JP6259954B2 - 空気清浄のためのひだ状フィルタ構造及び空気フィルタリング方法 - Google Patents

Description

本発明は、フィルタリングされるべき気体から気体状汚染物質をフィルタリングするための方法及び装置、並びに該装置の製造の方法に関する。

屋内の空気汚染は、世界中の多くの都市化された領域において重大な健康被害を呈している。空気汚染源は、屋外（例えば自動車及び工業界）にも屋内（調理、喫煙、ろうそくの燃焼、香料の燃焼、気体を放出する建物／装飾材料、気体を放出するワックスの使用、塗料、研磨剤等）にもある。屋内の汚染レベルは、しばしば屋外よりも高い。同時に、多くの人は殆どの時間を屋内で過ごし、従って不健康なレベルな空気汚染にほとんど継続的にさらされ得る。

屋内の空気の清浄度を向上せるための方法のひとつは、１つ以上の空気フィルタを有する清浄ユニットを通して屋内の空気を継続的に再循環させることが可能な空気清浄器を屋内に設置することである。屋内の空気の清浄度を向上せるための別の方法は、フィルタリングされた屋外の空気との継続的な換気を行うことである。後者の場合には、空気フィルタは通常、温度調節、換気、及び屋外から引いた換気用の空気を屋内に放出する前に１つ以上の空気フィルタを通すことによって清浄化することが可能な、暖房換気空調（ＨＶＡＣ）システムに含まれる。清浄化された屋外の空気との換気は、屋内の汚染された空気を置き換え、屋内の汚染レベルを希釈する。

空気から空中の粒子を除去するため、機械的な埃フィルタの広範な選択肢が市場で利用可能である。機械的な埃フィルタは、汚染された空気が該フィルタを通過するときに、空中の粒子を捕捉することが可能な、密な繊維状シート／布材料を有する。該フィルタの表面積を増大させるため、該繊維状の布をひだ状にする（pleat）ことが一般的である。フィルタをひだ状にすることは、良く確立された工業的工程である。

図１ａ乃至ｃは、先行技術から良く知られたひだ状の機械的な埃フィルタの単純な例を示す。繊維状の布材料の１枚のシート１０が折り畳まれ、ひだ状のフィルタ構造１２を形成する。フィルタリングされるべき空気１４が該布の表面を通過し、その間に該材料に汚染物質粒子が捕捉される。

空気から汚染気体を除去するためには、多くの揮発性有機炭化水素気体（ＶＯＣ）及び幾つかの無機気体（ＮＯ_２、Ｏ_３、ラドン）を空気から吸着／除去することが可能な、活性炭フィルタがしばしば用いられる。活性炭材料は通常、空気透過性フィルタのフレーム構造に含まれる顆粒として存在する。ここでも、フレームのひだ状化が利用される。しかしながら、ひだ状にすることはフィルタの体積をも増大させ、炭素が含まれるものよりもフィルタのフレームが一般的にコストの高いものとなる。

ホルムアルデヒド及び／又は小さな酸性気体（ＳＯ_２、酢酸、蟻酸、ＨＮＯｘ）を空気から除去するためには、活性炭自体は非常に効果的であるというわけではない。その代わりに、空気からこれらの気体を化学的に吸収することが可能な含浸フィルタ材料が用いられ得る。吸収は、酸塩基相互作用を介して、又は化学的凝縮作用を通して、生じ得る。活性炭顆粒は、含浸担体として用いられ得るが、親水性の繊維状セルロース紙、又はガラス繊維シート材料が、この目的に適している。

米国特許US6071479は、化学含浸紙又はガラス繊維材料を有する、波形で平行な板状の気体フィルタ構造の使用を開示している。

図２においては、斯かる既知の波形フィルタ構造の例２０が示され、図３においては、平行な板状のフィルタ構造の例２８が同様に示されている。これらフィルタ構造の利点は、同じフィルタ寿命及びフィルタ機能の（ひだ状の）顆粒フィルタ構造と比較した場合に、かなり小さい引き起こされる空気圧降下、及びかなり小さなフィルタ体積に関連付けられる。フィルタの前後での小さな空気圧降下は、例えば図１ａ乃至ｃの例のようなひだ状の粒子フィルタの場合におけるように、空気流２２が実効フィルタリング面２４、３０と平行であり、面に亘って又は面を通って垂直にではなく、フィルタ面に亘って横方向に通過するという事実による。低減された空気圧降下は、より容易に空気がフィルタ構造を通過し得、フィルタが例えばファン又は吸引器により支援される場合にはエネルギーコストを削減し、又は装置を通る空気のより高い流速を実現することを意味する。それ故、波形又は平行な板型のフィルタ構造の使用は一般に、顆粒フィルタ構造の使用よりも好適である。

米国特許US6071479において提案された空気清浄のための波形のフィルタ構造及び平行な板型のフィルタ構造の重大な欠点は、工業的な製造が困難であることである。これまでのところ、これらのフィルタ構造を低コストで大量生産するために適した興行的な工程は存在しない。同時に、繊維状材料から成る埃フィルタシートをひだ状にすることは、工業的に成熟した工程である（図１ａ参照）。シートのひだは、フィルタ空間を大きく増大させることなく、空中の粒子を捕捉するための利用可能なフィルタ表面積を広げる。不運にも、しわ状にする工程は、粒子フィルタのためのフィルタ業界においてのみ適用されている。空気から気体状の汚染物質を捕捉するよう意図された空気フィルタについては、同等のものが存在しない。図１ａ乃至ｃに示されたしわ状の構造については、粒子状の汚染物質をフィルタリングするためには、空気（流れが矢印１４により示されている）が繊維状のフィルタシート／布１０を通る必要がある。

活性炭材料が、２つの粒子フィルタシート間の微細顆粒材料として挟持された、又は単一の繊維状粒子フィルタシートに接着された、しわ状のフィルタ構造として、組み合わせ空気フィルタが最近市場に登場してきた。これら空気フィルタの欠点は、フィルタ構造に非常に限られた量の活性炭材料しか含められず、有用な活性炭フィルタの短い寿命をもたらす点である。ここでもまた、空気が合成フィルタシートを通過する必要があり、これにより、フィルタ構造内の活性炭材料の量が増大させられると、急激に上昇する空気圧降下を引き起こす。

先行技術の粒子フィルタと同様な態様でしわ状にされ、それによりこれらのフィルタに存在する工業的に成熟した大量生産工程の利点が用いられることを可能とするが、気体がフィルタシートを通る必要がなく、その代わりに先行技術の平行な板型の及び波形のフィルタの場合におけるように、フィルタシートの表面を横方向に通過することができる、空気から気体状の汚染物質を除去するために適したフィルタ構造が望ましい。

本発明は、請求項により定義される。

本発明の一態様によれば、フィルタリングされるべき気体から気体状の汚染物質を除去するためのフィルタ構造であって、前記フィルタ構造はフィルタシートを有し、
前記フィルタシートは、一連の結合されたシート部分を形成するようひだ状にされ、各シート部分は上端と底端とを持ち、隣接する前記シート部分は、前記上端が互いに接合して上側折り畳み部のセットを定義し、前記底端が互いに接合して底側折り畳み部のセットを定義し、

前記折り畳み部の少なくとも１つが、前記フィルタリングされるべき気体の通過のための１つ以上のスリット型の開口を含む、フィルタ構造が提供される。

前記ひだ状のフィルタシートは、１つ以上のひだの折り畳み部の位置において、１つ以上のスリット型の開口を持ち、該開口を気体が通ることができる。フィルタリングされるべき気体は、該フィルタ構造を横断方向に入り、ここで横断方向とは、上側折り畳み部又は底側折り畳み部を含む平面に垂直であることを意味する。該気体は、折り畳み部における１つ以上のスリット型の開口を通って、及び／又は上側折り畳み部間の間隙を通って出る。該フィルタを通過する気体は、前記シート部分の平坦な面に略平行に通過し、隣接するシート部分間の先細の間隔により通路が形成される。

汚染物質は、気体が該シート部分の表面上を通過するときの横方向の気体拡散を含む工程を通して、該気体から除去される。

フィルタ面を（垂直に）通過する気体流とは異なり、フィルタ面に略平行な気体流は、フィルタ前後で引き起こされる気体の圧力降下を減少させる。フィルタ前後で所望の気体流量を維持するため、より小さな引き起こされる気体圧降下は、当該流量を維持するために必要とされる外力が小さいことを意味する。

平坦な又は平面状のフィルタシートとは異なり、ひだ状のフィルタシートは、増大させられた有効フィルタリング表面積を持ち、それ故、所与の気体流量に対してフィルタリング効率を向上させ、又は所与のフィルタリング効率に対して流量容量を増大させる。

前記１つ以上のスリット型の開口を介して、該フィルタ構造の一方の側から他方の側への気体の通路がある。最も単純な例においては、上側折り畳み部か又は底側折り畳み部の一方の折り畳み部にのみ、１つのスリット型の穴のみが含まれ、当該一方の折り畳み部が、該構造の一方の側から他方の側への気体の通過を容易にする。

他の例においては、各上側折り畳み部は、フィルタリングされるべき気体の通過のための１つ以上のスリット型の開口を含んでも良く、ここで該上側折り畳み部のそれぞれに少なくとも１つのスリットが含まれる。

多くの数のスリットは、フィルタの前後において引き起こされる気体圧降下を減少させ、それ故流量容量を増大させる。上側折り畳み部のみが開口を含む場合、空気は基部折り畳み部間を通過することによって該フィルタ構造に入り、上側折り畳み部における開口を通って該フィルタ構造から出る。この場合、下向きの面（基部折り畳み部に向いた面）のみが有効なフィルタ機能を実行し、上向きの面はフィルタリングされるべき気体と接触しない。

他の例によれば、各底部折り畳み部は、フィルタリングされるべき気体の通過のための１つ以上のスリット型の開口を含む。

この場合には、フィルタリングされるべき気体は、該フィルタ構造に入る際に該基部折り畳み部を通過することができ、続いて上側折り畳み部間の空間を通って出る。この場合には、シート要素の上向きの面は、有効なフィルタ機能を実行することが可能である。

フィルタシート部分は、フィルタリングされるべき気体の通過を遮断するためのものであり得る。略気体不透過性であるフィルタシートは、ひだの折り畳み部におけるスリット型の開口又は折り畳み部間の間隙を通ってのみ気体が該フィルタ構造に入り該フィルタ構造から出ることを確実にする。このことは、気体がフィルタを通過する間に方向を変える、膨張する又は収縮する必要がないことを確実にし、このことは次いでフィルタの前後で引き起こされる気体圧降下の最小化に帰着する。

隣接するシート部分間の角度は、４５度以下であっても良い。

隣接する上側折り畳み部間の、又は隣接する底側折り畳み部間の間隔は、０．５ｍｍと５ｍｍとの間であっても良い。

側壁への気体汚染物質の輸送は、横方向の拡散を介して起きる。シート要素の表面に亘る汚染物質の抽出における高い効率を保証するのに十分な高速な横方向の拡散速度は、各シート要素間のピッチを０．５ｍｍと５ｍｍとの間に保つことにより実現される。折り畳み部間の当該小さな横方向の間隔は、フィルタ構造を更に小型化し、全体の体積を最小化する。

各シート部分の基部端と上端との間の長さは、１０ｍｍと６０ｍｍとの間であっても良い。

前記フィルタシートは、紙又はガラス繊維若しくは不織布のような化学含浸繊維材料の吸収性シートを有しても良く、
前記フィルタシートは、触媒気体酸化が可能な気体酸化要素を有しても良く、又は
前記フィルタシートは、活性炭材料を含む活性炭要素を有しても良い。

異なるフィルタリング材料は、異なる種類の汚染物質の除去を容易化し得る。担体気体からのホルムアルデヒド及び／又は小さな酸性気体（ＳＯ_２、酢酸、蟻酸、ＨＮＯｘ）の除去のためには、これら気体を化学的に吸収することが可能な含浸フィルタ材料が利用されても良い。吸収は、酸塩基相互作用を介して、又は化学的凝縮作用を通して、生じ得る。

代替として、該フィルタシートは、触媒酸化を介してホルムアルデヒド及び揮発性有機炭化水素気体のような汚染物質を除去することが可能な、酸化フィルタリング材料（例えば無機担体材料上のＵＶ照射されたＴｉＯ_２材料）を有しても良い。

多くのＶＯＣ並びにＮＯ_２及びラドンのような幾つかの無機気体の担体気体からの除去を可能とする、吸着性活性炭材料が、フィルタリング材料として用いられても良い。この場合には、空気清浄化は、活性炭の細孔における気体状汚染物質の吸着を通して行われる。

本発明の他の態様によれば、フィルタリングされるべき気体からの気体状の汚染物質の除去のためのフィルタ構造を提供する方法であって、
平行なスリット型の開口の１つ以上の行を持ち、前記行が前記スリット型の開口の幅方向と平行に延在する、フィルタシートを提供するステップと、
前記スリット型の開口の長さ方向に平行に延在する折り目を形成することにより、前記フィルタシートをひだ状にするステップであって、前記折り目は、少なくとも各前記スリット型の開口の位置において形成され、各前記折り畳み部の方向は、隣接する折り目の方向とは反対であり、これにより一連のひだ状にされたシート部分を生成するステップと、
を有する方法が提供される。

該方法の実効のためには、１つの主要構成要素（フィルタシート）の操作しか必要とされないため、本方法は幾つかの部分の組み立てを必要とする方法に比べて簡略化をもたらす。

例えば穿孔又は切断によって後続して形成された穴を持つ、連続フィルタシートが最初に提供されても良い。代替としては、フィルタシートは、穿孔若しくは切断の先行工程によって、又は穴により占有される領域から材料を除外するシート成型工程によって、既に形成された穴を備えられても良い。

該シートは、単一の行の開口を含んでも良いし、又は１つよりも多い行の開口を含んでも良い。該シートに単一の行の開口のみが備えられる場合には、各折り畳み部（上側又は基部）は、最大で１つの含まれたスリットを持つ。

前記スリット型の開口の長さ方向と平行に延在するが、いずれの該スリット型の開口とも一致しない、１つ以上の折り目が形成されても良い。

例えば該スリット型の開口から等間隔であり該開口と一致する全ての点において折り目が形成される場合、折り畳み部の２つのセットが形成され、一方は開口を含み、一方は開口のないものである。各行におけるスリットが互いに対して均一に離隔されている場合、該方法により生成されるフィルタ構造は例えば、それぞれが１つ以上のスリット型の開口を含んだ折り畳み部の上側のセットと、スリット型の開口を含んだもののない折り畳み部の基部のセットと、を持つ。代替としては、これら穴は不均一に離隔されても良く、又は同等なものとして、穴と一致しない折り目が不均一な構成に形成されても良い。斯くして、折り畳み部の上側及び底側のセットが形成され得、ここで上側折り畳み部の全てではないが幾つかが穴を含み、及び／又は底側折り畳み部の全てではないが幾つかが穴を含む。

フィルタシート部分は、フィルタリングされるべき気体の通過を遮断するためのものであり得る。

同一の行の隣接する穴の間の間隔は、１０ｍｍと６０ｍｍとの間であっても良い。備えられる折り目の角度は、隣接する上側折り畳み部間又は隣接する底側折り畳み部間の間隔が０．５ｍｍと５ｍｍとの間となるようなものであっても良い。

本発明の他の態様によれば、気体状の汚染物質を除去するため気体をフィルタリングする方法であって、
気体をフィルタ構造を通過させるステップを有し、前記フィルタ構造は、
一連の結合されたシート部分を形成するようひだ状にされたフィルタシートを有し、各前記フィルタ部分は、上端と基部端とを持ち、隣接する前記シート部分は、前記上端が互いに接合して上側折り畳み部のセットを定義し、底端が互いに接合して底側折り畳み部のセットを定義し、前記折り畳み部の少なくとも１つが、前記フィルタリングされるべき気体の通過のための１つ以上のスリット型の開口を含み、
前記方法は、前記気体を前記シート部分間を通過させ、前記気体が、基部折り畳み部を通って及び／又は基部折り畳み部間を通って前記フィルタ構造に入り、前記上側折り畳み部を通って及び／又は前記上側折り畳み部間を通って前記フィルタ構造から出るようにするステップを有する方法が提供される。

当該フィルタリングの方法は、例えば気体がフィルタシートの材料を一方の側から他方の側へと直接に通過する必要がある方法に比べて、フィルタの前後において引き起こされる気体圧降下を最小化させる。本発明による方法においては、能動的なフィルタリングが、本発明によるフィルタ構造内の、吸着若しくは吸着又は酸化面に向かう横方向の拡散を介して起こり、気体がフィルタシートの表面に亘って（該表面に略平行に）通過することしか必要としない。フィルタ構造の一方の側からフィルタ構造の他方の側への気体の通過は、スリット型の開口により容易化され、該構造の一方の側から該構造の他方の側への、大きく低減された圧力降下をもたらす。

該フィルタシート部分は、気体の通過を遮断するためのものであり得る。

本発明の例が、添付図面を参照しながら、以下に詳細に説明される。

先行技術から知られたひだ状の機械的粒子フィルタの例を示す。 先行技術から知られたひだ状の機械的粒子フィルタの例を示す。 先行技術から知られたひだ状の機械的粒子フィルタの例を示す。 先行技術から知られた波形の気体状汚染物質フィルタの例を示す。 先行技術から知られた平行な板型のフィルタ構造の例を示す。 本発明によるフィルタ構造の例を示す。 本発明によるフィルタ構造の例の側面図を示す。 本発明によるフィルタ構造の第２の例を示す。 本発明によるフィルタ構造を製造する方法の例を示す。

本発明は、フィルタリングされるべき気体混合物からの気体状汚染物質の除去のための、ひだ状のフィルタ構造を提供する。該構造は、理想的には空気不透過性のフィルタシートを有し、該フィルタシートは、それぞれが該フィルタシートの折り畳まれた部分によって側面を境界付けられ、一連の上側折り畳み部及び底側折り畳み部によって接合された、該構造を通る空気の通過のための、隣接する一連のスリット型の通路を形成するよう、ひだ状にされる。該上側及び／又は底側折り畳み部は、該構造に入る及び／又は該構造から出るガス混合物の通過を可能とする、スリット型の開口を含む。フィルタリングされるべき気体は、該構造の一方の側を通って入り、該フィルタシート部分の表面上を横方向に通過し、他方の側を通って出る。また、ひだ状のフィルタ構造の製造のための方法であって、フィルタシートにおいてスリット型の開口の行を形成するステップと、隣接する開口の行の長さ方向に沿って交番する方向に折り目を備えるステップと、を有する方法が提供される。気体をフィルタリングするための方法も提供される。

最も単純な実施例においては、本発明は、しわ状にされ、装置に入る及び／又は装置から出る空気の通路のためにひだ状の折り畳み部の１つ以上においてスリットを備えた、有効フィルタリング材料の単一のシートを有する。ひだ状の構造は、平坦な平面状シートと比べて、より大きな有効フィルタリング面積を実現する。面を通過するものではなく、面上の横方向の空気の通路は、該装置における著しく低減された空気圧降下を実現する。低減された空気圧降下は、空気が簡単にフィルタ構造を通過し得ることを意味し、フィルタを通る空気流が例えばファン又は吸引器により支援される場合にエネルギーコストを軽減し、又は該装置における空気の高速な流量を実現する。

最も一般的な形態における本発明は、いずれの任意の背景気体混合物から気体状の汚染物質をフィルタリングするために用いられ得る。単に説明の簡単さのため、以下に説明される例においては、空気のフィルタリングの特定の場合に参照が多く限定される。しかしながら、空気フィルタリングへの参照は、他の気体の基体／担体への本発明の一般的な適用可能性を限定するものとして理解されるべきではない。

以上に説明されたように、有効フィルタリング面に平行な空気の通路に適合される空気／気体フィルタリング装置は知られており、例が図２及び３に示されている。ひだ状のフィルタ構造も良く知られており、例が図１ａ乃至ｃに示されている。しかしながら、これらは現在、粒子フィルタリングの分野に限定されており、空気が横方向ではなくフィルタシートの材料を通って通過することを必要とする。本発明は、ひだ状のフィルタ構造と平行面のフィルタ構造との両方の有利な機能を組み合わせ、フィルタリングされるべき空気が有効面を横方向に通過することができる、ひだ状のフィルタ構造を提供することに基づくものである。

図４において、本発明の単純な実施例が示されている。フィルタシート４０は、交番する方向に規則的に離間された折り目を持ち、一連の結合されたシート部分４２を有するひだ状の構造を形成し、隣接するシート部分は、一方の端部において接合され、これらは互いに接合して合わせて上側折り畳み部４４のセットと底側折り畳み部４６のセットとを定義する。当該折り畳み部において、空気の通過のための、１つ以上のスリット型の開口４８が含まれる。同じ折り畳み部におけるスリット型の開口は、シート材料５０の橋部５０により離隔される。

図４の例は更に、フィルタシート４０を収容し、ひだ状の形状を維持するための、堅固なフレーム５２を有する。しかしながら、他の例においては、堅固なフレームは必要とされない。例えば、該フィルタシートは、外部からの力学的な支持なしで形状を保持する材料から成っていても良い。代替としては、該フィルタ構造は、フィルタシートを収容するための要素を既に有する、より大きな構造又はシステム内の構成要素として組み込まれていても良い。

フィルタリングされるべき空気５４は、基部を通って該構造に入り、上部を通って該構造から出る（又は、代替の例ではその逆）。折り畳み部におけるスリット型の開口は、フィルタシートの一方の側から他方の側へと、フィルタシート自体の材料を通過する必要なく、気体が通過することを可能とする。

図５において、図４のフィルタ構造の例の断面の模式的な図が閉めされ、該装置を通る空気流の経路をより明確に示している。気体は、底側の折り畳み部４６に備えられたスリット４８を通って、及び／又は底側の折り畳み部間を離隔する間隙６４を通過することによって、該構造に入る。気体が入るとき、該気体は隣接するシート部分４２間の先細の離隔によって形成されるスリット型の通路６６を通るよう向けられる。シーと部分は基本的に、平行板型のフィルタ構造における直線状の通路と同様に、複数のスリット型の先細の空気の通路を定義する吸収要素の積層を形成する。空気は、一方の側から他方の側へ、小さな圧力降下しか引き起こさずに、該通路を通過することができる。空気が該通路を通過するとき、該空気は構成要素であるシート部分と接触し、横方向の気体拡散又は酸化の工程によって、気体状の汚染物質が気体から除去される。

図４及び５の具体例においては、折り畳み部のそれぞれに、少なくとも１つのスリット型の開口４８が備えられている。しかしながら、最も単純な例においては、１つのスリット型の開口のみが、上側折り畳み部４４又は底側折り畳み部４６の一方の折り畳み部のみに含まれ、当該一方の折り畳み部が、該構造の一方から他方への気体の通過を容易化する。しかしながら、１つのスリットのみを備えることは、該フィルタ構造を通した空気流の容量に対する抵抗効果を引き起こし得る。

代替の例においては、上側の折り畳み部の幾つか又は全てにスリットが含まれ、底側の折り畳み部にはスリットが含まれなくても良く、その逆であっても良い。前者の場合、空気は底側の折り畳み部間の間隙６４のみを通って該フィルタ構造に入り、対応する上側の折り畳み部４８に備えられたスリットを通ってのみ該構造から出ることができる。この場合には、下向きの面（基部の折り畳み部の方に向いた面）のみが有効フィルタリング機能を実行し、上向きの面はフィルタリングされるべき気体と接触しない。

好適な例においては、フィルタシートは、略空気不透過性である材料を有する。フィルタの効率的な機能のため、空気は、折り畳み部におけるスリット型の開口及び／又は隣接する折り畳み部間の空間を通してのみ、該構造に入り該構造から出る必要がある。このことは、気体がフィルタを通過する間に、該気体が方向を変化させること、膨張すること又は収縮することの必要がないことを確実にし、フィルタ前後で引き起こされる気体圧降下の最小化に帰着する。

異なる例においては、各折り畳み部において形成される角度、及び対応して隣接する上側の折り畳み部間又は隣接する底側の折り畳み部間の空間は、違っていても良い。特定の例においては、隣接するシート部分間に形成される角度は、４５°以下であっても良い。隣接するシート部分間の角度を変化させることは、空気の通路６６の内側寸法に影響を与え、それにより、該構造を通る空気の流れに関する該装置の流体力学的な特性に影響を及ぼす。

流入する空気からの汚染物質の効率的な抽出は、該通路の側壁への横方向の気体拡散の高い速度に依存する。十分に高い速度は、隣接するシート部分間のピッチを数ミリメートルに制限することにより実現され得る。好適な例においては、隣接するシート部分間の角度は、隣接する上側折り畳み部間又は隣接する底側折り畳み部間の間隔が、０．５ｍｍと５ｍｍとの間に制限されるよう選択される。斯かる小さな横方向の間隔は、横方向の拡散が、十分に高い速度で生じることができることを確実にし、汚染物質の抽出における高い効率を保証する。

上端と基部端との間のシート部分の長さも、異なる例においては異なっていても良い。一例においては、端間の長さは、１０ｍｍと６０ｍｍとの間である。該フィルタ構造の有効寿命は、全体の体積に比例して変わり、それ故、所与の数のシート部分に対して、高さを延長することは有効寿命を延ばし得る。しかしながら、該構造のコンパクトさも考慮すべき点であり得、この場合には高さが小さいシート部分が好適となり得る。

異なる例においては、フィルタシートは、異なる種類の汚染物質を除去するのに適した、幾つかの異なる材料のひとつから成っても良い。一実施例においては例えば、フィルタシートは、１つ以上の酸塩基相互作用を介して、又は化学的凝縮作用を通して、空気から汚染物質の気体を化学的に吸収することが可能な含浸剤の、化学的な含浸担体を有しても良い。含浸フィルタ材料は、ホルムアルデヒド及び／又はＳＯ_２、酢酸、蟻酸、ＨＮＯｘのような小さな酸性気体の除去の場合に、特に有用である。

特定の例においては、フィルタシートは、２５重量％のトリスヒドロキシメチルアミノメタン、１５重量％の蟻酸カリウム、１５重量％の重炭酸カリウム、及び４５％の水を有する、適切な体積の水溶液に含浸された、親水性の繊維状セルロース（クレープ）紙又はガラス繊維材料を有する。このことは、ホルムアルデヒド及び／又は酸性気体の空気からの除去に特に適している。

代替の例においては、同様に構成された担体シートが、３５重量％のクエン酸及び６５重量％の水を有する水溶液に含浸される。本実施例は、ＮＨ_３及びアミンのようなアルカリ性の気体の吸収に特に有用である。

汚染物質は、気体酸化の工程によって、空気から除去されても良い。この場合には、フィルタシートは、ＴｉＯ_２で被覆され次いで好適には４００ｎｍよりも短い波長の紫外線で照射された、ガラス繊維又は石英繊維のような無機材料を有しても良い。この結果のフィルタシートは、光触媒酸化の過程によって、ホルムアルデヒド及び揮発性有機炭化水素気体（ＶＯＣ）のような気体状の汚染物質を除去するのに適している。

最後の例においては、フィルタシートは、活性炭材料を含む要素を有しても良く、このことは、ＶＯＣに加え、ＮＯ_２、Ｏ_３及びラドンといった幾つかの無機気体の除去に特に適している。

図６において、活性炭材料を有するフィルタシートを持つ、本発明によるフィルタ構造の例が示されている。シート部分７２はそれぞれ、理想的な例では５０％以上の間隙率の２つの非常に薄い繊維状ウェブ７４間に挟持された、或る量の活性炭材料７６を有する。該活性炭材料７６は、顆粒の形で存在していても良いし、又は代替としては、押し出された若しくは圧縮された形態であっても良い。顆粒状の活性炭材料は、例えばのり又はその他の接着剤によって、多孔性ウェブ７４間の適所に固定されていても良い。本例における空気の清浄化は、該活性炭の細孔における気体状汚染物質の吸着の過程によって引き起こされる。

例えば先行技術の平行板型又は波形フィルタ構造と比べた、本発明の重要な利点は、単純な製造工程、特に図１に示されたもののようなひだ状の粒子フィルタの大量生産において既に利用されているものと略同様な工程の、適用可能性である。

図７において、本発明によるフィルタ構造の製造のための工程の単純な例が示されている。本例においては、長方形のフィルタシート４０が最初に提供され、続いて当該シートが操作されて、平行なスリット型の開口８０の１つ以上の行を実現する。隣接する行を分離するシート材料の橋部を残して穴を形成するため、例えば穿孔又は切断の工程が適用されても良い。しかしながら、代替の例においては、フィルタシートは、穿孔若しくは切断の先行工程によって、又は穴により占有される領域から材料を除外するシート成型工程によって、既に形成された穴を備えられても良い。

開口が形成されたフィルタシートに対して、ひだ状にする工程が適用され、該工程は、スリット型の開口の長さ方向に平行に延在する折り目を形成するステップを有し、該折り目のそれぞれの方向は、隣接する折り目の方向とは交互になっている。スリット８０の延在方向に沿って折り畳むことにより、該折り目により形成された折り畳み部にスリットが組み込まれることとなり、これにより本発明の構造的な特徴を生成する。

該フィルタシートは、単一の行の開口を有しても良いし、又は１つよりも多い行の開口を有しても良い。単一の行のみが形成される場合には、各折り畳み部（上側又は基部側）には、最大で１つのスリットが含まれることとなる。１つよりも多い行が備えられる場合には、各折り畳み部に１つよりも多いスリットがあることとなる。例えば図７においては、フィルタシートにおいて２つの行のスリットが形成され、それに応じて２つの開口が各折り畳み部に形成されている。

該方法は、１つの主要な構成要素（フィルタシート４０）の操作しか必要とせず、それ故、幾つかの別個の部分の製造及び組み立てを必要とする平行板及び波形のフィルタ装置の製造の方法に比べて、著しい簡略化を呈する。加えて、該方法は、図１ａに単純な例が示された、ひだ状の粒子フィルタのための良く確立された製造工程と略同様である。図７の方法は、折り畳みに先立ってシートにスリット型の穴８０を形成するという追加的なステップを含む点のみ、図１ａの方法とは異なっている。斯かるステップは、装備又は機構に対する大きな変更なく、既存の製造工程のフローに容易に追加されることができる。

該方法に対する他の変更は、折り畳み部及び開口の異なる構成を持つフィルタ構造を製造するため適用され得る。図７の特定の例においては、折り目は、スリットの延在方向に沿って形成され、それに応じて全ての折り畳み部それぞれにスリットが組み込まれたフィルタ構造が製造される。しかしながら、代替の例においては、スリット型の開口の長さ方向に平行ではあるが、一致はしない、付加的な折り目が形成されても良く、それにより、開口のない幾つかの折り目を持つフィルタ構造を製造しても良い。

例えば、一実施例においては、スリット型の開口から等間隔であり該開口と一致する全ての点において折り目が形成される。このようにして、折り畳み部の２つのセットが形成され、一方は開口を含み、一方は開口のないものである。各行におけるスリットが互いに対して均一に離隔されている場合、該方法により生成されるフィルタ構造は例えば、それぞれが１つ以上のスリット型の開口を含んだ折り畳み部の上側のセットと、スリット型の開口を含んだもののない折り畳み部の基部のセットと、を持つ。

代替としては、これら穴は不均一に離隔されても良く、又は同等なものとして、穴と一致しない折り目が不均一な構成に形成されても良い。このようにして、折り畳み部の上側及び底側のセットが形成され得、ここで上側折り畳み部の全てではないが幾つかが穴を含み、及び／又は底側折り畳み部の全てではないが幾つかが穴を含む。

更に、生成されるシート部分４２の高さは、隣接する折り目間の間隔を変化させることにより、変更されても良い。図７の単純な例においては、形成される開口と一致する線に沿ってのみ折り目が備えられ、このことは隣接して形成される穴の間の間隔を変化させることに対応する。好適な一例においては、同一の行の隣接する穴の間の間隔は、１０ｍｍと６０ｍｍとの間であっても良い。

別の例においては、フィルタ構造は、異なる種類の汚染物質の抽出に適した、異なる組成を持つフィルタシートを有しても良く、これらは一般的な製造の方法における変更を必要とし得る。例えば、フィルタシートは、１つ以上の酸塩基相互作用を介して、又は化学的凝縮作用を通して、空気から汚染物質の気体を化学的に吸収することが可能な含浸剤の、化学的な含浸担体を有しても良い。含浸フィルタ材料は、ホルムアルデヒド及び／又はＳＯ_２、酢酸、蟻酸、ＨＮＯｘのような小さな酸性気体の除去の場合に、特に有用である。

本例については、親水性の繊維状セルロース（クレープ）紙又はガラス繊維材料若しくは不織布の担体シートから始めて、以上に説明された方法により穴を形成しひだ状にし、次いで適切な含浸剤又は含浸剤の混合物により該シートを含浸させることが有利である。適切な斯かる混合物は、以上に詳細に説明されている。

ひだ状にすることに加え、該方法は幾つかの例においては、筐体のため及びひだ状の形状の維持のため、フィルタシートに堅固な構造を提供する、フレーム形成の更なる工程を備えられても良い。幾つかの場合においては、ひだの寸法及び形状は更に、ひだ間の更なるスペーサによって、適所に維持及び固定されても良い。しかしながら、フィルタシートが、外部からの力学的な支持なしで形状を保持する材料から成る場合、又は該該フィルタ構造が、フィルタシートを収容するための要素を既に有する、より大きな構造又はシステム内の構成要素として組み込まれるべきものである場合のような、他の例においては、これらのステップは省略される。

空気からの気体状の汚染物質の抽出のためのフィルタ構造の用途は数多く、広範囲に亘る。先行技術の同様のフィルタに対する本発明の特に有利な点は、フィルタの前後における低減された空気圧降下を含む。このことは、例えばファン又はポンプを介してフィルタリングされるべき気体がフィルタを通過するときに力学的に補助されるような用途に対して、該フィルタを特に適したものとする。これらの場合においては、低減された空気圧降下は、より容易に空気がフィルタ構造を通過し得ることを意味し、エネルギーコストを削減し、又は装置を通る空気のより高い流速を実現する。

以上に説明されたフィルタ構造は、より大きな空気清浄ユニット又は空気フィルタ積層内に、容易に組み込まれることができる。該フィルタは例えば、粒子フィルタのような、１つ以上の付加的なフィルタと直列に配置され得る。この場合には、有効フィルタリング面における粒子の堆積から気体フィルタを保護するため、粒子フィルタが好適には気体フィルタの上流に配置される。代替としては、例えば異なる種類の気体状汚染物質の抽出に適したフィルタシートを持つ実施例のような、本発明の１つ以上の変形実施例が直列に配置されても良い。

図面、説明及び添付される請求項を読むことにより、請求される本発明を実施化する当業者によって、開示された実施例に対する他の変形が理解され実行され得る。請求項において、「有する（comprising）」なる語は他の要素又はステップを除外するものではなく、「１つの（a又はan）」なる不定冠詞は複数を除外するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に利用されることができないことを示すものではない。請求項におけるいずれの参照記号も、請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. フィルタリングされるべき気体から気体状の汚染物質を除去するためのフィルタ構造であって、前記フィルタ構造は、空気から気体状の汚染物質を除去するための材料を有するフィルタシートを有し、
   前記フィルタシートは、一連の結合されたシート部分を形成するようひだ状にされ、各シート部分は上端と底端とを持ち、隣接するシート部分は、前記上端が互いに接合して上側折り畳み部のセットを定義し、前記底端が互いに接合して底側折り畳み部のセットを定義し、前記シート部分は気体不透過性であり、
   前記折り畳み部の少なくとも１つが、前記フィルタリングされるべき気体の通過のための１つ以上のスリット型の開口を含む、フィルタ構造。
2. 各前記上側折り畳み部は、フィルタリングされるべき空気の通過のための１つ以上のスリット型の開口を含む、請求項１に記載のフィルタ構造。
3. 各前記底側折り畳み部は、フィルタリングされるべき空気の通過のための１つ以上のスリット型の開口を含む、請求項１に記載のフィルタ構造。
4. 隣接する前記シート部分の間の角度は４５度以下である、請求項１に記載のフィルタ構造。
5. 隣接する前記上側折り畳み部間の又は隣接する前記底側折り畳み部間の間隔は、０．５ｍｍと５ｍｍとの間である、請求項１に記載のフィルタ構造。
6. 各前記シート部分の底端と上端との間の長さは、１０ｍｍと６０ｍｍとの間である、請求項１に記載のフィルタ構造。
7. 前記フィルタシートは、紙又はガラス繊維若しくは不織布といった化学的に含浸された繊維状材料の吸収性シートを有するか、
   前記フィルタシートは、触媒気体酸化が可能な気体酸化要素を有するか、又は
   前記フィルタシートは、活性炭材料を含む活性炭要素を有する、
   請求項１に記載のフィルタ構造。
8. 請求項１に記載のフィルタ構造を有する、空気清浄ユニット。
9. 請求項１に記載のフィルタ構造を有する、空気フィルタ積層。
10. フィルタリングされるべき気体からの気体状の汚染物質の除去のためのフィルタ構造を提供する方法であって、
    平行なスリット型の開口の１つ以上の行を持ち、前記行が前記スリット型の開口の幅方向と平行に延在する、空気から気体状の汚染物質を除去するための材料を有するフィルタシートを提供するステップと、
    前記スリット型の開口の長さ方向に平行に延在する折り畳み部を形成することにより、前記フィルタシートをひだ状にするステップであって、前記折り畳み部は、少なくとも各前記スリット型の開口の位置において形成され、各前記折り畳み部の方向は、隣接する折り畳み部の方向とは反対であり、これにより一連のひだ状にされたシート部分を生成し、前記シート部分は気体不透過性である、ステップと、
    を有する方法。
11. 前記スリット型の開口の長さ方向に平行に延在するが、前記スリット型の開口とは一致しない、１つ以上の折り目が、前記折り畳み部を形成するように前記シート部分に形成された、請求項１０に記載の方法。
12. 同じ行における隣接する穴の間の間隔は、１０ｍｍと６０ｍｍとの間である、請求項１０に記載の方法。
13. 前記折り畳み部を形成する前記シート部分の折り目の角度は、隣接する上側折り畳み部間の又は隣接する底側折り畳み部間の間隔が、０．５ｍｍと５ｍｍとの間となるような角度である、請求項１０に記載の方法。
14. 前記フィルタシートは、紙又ガラス繊維若しくは不織布といった化学的に含浸された繊維状材料の吸収性シートを有するか、
    前記フィルタシートは、触媒気体酸化が可能な気体酸化要素を有するか、又は
    前記フィルタシートは、活性炭材料を含む活性炭要素を有する、
    請求項１０に記載の方法。
15. 気体状の汚染物質を除去するため気体をフィルタリングする方法であって、
    気体をフィルタ構造を通過させるステップを有し、前記フィルタ構造は、
    一連の結合されたシート部分を形成するようひだ状にされた、空気から気体状の汚染物質を除去するための材料を有するフィルタシートを有し、各前記フィルタ部分は、上端と基部端とを持ち、隣接する前記シート部分は、前記上端が互いに接合して上側折り畳み部のセットを定義し、底端が互いに接合して底側折り畳み部のセットを定義し、前記折り畳み部の少なくとも１つが、前記フィルタリングされるべき気体の通過のための１つ以上のスリット型の開口を含み、前記シート部分は気体不透過性であり、
    前記方法は、前記気体を前記シート部分間を通過させ、前記気体が、基部折り畳み部を通って及び／又は基部折り畳み部間を通って前記フィルタ構造に入り、前記上側折り畳み部を通って及び／又は前記上側折り畳み部間を通って前記フィルタ構造から出るようにするステップを有する方法。

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