KR20030066638A - 유동 채널 여과 매개체와 흡착제 미립자 여과 매개체를포함하는 복합 필터 시스템 - Google Patents

유동 채널 여과 매개체와 흡착제 미립자 여과 매개체를포함하는 복합 필터 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유동 채널 여과 매개체 배열과 흡착제 미립자 여과 매개체를 포함하는 유동체를 여과하기 위한 복합 필터를 제공하는데, 상기 유동 채널 여과 매개체 배열은 제1 면과 제2 면을 가지며 최소 하나의 구조화된 필름 층과 제2 층에 의해 형성되고, 구조화된 필름 층은 제1 면과 제2 면을 가지며 구조화된 필름의 최소 한쪽 면은 최소 부분적으로 유동 채널을 형성하고 유동 채널을 형성하는 면의 최소한 일부분 위에서 고 종횡비를 가지며 유동 채널 층을 구성하는 제2 필름 층, 즉, 또 하나의 필름 층은 배열의 유동 채널을 통하여 최소 부분적으로 유동체 경로를 형성하며, 상기 필름 층들은 정전기적으로 대전되어 있고 제1 면을 통하여 개방된 복수개의 입구와 상기 배열의 제2 면을 통하여 개방된 복수개의 출구를 형성하고, 흡착제 미립자 여과 매개체는 흡착제 미립자의 주름진 층을 포함하고 상기 탄소 여과 매개체는 유동 채널 여과 매개체 배열의 한쪽 면에 인접한다.

Description

유동 채널 여과 매개체와 흡착제 미립자 여과 매개체를 포함하는 복합 필터 시스템 {COMBINATION FILTER SYSTEM INCLUDING FLOW CHANNEL FILTRATON MEDIA AND AN ADSORBER PARTICLE FILTRATION MEDIUM}
차량의 승객 객실로 유입되는 공기를 여과하기 위한 복합 필터 시스템이 공지되어 있다. 이러한 여과 시스템들은 전형적으로 흡착제 여과 매개체를 구비한 미립자 여과 매개체로 구성되어 있다.
예를 들면, WO 제95/26802호는 플리티드형의 일렉트릿으로 대전된 섬유/부직 여과 매개체(pleated electret charged fiber/nonwoven filter media)와 활성 탄소 미립자 패드를 포함하는 복합 여과 시스템을 개시한다. 활성 탄소 미립자 패드는 패드의 두께 및 탄소 함량에 따라 좋은 가스 효율 또는 가스 용량을 보여주지만, 그러한 활성 탄소 미립자 패드의 사용은 심한 압력 강하를 유발한다. 높은 압력 강하는 차량 객실 여과 시스템에 대하여 바람직하지 않다.
EP 제383236호는 일렉트릿으로 대전된 섬유 부직 층을 구비하고 함께 주름져 있는 흡착제 미립자 층을 개시한다. 그러한 복합 필터는 수용가능한 압력 강하를가지지만, 그것의 수명은 제한되어 있는데, 즉, 필터는 자주 교체될 필요가 있다.
그러므로, 복합 필터들을 보다 개선하는 것, 상세하게는 그런 필터의 압력 강하를 수용불가한 수준까지 올리지 않지 않고도 그런 필터의 수명을 증가시키는 것이 바람직하다. 또한, 차량에서의 사용을 위해, 필터는 양호하게는 자동차 산업에 존재하는 안전 법규들을 만족시키도록 설계되어야 한다. 나아가, 복합 필터는 양호하게는 동일한 또는 개선된 필터 기능을 가져야 한다. 더 나아가 복합 필터는 차량의 객실에 유입되는 기체상태의 유동체들을 여과하기 위한 목적으로 비용 효율적이고 용이한 방법으로 생산될 수 있고 차량에 용이하고 효율적으로 장착될 수 있는 것이 선호된다.
본 발명은 유동체들, 특히 기체들을 여과하기 위한, 보다 상세하게는 차량의 승객 객실로 유입되는 공기를 여과하기 위한 복합 필터 시스템에 관한 것이다.
도1은 유동 채널 여과 매개체 배열을 형성하는데 유용한 제1 구조화된 필름의 측면도이다.
도2는 유동 채널 여과 매개체 배열을 형성하는데 유용한 제2 구조화된 필름의 측면도이다.
도3은 유동 채널 여과 매개체 배열을 형성하는데 유용한 제3 구조화된 필름의 측면도이다.
도4는 유동 채널 여과 매개체 배열을 형성하는데 유용한 제4 구조화된 필름의 측면도이다.
도5는 굴곡된 필름과 평평한 캡 필름 층 어셈블리의 사시도이다.
도5a는 부가적인 기능성 층을 구비한 굴곡된 필름과 평평한 캡 필름 층 어셈블리의 사시도이다.
도6은 도5의 어셈블리로 형성된 유동 채널 여과 매개체 배열의 제1 실시예의 사시도이다.
도7은 유동 채널 여과 매개체 배열의 제2 실시예의 사시도이다.
도8은 스트립으로 된 안정화 층을 구비한 굴곡된 필름의 사시도이다.
도9는 유동 채널 어셈블리를 형성하는 평평한 필름 캡 층을 구비한 굴곡된 필름 층의 사시도이다.
도10은 유동 채널 여과 매개체의 제3 실시예의 측면도이다.
도11은 유동 채널 여과 매개체 배열을 형성하는데 유용한 제4 구조화된 필름의 사시도이다.
도12는 복합 필터의 개형의 대표도이다.
도13은 플리티드형의 흡착제 미립자 여과 매개체의 개형의 확대된 대표도이다.
본 발명은 유동 채널 여과 매개체 배열(flow channel filtration media array)과 흡착제 미립자 여과 매개체(adsorber particle filtration media)로 구성되는 유동체를 여과하기 위한 복합 필터를 제공하는데, 상기 유동 채널 여과 매개체 배열은 제1 면과 제2 면을 가지며 최소 하나의 구조화된 필름 층과 제2 층에 의해 형성되고, 구조화된 필름 층은 제1 면과 제2 면을 가지며 구조화된 필름의 최소 한쪽 면은 최소 부분적으로 유동 채널을 형성하고 유동 채널을 형성하는 면의 최소한 일부분 위에서 고 종횡비를 가지며 유동 채널 층을 구성하는 제2 필름 층, 즉, 또 하나의 필름 층은 배열의 유동 채널을 통하여 최소 부분적으로 유동체 경로를 형성하며, 상기 필름 층들은 정전기적으로 대전되어 있고 제1 면을 통하여 개방된 복수개의 입구와 상기 배열의 제2 면을 통하여 개방된 복수개의 출구를 형성하고,흡착제 미립자 여과 매개체는 흡착제 미립자의 주름진 층을 포함하고 상기 탄소 여과 매개체는 유동 채널 여과 매개체 배열의 한쪽 면에 인접한다.
본 발명에 따른 복합 필터는 유리하게도 낮은 압력 강하를 나타낸다. 또한 본 발명에 따른 복합 필터는 필터의 수명에 부담을 주는 압력 강하에 있어서 비교적 완만한 증가를 보이므로, 대응하는 장시간의 수명과 높은 수용성을 보인다.
본 발명은 유동 채널 여과 매개체 배열과 흡착제 미립자 여과 매개체를 포함하는 유동체를 여과하기 위한 복합 여과 매개체 시스템을 제공한다.
복합 필터의 흡착제 미립자 여과 매개체는 주름져 있고 양호하게는 두개의 면포 층들 사이에 놓여진다. 면포 층 소재는 직물이든 부직물이든 보강 면포로 공지된 어떤 것도 될 수 있다. 부직물 면포들은 일반적으로 비용과 개방율에 있어서 우수하다. 면포 소재는 또한 양호하게는 중합체일 수 있다. 부직물 소재의 면포는 일반적으로 써모엠보씽(THERMOEMBOSSING), 캘린다링(CALANDARING), 소닉 결합(SONIC BONDING), 바인더 섬유(BINDER FIBERS) 등등과 같은 장력의 특성을 증가시키기 위해 처리될 것이다. 전형적인 면포 소재는 방적 결합 폴리프로필렌 부직 그물일 것이다. 흡착제 미립자 층은 나아가 그물 구조에 의해 보강될 수 있다.따라서, 특별히 양호한 실시예에서, 흡착제 미립자 여과 매개체는 두개의 면포 층들 사이에 놓여진 그물로 보강된 흡착제 미립자 층으로 구성된다.
흡착제 미립자 여과 매개체의 흡착제 미립자 층은 일반적으로 1mm 내지 5mm , 양호하게는 1.5mm 내지 3mm의 두께를 가질 것이다. 복합 필터의 흡착제 미립자 여과 매개체는 일반적으로 정전기적으로 대전되어 있지 않을 것이다. 흡착제 미립자 여과 매개체의 주름진 흡착제 미립자 층은 일반적으로 5 내지 30mm, 양호하게는 10내지 20mm의 주름 높이를 갖고 일반적으로 cm당 0.5 내지 4 주름, 양호하게는 0.75 내지 2.5 주름의 주름 밀도를 가질 것이다.
흡착제 미립자 여과 매개체의 흡착제 미립자들은 유동체의 유동으로부터 원치 않는 기체나 냄새와 같은 원치 않는 물질들을 제거할 수 있는 공지된 활성 흡착제 미립자들 중 어느 것일 수 있다. 본 발명에서 사용한 흡착제 미립자들은 활성 탄소 미립자, 합성 중합체 미립자, 활성 수지 그리고 제올라이트(zeolite)를 포함한다. 일반적으로 미립자들은 0.01 내지 2mm, 양호하게는 0.05 내지 1mm의 크기를 갖는다. 미립자들은 결합제에 의해 함께 결합될 수 있다. 양호하게는, 본 발명에서 사용된 흡착제 미립자는 활성 탄소 미립자이다.
복합 필터는 일반적으로 유동 채널 여과 매개체의 하류 쪽에 위치된 흡착제 미립자 여과 매개체를 가지는데, 즉, 여과될 유동체는 먼저 유동 채널 여과 매개체 배열을 통과한 후에 흡착제 미립자 여과 매개체를 통과할 것이다.
복합 필터의 유동 채널 여과 매개체 배열은 양호하게는 유동체 유동 경로를 형성하기 위해 벌집형 구조로 배열된 대전되고 굴곡된 필름들로 구성된다. 유동채널 여과 매개체 배열은 또한 필름 층의 적어도 일부가 리브(rib), 스템(stem), 피브릴(fibril), 또는 필름 층의 최소 한쪽 면의 표면에 뻗어 있는 이산의 돌기들과 같이 높은 가로 세로 비의 구조물들을 가지는 필름 층을 포함한다.
필름 층들은 배열의 한 쪽 면을 통하여 유동체 경로들로 향하는 복수개의 입구 개구를 형성하는 필름 층의 굴곡을 구비한 유동 채널 여과 매개체 배열 안에서 배열된다. 유동체 경로들은 하나의 캡 필름 층을 가진 하나의 굴곡된 필름 층에 의해서 또는 인접 굴곡된 필름 층들에 의해서 형성될 수 있다. 유동체 경로들은 나아가 유동체가 유동 저항을 갖는 필터 층을 통과할 필요 없이 경로를 통과하도록 인가하는 출구 개구를 가진다. 그러한 유동 채널 여과 매개체 배열의 유동체 경로들과 개구들은 굴곡된 필름 층들에 의해 최소 부분적으로 형성된 하나 또는 그 이상의 유동 채널들에 의해 형성된다. 유동 채널들은 굴곡된 필름 층에서 정점 또는 봉우리에 의해 생성되고 유동 채널 여과 매개체 배열을 통하여 인접 필름 층과 접합하여 유동체 경로를 생성하도록 배열되는 한 적절한 어떠한 형태라도 될 수 있다. 예를 들면, 유동 채널은 봉우리를 반복시켜 형성된 분리된 이산의 채널 또는 정점 구조물에 의해 형성된 서로 연결된 채널일 수 있다. 유동 채널은 또한 또 하나의 굴곡된 필름 층과 함께 유동체 경로를 형성하는 (예를 들면, 인접하는 굴곡된 필름 층 위의 골부들이 여과 매개체 배열을 통하는 연속의 비틀린 경로를 형성하기 위해 오프셋되어 있다.) 고립된 채널 (예를 들면, 정점이나 봉우리로 둘러싸인 폐쇄된 골부)일 수 있다.
복수의 인접, 분리되거나 상호연결된 유동 채널 여과 매개체 배열의 유동 채널(예를 들면, 공통의 굴곡된 필름 층을 공유하며 일렬로 배열된 일련의 유동 채널)은 양호하게는 하나의 굴곡된 필름 층에 의해 형성된 일련의 정점이나 봉우리에 의해 형성된다. 이러한 인접 유동 채널을 유동채널 층을 형성한다. 굴곡된 필름 층에서 정점과 봉우리는 평평한 또는 굴곡된 캡 층에 의해 안정화되거나 분리될 수 있다. 캡 층은 굴곡된 필름 층의 한쪽 면에서 정점 또는 봉우리와 맞물려 있는, 즉, 접촉하고 있는 층이다. 굴곡된 필름 층의 반대 쪽 면 위의 정점이나 봉우리는 또한 캡 층과 결합되거나 접촉할 수 있다. 캡 층은 굴곡된 필름 층의 전부 또는 일부분만을 덮을 수도 있다. 캡 층이 평평한 필름 층이라면, 캡 필름 층과 그와 결합된 굴곡된 필름 층은 필름 캡 층과 접촉 또는 맞물려있는 굴곡된 필름 층의 인접 정점이나 봉우리 사이에 유동체 경로를 형성한다.
캡 층은 또한 흡착제 또는 미립자 필터와 같은 기능성 층 또는 일련의 안정화 미세섬유 또는 강화된 부직포와 같은 안정화 층일 수 있다. 도8은 굴곡된 필름 층(40)을 도시하고 있으며, 그 정점(44)에서 안정화 단섬유(42)에 결합된 분리된 줄기형상의 구조물들을 갖는다. 유동 채널 여과 매개체 배열로서 유용하기 위해서, 도8의 실시예는 캡 필름 층 또는 또 하나의 굴곡된 필름 층과 같은 또 하나의 필름 층에 결합될 필요가 있다. 또 하나의 굴곡된 필름 층이 단섬유 층(42)에 결합된다면, 유동체 경로는 두개의 인접 굴곡된 필름 층의 두개의 유동 채널 층으로부터 형성될 것이다.
하나의 유동 채널 층(20)안에서 굴곡된 필름 층(10)에 의해 형성된 인접 유동 채널, 예를 들면, (14), (16)은 도5에서 보여지는 바와 동일하거나, 도9에서 보여지는 바와 같이 상이할 수도 있다. 도9에서, 유동 채널 층(20)의 인접 유동 채널(24), (26)은 높이는 동일하지만 폭이 상이한 분리된 유동 채널들이다. 도5에서, 유동 채널 층(20)의 인접 유동 채널(14), (16)은 높이와 폭이 동일한 독립된 유동 채널들이다. 제조가능성을 위해, 굴곡된 필름 층의 유동 채널들을 형성하는 양호하게는 모든 또는 최소 대부분의 정점이나 봉우리들은 실질적으로 동일한 높이를 가져야 한다. 나아가, 유동 채널 여과 매개체 배열(30)의 각각의 인접 유동 채널 층(20)은 (도6에서 보여지는 바와 같이) 동일한 유동 채널 배열을 갖거나 상이할 수도 있다. 유동 채널 여과 매개체 배열의 인접 유동 채널 층의 유동 채널은 또한 정렬되거나(예를 들면, 도6에서처럼), 오프셋되거나(예를 들면, 도7에서처럼 서로 각을 이루고 있는) 또는 그것들의 어떤 조합이 될 수 있다. 유동 채널 여과 매개체 배열의 인접해 있는 유동 채널 층은 일반적으로 유동 채널들이 상호 연결될 수 있고 분리되거나 또는 분리되고 고립될 수 있는(즉, 전체의 굴곡된 필름 층을 가로질러 뻗어나지 않는다) 하나의 굴곡된 필름 층으로부터 형성된다. 전체의 굴곡된 필름 층을 가로질러 뻗어나는 유동 채널들이 있다면, 이러한 채널들은 직선 또는 곡선으로 뻗어나갈 수 있을 것이다. 양호하게는, 인접해 있는 유동 채널 층들의 유동 채널들은 실질적으로 평행하고 정렬되어 있지만(도6), 그것들은 발산하거나 수렴하는 각도에 있을 수 있다. 유동 채널 여과 매개체 배열이 도10에서 보여지는 바와 같이 원통으로 배열된다면, 이 유동 채널 층은 임의의 캡 층(62)을 구비하고 중심축(64)주위에 나선형으로 정렬된 하나의 굴곡된 필름 층(60)으로 형성될 수 있다. 굴곡된 필름 층은 양호하게는 제조공정에서의 안전성을 위해 하나의캡 층(62)에 결합되고 다른 캡 층(62a)과 마찰 접촉한다.
굴곡된 필름 층의 쌍들은 마주보는 층들이 도7에서 보여지는 바와 같이 각각의 정점에서 서로 맞물려 있거나 또는 도5, 도6, 도10에서 보여지는 바와 같이 하나 또는 그 이상의 캡 층에 의해 분리된 상태로 서로 마주 볼 수 있다. 굴곡된 필름 층들(31)이 도7에서 보여지는 바와 같이 사이에 끼어있는 필름 층없이 접촉하고 있을 때, 굴곡된 필름 층(31)의 인접 교차하는 유동 채널, 예를 들면, (34), (35)사이에서 유동 경로가 구조화된다.
유동 채널은 유동 채널 여과 매개체 배열을 통해 조절되고 정돈된 유동체 유동 경로를 제공한다. 여과 목적에 이용가능한 표면적의 양은 유동 채널 여과 매개체 배열에서 유동 채널의 이용가능한 표면적과 이 유동 채널의 수와 길이에 의해 결정된다. 환언하면, 유동 채널의 길이, 채널 형상, 그리고 개개의 층의 표면적과 같은 개개의 여과 매개체 층들의 성질을 말한다.
하나의 굴곡된 필름 층에 의해 제공된 단 하나의 유동 채널 층은 본 발명에 따른 기능성 유동 채널 여과 매개체 배열을 포함하지만, 양호하게는 다중 상부 유동 채널 층은 기능성 유동 채널 여과 매개체 배열을 형성할 수 있다. 적층된 굴곡되고 구조화된 층으로 형성된 유동 채널 여과 매개체 배열은 정돈되거나 가공되고 구멍 크기의 변화와 부직포 필터 그물의 커다란 불규칙 없이 기계적으로 안정된 다공성의 구조를 제공한다. 어떠한 구멍 크기 변화 또는 불규칙이라도 복합 여과기에 대해 의도된 궁극적인 여과 필요성에 근거하여 계획되고 조절된 것이다. 결과적으로, 유동체 스트림은 그것이 유동 채널 여과 매개체 배열의 유동 채널을 통과할 때, 일관된 취급을 받게 되어 있어서 그 여과 효율을 고양시킨다. 일반적으로, 유동 채널을 형성하는 굴곡된 필름 층은 유동 채널 여과 매개체를 보강하여 다중 자체 지지 형상으로 형성될 수 있는 구조적으로 안정한 형태를 형성한다.
유동 채널 여과 매개체 배열은 다양한 형태로 변형되거나 유동 채널을 압착 그리고 폐쇄하지 않고 물체 위에 놓여질 수 있다. 이 굴곡된 필름은 어떤 부착된 캡 층 또는 다른 층과도 함께 굴곡되면서 정전기적으로 대전되어 있다. 이러한 적층되고 대전된 굴곡된 필름은 뉴욕 메디나(Medina)에 소재하는 트렉 인코포레이티드(Trek Inc.)로부터 이용가능한 모델 341 오토 바이-폴라(Auto Bi-Polar) ESVM과 같은 정전기 표면 전압계(ESVM)에 의해서 필름 표면으로부터 약 1센티미터 떨어져 측정된 최소 +/- 1.5KV, 양호하게는 최소 +/- 10KV인 표면전압을 특징으로 한다. 정전기 전하는 연장된 시간 주기동안 지속되는 전기적 전하를 보여주는 일편의 유전 물질인 일렉트릿(electret)을 포함한다. 일렉트릿 대전가능한 재료는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)과 폴리프로필렌과 같은 무극성의 중합체를 포함한다. 일반적으로, 일렉트렛상의 순 전하는 0 또는 0에 가깝고 전기장은 전하 분리에 의한 것이고 순 전하에 의한 것이 아니다. 재료와 처리의 적절한 선택을 통하여, 외부 정전기장을 생산하는 일레트렛이 형성될 수 있다. 그러한 일레트렛은 영구자석의 정전기적 유사물로 간주될 수 있다.
유전 물질을 대전하기 위해 여러 방법이 통상적으로 사용되는데 어떤 방법이라도 유동 채널 여과 매개체 배열에서 사용되는 굴곡된 필름 층 또는 다른 층을 대전하는데 사용될 수 있고, 코로나 방전, 전기장이 있는 곳에서의 물질의 가열과 냉각, 접촉 대전, 웹을 대전된 입자로 분사, 그리고 표면을 물분사 또는 액적스트림으로 습윤 또는 충돌을 포함한다. 게다가, 표면의 대전가능성은 혼합 물질 또는 대전 촉진 첨가제의 사용에 의해 증진될 수 있다. 대전 방법에 관한 예는 다음 특허들 : 밴 턴호우트(Van Turnhout) 등에 의해 허여된 미국 특허 제RE30,782호, 밴 턴호우트(Van Turnhout) 등에 의해 허여된 미국 특허 제RE31,285호, 안가드지밴드(Angadjivand) 등에 의해 허여된 미국 특허 제5,496,507호, 존스(Jones) 등에 의해 허여된 미국 특허 제5,472,481호, 쿠빅(Kubik) 등에 의해 허여된 미국 특허 제4,215,682호, 니쉬우라(Nishiura) 등에 의해 허여된 미국 특허 제5,057,710호, 그리고 나카오(Nakao) 등에 의해 허여된 미국 특허 제4,592,815호 에서 개시된다.
또한, 하나 또는 그 이상의 층들 또한 한쪽 면에 금속화된 표면 또는 층을 구비하고 인가된 고전압을 가지는 필름의 사용에 의해서와 같이 활성의 전기를 가질 수 있다. 이것은 본 발명에서 굴곡된 층에 인접 그러한 금속화된 층의 추가 또는 층 위에 금속 코팅의 도료에 의해서 이루어질 수 있다. 그러한 금속화된 층들을 포함하는 유동 채널 여과 매개체 배열은 그 금속화된 매개체 층을 통하여 전기적인 유동을 유발하는 전압원과 접촉되어 장착될 수 있다. 활성 대전의 예는 인큐렛(Inculet)에 의해 허여된 미국 특허 제5,405,434호에서 개시된다.
이용가능한 처리의 또 다른 형태는 유성의 에어로졸(aerosol)을 여과하는 능력을 증가시킬 뿐만 아니라 기름과 물을 내쫓는 필터 층의 능력을 개선할 수 있는 물질 첨가 또는 물질 코팅의 형태로 플루오로케미칼(fluorochemical) 첨가제를 사용하는 것이다. 그런 첨가제의 예는 존스 등에 의해 허여된 미국 특허 5,472,481호, 크래터 등에 의해 허여된 미국 특허 제5,099,026호, 크래터 등에 의해 허여된 미국 특허 제5,025,052호에서 발견된다.
본 발명에서 사용된 구조화된 필름 층을 형성하는데 유용한 중합체는 폴리에필렌 그리고 폴리에틸렌 코폴리머, 폴리프로필렌 그리고 폴리프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴 디플로라이드(PVDF), 그리고 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)과 같은 폴리올레핀을 포함하지만 이로 국한되지는 않는다. 다른 중합체 물질은 아세테이트, 셀룰로오스 에테르, 폴리비닐 알콜, 다당류, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리(비닐클로라이드), 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리카보네이트, 그리고 폴리스티렌을 포함한다. 구조화된 필름 층은 아크릴 산염 이나 에폭시와 같은 경화성 수지 물질로부터 주조될 수 있고 화학적으로 열, 자외선, 전자빔 방사에 노출됨으로써, 활성화된 자유 라디칼(radical) 경로를 통하여 경화될 수 있다. 양호하게는, 구조화된 필름 층은 대전될 수 있는 중합체 물질 즉, 폴리올레핀 또는 폴리스티렌과 같은 유전 중합체 및 혼합물로 형성된다.
중합체 혼합물을 포함하는 중합 물질은 활성제 또는 항균제를 가소성화하는 용융 혼합을 통해 변형될 수 있다. 필터 층의 표면 변형은 기상 증착 또는 이온화 복사를 이용한 작용부분의 공유 그래프팅(grafting)을 통하여 달성된다. 단일체를 예를 들면, 이온화 복사에 의해서 폴리프로필렌으로 그래프트 중합(graft-polymerization)하는 방법과 기술은 미국 특허 제4,950,549호와 제5,078,925호에 개시되어 있다. 중합체는 또한 중합의 구조화된 층에 다양한 성질을 부여하는 첨가제를 포함할 수 있다.
굴곡된 필름 층들과 캡 필름 층들은 한 쪽 또는 양 쪽 면위에 형성된 구조화된 표면을 가질 수 있다. 양호한 실시예의 굴곡된 필름 또는 캡 필름 층 위에 사용되는 고 종횡비의 구조물들은 일반적으로 가장 작은 지름 또는 폭 대 높이의 비가 0.1보다 큰, 양호하게는 0.5보다 큰, 이론적으로는 무한대까지일 수 있는데, 구조물은 최소 약 20마이크론 양호하게는 최소 50마이크론의 높이를 가진다. 고 종횡비를 갖는 구조물의 높이가 2000마이크론보다 높으면 그 필름은 취급하기 어려울 수 있고 구조물의 높이는 1000마이크론 이하인 것이 양호하다. 구조물의 높이는 어떤 경우에서든 유동 채널의 높이의 최소 약 50퍼센트 이하이고, 양호하게는 20퍼센트 이하이다. 도1 내지 도4와 도11에서 보여지는 바와 같이 필름 층(1)위의 구조물들은 직립의 줄기 또는 돌기, 예를 들면, 피라미드, 정육면체 돌출부, J형 갈고리, 버섯머리, 또는 그와 유사한 것; 연속적 또는 단속적 봉우리; 예를 들면, 채널(5)을 간섭하는 직사각형(3) 또는 V자 모양의 봉우리(2);또는 그 복합의 형태일 수 있다. 버섯 머리 돌기(46)는 도11에서 필름 받침(40)위에서 보여진다. 이 돌기들은 규칙적이거나, 임의적이거나, 단속적이거나, 봉우리와 같은 다른 구조물과 결합될 수 있다. 봉우리 형 구조물은 규칙적, 임의적 단속적일 수 있고, 서로서로 평행하게 연장되거나 교차 또는 비교차하는 각도에 있을 수 있고 깃들어 있는 봉우리(4) 또는 돌기와 같은 봉우리 사이의 다른 구조물과 결합될 수 있다. 일반적으로, 고 종횡비를 갖는 구조물은 필름(1)전부 또는 일부 구역에 걸쳐 뻗어나갈 수 있다. 필름 지역에 존재할 때, 그 구조물들은 상당하는 평면 필름보다 최소 50 퍼센트 높은, 양호하게는 최소 100퍼센트 높은, 일반적으로 1000 퍼센트 또는 그 이상의 표면적을 제공한다. 양호한 실시예에서, 고 종횡비를 갖는 구조물들은 굴곡면들과 어떤 각도, 양호하게는 도5와 도6에서 보여지는 바와 같이 굴곡된 필름 층의 굴곡면과 직각(90도)을 이루면서 굴곡된 필름 층의 상당한 부분을 가로질러 연장되어 있는 연속적 또는 단속적 봉우리들이다. 이것은 유동 채널 어셈블리(도5)와 여과 매개체 배열(도6)에서 굴곡된 필름 층의 기계적인 안전성을 강화한다. 일반적으로 봉우리는 굴곡면에 대하여 약 5도에서 175도, 양호하게는 45도에서 135도 사이의 각도에 있을 수 있고, 일반적으로 봉우리는 굴곡된 필름의 중요한 곡선 지역에 뻗어 있을 필요가 있을 뿐이다.
구조화된 표면들은 마란틱(Marantic) 등에 의해 허여된 미국 특허 제5,069,404호와 제5,133,516호; 벤손(Benson) 등에 의해 허여된 제5,691,846호; 존스톤(Johnston) 등에 의해 허여된 제5,514,120호; 노린(Noreen) 등에 의해 허여된 제5,158,030호; 루(Lu) 등에 의해 허여된 제5,175,030호; 바버(Barber)에 의해 허여된 제4,668,558호; 피셔(Fisher)에 의해 허여된 제4,775,310호; 어브(Erb)에 의해 허여된 제3,594,863호; 멜바이(Melbye) 등에 의해 허여된 제5,077,870호에서 개시된 방법과 같은 구조화된 필름을 형성하는 어떤 공지된 방법에 의해서 제작될 수 있다. 이러한 방법들은 본 명세서에 의해서 참고로 완전히 합체한다.
굴곡된 필름 층들은 양호하게는 최소 한쪽 면의 최소 50 퍼센트 이상의, 양호하게는 최소 90 퍼센트 이상의 고 종횡비를 갖는 구조가 제공된다. 캡 필름 층 또는 다른 기능성 필름 층 또한 이 고 종횡비의 구조화된 필름으로 형성될 수 있다. 일반적으로 전체 유동 채널들은 표면적의 10 내지 100 퍼센트, 양호하게는 40 내지 100 퍼센트를 형성하는 표면에 구조물을 설치해야 했다.
본 발명의 유동 채널 여과 매개체 배열은 층이 형성될 수 있는 소정 재료에서 시작한다. 필요 두께를 갖는 이들 재료의 적당한 시트는 바람직한 고 종횡비의 표면으로 형성되고 이들 필름 층의 최소 하나는 굴곡되고 이 굴곡된 필름은 또다른 캡 층, 굴곡된 층 또는 유사물에 결합됨으로써 안정화되고, 유동 채널들을 형성한다. 유동 채널 여과 매개체 배열을 형성하는 유동 채널 층들, 예를 들면, 굴곡된 필름 층들과 캡 층들은 안정한 유동 채널 여과 매개체 배열속에 기계적으로 포함되어 있거나 그렇지 않으면 고정되어, 함께 결합될 수 있다. 굴곡된 필름과 캡 층은 미국 특허 제5,256,231호(필름 층을 주름진 층에 압출 접합) 또는 미국 특허 제5,256,231호(정점의 하부 층에 접착 또는 초음파 접합에 의해), 또는 입구 또는 출구의 개구를 형성하는 외부 에지의 용융 접착에 의해서 개시된 것처럼 함께 결합될 수 있다. 도5a에서 보여지는 바와 같이 굴곡된 구조화된 필름(10)은 그 굴곡된 필름 층(10)의 한쪽면(13)의 정점(12)에서 평면의 구조화된 캡 필름 층(11)에 결합된다. 그리고 나서 이 유동 채널 층(20) 중 하나 또는 그 이상은 도6에서 보여지는 바와 같이 유동 채널 여과 매개체 배열(30)에서 적당한 양의 유동 채널 층(20)을 축조하기 위해서 쌓아 올려지거나 그렇지 않으면 층을 이루어 임의적으로 부가적인 층(15)(도5a)과 함께 예정된 형태 또는 관계로 조정된다. 그리고 나서 결과적인 양의 유동 채널 층(20)은 슬라이싱(slicing)이나 다른 방법에 의해서 희망하는 두께와 모양의 마무리된 유동 채널 여과 매개체 배열로 변화된다. 앞서 개시된바와 같이, 제조 공정의 어떤 적절한 단계에서라도 임의의 소정 처리가 적용될 수 있다.
유동 채널 여과 매개체 배열(30)은 양호하게는 열선으로 그 배열을 슬라이싱함으로써 최종 형태로 형성된다. 최종 필터 형태가 잘려지고 있을 때 열선은 각각의 층들을 함께 용융시킨다. 이러한 층의 용융은 최종 필터의 가장 바깥쪽 면 또는 면들에서 이루어진다. 그런 식으로 유동 채널 여과 매개체 배열의 최소 몇몇의 인접 층들은 열선 절단에 앞서 함께 결합될 필요가 없다. 열선 절단기의 속도는 각각의 층의 더 많은 또는 더 적은 용융을 유발하도록 조정될 수 있다. 예를 들면, 열선 속도는 더 높은 또는 더 낮은 용융 구역을 만들기 위해 다양할 수 있다. 열선은 직사각형, 곡선, 구, 또는 유사물을 포함하는 무제한의 잠재적인 형태의 필터를 형성하기 위해 직선이거나 곡선일 수 있다. 또한, 열선은 필터를 절단하거나 분리하지 않고 유동 채널 여과 매개체 배열의 각각의 층들을 용융시키는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 열선은 열선의 어느 한쪽의 조각들을 유지하면서 층들을 용융시키면서 유동 채널 여과 매개체 배열을 절단할 수 있다. 조각들은 냉각되면서 함께 재용융되어, 안정된 유동 채널 여과 매개체 배열을 형성한다.
본 발명의 양호한 실시예는 200마이크론 이하의, 양호하게는 100마이크론에서 약 95마이크론까지 이하의 두께(9)를 가진 얇은 유연한 중합체 필름을 사용한다. 더 두꺼운 필름이 가능하지만 일반적으로 여과기능이나 기계적 안정성에 어떤 부가적인 이익없이 압력 강하를 증가시킨다. 다른 층의 두께는 비슷하게 양호하게는 200마이크론이하, 가장 양호하게는 100 마이크론 이하이다. 유동 채널 여과 매개체 배열을 형성하는 층의 두께는 대체로 입구 또는 출구의 개구에서 유동 채널 여과 매개체 배열의 단면적의 총 50 퍼센트 이하, 양호하게는 10 퍼센트 이하가 층의 재료로 형성된다. 단면적의 나머지 부분은 입구 개구 또는 출구 개구를 형성한다. 굴곡된 필름의 정점 또는 봉우리는 일반적으로 약 1mm, 양호하게는 최소 1.2mm 그리고 가장 양호하게는 최소 1.5mm의 최소 두께를 갖는다. 정점이나 봉우리가 10mm보다 크면, 매우 긴 유동 채널 여과 매개체 배열들, 예를 들면, 100cm 또는 그 이상의 것(양호하게는 정점 또는 봉우리가 6mm 또는 그 이하임)을 제외하고는 구조물은 불안정해지고 효율은 매우 저하된다. 유동 채널들은 일반적으로 양호하게 최소 단면적이 최소 0.2㎟, 양호하게는 최소 0.5㎟인 곳에서 종방향으로 최소 약 1㎟, 양호하게는 최소 2㎟의 평균 단면적을 갖는다. 최대 단면적은 필요한 상대적인 여과 효율에 의해서 결정되고 일반적으로 약 1㎠ 또는 그 이하, 양호하게는 약 0.5㎠ 또는 그 이하이다.
유동 채널들의 형상은 굴곡된 필름 층과 상부 캡 층 또는 인접 부착된 굴곡된 필름 층의 굴곡에 의해서 형성된다. 일반적으로 유동 채널은 종 형상, 삼각형, 직사각형 또는 불규칙한 형상 등의 임의의 적절한 형상일 수 있다. 하나의 유동 채널 층의 유동 채널들은 굴곡된 필름 층을 가로질러 양호하게는 실질적으로 평행하고 연속적이다. 그러나, 인접 유동 채널 층들 위에 있는 이러한 형태의 유동 채널들은 서로 상대적인 각도에 있다. 또한, 특정한 유동 채널 층들의 이 유동 채널들은 유동 채널 여과 매개체 배열의 입구 개구 면 또는 출구 개구 면과 상대적인 각도를 이루며 뻗어 있을 수 있다.
유동 채널 여과 매개체 배열은 배열의 제1 면부터 제2 면까지 양호하게는 8 내지 35mm의 두께이다. 두께가 8mm이하일 때, 자동차의 현행 안전 법규를 충족시키지 못할 수도 있다고 알려져 왔다. 크기가 35mm를 초과할 때, 복합 필터는 너무 거대해서 자동차에 필터를 위해 제공되는 하우징에 쉽게 들어맞지 않을 수 있다.
유동 채널 여과 매개체 배열과 흡착제 미립자 여과 매개체는 어떤 통상적인 방법으로라도 복합 필터로 형성될 수 있다. 예를 들면, 흡착제 미립자 여과 매개체는 주름진 흡착제 미립자 여과 매개체의 주름진 끝을 유동 채널 여과 매개체 배열에 접착제로 붙임으로써 유동 채널 여과 매개체에 접착될 수 있다. 그러나, 양호하게는 유동 채널 여과 매개체 배열과 흡착제 미립자 여과 매개체는 복합 필터의 두 반대쪽 끝을 따라서 한 쌍의 스트립(strip)에 의해서 결합될 것이다. 그러한 스트립들은 유동 채널 여과 매개체 배열과 흡착제 미립자 여과 매개체의 끝에 접착되어 양쪽을 복합필터로 결합시킨다. 그러한 스트립들은 예를 들면 플라스틱과 같은 어떤 재료로도 만들어질 수 있고 유연하거나 압축가능할 뿐만 아니라 견고할 수도 있다. 특별한 실시예에 따라, 스트립들은 예를 들면 폼 또는 부직포의 스트립과 같이 유연하고 압축가능할 수 있다. 그러한 스트립의 사용은 또한 복합 필터가 끼워맞춤되어질 하우징에 봉인으로써 기능할 수 있는 이점을 가질 것이다.
특별히 양호한 실시예에 따라, 유동 채널 여과 매개체 배열과 흡착제 미립자 여과 매개체는 복합 필터의 둘레 주위에 프레임을 제공함으로써 결합될 것이다. 그러한 프레임은 양호하게는 유동 채널 여과 매개체 배열과 흡착제 미립자 여과 매개체의 끝에 접착된다. 프레임은 견고할 수 있고 플라스틱 또는 어떤 다른 적당한재료로 만들어질 수 있다. 양호하게는, 프레임은 봉인 또는 프레임으로서 기능할 수 있는 유연하고 압축가능한 재료로 구성된다. 그러한 재료는 예를 들면, 폼과 부직포 재료를 포함한다. 유동 채널 여과 매개체 배열의 견고함과 안전성 덕분에, 프레임은 견고할 필요가 없고 폼과 같은 상당히 유연한 재료조차도 프레임으로서 사용될 수 있다.
도12는 복합 필터의 실시예를 예시한다. 이 도면에서 보여지는 바와 같이 복합 필터(200)는 폼으로 만들어지고 유동 채널 여과 매개체 배열(202)과 흡착제 미립자 여과 매개체(203)의 단부에 접착된 프레임 부분(201)을 포함한다. 도13에서 보여지는 바와 같이, 흡착제 미립자 여과 매개체(203)는 주름져 있고 그물(211)에 의해 지지되는 흡착제 미립자(210)를 포함한다. 흡착제 미립자 층은 두개의 면포 층(212)사이에서 결합된다. 도12를 다시 언급하면, 특히 그 도면에서 보여지는 확대도 A에서, 유동 채널 여과 매개체 배열은 정전기적으로 대전되고 최소 한쪽 면에 구조화된 일군의 굴곡된 필름 층(204)으로 구성된다는 것을 알 수 있다. 굴곡된 필름 층(204)은 한쪽면(205)에서 반대쪽면(206)까지 뻗어 있는 유동 채널을 형성한다. 사용중에, 면(205)은 입구를 형성할 것이고 면(206)은 탄소 여과 매개체가 제공되는 출구를 형성할 것이다. 따라서, 미여과 유동체가 면(206)으로 도입되고 먼저 유동 채널 여과 매개체 배열을 통하여 이동하고 그리고 나서 탄소 여과 매개체(203)를 통하여 유동할 것이다.
본 발명의 복합 필터는 특히 차량, 특히 자동차에서 그러한 차량 객실로 유입되는 공기를 여과하기 위한 용도에 적합하다.
다음 예는 본 발명을 보다 깊이 예시하기 위함이나 다음 예에 발명을 한정시키는 것은 아니다.
예들
본 발명은 다음 예와 실험 결과에 의해 보다 깊이 개시될 것이다.
예1
복합 필터의 유동 채널 여과 매개체 배열은 다음 방법을 사용하여 제조되었다. 폴리프로필렌 수지는 표면에 미세한 홈을 가진 주조 롤(roll) 위에 수지를 압출함으로써 표준 압출 기술을 사용하여 구조화된 필름으로 형성되었다. 결과적인 주조된 필름은 제1 매끄러운 주표면과 주조 롤로부터 유래한 종으로 배열된 연속 무늬를 가진 제2 구조화된 주표면을 가졌다. 필름 위의 무늬들은 고르게 분포된 제1 주 구조물과 사이에 엮어진 제2 구조물로 구성되었다. 그 주 구조물들은 150마이크론 떨어져 분포되어 있고 실질적으로 약 5도의 측벽 경사를 가지고 기조에서 높이 약 75마이크론이고 폭 약 80마이크론(약 1의 높이/폭 비)인 실질적으로 직사각형 단면을 가졌다. 기조에서 높이 25마이크론이고 폭 26마이크론(약 1의 높이/폭 비)인 실질적으로 직사각형의 단면을 가지는 세개의 제2 구조물은 26마이크론의 간격을 두고 주 구조물들 사이에 고르게 분포되었다. 이들 무늬가 연장되기 시작한 기조 필름 층은 두께 50마이크론이었다.
구조화된 필름의 제1 층은 굴곡된 형상으로 주름질 수 있으며 그 아치형의 정점에서 제2 구조화된 필름에 부착되어 유동 채널 적층 어셈블리를 형성한다. 그 방법은 일반적으로 제1 구조화된 필름을 굴곡된 시트로 형성하고, 그 필름을 아치형 부분이 대체로 평행하게 분포된 앵커(anchor) 부분으로부터 같은 방향으로 돌출되도록 형성하고, 굴곡된 필름의 아치형 부분을 후방 층으로부터 돌출시키면서 대체로 평행하게 배치된 굴곡된 필름의 앵커 부분을 제2 구조화된 필름 후방 층에 결합시키는 것을 포함한다. 이 방법은 제1 그리고 제2 가열되고 주름지며 하나의 축을 가지고 복수개의 주변에 분포된 일반적으로 축방향으로 뻗어나는 봉우리를 포함하는 부재 또는 롤러를 제공함으로써 행해지고, 봉우리는 외부표면을 가지고 맞물리는 관계에 있는 다른 주름용 부재의 봉우리부분을 받아들이기에 적합한 봉우리사이의 공간을 형성한다. 제1 구조물을 구비한 필름은 주름용 부재들이 반대로 회전하면서 맞물린 봉우리 사이에 이송된다.
이런 식으로 형성된 주름용 기구를 가지고, 구조화된 필름은 주름용 부재의 상호 맞물린 톱니를 5.3rpm의 회전 속도로 통과할 때 상부 주름용 부재의 톱니로 압축되고 그 사이에 유지되었다. 제1 필름은 상부 주름용 부재의 톱니에 들어가 있는 채로 두번째 구조화된 필름은 롤의 둘레 위에 놓여졌고 상부 주름용 부재의 톱니에 유지된 층에 초음파 용접되었다. 용접은 제1, 제2 필름 사이에서 주름용 부재의 톱니 상부 표면에서 톱니 표면을 초음파 혼(horn)이 지지되는 앤빌(anvil)로써 삼음으로써 이루어진다. 이렇게 형성된 주름진 유동 채널들은 높이 1.8mm, 기조폭 2.5mm을 갖는다.
유동 채널 층 어셈블리는 미국 특허 제3,998,916호(밴 턴호우트)에 일반적으로 개시된 방법에 의해서 그리드(grid) 대전기에서 고전압장에 노출되어 대전된 일렉트릿이었다. 여과 매개체 배열은 모든 유동 채널 층에서 채널을 유지하고 있는서로의 층 위에 유동 채널 층이 필터 매개체 배열의 입구 개구 면에 의해 형성된 평면과 90도의 각을 형성하도록 층을 평행하게 배열하여 쌓아 올림으로써 대전된 유동 채널 층 어셈블리로부터 형성된다. 여과 매개체 배열 군은 그 군을 열선 절단하여 깊이 10mm의 필터를 생산함으로써 안정한 여과매개체 배열 구조로 변환되었다. 열선에 의해 유도된 용융량과 용융된 수지의 스미어링(smearing)의 정도는 여과 매개체 배열의 입구 또는 출구 개구를 방해하지 않기 위해 주의깊게 조절되어야 했다. 희망하는 필터 깊이를 제조하는 것 뿐만 아니라 열선 절단 공정은 또한 유동 채널 층 어셈블리의 전, 후방 면을 함께 용융시켜 안정화된 여과 매개체 배열을 형성함으로써 최종 어셈블리를 튼튼하고 붕괴 저항력있는 구조로 안정화시킨다. 복합 필터 시스템을 위해 255×190mm의 외부치수를 갖는 배열이 생성되었다.
복합 필터의 제2 요소, 흡착제 미립자 여과 매개체는 다음 방법으로 생성되었다. 활성 탄소 미립자가 그물망 구조에 부착되는 흡착제 미립자 층이 사용되었다. 이 그물망은 그물망이 활성 탄소 미립자와 같은 색깔을 가지도록 검은색 염색약이 합체된 폴리프로필렌 또는 유사한 재료로 구성되는 스트립으로 짜여졌다. 그물망은 특별한 삼차원구조를 가지며, 기조물은 정사각형의 그물망이 생성되도록 스트립 사이에 약 7mm의 거리를 두고 수직으로 배열된 지름 0.2mm의 스트립으로부터 생성되었다. 이 주요한 층 위에 제2 층이 주요한 구조물의 한쪽면에 부착되었는데 동일한 지름을 갖는 제2 스트립이 배열되어 원래 구조물의 각각의 정사각형 내부로 약 1mm의 거리에 있게 되고 전체 구조물은 0.4mm의 두께를 얻었다. 이것은 여러 번의 부가적인 단계, 양호하게는 3-4회, 에서 계속되었는데 각 단계에서 원래 정사각형 위로 더 좁은 정사각형이 생성되었다. 모든 단계에서 부가적인 층이 기본 구조물의 동일한 면 위로 이전의 층에 놓여졌다. 이러한 방법으로 삼차원의 구조물이 생성되었다. 양호한 실시예에서 스트립의 수는 한 방향에서 다른 수직한 방향에 비교했을 때 더 많았다. 약 1.8mm의 총두께를 갖는 이 삼차원의 그물망 구조물위에 0.3-0.8mm의 크기 분포를 가진 활성 탄소 분자가 부착된다. 탄소 미립자 뿐만 아니라 개개의 스트립은 양호하게는 폴리우레탄 그룹의 수지를 이용하여 전체 구조에 부착되었다. 이것은 약 2mm의 두께와 그물망을 포함하는 550g/㎡이고 활성 탄소 만에 대해선 400g/㎡의 기본 중량을 가지는 그물망과 활성 탄소 미립자를 포함하는 전체 층을 초래한다. 미립자는 비교적 조밀한 미립자 배열을 생성하기 위해 간신히 보일 수 있는 정도로 그물망 구조물을 덮으며 부착되었다.
나아가, 15g/㎡의 기본 중량을 갖는 방적결합된 폴리프로필렌 부직 조직으로 구성된 면포 재료가 사용되었다. 삼차원 그물망과 함께 흡착제 미립자 층은 도13에서 보여질 수 있는 바와 같이 두 면포 재료의 층 사이에 위치해 있었다. 면포 층은 세 층을 적층하기 전에 양호하게는 폴리우레탄 그룹의 접착제로 코팅하여 흡착제 미립자 층에 부착되었다.
위에 개시된 바와 같이 흡착제 미립자 여과 매개체는 그 후 잘 공지된 방법으로 주름지게 되어 20mm의 주름 높이를 얻고 전체 치수는 255×190mm이 되었다. 이것은 cm 당 약 1.2 주름의 거리를 두고 30 주름을 낳았다. 이것은 0.22㎡의 활성 탄소 재료의 총 면적에 제공되었다.
10mm의 두께를 갖는 유동 채널 여과 매개체 배열은 그 후 20mm의 두께를 갖는 흡착제 미립자 여과 매개체위에 놓여져서 총 30mm의 두께의 구조물이 얻어졌다. 이 구조물은 그 후 프레임 안으로 놓여졌다. 이 프레임에 대해서 30mm의 높이와 6mm의 두께를 갖는 폐쇄된 셀 폴리우레탄 폼이 사용되었다. 폼의 한쪽면 위에서 양면 접착 테이프에는 이후에 제거되는 라이너가 제공되었다. 접착 물질 층을 구비한 폼은 유동 채널 여과 매개체 배열과 흡착제 미립자 여과 매개체의 구조물에 장착되어 하나의 프레임이 생성되었다. 프레임은 네 개의 면 각각에 대해 네 개의 다른 조각들로부터 만들어졌지만, 대안으로는 전체 둘레의 길이를 갖는 한 줄의 폼 또한 사용 가능했다. 폼의 장착과 유동 채널 여과 매개체 배열의 견고함 덕분에 두 여과 매개체를 서로 직접 접착시키지 않고 안정한 구조물이 얻어졌다. 동시에 이 프레임은 전체 복합 필터의 봉인 기능을 수행할 수 있다.
비교인 예
비교적인 예는 유동 채널 여과 매개체 배열 대신 통상적인 일렉트릿 필터 층을 사용하는 주름진 구조물이었다. 네 층의 적층물이 생성되었고 그 후 주름지게 되었다. 특별한 필터로서 다음이 사용되었다. : 예1에서 사용된 것과 유사하며 다중으로 열적 결합하고 임의 배열된 섬유로부터 공지된 방법으로 생산된 부직 방적 결합 재료를 포함하는 면포 층이 사용되었다. 부직 방적 결합 재료의 기본 중량은 10g/㎡였다. 방적 결합 망은 단면적이 10×40마이크론의 전형적인 치수를 며 정전기적으로 대전된 유전성의 가늘거나 또는 분열된 섬유로 구성된 일렉트릿 필터 재료의 부직 재료와 결합되었다. 이 부직 재료의 기본 중량은 약 40g/㎡였다. 이 일렉트릿 필터 층에 대한 재료로서 등록상표 3M 필트레트(Filtrete)의 명칭하에 미네소타, 마이닝 앤드 매뉴팩쳐링 컴퍼니 (Minesota, Mining and Manufacturing Company) 에 의해 유통되는 제품이 이용될 수 있다.
다른 두개의 층은 실제로 예1의 두개의 층, 즉, 앞서 개시한 바와 같이 면포 층이 폴리우레탄 그룹의 접착제를 사용하는 동일한 방법으로 부착되고 2mm 두께를 가진 흡착제 미립자 층과 동일했다. 두개의 구조물 즉 한쪽면에는 부가적인 면포 층이 있는 일렉트릿 필터와 다른 쪽 면에는 면포 층이 있는 흡착 미립자 층은 그 후 함께 적층되어 일렉트릿 필터 층은 접착제를 사용하지 않고 흡착 미립자 층과 직접적인 접촉을 하게 되었다. 따라서, 두 면포 층은 전체 구조물의 두 외부 표면에 있었다.
이 구조물은 그후 앞서 개시된 바와 본질적으로 동일한 방법으로 주름지게 되어 28mm의 주름 높이와 255×190mm의 전체 치수를 생성하고 전체 20 주름을 낳아서 활성 물질의 전체 면적이 0.22㎡였던 예1의 전체면적과 거의 동등한 0.21㎡가 되었다. 주름진 구조물은 그 후 양호하게는 사출 성형 공정을 통하여 프레임속으로 놓여진다.
앞서 언급한 예시 필터로 다음의 비교 실험이 행해졌다.
효율은 테스트 규범 DIN 71 460, 파트(part) 1에 따라 측정된다. 효율의 측정은 다음과 같이 행해진다. DIN ISO 5011에 따른 테스트 분진 "코어스(coarse)"를 DIN 71 460 의 4.4 절에 따라 유입시킨다. 이 분진은 실험할 필터를 통한 유입 전 후에 미립자 카운터(Counter)에 의해 측정된다. 미립자 카운터는 0.5 내지 15 마이크론 범위의 다양한 미립자 크기의 미립자를 측정하는 능력을 가진다. 이 미립자 범위내의 비율이 퍼센트 단위로 효율이 된다. DIN 71 460, 1절 내지 4.4.2에 따른 모든 조항이 고려되었다. 실험할 필터는 다른 예로 앞서 언급한 바와 크기와 형상에 있어 동일할 것이 특히 중요하다. 나아가, 포획된 분진은 비교예와 비교하여 예1에 대하여 측정되었다. 또한 이 경우 실험은 테스트 규범 DIN 71 460 파트 1을 따라서 행해졌다. 측정은 다음과 같이 행해졌다. 포획된 분진을 측정하는데 적절한 DIN 71 460의 모든 조항, 특히 6.3절이 고려되었다. 측정은 시작으로부터 압력강하가 각각 25, 50, 75 그리고 100Pa의 주어진 비율에 증가할 때까지 수행되었다. 필터는 테스트 전후로 중량측정되었다. 중량측정에 대해 또한 DIN ISO 5011가 적용되었다.
가스 효율은 테스트 규범 DIN 71 460, 파트 2에 따라서 측정되었다. 실험할 필터는 부록A, 도A.1에 따라 테스트 장비에 삽입된다. 이 경우 테스트 재료 엔-부탄(N-butane), 이산화황(SO2) 또는 톨루엔(toluene)이 기체 형태로 시스템에 유입된다. 온도가 측정되고 실험 재료의 농도가 필터 통과 전후에 측정된다. 동시에 압력강하가 측정된다. 필터로 유입 전에 실험 재료의 농도는 C1이고, 필터 통과 후의 대응 농도는 C2이다. 이것은 시간의 함수이고, 실험 재료는 실험 재료의 필터 유입전 농도는 시간에 따라 일정한 반면 실험 재료는 필터(C2(t))를 통과하여 지나간다. 효율은 그 후,
E(t)=(1-C2(t):C1)·100% 에 의해 측정된다.
필터가 전형적으로 테스트 재료로 대전되어 있기 때문에 효율은 시간에 따라 내려간다. 실제적인 이유로 실험이 시작되고 필터가 실험재료를 흡수하기 시작한 직후(이것은 0분 후 가스 효율을 의미한다.) 다양한 가스의 효율과 5분뒤 가스 효율을 지시하는 것으로 충분하다고 증명되어 왔다. 나아가 유동 속도가 고려되야 하고 실제적인 이유로 그 숫자는 각각 225㎥/h 와 450㎥/h의 두개의 속도로 정해졌다.
이 실험은 재생산가능성을 보장하기 위하여 수많은 샘플로 행해졌고 그 결과는 표1과 표2에서 볼 수 있다. 표1은 예1과 비교예사이의 비교를 보여준다. 그것은 각각 225㎥/h 와 450㎥/h의 다른 유동 속도에서 압력강하는 예1에서 비교예보다 근소하게 우수하다는 것을 보여준다. 나아가, DIN 71 460, 파트 1에 따른 부분 효율과 DIN 71 460, 파트 2에 따른 가스 효율은 이들 수치가 비교예의 수치보다 근소하게 낮다는 것을 보여준다. 비교예와 예1에서 얻어진 수치는 모두 수용 가능한 범위에 있다.
그러나, 표2에서 볼 수 있는 바와 같이, 발명(예1)에 따른 필터는 상당히 진보된 분진 수거 능력을 가진다. 따라서, 필터를 교체해야 하는 시점인 100Pa의 압력 강하 증가에서, 비교예는 단지 15g의 분진만을 수거했지만, 발명예는 35Pa의 압력 강만을 일으키고 40g의 분진을 수거할 수 있었다. 따라서, 발명에 따른 필터는 비교예보다 상당히 긴 수명을 가질 것이다.
예1 비교예
압력강하(Pa)@225㎥/h@450㎥/h 58Pa175Pa 65Pa185Pa
부분효율(%)0.3~0.5㎛0.5~1.0㎛1.0~2.0㎛2.0~5.0㎛5.0~10.0㎛ 225㎥/h 450㎥/h70 5873 6779 7788 8391 84 225㎥/h 450㎥/h76 7084 8194 9398 9799 99
가스효율(%)n-부탄 : 0분n-부탄 : 5분이산화황 : 0분이산화황 : 5분톨루엔 : 0분톨루엔 : 5분 225㎥/h 450㎥/h70 5731 1374 5835 2075 6870 60 225㎥/h 450㎥/h76 6830 1080 6535 2083 7576 63
포획분진(g) 압력강하(Pa)
0510152025303540 예1절대 비교예절대
586265697378838893 047111520253035 657287105138〉190--- 07224073〉125---

Claims (14)

  1. 유동체를 여과하기 위한 복합 필터이며, 유동 채널 여과 매개체 배열과 흡착제 미립자 여과 매개체를 포함하며,
    상기 유동 채널 여과 매개체 배열은 제1 면과 제2 면을 가지며 적어도 하나의 구조화된 필름 층과 제2 층에 의해 형성되고,
    상기 구조화된 필름 층은 제1 면과 제2 면을 가지며 구조화된 필름의 적어도 한쪽 면은 적어도 부분적으로 유동 채널을 형성하고 유동 채널을 형성하는 면의 적어도 일부분 위에서 고 종횡비를 가지며,
    유동 채널 층을 구성하는 제2 필름 층, 즉, 또는 추가의 필름 층은 상기 배열의 유동 채널을 통하여 적어도 부분적으로 유동체 경로를 형성하며,
    필름 층들은 정전기적으로 대전되어 있고 상기 제1 면을 통하여 개방된 복수개의 입구와 상기 배열의 제2 면을 통하여 개방된 복수개의 출구를 형성하고,
    상기 흡착제 미립자 여과 매개체는 흡착제 미립자의 주름진 층을 포함하고 상기 탄소 여과 매개체는 유동 채널 여과 매개체 배열의 한쪽 면에 인접하는 것을 특징으로 하는 복합 필터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 흡착제 미립자 여과 매개체는 유동 채널 여과 매개체 배열의 제2 면에 인접하는 것을 특징으로 하는 복합 필터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 흡착제 미립자 여과 매개체는 그물망에 끼워진 것을 특징으로 하는 복합 필터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 흡착제 미립자 여과 매개체는 또한 두개의 면포 층을 포함하고 상기 그물망은 상기 면포 층 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 복합 필터.
  5. 제1항에 있어서, 탄소 여과 매개체의 주름 높이는 5 내지 30mm인 것을 특징으로 하는 복합 필터.
  6. 제1항에 있어서, 유동 채널 여과 매개체 배열은 8 내지 35mm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 복합 필터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 복합 필터는 또한 상기 흡착제 미립자 여과 매개체와 상기 유동 채널 여과 매개체 배열의 양쪽 단부에 부착된 최소 두개의 스트립을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 필터.
  8. 제1항에 있어서, 상기 흡착제 미립자 여과 매개체와 상기 유동 채널 여과 매개체 배열은 그 주연부에서 프레임에 의하여 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 복합 필터.
  9. 제7항에 있어서, 상기 스트립 또는 상기 프레임은 폼을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 필터.
  10. 제1항에 있어서, 상기 흡착제 미립자 여과 매개체의 상기 흡착제 미립자는 활성 탄소 미립자를 포함하는 것을 복합 필터.
  11. 제1항에 따른 복합 필터를 통해 상기 유동체를 통과하도록 하는 것을 특징으로 하는 유동체 여과 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 유동체는 가스상태의 유동체인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 유동체는 먼저 유동 채널 여과 매개체 배열을 통과하고 그후 상기 흡착제 미립자 여과 매개체를 통과하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 객실과, 제1항에 따른 또는 객실로 유입되는 공기를 여과하는 복합 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
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