JP6089199B2

JP6089199B2 - エアフィルタとこのエアフィルタを備えた空気清浄装置

Info

Publication number: JP6089199B2
Application number: JP2012136612A
Authority: JP
Inventors: 慶太高橋; 美緒織部
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2032-06-18
Also published as: JP2013188734A

Description

本発明は、空気調和機などに組み込まれるエアフィルタ、およびこのエアフィルタを備えた空気清浄装置に関する。

従来のエアフィルタは、風上側から見て上層、中間層、下層と繊維直径の太いものから順次、細い繊維に複層する構成となっていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−８９２２６号公報

上記従来例における課題は、フィルタ寿命が短いということであった。

すなわち、初期の捕集性能を高めるべく、各層の繊維径を小さくすると、長期使用による圧力損失の上昇が著しく、使用者は数年でのフィルタ交換を余儀なくされるという課題があった。

そこで本発明は、長期使用においても圧力損失の上昇を抑えることを目的とするものである。

そしてこの目的を達成するために本発明は、基材部と、前記基材部の一方の表面上に設けた繊維層を備え、前記繊維層は太いナノファイバーで形成した第１のナノファイバー集合体と、前記太いナノファイバーに比べて、細いナノファイバーでかつ空隙を狭くして形成した第２のナノファイバー集合体とで構成するとともに、前記繊維層における前記基材部側と前記基材部の反対側に前記第１のナノファイバー集合体を配置したエアフィルタにおいて、前記繊維層は、少なくとも気流の通過方向に前記第１のナノファイバー集合体、前記第２のナノファイバー集合体、前記第１のナノファイバー集合体の順に配置したことを特徴とするものであり、これにより目的を達成するものである。

以上のように本発明は、基材部と、前記基材部の一方の表面上に設けた繊維層を備え、前記繊維層は太いナノファイバーで形成した第１のナノファイバー集合体と、前記太いナノファイバーに比べて、細いナノファイバーでかつ空隙を狭くして形成した第２のナノファイバー集合体とで構成するとともに、前記繊維層における前記基材部側と前記基材部の反対側に前記第１のナノファイバー集合体を配置したエアフィルタにおいて、前記繊維層は、少なくとも気流の通過方向に前記第１のナノファイバー集合体、前記第２のナノファイバー集合体、前記第１のナノファイバー集合体の順に配置したものであるので、初期の捕集性能を高い状態に維持でき、しかも長期使用においても圧力損失の上昇を抑えることが出来るものである。

すなわち、本発明においては、前記第２のナノファイバー集合体により、小さな塵埃を捕集する。次に再度、前記第１のナノファイバー集合体が形成されていることで、前記第２のナノファイバー集合体の繊維間を通過するときに、前記第２のナノファイバー集合体の空隙は前記第１のナノファイバー集合体の空隙よりも狭いため、風速が上昇し、前記第２のナノファイバー集合体を通過した空気よりも比重の高い塵埃は慣性力により、次に通過する前記第１のナノファイバー集合体の繊維に衝突しやすくなり、接触確率が向上し集塵効率が高くなる。そこで初期の集塵効率を従来と合わせた場合、前記第１のナノファイバー集合体の流路方向の繊維間距離を広げることが可能となり、塵埃が詰まりにくくなり、長期使用時の圧力損失の上昇を抑えることができる。

本発明の実施の形態を示すエアフィルタを備えた空気清浄装置の断面図同エアフィルタの斜視図同濾材部の拡大斜視図同濾材部の拡大断面図同繊維層の拡大断面図同第１のナノファイバー集合体の拡大写真同第２のナノファイバー集合体の拡大写真エアフィルタの製造方法を示す概略図

本発明の請求項１記載のエアフィルタは、基材部と、前記基材部の一方の表面上に設けた繊維層を備え、前記繊維層は太いナノファイバーで形成した第１のナノファイバー集合体と、前記太いナノファイバーに比べて、細いナノファイバーでかつ空隙を狭くして形成した第２のナノファイバー集合体とで構成するとともに、前記繊維層における前記基材部側と前記基材部の反対側に前記第１のナノファイバー集合体を配置したエアフィルタにおいて、前記繊維層は、少なくとも気流の通過方向に前記第１のナノファイバー集合体、前記第２のナノファイバー集合体、前記第１のナノファイバー集合体の順に配置したものである。これにより、前記繊維層に送風される空気流の最上流側面に、前記第１のナノファイバー集合体を形成し、大きな塵埃を捕集する。次に前記第２のナノファイバー集合体により、小さな塵埃を捕集する。次に再度、前記第１のナノファイバー集合体が形成されていることで、前記第２のナノファイバー集合体の繊維間を通過するときに、前記第２のナノファイバー集合体の空隙は前記第１のナノファイバー集合体の空隙よりも狭いため、風速が上昇し、前記第２のナノファイバー集合体を通過した空気よりも比重の高い塵埃は慣性力により、次に通過する前記第１のナノファイバー集合体の繊維に衝突しやすくなり、接触確率が向上し集塵効率が高くなる。そこで初期の集塵効率を従来例と合わせた場合、前記第１のナノファイバー集合体の流路方向の繊維間距離を広げることが可能となり、塵埃が詰まりにくくなり、長期使用時の圧力損失の上昇を抑えることができる。

また、前記第１のナノファイバー集合体は、繊維径寸法が６００から１０００ｎｍ程度で、前記第２のナノファイバー集合体は、１００から３００ｎｍ程度で構成したものである。繊維径寸法の大きい繊維で構成された第１のナノファイバー集合体では、空隙が大きいので、大きな粉塵を捕集しても空隙が詰まらないため、圧力損失の上昇を抑制できる。一方、繊維径寸法の小さい繊維で構成された第２のナノファイバー集合体では、空隙が小さいので、小さな粉塵を効率よく捕集することが可能となり、高い集塵効率を維持できる。これにより、大きな粉塵を空隙の大きい粗い層で、小さな粉塵を空隙の小さい密な層で捕集することができ、粉塵を各層で分離して捕集することにより、エアフィルタの長期間の使用に対する耐久性を得ることができる。

また、ナノファイバー集合体の目付量が、前記第２のナノファイバー集合体について、前記第１のナノファイバー集合体よりも相対的に少量とすることにより、第２のナノファイバー集合体は単位体積あたりに占める繊維の本数が少なくなり、空隙を大きくすることが出来る。よって、高い捕集性能を維持しつつ、繊維間距離が狭くなりすぎることを抑制し、圧力損失の上昇を抑えることができる。

また、ナノファイバー集合体の目付量を、基材部反対側の第１のナノファイバー集合体について最も多量とすることにより、大きな粉塵の集塵効率を高めることができる。これにより、空隙の小さい密な層である第２のナノファイバー集合体に対する粉塵の負荷を低減できるため、目詰まりしにくくなり、長期使用時の圧力損失の上昇を抑えることができる。

また、第１のナノファイバー集合体と第２のナノファイバー集合体が５層に積層してなるものである。これにより、第２のナノファイバー集合体を２層に分けることで、流路方向の繊維間距離が広がるため、塵埃が詰まりにくくなり、長期使用時の圧力損失の上昇を抑えることができる。

また、吸気口とエアフィルタと送風手段と排気口を備えた空気清浄装置であって、前記エアフィルタが請求項１から６いずれか一つに記載のエアフィルタであり、前記エアフィルタの繊維層を基材部より、送風される空気流の上流側面に配置したものである。これにより、繊維層が基材部から剥れることによる集塵効率の低下を長期に亘り抑制することができるため、長期間の使用が可能となる。

（実施の形態）
以下本発明の実施の形態１を、添付図面を用いて説明する。

図１に示すように、本実施形態のエアフィルタを備えた空気清浄装置は、本体ケース１内に送風手段２とエアフィルタ３とを備えている。

本体ケース１は、略縦長箱形状で、この本体ケース１の前面側側面部に、略四角形状の吸気口４を設け、本体ケース１の天面部に、略四角形状の排気口５を備えている。この排気口５には、風向ルーバー６を設けている。

送風手段２は、本体ケース１の吸気口４と、排気口５との間の風路に設けられ、スクロール形状のケーシング７と、このケーシング７内に設けられた遠心送風ファンである羽根８と、この羽根８を回転させる電動機９とから形成している。エアフィルタ３は、本体ケース１の吸気口４に位置している。送風手段２によって、吸気口４から本体ケース１内に吸気された室内の空気は、エアフィルタ３を介して排気口５へと送風するものである。つまり、室内の空気をエアフィルタ３で清浄して、室内へ送風されるものである。

エアフィルタ３は、図２、図３に示すように、プリーツ形状の濾材部１０と、この濾材部１０をプリーツ形状に保持すべく濾材部１０の外周に設けた枠形状の形状保持部１１とから形成している。

濾材部１０は、図４に示すように、基材部１４と、この基材部１４へ送風される空気流の上流側面に設けた繊維層１５を備えている。基材部１４はスパンボンド法、乾式または湿式法、メルトブローン法、エアレイド法などにより製造されたパルプ繊維、樹脂繊維、炭素繊維および無機繊維、またはそれらの少なくとも１つを含んでいる不織布から構成される。基材部１４の目付量は、１０〜１００ｇ／ｍ^２であることが好ましい。目付量が１０ｇ／ｍ^２未満であると、基材部１４の腰強度が低下することにより、プリーツ加工の生産性の低下やフィルタ形状の維持が困難になるので、好ましくない。基材部１４の平均繊維径は、１〜５０μｍであることが好ましい。平均繊維径が１μｍ未満であると、単繊維の強度が低く、補強材としての強度が不十分となり、５０μｍ以上であると、基材部１４の厚みが厚くなり、プリーツ加工による構造的な圧力損失が大きくなるので、好ましくない。

繊維層１５は、繊維径寸法が１００から１０００ｎｍである繊維によって形成されている。具体的には、複数のナノファイバーが絡み合って繊維層１５を形成するものである。繊維層１５の破損を防止するために、保護層１３を繊維層１５の表面側（風上側）に設けても良い。保護層１３の材質の一例としては、基材と同じ材質であっても良いし、熱溶融性の樹脂不織布などを用いても良い。熱溶融性の不織布を用いた場合には、加熱によって繊維層１５を固定化できるという効果が得られる。

基材部１４と保護層１３は、圧力損失が１〜１０Ｐａ程度で、空気の流入を妨げないものが好ましい。圧力損失が１０Ｐａ以上であると、エアフィルタ３の圧力損失が大きくなり、ナノファイバーの低圧力損失特性が薄れてしまうので、好ましくない。

本実施形態における特徴は、図５に示すように、基材部１４とこの基材部１４の表面上に設けた、ナノファイバーの集合体からなる繊維層１５と保護層１３で濾材部１０を構成し、繊維層１５は繊維径寸法が主に８００ｎｍ程度のナノファイバーの集合体である第１のナノファイバー集合体１６と、主に２５０ｎｍ程度のナノファイバーの集合体である第２のナノファイバー集合体１７を交互に５層に積層し、且つ第１のナノファイバー集合体１６を基材部１４側と基材部１４の反対側の両最表面に構成としたことである。

すなわち、繊維層１５に送風される空気流の最上流側面に、第１のナノファイバーの最上層１６ａを形成し、大きな塵埃を集塵する。次に第２のナノファイバーの上層１７ａにより、小さな塵埃を捕集する。

次に再度、第１のナノファイバーの中層１６ｂが形成されていることで、第２のナノファイバーの上層１７ａの繊維間を通過するときに、第２のナノファイバーの上層１７ａの空隙は第１のナノファイバーの最上層１６ａの空隙よりも狭いため、風速が上昇し、第２のナノファイバーの上層１７ａを通過した空気よりも比重の高い塵埃は慣性力により、第１のナノファイバーの中層１６ｂの繊維に衝突しやすくなり、接触確率が向上し集塵効率が高くなる。

そこに再度、第２のナノファイバーの下層１７ｂと第１のナノファイバーの最下層１６ｃを積層することにより、より高い集塵効率が得られる。そこで初期の集塵効率を従来と合わせた場合、第１のナノファイバー集合体１６と、第２のナノファイバー集合体１７のどちらにおいても流路方向の繊維間距離を広げることが可能となり、塵埃が詰まりにくくなり、長期使用時の圧力損失の上昇を抑えることができる。

第１のナノファイバー集合体１６の表面拡大写真を、図６に示す。また第２のナノファイバー集合体１７の表面拡大写真を、図７に示す。本図よりそれぞれの第１のナノファイバー集合体１６、第２のナノファイバー集合体１７の繊維径の太さの違い、また繊維間距離の違いが確認できる。尚、これら図６、図７において白い繊維状に見える部分が、ナノファイバーで構成された繊維部分であり、黒い部分がナノファイバーの空隙を示している。

ここで、繊維径はほぼ正規分布となり、前記の２５０ｎｍ、８００ｎｍは、中心径の数値で標準偏差のばらつきを含んだ数値のため、「主に２５０ｎｍ程度」「主に８００ｎｍ程度」と記載している。

通常、繊維径寸法が大きいと繊維間距離が長くなり、空隙が大きくなるので、大きな粉塵を捕集しても空隙が詰まらなく、圧力損失の増加を抑制できる。一方、繊維径寸法が小さいと空隙が小さくなるので、粉塵を捕集すると空隙が閉塞されるので圧力損失の増加が著しいが、小さな粉塵を効率よく捕集することができる。

本実施形態における特徴は、第１のナノファイバー集合体１６の繊維径寸法を６００ｎｍから１０００ｎｍに、第２のナノファイバー集合体１７の繊維径寸法を１００ｎｍから３００ｎｍにしたことである。第１のナノファイバー集合体１６は最上流側面に位置し、大きな粉塵を捕集するので、繊維径寸法が６００ｎｍ未満であると圧力損失の増加が大きくなってしまうので好ましくなく、１０００ｎｍ以上であるとナノファイバーの低圧力損失、高集塵効率の特性が薄れてしまうので、好ましくない。また、第２のナノファイバー集合体１７は小さな粉塵を捕集するので、繊維径寸法が３００ｎｍ以上であると集塵効率が低くなってしまうので好ましくなく、１００ｎｍ未満であると空隙が閉塞されやすくなり、圧力損失の増加が大きくなってしまうので好ましくない。

また、一般的に、太い繊維と細い繊維を、同じ目付量になるように吹き付けた場合、材質が同じであれば、細い繊維のほうが、単位体積あたりに占める繊維の本数が多くなり、空隙が小さくなる。その結果として、構造が密となり初期は高い集塵効率が得られるが、塵埃粒子が密なナノファイバー集合体にトラップされると、それによって空隙が閉塞され、圧力損失が上昇し、エアフィルタとしての性能が低下する。よって、長期間にわたる使用において不利となる。

本実施形態における特徴は、第２のナノファイバー集合体１７の目付量を、第１のナノファイバー集合体１６よりも相対的に少量としたことである。第２のナノファイバー集合体１７は単位体積あたりに占める繊維の本数が少なくなり、空隙を大きくすることが出来る。よって、高い捕集性能を維持しつつ、繊維間距離が狭くなりすぎることを抑制し、圧力損失の上昇を抑えることができる。

本実施形態における特徴は、図５に示すように、基材部反対側、すなわち保護層１３側の第１のナノファイバーの最上層１６ａの目付量を最も多くしたことである。これにより、第１のナノファイバーの最上層１６ａの捕集性能が上昇するので、第２のナノファイバーの上層１７ａへの粉塵負荷を低減できることになり、それによって空隙が閉塞されにくくなるので、圧力損失の上昇を抑えることができる。

また、第２のナノファイバー集合体１７を第１のナノファイバーの中層１６ｂを介して、第２のナノファイバーの上層１７ａと第２のナノファイバーの下層１７ｂの２層に分けることで、細いナノファイバーの流路方向の繊維間距離が広がるため、塵埃が詰まりにくくなり、長期使用時の圧力損失の上昇を抑えることができる。また第１のナノファイバー集合体１６が第１のナノファイバーの最上層１６ａ、第１のナノファイバーの中層１６ｂ、第１のナノファイバーの最下層１６ｃの３層となり、風路方向に間隔が空くことで衝突又は接触確率が向上し、集塵効率がより高くなる。

また、空気清浄装置は、エアフィルタ３の繊維層１５を基材部１４より、送風される空気流の上流側面に配置したことにより、繊維層１５が基材部１４から剥れることによる集塵効率の低下を長期に亘り抑制することができるため、長期間の使用が可能となる。

ここで、エアフィルタ３の製造方法について説明する。図８に示すように、製造設備は、基材部１４を載せて水平方向へ搬送する搬送手段１８と、この搬送手段１８の上方に位置するノズル１９、２０とから構成している。

ノズル１９は、搬送手段１８によって搬送される平板状の基材部１４の上面である表面上に第１のナノファイバー集合体１６を形成するために高分子ポリマー溶液を吹き付けるものである。

ノズル２０は、搬送手段１８によって搬送される第１のナノファイバー集合体１６の上面である表面上に第２のナノファイバー集合体１７を形成するために高分子ポリマー溶液を吹き付けるものである。

エアフィルタ３の製造は、まず、平板形状の基材部１４を搬送手段１８によって搬送させながら、ノズル１９から第１のナノファイバー集合体１６を形成するために高分子ポリマー溶液を基材部１４に向かって放出する。ここで、ノズル１９には、＋２０ＫＶ程度の電圧が印加され、搬送手段１８はアース処理をしており、この電位差によって、ノズル１９から放出した第１のナノファイバー集合体１６を形成する高分子ポリマー溶液が基材部１４の表面に付着する。次にノズル２０から第２のナノファイバー集合体１７を形成するために高分子ポリマー溶液を第１のナノファイバー集合体１６表面に向かって放出する。ノズル２０にも、＋２０ＫＶ程度の電圧が印加され、電位差によって、ノズル２０から放出した高分子ポリマー溶液が第１のナノファイバー集合体１６の表面に付着し、第２のナノファイバー集合体１７を形成する。

例えば第１のナノファイバー集合体１６と第２のナノファイバー集合体１７を交互に５層に積層する場合は、搬送手段１８の上方に、ノズル１９とノズル２０を交互に、５列並べて高分子ポリマー溶液を吹き付けることとなる。

このような、構成とすることでナノファイバー集合体の積層数が増えても、製造工程を大きく変更することなくノズル数を追加するだけで連続的に容易に製造が可能となる。

以上のように本発明は、初期の捕集性能を高めるとともに、長期使用においても圧力損失の上昇を抑えることが出来る。

従って、家庭用や事務所用などの、エアフィルタ、およびこのエアフィルタの製造方法、およびこのエアフィルタを備えた空気清浄装置として活用が期待されるものである。

１本体ケース
２送風手段
３エアフィルタ
４吸気口
５排気口
６風向ルーバー
７ケーシング
８羽根
９電動機
１０濾材部
１１形状保持部
１３保護層
１４基材部
１５繊維層
１６第１のナノファイバー集合体
１６ａ第１のナノファイバーの最上層
１６ｂ第１のナノファイバーの中層
１６ｃ第１のナノファイバーの最下層
１７第２のナノファイバー集合体
１７ａ第２のナノファイバーの上層
１７ｂ第２のナノファイバーの下層
１８搬送手段
１９ノズル
２０ノズル

Claims

基材部と、前記基材部の一方の表面上に設けた繊維層を備え、前記繊維層は太いナノファイバーで形成した第１のナノファイバー集合体と、前記太いナノファイバーに比べて、細いナノファイバーでかつ空隙を狭くして形成した第２のナノファイバー集合体とで構成するとともに、前記繊維層における前記基材部側と前記基材部の反対側に前記第１のナノファイバー集合体を配置したエアフィルタにおいて、前記繊維層は、少なくとも気流の通過方向に前記第１のナノファイバー集合体、前記第２のナノファイバー集合体、前記第１のナノファイバー集合体の順に配置したエアフィルタ。
第１のナノファイバー集合体は、繊維径寸法が主に６００ｎｍから１０００ｎｍであり、第２のナノファイバー集合体は、主に１００ｎｍから３００ｎｍである請求項１記載のエアフィルタ。
ナノファイバー集合体の目付量が、第２のナノファイバー集合体について、第１のナノファイバー集合体よりも相対的に少量であることを特徴とする請求項１または２に記載のエアフィルタ。
ナノファイバー集合体の目付量が、基材部反対側の第１のナノファイバー集合体について最も多量であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のエアフィルタ。
第１のナノファイバー集合体と第２のナノファイバー集合体が５層に積層されたことを特徴とする請求項１から４いずれか１つに記載のエアフィルタ。
吸気口とエアフィルタと送風手段と排気口を備えた空気清浄装置であって、前記エアフィルタが請求項１から５いずれか一つに記載のエアフィルタであり、前記エアフィルタの繊維層を基材部より風上側に配置したことを特徴とする空気清浄装置。