、中央部領域R2に設けられるセパレータ14bに比べて線膨張係数を小さくし、フィルタ枠体16の線膨張係数に近づけている。セパレータ14aの、フィルタ枠体16に対する線膨張係数の比率は、1.0〜3.0であることが好ましい。
また、セパレータ14aの線膨張係数をAとし、セパレータ14bの線膨張係数をBとしたとき、比A/Bは0.4以上1.0未満であることが好ましい。
さらに、型押しされて形成された凹凸部は、図4(a)〜(c)に示す形態も含む。図4(a)に示すように、セパレータ14の山折り、谷折りの折り線に平行な直線状に延びる凹部及び凸部、及び山折り、谷折りの折り線に直交する直線状に延びる凹部及び凸部を、型押しされて形成された凹凸部として設けることができる。図4(b)に示すように、セパレータ14の山折り、谷折りの折り線に平行な凹部及び凸部を、型押しされて形成された凹凸部として設けることもできる。また、図4(c)に示すように、セパレータ14の山折り、谷折りの折り線に対して斜めに延びる凹部及び凸部(図中の実線、点線)を、型押しされて形成された凹凸部として設けることもできる。
特に、側部領域R1に設けられるセパレータ14aの線膨張係数をAとし、中央部領域R2に設けられるセパレータ14bの線膨張係数をBとしたとき、比A/Bを0.4以上1.0未満とすることにより、より効果的にセパレータの収縮を抑制することができる。
以下、本実施形態の効果を確認するために、種々のセパレータを用いてエアフィルタユニットを作製した。
下記実施例1,2,3及び比較例1,2では、プリーツ濾材12として、Cガラス繊維を材料とする極細ガラス繊維を用いた目付100g/m2の濾材を用い、この濾材を90回山折り及び谷折りを行って、セパレータを折り畳み空間のそれぞれに挿入して、610mm×610mm×290mm(縦方向長さ×横方向長さ×奥行き長さ)のサイズのフィルタパックを作製した。フィルタ枠体として、厚さ2mmのSUS430を用いた。SUS430の線膨張係数は、11.2×10-6℃-1(0〜400℃の平均)であった。
繊維製シール材14として、厚さ2mm、目付け112g/m2、密度54kg/m3、Eガラス繊維の平均繊維径0.6μm(1700レールス)のシート材を用い、1つのエアフィルタユニットに40g使用した。
エアフィルタユニットでは、図5,6に示す構成を採用し、剛体板15には、厚さ1.2mmのSUS304を用い、図6に示すセパレータの交差角度を3度とした。シート状シール層18aは、繊維製シール材18と同じシール材を用いた。
実施例2では、厚さ60μmのアルミニウム合金8011H18の箔を波状に折り曲げて使用した。側部領域R1に設けられるセパレータ14aには、予め350℃で1時間加熱処理をしたものを用いた。中央部領域R2に設けられるセパレータ14bには、加熱処理をしないものを用いた。セパレータ14aの線膨張係数は、28.16×10-6℃-1(0〜400℃の平均)であり、セパレータ14bの線膨張係数は、28.61×10-6℃-1(0〜400℃の平均)であった。
実施例3では、厚さ30μmのSUS304と厚さ60μmのアルミニウム合金8011H18の箔を波状に折り曲げて使用した。側部領域R1に設けられるセパレータ14aには、加熱処理しないSUS304をしたものを用いた。中央部領域R2に設けられるセパレータ14bには、加熱処理をしないアルミニウム合金8011H18を用いた。セパレータ14aの線膨張係数は、17.9×10-6℃-1(0〜400℃の平均)であり、セパレータ14bの線膨張係数は、28.61×10-6℃-1(0〜400℃の平均)であった。
一方、比較例1では、厚さ60μmのアルミニウム合金3304の箔を波状に折り曲げて使用した。比較例1ではすべてのセパレータに同じ加熱処理をしないものを用いた。したがって、全てのセパレータの線膨張係数は、上述した実施例1のセパレータ14bの線膨張係数と同様の29.18×10-6℃-1(0〜400℃の平均)であった。
比較例2では、厚さ60μmのアルミニウム合金8011H18の箔を波状に折り曲げて使用した。比較例2ではすべてのセパレータに同じ加熱処理をしないものを用いた。したがって、全てのセパレータの線膨張係数は、上述した実施例2のセパレータ14bの線膨張係数と同様の28.61×10-6℃-1(0〜400℃の平均)であった。
一方、エアフィルタユニットの捕集効率については、矩形ダクトにセットし、風量を35m3/分となるように空気の流れを調整し、エアフィルタユニットの上流側に大気塵粒子を導入し、エアフィルタユニットの上流側と下流側の0.3μm粒子の濃度を、光散乱式粒子計数器を用いて測定を行った。その際、上述した熱履歴のサイクルを与えて測定した。エアフィルタユニットの捕集効率は、0サイクル(測定開始直後)、5サイクル目、10サイクル目、15サイクル目の終了直後に室温の状態で測定し、下記式に従ってエアフィルタユニットの捕集効率を求めた。
捕集効率(%)=[1−(下流側の粒子の濃度/上流側の粒子の濃度)]
×100
これによると、側部領域R1と中央部領域R2との間で線膨張係数を異ならせた実施例1,2,3は、いずれも15回目においても捕集効率は99.97%以上あり、合格品である。一方、収縮長さは、許容範囲内の4mm以下であった。
比較例1,2では、収縮長さが許容範囲の上限の4mmを超え、不合格品であった。特に、比較例2では、10サイクル目、15サイクル目において捕集効率は許容範囲の下限である99.97%を下回った。これは、収縮長さが大きくなり、プリーツ濾材の形状を維持することが難しくなり形状変形することにより、捕集効率が低下したものと想定される。
以上より、本実施形態のエアフィルタユニットの効果は明らかである。
12,112 プリーツ濾材
14,14a,14b,114 セパレータ
15 剛性板
16,116 フィルタ枠体
16a リブ
18 繊維製シール材
18a シート状シール材層
Claims (5)
- 気流中の塵を捕集するエアフィルタユニットであって、
繊維製濾材を第1の方向に沿って複数回折ったジグザク形状のプリーツ濾材と、
前記プリーツ濾材に形成される複数の折り畳み空間のそれぞれを維持するために前記折り畳み空間のそれぞれに挿入される、波形状に折り曲げられて前記第1の方向に延びる複数の金属製の空間維持部材と、
前記折り畳み空間に前記空間維持部材が挿入された前記プリーツ濾材の周囲を囲み、前記プリーツ濾材を支持固定する金属製のフィルタ枠体と、
前記プリーツ濾材における前記第1の方向の両端部と当接することにより、前記フィルタ枠体との間の隙間をシールする繊維製シール材と、を有し、
前記空間維持部材の線膨張係数は、前記フィルタ枠体の線膨張係数以上であり、
前記空間維持部材のうち、前記第1の方向と直交する第2の方向において前記プリーツ濾材の最も外側に位置する両側部を含む側部領域に設けられる第1の空間維持部材の線膨張係数は、いずれも、前記側部領域に挟まれる中央部領域に設けられる第2の空間維持部材の線膨張係数に比べて小さい、ことを特徴とするエアフィルタユニット。 - 前記第1の空間維持部材には、前記第2の空間維持部材の金属材料と同じ金属材料であって、0〜400℃の平均線膨張係数が前記第2の空間維持部材に比べて小さい熱処理金属材料が用いられる、請求項1に記載のエアフィルタユニット。
- 前記フィルタ枠体に、ステンレス鋼が用いられ、前記第1の空間維持部材及び前記第2の空間維持部材に、アルミニウムあるいはアルミニウム合金が用いられる、請求項1または2に記載のエアフィルタユニット。
- 前記第1の空間維持部材の線膨張係数をAとし、前記第2の空間維持部材の線膨張係数をBとしたとき、比A/Bは0.4以上1.0未満である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のエアフィルタユニット。
- 前記第1の空間維持部材の表面には、型押しされて形成された凹凸部が複数設けられている、請求項1〜4のいずれか1項に記載のエアフィルタユニット。
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