KR20100101606A

KR20100101606A - 에어 필터

Info

Publication number: KR20100101606A
Application number: KR1020107013556A
Authority: KR
Inventors: 에이조 가와노; 마사또시 스즈끼; 요오조오 야노; 아끼오 스즈끼
Original assignee: 닛토덴코 가부시키가이샤
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2010-09-17
Also published as: US20100307118A1; TW200938290A; WO2009072568A1; CN101888892A; JP2009154150A

Abstract

에어 필터(100)는, 복수의 필터 유닛(2)과, 복수의 필터 유닛(2)을 둘러싸는 외측 프레임(10)을 구비하고 있다. 필터 유닛(2)은, 주름 잡기 가공된 여과재(4)와, 여과재(4)의 주연부(4e)를 유지하는 지지 프레임(6)을 포함하는 것이다. 인접하는 2개의 필터 유닛(2, 2)이 V자 형상을 이루고 있다. 복수의 필터 유닛(2)이 각각의 지지 프레임(6)의 부분에서 연결되어 있다. 모든 필터 유닛(2)의 면내 방향이 외측 프레임(10)의 개구면의 면내 방향에 대하여 경사지는 자세로, 복수의 필터 유닛(2)이 외측 프레임(10)에 끼워 넣어져 있다.

Description

에어 필터{AIR FILTER}

본 발명은 에어 필터에 관한 것이다.

에어 필터는, 클린룸, 공조 설비, 터빈 등에 널리 사용되고 있다. 이러한 종류의 에어 필터로서는, 주름 잡기 가공된 여과재를 외측 프레임에 고정한 것이 알려져 있다. 여과재로서, 유리 여과재, 일렉트릿 여과재, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 다공질막을 포함하는 여과재 등이 사용된다. 면속 2.5m/sec 이상으로 공기를 흘리는 경우에는, 압력 손실이 낮은 여과재를 사용하고, 또한 여과재의 면적을 많이 취할 필요가 있다. 이 요구에 부응할 수 있는 에어 필터로서, 일본 특허 공개 제2002-95922호 공보 및 일본 특허 공개 제2006-88048호 공보에 기재되어 있는 바와 같은 에어 필터가 알려져 있다. 이들 에어 필터는, 대개 V 뱅크형 에어 필터라고 불린다.

V 뱅크형 에어 필터는, 다음 수순으로 제조된다. 우선, 여과재를 주름 잡기 가공한다. 계속해서, 주름 간격을 일정하게 유지하기 위해, 여과재의 표면에 비드를 형성한다. 비드라 함은, 여과재의 표면에 설치된 실 형상의 구조부이며, 통상은 핫 멜트 수지에 의해 구성된다. 또한, 주름 잡기 가공한 여과재를 V자 형상으로 성형한다. 마지막으로, 여과재를 외측 프레임에 고정한다. 외측 프레임의 치수는, 현재 보급되어 있는 표준품으로 종횡이 610mm×610mm로 크다. 이러한 크기의 외측 프레임에 딱 맞게 끼우도록 여과재를 주름 잡기 가공하기 위해서는 고도의 기술이 요구되고, 비용도 늘어난다. 주름 잡기 가공의 정밀도가 낮고, 여과재와 외측 프레임 사이에 간극이 생기거나 하면 포집 효율이 저하되므로 바람직하지 않다.

본 발명의 목적은, 포집 성능이 우수하고, 제조가 용이한 에어 필터를 제공하는 것에 있다.

즉, 본 발명은,

복수의 필터 유닛과,

상기 복수의 필터 유닛을 둘러싸는 외측 프레임을 구비하고,

상기 복수의 필터 유닛이, 각각 주름 잡기 가공된 여과재와, 상기 여과재의 주연부를 유지하는 지지 프레임을 포함하고,

인접하는 2개의 상기 필터 유닛이 V자 형상을 이루도록, 상기 복수의 필터 유닛이 각각의 상기 지지 프레임의 부분에서 서로 연결되고,

모든 상기 필터 유닛이 상기 외측 프레임의 개구면에 대하여 경사지는 자세로, 상기 복수의 필터 유닛이 상기 외측 프레임에 끼워 넣어져 있는 에어 필터를 제공한다.

상기 본 발명에 따르면, 복수의 필터 유닛이 각각의 지지 프레임의 부분에서 연결되고, 또한 외측 프레임에 끼워 넣어져 있다. 그로 인해, 대면적의 여과재의 주름 잡기 가공을 피할 수 있다. 대면적의 여과재의 주름 잡기 가공을 피함으로써, 생산성의 개선, 나아가서는 저비용화를 기대할 수 있다. 또한, 복수의 필터 유닛을 조합함으로써 에어 필터를 구성하므로, 에어 필터의 설계의 변경에 대응하기 쉽다.

도 1은 본 실시 형태에 관한 에어 필터의 사시도.
도 2는 도 1의 에어 필터에 사용된 필터 유닛의 사시도.
도 3은 도 2에 도시한 필터 유닛의 III-III 단면도.
도 4는 도 1에 도시한 에어 필터의 IV-IV 단면도.
도 5는 필터 유닛에 사용된 여과재의 단면도.
도 6a는 필터 유닛끼리의 연결 구조를 도시하는 모식도.
도 6b는 도 6a와 같은 모식도.
도 7은 필터 유닛의 외측 프레임에의 고정 구조를 도시하는 단면도.
도 8은 외측 프레임의 다른 예의 단면도.
도 9는 개구율의 정의의 설명도.

이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태의 에어 필터의 사시도이다. 도 2는, 도 1의 에어 필터에 사용된 필터 유닛의 사시도이다. 도 3은, 도 2에 도시한 필터 유닛의 III-III 단면도이다. 도 4는, 도 1에 도시한 에어 필터의 IV-IV 단면도이다. 도 5는, 필터 유닛에 사용된 여과재의 단면도이다.

도 1 및 도 4에 도시한 바와 같이, 에어 필터(100)는, V자 형상을 이루도록 서로 연결된 복수의 필터 유닛(2)과, 그들 필터 유닛(2)을 둘러싸는 외측 프레임(10)을 구비하고 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 필터 유닛(2)은, 주름 잡기 가공된 여과재(4)와, 여과재(4)의 주연부를 유지하는 지지 프레임(6)을 구비한 것이다.

에어 필터(100)의 외측 프레임(10)의 형상이나 필터 유닛(2)의 지지 프레임(6)의 형상은, 특별히 한정되지 않지만, 통상은 평면도에서 사각형 형상이다. 또한, 도 2로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 필터 유닛(2)은 전체적으로 판 형상을 갖고 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서, 필터 유닛(2)의 지지 프레임(6)은 수지를 주체로 하여 구성되어 있다. 그리고, 여과재(4)의 주연부(4e)가 지지 프레임(6)에 매립되고, 지지 프레임(6)과 일체화되어 있다. 이와 같은 형태에서 여과재(4)가 지지 프레임(6)에 고정되어 있으면, 여과재(4)와 지지 프레임(6) 사이에 간극이 생기지 않으므로, 분진이 여과재(4)에서 여과되지 않고 에어 필터(100)를 통과하는 문제가 일어나기 어렵다. 즉, 포집 효율의 향상을 예상할 수 있다. 또한,「수지를 주체로 하여」라 함은, 질량％로 가장 많이 포함되는 재료가 수지인 것을 의미하고, 다른 재료, 예를 들어 유리 섬유 등이 포함되어 있어도 되는 것을 의미한다.

도 1 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 인접하는 2개의 필터 유닛(2, 2)이 V자 형상을 이루도록, 복수의 필터 유닛(2)이 각각의 지지 프레임(6)의 부분에서 서로 연결되어 있다. 그리고, 모든 필터 유닛(2)이 외측 프레임(10)의 개구면에 대하여 경사지는 자세로, 연결된 복수의 필터 유닛(2)이 외측 프레임(10)에 끼워 넣어져 있다. 모든 필터 유닛(2)이 외측 프레임(10)의 개구면에 대하여 경사져 있으므로, 여과재(4)의 대략 전체면에서 포집 작용이 발휘될 수 있다.

본 실시 형태에 있어서, 필터 유닛(2)의 수는 3 이상이다. 그리고, 그들 3 이상의 필터 유닛(2)이 지그재그로 연결되어 있다. 바꾸어 말하면, 외측 프레임(10)의 한 변에 평행한 방향을 따라, 필터 유닛(2)에 기초하는 산과 골이 교대로 형성되도록 복수의 필터 유닛(2)이 서로 연결되어 있다. 이와 같이 하면, 종래의 V 뱅크형 필터와 비교하여 손색없는 포집 효율을 달성할 수 있고, 또한 여과재의 면적이 큰 에어 필터를 제공할 수 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 복수의 필터 유닛(2)의 전부가, 외측 프레임(10)의 한쪽의 개구면(10p)과 다른 쪽의 개구면(10q) 사이에 들어가 있다. 즉, 필터 유닛(2)의 지지 프레임(6)의 부분이 외측 프레임(10)으로부터 비어져 나오지 않고 있다. 그로 인해, 에어 필터(100)를 중첩하여 운반하거나, 보관하는 데 편리하다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 외측 프레임(10)의 범위 내에서 복수의 필터 유닛(2)이 매트릭스 형상으로 배열되도록, 지지 프레임(6)에 기초하여 형성된 능선에 평행한 방향을 따라 필터 유닛(2)이 복수 설치되어 있다. 즉, 외측 프레임(10)의 세로 방향과 가로 방향의 양방향을 따라 필터 유닛(2)이 배열되어 있다. 상기 능선에 평행한 방향(세로 방향)에 관하여, 필터 유닛(2)은, 인접하는 것끼리 동일 높이의 면으로 되도록 연결되어 있다. 이와 같이, 필터 유닛(2)을 종횡으로 연결함으로써, 목적으로 하는 크기의 에어 필터(100)를 용이하게 조립할 수 있다. 대면적의 여과재를 여러 겹으로 주름 잡기 가공할 필요가 있는 종래의 에어 필터에 존재하는 제조 공정의 번잡함을, 본 실시 형태에 의해 해소할 수 있다.

에어 필터(100)의 외측 프레임(10)의 크기(종횡의 치수)는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 에어 필터의 표준 치수인 610mm×610mm가 일반적이다. 에어 필터(100)의 깊이 H(도 4 참조)도 특별히 한정되는 것이 아니라, 필터 유닛(2)을 V자 형상으로 연결하기 위한 공간이 있으면 된다. V자의 수는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 에어 필터(100)의 압력 손실이 지나치게 커지지 않도록 설계하면 된다. V자의 수는, 바람직하게는 3 내지 8개이다. 본 실시 형태에서는, V자의 능선에 평행한 세로 방향으로 3개의 필터 유닛(2)이 배치되고, 능선과 직교하는 가로 방향(산과 골이 교대로 형성되어 있는 방향)으로 6개의 필터 유닛(2)이 배치되어 있다. 즉, 외측 프레임(10)의 범위 내에, 18개의 필터 유닛(2)이 종횡 매트릭스 형상으로 배치되어 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 인접하는 2개의 필터 유닛(2)이 이루는 V자의 각도 θ는, 예를 들어 5°내지 50°의 범위이다. 이러한 범위에서 필터 유닛(2)을 연결함으로써, 외측 프레임(10)의 개구 면적에 대한 여과재(4)의 표면적을 충분히 확보하는 것이 가능해진다.

복수의 필터 유닛(2)을 서로 연결하는 방법은, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 지지 프레임(6)과 지지 프레임(6)이 용착됨으로써 복수의 필터 유닛(2)이 연결되어 있어도 되고, 접착제를 사용하여 복수의 필터 유닛(2)이 연결되어 있어도 되고, 지지 프레임(6)과 지지 프레임(6)의 끼워 맞춤에 의해 복수의 필터 유닛(2)이 연결되어 있어도 된다. 또한, 연결구를 사용하여, 복수의 필터 유닛(2)이 연결되어 있어도 된다. 단, 필터 유닛(2)의 지지 프레임(6)이 수지제인 경우, 용착에 의해 복수의 필터 유닛(2)이 서로 연결되어 있으면, 간극이 생기기 어려우므로 적합하다.

보다 바람직하게는, 도 6a에 도시한 바와 같이, 하나의 필터 유닛(2)의 지지 프레임(6)과 그 필터 유닛(2)에 인접하는 다른 필터 유닛(2)의 지지 프레임(6)에 걸쳐짐으로써, 그들 2개의 필터 유닛(2, 2)을 연결하는 필터 유닛 연결부(12)를 설치하는 것이다. 필터 유닛 연결부(12)에 따르면, 지지 프레임(6)과 지지 프레임(6)을 직접 접착하거나 용착하는 경우에 비해, 복수의 필터 유닛(2)을 용이하게 연결할 수 있다. 또한, 필터 유닛 연결부(12)에 의해, 지지 프레임(6)과 지지 프레임(6) 사이의 간극이 막아져 있다. 이에 의해, 포집 효율이 향상된다.

필터 유닛 연결부(12)는, 띠 형상의 형상을 갖는다. 필터 유닛(2)에 의해 형성된 산(또는 골)의 부분에, 필터 유닛 연결부(12)가 설치되어 있다. 또한, V자의 능선에 평행한 세로 방향을 따라 인접하는 필터 유닛(2)의 지지 프레임(6)과 지지 프레임(6) 사이에, 필터 유닛 연결부(12)가 설치되어 있어도 된다.

필터 유닛 연결부(12)는, 엘라스토머에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다. 적절하게 사용할 수 있는 엘라스토머로서, 폴리우레탄계 엘라스토머, 폴리올레핀계 엘라스토머, 폴리에스테르계 엘라스토머를 예시할 수 있다. 필터 유닛 연결부(12)가 엘라스토머에 의해 구성되어 있는 경우, 필터 유닛 연결부(12)의 휨이 변화됨으로써, 인접하는 2개의 필터 유닛(2)이 이루는 V자의 각도 θ가 변화될 수 있다. 바꾸어 말하면, 필터 유닛 연결부(12)가 있음으로써, V자의 각도 θ를 조절하는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 연결된 필터 유닛(2)을 외측 프레임(10)에 고정할 때, 각도 θ가 미묘하게 변화됨으로써, 필터 유닛(2)과 외측 프레임(10) 사이의 치수 공차가 자동적으로 해소된다. 그로 인해, 필터 유닛(2)을 외측 프레임(10)에 고정하는 작업이 매우 용이해진다.

필터 유닛 연결부(12)는, 다음과 같은 방법으로 형성할 수 있다. 우선, 상술한 엘라스토머를 띠 형상으로 성형하여, 필터 유닛 연결부(12)로서의 띠 형상 성형품을 얻는다. 그리고, 도 6a에 도시한 바와 같이, 지지 프레임(6)과 지지 프레임(6)에 필터 유닛 연결부(12)가 걸쳐 형성되도록, 그 띠 형상 성형품을 접착제 또는 용착(열 용착 또는 초음파 용착)에 의해 지지 프레임(6)에 고정한다. 이러한 방법에 의해, 복수의 필터 유닛(2)을 간단하게 연결할 수 있다.

또한, 공지된 수지 성형 방법에 의해 필터 유닛 연결부(12)를 형성하여도 된다. 예를 들어, 사출 성형법이 적절하게 채용될 수 있다. 예를 들어, 도 6b에 도시한 바와 같이, 한쪽의 필터 유닛(2)과, 다른 쪽의 필터 유닛(2)을, 지지 프레임(6)의 측면끼리 마주 보도록 배열한다. 그리고, 지지 프레임(6)과 지지 프레임(6)에 걸쳐 U자 형상의 필터 유닛 연결부(12)가 형성되도록, 수지의 사출 성형을 행한다. 이러한 방법에 의해, 복수의 필터 유닛(2)을 간단하게 연결할 수 있다.

외측 프레임(10)의 재료는 특별히 한정되지 않는다. 외측 프레임(10)은 금속으로 구성되어 있어도 되고, 수지로 구성되어 있어도 된다. 에어 필터의 경량화의 관점에서, 외측 프레임(10)이 수지로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

연결된 필터 유닛(2)이 외측 프레임(10)에 직접 고정되어 있어도 되지만, 도 7에 도시한 고정 구조를 채용함으로써, 필터 유닛(2)을 외측 프레임(10)에 간단하게 고정할 수 있게 된다. 구체적으로는, 연결된 필터 유닛(2)을 외측 프레임(10)에 고정하는 보조 프레임(14)을 더 설치할 수 있다. 보조 프레임(14)은, 필터 유닛(2)과 외측 프레임(10)에 개재된다.

도 7에 도시한 바와 같이, 외측 프레임(10)에는, 오목부(10t)(또는 볼록부)가 형성되는 한편, 보조 프레임(14)에는, 외측 프레임(10)의 오목부(10t)에 적합한 형상의 볼록부(14s)(또는 오목부)가 형성되어 있다. 보조 프레임(14)의 볼록부(14s)를 외측 프레임(10)의 오목부(10t)에 끼워 맞추게 한다. 상세하게는, T자 형상의 단면을 갖는 볼록부(14s)를 동일하게 T자 형상의 단면을 갖는 오목부(10t)에 미끄러져 들어가게 하여 오목부(10t)와 볼록부(14s)를 결합시킨다. 이에 의해, 보조 프레임(14)이 외측 프레임(10)에 대하여 고정된다. 한편, 보조 프레임(14)과 필터 유닛(2)은, 전술한 필터 유닛 연결부(12)에 의해 연결되어 있다. 따라서, 필터 유닛(2)은, 보조 프레임(14)을 통해 외측 프레임(10)에 고정된다.

도 7에 도시한 구조에 따르면, 필터 유닛(2)과 외측 프레임(10) 사이에 간극이 생기기 어렵다. 그로 인해, 작업성이 개선될 뿐만 아니라, 포집 효율의 향상도 기대할 수 있다. 또한, 외측 프레임(10)이 복수의 부품에 의해 구성되고, 또한 분해 가능한 경우, 도 7에 도시한 구조를 채용함으로써, 외측 프레임(10)과 필터 유닛(2)을 간단하게 분리할 수 있게 된다. 그로 인해, 필터 유닛(2)을 세정하거나, 필터 유닛(2)을 교환하는 작업을 매우 간단하게 행할 수 있게 된다.

또한, 외측 프레임(10)의 4개의 내주면의 전체에 대하여, 도 7에 도시한 고정 구조를 채용할 필요는 없다. 즉, 외측 프레임(10)의 한 쌍의 내주면에 대하여, 도 7에 도시한 고정 구조를 채용한다. 한편, 외측 프레임(10)의 다른 한 쌍의 내주면에 관해서도, 외측 프레임(10)과 필터 유닛(2) 사이의 간극을 막기 위한 고안을 강구하면 된다. 예를 들어, 외측 프레임(10)과 필터 유닛(2) 사이의 간극을 메우기 위한 밀봉재, 코킹재, 가스킷 등을 설치할 수 있다. 또한, 외측 프레임(10)의 내주면에 홈을 형성하고, 그 홈에 필터 유닛(2)을 끼워 맞추게 하여도 된다.

또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 외측 프레임(10)의 내측에는, 필터 유닛(2)을 지지하기 위한 가이드(16)(가이드 막대)가 설치되어 있어도 된다. 이러한 가이드(16)에 따르면, 도 6a를 참조하여 설명한 필터 유닛 연결부(12) 및 도 7을 참조하여 설명한 보조 프레임(14)에 의해 초래되는 효과와 더불어 에어 필터의 조립성이 더 개선된다.

에어 필터(100)의 압력 손실은, 에너지 효율의 면에서, 면속 2.5m/sec로 공기를 흘렸을 때에 300Pa 이하인 것이 바람직하고, 면속 3.5m/sec로 공기를 흘렸을 때에 250Pa 이하인 것이 더욱 바람직하다. 에어 필터(100)의 설계에 따라서, 적절한 압력 손실의 여과재(4)를 선정하여 여과재 면적을 결정하면 된다. 압력 손실을 저감시키기 위해, 여과재(4)의 간격 P(주름 간격, 도 3 참조)를 5mm 이하로 할 수 있다.

또한 에어 필터(100)가 30 내지 65％의 범위의 개구율을 갖고 있으면, 압력 손실을 낮게 억제하는 것이 가능해진다. 여기서「개구율」이라 함은, 하기 수학식 1로 정의되는 값이다. 하기 수학식 1은, 에어 필터(100)를 평면에서 보았을 때에 있어서의, 외측 프레임(10)의 개구 면적에 대한 지지 프레임(6)의 측면의 면적의 비율을 나타내고 있다(도 9 참조).

W: 외측 프레임(10)의 가로 폭(mm)

y: Dcos(θ/2)(mm)

D: 지지 프레임(6)의 높이(mm)

θ: V자의 각도

n: V자의 수

지지 프레임(6)의 측면의 면적이 커지면 개구율이 작아진다. 지지 프레임(6)은 통기에 기여하지 않으므로, 압력 손실을 저감하는 관점에 있어서, 그 측면의 면적이 작으면 작을수록 바람직하고, 즉, 개구율이 크면 클수록 바람직하다고도 생각된다. 그러나, 개구율이 지나치게 큰 것도 좋지 않다. 왜냐하면, 여과재(4)의 총 면적이 부족함으로써, 원하는 포집 효율이 얻어지지 않을 가능성이 있음과 함께, 오히려 압력 손실이 증대될 가능성이 있기 때문이다. 따라서, 외측 프레임(10)의 치수, 지지 프레임(6)의 치수, V자의 수를 적절하게 조절함으로써, 에어 필터(100)의 개구율을 상기 범위 내에 들도록 하는 것이 바람직하다.

에어 필터(100)는, 물로 세정하여도 성능이 열화하는 일이 없기 때문에, 초음파 등으로 세정하여도 된다.

필터 유닛(2)의 포집 효율(여과재(4)의 포집 효율)은, 입경 0.3 내지 0.5μm의 입자가, 선속 5.3cm/sec로 여과재(4)를 투과할 때에 99％ 이상 있는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 필터 유닛(2)의 포집 효율은, 입경 0.3 내지 0.4μm의 입자가, 선속 5.3cm/sec로 여과재(4)를 투과할 때에 99.97％ 이상이다. 더욱 바람직하게는, 필터 유닛(2)의 포집 효율은, 입경 0.1 내지 0.2μm의 입자가, 선속 5.3cm/sec로 여과재(4)를 투과할 때에 99.9995％ 이상이다.

필터 유닛(2)에 있어서, 여과재(4)의 주연부(4e)는, 지지 프레임(6)의 수지와 일체화되어 있다. 여과재(4)의 주연부(4e)와 지지 프레임(6)의 수지를 일체화시키는 방법으로서는, 인서트 성형이 바람직하다. 주름 잡기 가공된 여과재(4)를 금형에 세트하고, 사출 성형함으로써 필터 유닛(2)이 얻어진다. 또한, 지지 프레임(6)의 수지가, 여과재(4)의 주연부(4e)에 침투하고 있어도 되고, 여과재(4)의 주연부(4e)의 표면에 물려 들어가 미세한 요철 구조를 형성하고 있어도 된다. 이러한 경우, 여과재(4)가 지지 프레임(6)에 견고하게 고정될 수 있다.

필터 유닛(2)의 지지 프레임(6)을 구성하는 수지의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리카르보네이트, 이들의 복합재 등을 사용할 수 있다. 수지의 수축률은 20/1000 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 10/1000 이하이다. 더욱 바람직하게는 5/1000 이하이다. 이들 수지에 충전재를 첨가하면, 수축률을 한층 저감할 수 있다. 예를 들어, 유리 섬유나 탄소 섬유를 첨가하면, 수축률 저감 외에 강도나 열 전도율을 향상시킬 수 있다. 또한, 안료를 첨가하여 착색하거나, 항균제 등을 첨가하여 항균 기능을 부가하여도 된다. 또한,「수지의 수축률」은, 수지 성형을 행한 후의 냉각 과정에 있어서의 치수 변화율(냉각 과정에서의 수축량/금형의 설계 치수)인 것을 의미한다.

도 5에 도시한 바와 같이, 필터 유닛(2)의 여과재(4)로서, 여과재 본체부(8)와, 그 여과재 본체부(8)에 중첩된 통기성 섬유 재료(7)에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다. 여과재 본체부(8)로서, 유리 여과재, 일렉트릿 여과재 및 PTFE 다공질막을 사용한 여과재로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개를 사용할 수 있다. 유리 여과재는, 유리 섬유에 바인더를 첨가하여 초지(抄紙)한 것이다. 일렉트릿 여과재는, 멜트 블로운 부직포를 일렉트릿화한 것이다. 이들 중에서도, PTFE 다공질막이 여과재 본체(8)로서 권장된다.

유리 여과재는, 주름 잡기 가공할 때에 자기 발진하는 것이 알려져 있다. 터빈 용도에 있어서는, 이들 유리 섬유가 필터로부터 탈락하여 터빈 내에 들어가, 팬에 부착된다. 또한, 클린룸 용도에 있어서도 청정도가 저하되기 쉽다. 또한, 유리 여과재에 따르면 압력 손실이 비교적 높다. 일렉트릿 여과재를 사용한 에어 필터는, 압력 손실이 낮은 반면, HEPA 그레이드의 포집 효율을 얻는 것이 어렵다. 또한, 세정하면 포집 효율이 저하되기 쉽다. PTFE 다공질막을 사용한 여과재는, 이러한 약점이 거의 극복되어 있기 때문에, 여과재(4)로서 특히 적합하다.

여과재(4)의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 주름 잡기 가공하였을 때의 형상을 유지할 정도의 두께는 필요하고, 0.05 내지 1mm가 바람직하다. 여과재(4)의 압력 손실은, 선속 5.3cm/sec일 때에 20 내지 300Pa인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 50 내지 200Pa이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 여과재(4)의 주름 간격 P는, 에어 필터(100)의 단위 면적당의 여과재(4)의 표면적을 충분히 확보할 수 있는 넓이, 예를 들어 1.5 내지 6.0mm의 범위로 조정되어 있으면 된다. 주름 높이 h는, 예를 들어 10 내지 30mm의 범위가 적정하다. 또한, 여과재(4)의 표면에 전술한 비드가 설치되어 있어도 된다. 본 실시 형태에서는, (여과재(4)의 주름 높이 h)≒(지지 프레임(6)의 높이 D)로 하고 있다. 단, 지지 프레임(6)의 높이 D와, 여과재(4)의 주름 높이 h가 상이하여도 된다.

통기성 섬유 재료(7)는 보강재로서의 기능을 갖는다. 또한 그 자체도 분진 포집 기능을 갖고, 프리필터(prefilter)로서 작용하는 경우도 있다. 이 경우는, 여과재 본체부(8)(예를 들어 PTFE 다공질막)에 있어서의 막힘이 방지되고, 이것에 기인하는 압력 손실의 상승을 억제할 수 있음과 함께, 에어 필터(100)가 장수명화된다. 포집 이론에 따르면, 분진의 포집 성능은, 통기성 섬유 재료(7)의 섬유 직경이 미세할수록 향상된다. 그로 인해 섬유 직경이 가는 통기성 재료를 상류측에 배치하는 쪽이 바람직하다.

통기성 섬유 재료(7)로서는, 재질, 구조, 형태가 특별히 한정되는 것은 아니지만, PTFE 다공질막보다 통기성이 우수한 재료, 예를 들어, 펠트, 부직포, 직포, 메쉬(그물코 형상 시트), 그 밖의 다공질 재료를 사용할 수 있다. 단, 강도, 포집성, 유연성, 작업성의 점에서는 부직포가 바람직하다. 또한, 통기성 섬유 재료(7)로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 폴리올레핀(폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등), 폴리아미드, 폴리에스테르(폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등), 방향족 폴리아미드 혹은 이들의 복합재 등으로 이루어지는 것을 사용할 수 있다. 나아가, 고융점 재료가 코어부이며 저융점 재료가 시스부를 형성하는 코어 시스 구조의 섬유로 만들어진 부직포를 사용하는 것이 바람직하다.

여과재 본체부(8)로서 적합한 PTFE 다공질막의 제조 방법의 일례를 이하에 설명한다. 우선, PTFE 미분체에 액상 윤활제를 첨가한 페이스트 상태의 혼화물을 예비 성형한다. 액상 윤활제는, PTFE 미분체의 표면을 적실 수 있어 추출이나 가열에 의해 제거할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 유동 파라핀, 나프타, 화이트 오일 등의 탄화수소를 사용할 수 있다. 액상 윤활제의 첨가량은, PTFE 미분체 100중량부에 대하여 5 내지 50중량부 정도가 적당하다. 상기 예비 성형은, 액상 윤활제가 짜내어지지 않을 정도의 압력으로 행한다.

다음에, 예비 성형체를, 페이스트 압출이나 압연에 의해 시트 형상으로 성형하고, 이 PTFE 성형체를 적어도 일축 방향으로 연신하여 PTFE 다공질막(8)을 얻는다. 또한, PTFE 성형체의 연신은, 액상 윤활제를 제거하고 나서 행하는 것이 바람직하다. 연신 배율은 특별히 규정되는 것이 아니라, 압력 손실과 포집 효율에 따라서 적절하게 설정하면 된다. 연신 불균일이나 연신시의 파단 등을 고려하면, 면적 연신 배율(일축 방향의 연신 배율과 그것에 수직 방향의 연신 배율의 곱하기)은, 50 내지 900배가 바람직하다.

PTFE 다공질막(8)은, 그 평균 구멍 직경이 0.01 내지 5μm의 범위에 있고, 그 평균 섬유 직경이 0.01 내지 0.3μm의 범위에 있고, 5.3cm/sec의 유속으로 공기를 투과시킬 때의 압력 손실이 20 내지 2500Pa의 범위에 있으면 된다.

평균 구멍 직경이 0.01 내지 5μm 정도의 PTFE 다공질막(8)은, 백색으로 비친다. 통기성 섬유 재료(7)의 일반적인 그레이드도 백색이지만, 이들이 착색되어 있어도 된다. 착색하는 방법으로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 안료를 혼입하는 방법, 염료에 의해 물들이는 방법, 인쇄하는 방법을 예로 들 수 있다. 또한, 색에 대해서는 특별히 한정되는 것이 아니라, 용도에 따라서 적절하게 선택하면 된다.

통기성 섬유 재료(7)에 안료를 혼입하는 경우에는, 원료인 플라스틱 수지를 용융 상태로 하여 혼련하는 것이 일반적이다. 또한, PTFE 다공질막(8)에 안료를 혼입하는 경우에는, PTFE 미분체에 안료와 액상 윤활제를 첨가하여 페이스트 상태의 혼화물로 하면 된다. 또한, 도전성 등의 다른 기능을 발현시키기 위해 복수의 재료를 혼합하여도 된다. 염료에 의해 물들이는 경우에는, PTFE 다공질막(8) 혹은 통기성 섬유 재료(7) 각각을 염료에 침지하여도 되고, 적층된 여과재(4)를 염료에 침지하여도 된다. 인쇄하는 경우에는 그라비아 인쇄 등이 일반적이다.

통기성 섬유 재료(7)와 PTFE 다공질막(8)을 적층하는 방법은, 특별히 한정되는 것은 아니다. 간단히 양자를 중첩하는 것만이어도 되고, 접착제 라미네이트, 열 라미네이트 등의 방법에 의해 양자를 적층하여도 된다. 열 라미네이트에 의해 적층하는 경우는, 가열에 의해 부직포 등의 통기성 섬유 재료(7)의 일부를 용융시켜, 통기성 섬유 재료(7)와 PTFE 다공질막(8)을 접착 및 적층하면 된다. 또한, 핫 멜트 수지와 같은 융착제를 개재시켜 양자를 접착 및 적층하여도 된다.

여과재(4)는, 전술한 바와 같이 PTFE 다공질막(8)과 통기성 섬유 재료(7)에 의해 구성되어 있는 것이면 되고, 그 밖의 구성은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, PTFE 다공질막(8)은 단층이어도 되고 2층 이상이어도 된다. PTFE 다공질막(8)이 다층 구조를 갖는 경우, 치수나 특성이 동일한 PTFE 다공질막을 사용하여도 되고, 상이한 PTFE 다공질막을 사용하여도 된다.

다음에, 본 발명의 실시예 및 비교예에 대하여 설명한다.

(실시예 1)

실시예 1의 에어 필터를 이하의 수순으로 제조하였다. 우선, 면적 연신 배율이 450배인 PTFE 다공질막을, 2매의 PET/PE 코어 시스 부직포(천의 단위 면적당 중량 30g/㎡)에 끼워 겹친 후, 180℃로 가열한 한 쌍의 롤 사이를 통과시킴으로써 열 라미네이트를 행하여, PTFE 다공질막과 통기성 섬유 재료의 3층 제품의 여과재(두께: 0.32mm, 압력 손실: 170Pa(선속 5.3cm/sec), 포집 효율: 99.99％)를 얻었다.

얻어진 여과재를 주름 높이 h가 22mm, 주름수가 93이 되도록 주름 잡기 가공을 하였다. 주름 잡기 가공한 여과재를 금형에 세트하고, 지지 프레임의 세로ㆍ가로ㆍ높이가 195mm×295mm×27mm로 되도록, 사출 성형기로 폴리카르보네이트 수지(유리 섬유 30％ 함유)와 여과재를 일체 성형(두께: 5mm)하여, 도 2를 참조하여 설명한 필터 유닛을 얻었다.

이 필터 유닛을 48매 준비하고, V자의 수가 8개가 되도록 연결하였다. 연결된 필터 유닛을 수지제의 외측 프레임에 고정하고, 도 1 등을 참조하여 설명한 에어 필터(V 뱅크형 필터: 610mm×610mm×300mm)를 얻었다. 지지 프레임을 용착함으로써 필터 유닛끼리 연결함과 함께, 필터 유닛과 외측 프레임과의 간극에 코킹재를 충전하였다.

(실시예 2 내지 6)

실시예 1에서 사용한 필터 유닛을 각각 42매, 36매, 30매, 24매 및 18매 준비하고, 이들 필터 유닛을 V자의 수가 각각 7개, 6개, 5개, 4개 및 3개로 되도록 연결하였다. 연결된 필터 유닛을 실시예 1과 동일한 외측 프레임에 각도 θ(도 4 참조)를 바꾸어 고정하여, 실시예 1과 같은 에어 필터를 얻었다.

(비교예 1)

비교예 1로서, 유리 여과재와 알루미늄제 외측 프레임을 구비한 시판되는 V 뱅크형 필터(610mm×610mm×292mm)를 준비하였다.

다음에, 실시예 1 내지 6 및 비교예 1의 에어 필터에 대하여, 포집 효율 및 압력 손실을 측정하였다. 포집 효율 및 압력 손실의 측정 방법은, 이하에 나타낸 바와 같다.

<<포집 효율의 측정 방법>>

에어 필터에 면속 3.5m/sec로 공기를 흘리면서, 에어 필터의 상류측에, 0.3 내지 0.4μm의 범위의 평균 입경(레이저 산란법에 의해 측정된 적산 50％에서의 입경)을 갖는 다분산 디옥틸프탈레이트(이하,「DOP」라 함) 입자를 약 10⁶개/리터의 농도로 공급하였다. 에어 필터의 상류측의 DOP 입자 농도와, 에어 필터를 투과해 온 하류측의 DOP 입자 농도를 파티클 카운터로 측정하고, 하기 식에 의해 포집 효율을 구하였다.

포집 효율(％)=[1-(하류측 농도/상류측 농도)]×100

하류측 농도의 단위: 입자 개수/리터

상류측 농도의 단위: 입자 개수/리터

<<압력 손실의 측정 방법>>

에어 필터에 면속 3.5m/sec로 공기를 흘렸을 때의 압력 손실을 압력계(마노미터)로 측정하였다.

포집 효율 및 압력 손실의 측정 결과를 표 1에 나타낸다. 실시예 1 내지 6 및 비교예 1의 에어 필터의 중량 및 개구율을 표 1에 아울러 나타낸다.

실시예 1 내지 6의 에어 필터의 압력 손실은, 비교예 1의 에어 필터의 압력 손실보다도 전체적으로 낮았다. 실시예 1 내지 6에서는, PTFE 다공질막과 통기성 섬유 재료에 의해 구성된 여과재를 사용하는 한편, 비교예 1에서는 유리 여과재를 사용하고 있기 때문이다. 또한, 실시예의 에어 필터는, 비교예의 에어 필터와 동일한 레벨의 포집 효율을 달성하였다. 또한, 실시예 1 내지 6의 에어 필터는, 비교예 1의 에어 필터보다도 경량이며, 제조도 용이하였다.

실시예 1 내지 6에 따르면, 개구율이 단조 증가하고 있음에도 불구하고, 압력 손실이 단조 감소하지 않고, 실시예 3에서 최소로 되었다. 실시예 2 내지 5의 에어 필터의 압력 손실은, 모두 250Pa 이하로 적합한 범위이었다. 한편, 실시예 1 및 실시예 6의 에어 필터의 압력 손실은, 각각 324Pa, 295Pa로 약간 컸다. 실시예 2 내지 5 중에서의 압력 손실의 차가 최대 29Pa인 것에 반해, 실시예 1과 실시예 6과의 압력 손실의 차는 75Pa, 실시예 5와 실시예 6과의 압력 손실의 차는 46Pa로 컸다. 또한, 실시예 6의 에어 필터의 포집 효율은, 99.85％로 약간 낮았다.

이러한 결과는, 앞서 설명한 바와 같이, 에어 필터의 개구율에 관련되어 있다고 여겨진다. 즉, 본 발명에 속하는 에어 필터의 개구율은 지나치게 크지 않고 지나치게 작지 않은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 실시예 2 내지 5의 에어 필터와 같이, 개구율을 30 내지 65％의 범위로 설정함으로써, 압력 손실을 극소값 근방에 머무르게 하는 것이 가능해진다.

Claims

복수의 필터 유닛과,
상기 복수의 필터 유닛을 둘러싸는 외측 프레임을 구비하고,
상기 복수의 필터 유닛이, 각각 주름 잡기 가공된 여과재와, 상기 여과재의 주연부를 유지하는 지지 프레임을 포함하고,
인접하는 2개의 상기 필터 유닛이 V자 형상을 이루도록, 상기 복수의 필터 유닛이 각각의 상기 지지 프레임의 부분에서 서로 연결되고,
모든 상기 필터 유닛이 상기 외측 프레임의 개구면에 대하여 경사지는 자세로, 상기 복수의 필터 유닛이 상기 외측 프레임에 끼워 넣어져 있는 에어 필터.
제1항에 있어서, 상기 필터 유닛의 수가 3 이상이며,
상기 복수의 필터 유닛이 지그재그로 연결되어 있는 에어 필터.
제1항에 있어서, 상기 복수의 필터 유닛의 전부가, 상기 외측 프레임의 한쪽의 개구면과 다른 쪽의 개구면 사이에 수납되어 있는 에어 필터.
제1항에 있어서, 상기 복수의 필터 유닛이 상기 외측 프레임의 범위 내에서 매트릭스 형상으로 배열되도록, 상기 지지 프레임에 기초하여 형성된 능선에 평행한 방향을 따라 상기 필터 유닛이 복수 설치되어 있는 에어 필터.
제1항에 있어서, 하나의 상기 필터 유닛의 상기 지지 프레임과, 그 필터 유닛에 인접하는 다른 상기 필터 유닛의 상기 지지 프레임에 걸쳐짐으로써, 그들 2개의 필터 유닛을 연결하는 필터 유닛 연결부를 더 구비하고,
상기 필터 유닛 연결부에 의해, 상기 지지 프레임과 지지 프레임 사이의 간극이 막아져 있는 에어 필터.
제5항에 있어서, 상기 필터 유닛 연결부가 엘라스토머에 의해 구성되어 있는 에어 필터.
제1항에 있어서, 상기 복수의 필터 유닛을 상기 외측 프레임에 고정하기 위한, 상기 필터 유닛과 상기 외측 프레임에 개재된 보조 프레임을 더 구비한 에어 필터.
제1항에 있어서, 상기 여과재가, 폴리테트라플루오로에틸렌 다공질막과, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 다공질막에 중첩된 통기성 섬유 재료를 포함하고,
상기 지지 프레임이 수지를 주체로 하여 구성되고,
상기 여과재의 상기 주연부가 상기 지지 프레임에 매립되고, 상기 지지 프레임과 일체화하고 있는 에어 필터.
제1항에 있어서, 면속 3.5m/sec로 공기를 흘렸을 때의 압력 손실이 250Pa 이하인 에어 필터.
제1항에 있어서, 30 내지 65％의 범위의 개구율을 갖는 에어 필터.