KR20150034187A - 에어 필터 유닛 - Google Patents

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Abstract

에어 필터 유닛은 섬유제 여과재를 복수 회 절첩한 지그재그형 주름 여과재를 갖는다. 이 주름 여과재의 복수의 절첩 공간의 각각에 설치되는 세퍼레이터(공간 지지 부재)의 선팽창 계수는, 필터 유닛의 금속제의 필터 프레임체의 선팽창 계수 이상이다. 또한 상기 세퍼레이터 중, 주름 여과재의 절첩 방향(제1 방향)과 직교하는 제2 방향에 있어서, 주름 여과재의 가장 외측에 위치하는 양측부를 포함하는 측부 영역에 설치되는 세퍼레이터의 선팽창 계수는 모두, 상기 측부 영역에 끼워지는 중앙부 영역에 설치되는 세퍼레이터의 선팽창 계수에 비하여 작다.

Description

에어 필터 유닛 {AIR FILTER UNIT}
본 발명은 기류 중의 진애를 포집하는 에어 필터 유닛에 관한 것이다.
반도체의 제조 공정이나 자동차용 강판의 도장 건조 공정 등에 있어서 도입 공기를 청정화하기 위한 고온용 에어 필터가 사용되고 있다. 반도체의 제조 시, 특히 플랫 패널 디스플레이의 제조 시의 성막이나 미세 패턴의 형성 시, 수백 ℃의 고온이 요구되는 공정에 있어서 도입 공기를 청정화하는 요구가 있다. 이 때문에, 내열성이 우수한 고온용 에어 필터가 요구되고 있다.
종래부터 여과재를 필터 프레임체에 수용할 때, 여과재와 필터 프레임체를 세라믹 시멘트에 의하여 접착 고정하는 방법이 사용되어 왔다(특허문헌 2).
일반적으로 고온용 에어 필터 유닛의 사용 시, 에어 필터 유닛은, 예를 들어 300 내지 400℃의 온도로 가열되고, 사용되지 않을 때는 실온으로 냉각되므로, 실온과 300 내지 400℃의 고온 사이를 반복하는 열 이력을 받는다. 이 때문에, 여과재와 필터 프레임체 사이에 사용되는 접착제가, 접착제와 여과재, 또는 접착제와 필터 프레임체 사이의 팽창 계수의 차이 및 상기 열 이력에 의하여, 접착제의 층이 손상되어 균열이 생겨, 에어 필터 유닛의 시일성을 유지할 수 없는 경우가 있으며, 이 경우, 크랙을 통하여 작은 진애 등이 통과하여 하류로 흘러 버린다. 나아가, 여과재의 일부가 파손되는 경우도 있다.
이에 비하여, 실리콘 수지 및 내열성 무기계 밀봉제 등의 접착제를 사용하지 않고 고온 영역에서도 사용할 수 있고, 또한 에어 필터의 제작을 위한 작업 효율을 향상시키는 에어 필터가 알려져 있다(특허문헌 2).
당해 에어 필터는, 지그재그형으로 절첩된 여과지(주름 여과재)의 절첩 공간에 파형 세퍼레이터(공간 유지 부재)를 개재 삽입한 필터 팩을, 여과지의 지그재그형 단부측에 배치한, 평균 섬유 직경 1㎛ 이하의 초극미세 유리 섬유를 포함하는, 밀도 20 내지 120㎏/㎥의 시트형 시일재를 개재하여 필터 프레임에 수용한다. 즉, 당해 에어 필터는 여과지의 단부를 시트형 시일재에 접촉시킴으로써, 에어 필터 유닛의 시일성을 확보한다.
특히 당해 에어 필터를 고온 영역에서 사용하기 위해, 필터 프레임체에 고온 사용에 견딜 수 있도록 스테인리스강이 사용되고, 알루미늄 또는 알루미늄 합금제 세퍼레이터가 사용된다.
일본 실용신안 출원 공개 소63-6023호 공보 일본 특허 제4472398호 공보
그러나 상기 에어 필터에서는, 상술한 열 이력을 받음으로써, 장기간 반복하여 에어 필터를 사용하면, 도 7에 도시한 바와 같이 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는 세퍼레이터(114)가 화살표 방향으로 수축되어, 여과지(112)의 양측부의 절첩 공간을 적정하게 유지할 수 없게 된다. 나아가, 세퍼레이터(114)의 수축에 의하여 세퍼레이터(114)로 보유 지지되지 않는 여과지(112)의 부분이 절곡되어, 여과지(112)의, 도면 중의 상하 방향의 단부가 상기 시트형 시일재와 접촉하지 않게 되어, 시트형 시일재와 여과지 사이에 간극이 발생하는 경우가 있다. 이러한 경우, 진애 등이 에어 필터의 하류측으로 흘러, 에어 필터의 기능을 발휘하지 못한다. 또한 도 7 중의 도면 부호 116은 필터 프레임체이며, 도면 부호 112는 주름 여과재이다.
따라서 본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 복수 사이클의 열 이력을 받더라도 장기간 안정되게 에어 필터의 특성을 유지할 수 있는 에어 필터 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는, 종래의 에어 필터 유닛에서는, 필터 프레임체와 접하는 여과지(주름 여과재)의 양측부를 포함하는 측부 영역에 설치되는 세퍼레이터(공간 유지 부재)의 수축이 특히 크고, 이 수축이 에어 필터 유닛의 시일성에 있어서 큰 문제로 되고 있는 것을 알게 되었다. 또한 본 발명자는, 상술한 세퍼레이터(공간 유지 부재)의 수축이, 세퍼레이터의 선팽창 계수와 필터 프레임체의 선팽창 계수의 차이에 의하여 발생하는 것을 알아내었다. 즉, 여과지(주름 여과재)의 측부 영역에 설치되는 세퍼레이터(공간 유지 부재)의 선팽창 계수를 필터 프레임체의 선팽창 계수에 근접시키기 위하여, 여과지(주름 여과재)의 중앙부 영역에 설치되는 세퍼레이터(공간 유지 부재)의 선팽창 계수에 비하여 낮게 함으로써, 여과지(주름 여과재)의 측부 영역에 설치되는 세퍼레이터(공간 유지 부재)의 수축을 억제할 수 있고, 이것에 의하여 에어 필터 유닛의 시일성을 유지할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명에 이른 것이다.
즉, 본 발명의 일 실시 형태는, 기류 중의 진애를 포집하는 에어 필터 유닛이다. 당해 에어 필터 유닛은,
섬유제 여과재를 제1 방향을 따라 복수 회 절첩한 지그재그형 주름 여과재와,
상기 주름 여과재에 형성되는 복수의 절첩 공간의 각각을 유지하기 위하여 상기 절첩 공간의 각각에 삽입되는, 파형으로 절곡되고 상기 제1 방향으로 연장되는, 복수의 금속제의 공간 유지 부재와,
상기 절첩 공간에 상기 공간 유지 부재가 삽입된 상기 주름 여과재의 주위를 둘러싸서, 상기 주름 여과재를 지지 고정하는 금속제의 필터 프레임체와,
상기 주름 여과재에 있어서의 상기 제1 방향의 양단부와 접촉함으로써, 상기 필터 프레임체와의 사이의 간극을 시일하는 섬유제 시일재를 갖는다.
상기 공간 유지 부재의 선팽창 계수는 상기 필터 프레임체의 선팽창 계수 이상이다.
상기 공간 유지 부재 중, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향에 있어서 상기 주름 여과재의 가장 외측에 위치하는 양측부를 포함하는 측부 영역에 설치되는 제1 공간 유지 부재의 선팽창 계수는 모두, 상기 측부 영역에 끼워지는 중앙부 영역에 설치되는 제2 공간 유지 부재의 선팽창 계수에 비하여 작다.
그때, 상기 제1 공간 유지 부재에는, 상기 제2 공간 유지 부재의 금속 재료와 동일한 금속 재료에 350℃ 내지 400℃의 온도에서 0.5시간 내지 2시간의 가열 처리를 실시한 것이 사용되는 것이 바람직하다.
또한 상기 필터 프레임체에, 예를 들어 스테인리스강이 사용되고, 상기 제1 공간 유지 부재 및 상기 제2 공간 유지 부재에, 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용된다.
또한 상기 제1 공간 유지 부재의 선팽창 계수를 A라고 하고, 상기 제2 공간 유지 부재의 선팽창 계수를 B라고 했을 때, 비 A/B는 0.4 이상 1.0 미만인 것이 바람직하다.
또한 상기 제1 공간 유지 부재의 표면에는, 스탬핑되어 형성된 요철부가 복수 설치되어 있는 것이 바람직하다.
상기 에어 필터 유닛에 의하면, 반복 열 이력을 받더라도 장기간 안정되게 에어 필터의 특성을 유지할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태의 에어 필터 유닛의 개관 사시도이다.
도 2의 (a)는 본 실시 형태의 에어 필터 유닛의 정면도이며, (b)는 (a)에 나타난 X-X 선을 따른, 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 3은 본 실시 형태의 에어 필터 유닛의 구조의 일례를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 실시 형태의 에어 필터 유닛의 구조의 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 실시 형태의 에어 필터 유닛의 구조의 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 실시 형태의 에어 필터 유닛의 구조의 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 7은 종래의 에어 필터 유닛에 대하여 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명의 에어 필터 유닛에 대하여 상세하게 설명한다.
[에어 필터 유닛]
도 1은 본 실시 형태의 에어 필터 유닛의 외관 사시도이다. 도 2의 (a), (b)는 본 실시 형태의 에어 필터(10)의 정면도 및 그의 X-X 단면도이다.
도 1에 도시하는 에어 필터 유닛(10)은 고온용 에어 필터 유닛이며, 예를 들어 350℃ 이상(예를 들어 최고 400℃까지)의 온도에 있어서 내열성을 갖는다.
에어 필터 유닛(10)은 주름 여과재(12)와, 공간 유지 부재인 세퍼레이터(14)와, 필터 프레임체(16)와, 섬유제 시일재(18)(도 2의 (b) 참조)를 주로 갖는다.
주름 여과재(12)는 섬유제 여과재를 제1 방향(도 1의 상하 방향)을 따라 복수 회 절첩한 지그재그형을 이루고 있다. 주름 여과재(12)는 무기질 섬유제 여과지를 포함한다. 무기질 섬유제 여과지로서는, 예를 들어 극세 유리 섬유를 유기 바인더로 결합한 초조법에 의한 유리 섬유지이며, HEPA나 ULPA용 등의 여과재를 사용할 수 있다. 주름 여과재(12)는 시트형 여과재를 기류의 상류 및 하류측으로 향하도록 산접기, 골접기를 행함으로써, 예를 들어 90회 절첩하는 것에 의하여 형성된다.
세퍼레이터(14)는 주름 여과재(12)에 형성되는 복수의 절첩 공간의 각각을 유지하기 위한 공간 유지 부재이며, 이 절첩 공간의 각각에 삽입되는 복수의 금속제의 부재이다. 세퍼레이터(14)는 섬유제 시일재(18)에 접촉하고 있다. 구체적으로는, 세퍼레이터(14)는 파형으로 절곡되어 형성되어, 도 1에 도시한 바와 같이 절첩 공간에 삽입되고, 도면 중의 상하 방향으로 연장되어 있다. 세퍼레이터(14)의 재료는 오스테나이트계 또는 페라이트계의 스테인리스강, 1000계의 순 알루미늄(1000번대의 알루미늄), 2000계의 Al-Cu계 합금, 3000계의 Al-Mn계 합금, 4000계의 Al-Si계 합금, 5000계의 Al-Mg계 합금, 6000계의 Al-Mg-Si계 합금, 7000계의 Al-Zn-Mg계 합금, 또한 8011 H18 등을 포함하는 8000계의 알루미늄 합금을 포함한다. 알루미늄 합금 8011 H18은, 예를 들어 Al: 97.52질량％ 이상, Cu: 0.1질량％, Si: 0.5 내지 0.9질량％, Fe: 0.6 내지 1.0질량％, Mn: 0.2질량％, Zn: 0.1질량％, Ti: 0.08질량％의 조성을 갖는다. 특히 세퍼레이터(14)의 중량을 저하시키는 점에서 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 세퍼레이터(14)는 다수의 절첩 공간의 각각에 삽입되므로, 스테인리스강을 사용하면 중량이 증대되어 에어 필터 유닛(10)의 설치 작업성이 떨어져, 에어 필터 유닛(10)의 설치 장소가 제한되기 때문에, 실용상 바람직하지 않다. 세퍼레이터(14)는 판 두께가, 예를 들어 25 내지 65㎛이다.
필터 프레임체(16)는, 절첩 공간의 각각에 세퍼레이터(14)가 삽입된 주름 여과재(12)의 주위를 둘러싸서, 주름 여과재(12)를 지지 고정하는 금속제의 부재이다. 필터 프레임체(16)는, 기류가 흐르는 상하류측(도 2의 (b)의 좌우 방향의 양측)에 리브(16a)를 세워 설치한 4장의 프레임판이 조합되어 구성되어 있다. 리브(16a)의 선단부는 에어 필터 유닛(10)의 내측을 향하여 절곡되어 있다. 필터 프레임체(16)는 열 내구성을 갖는 점에서 스테인리스강, 예를 들어 SUS304 또는 SUS430으로 구성되는 것이 바람직하다. 필터 프레임체(16)는 이 외에, 알루미늄 또는 알루미늄 합금이나 강을 사용할 수도 있다.
섬유제 시일재(18)는, 필터 프레임체(16)에 설치된 주름 여과재(12)에 있어서의 제1 방향의 양단부(도 1 중의 상하 방향의 양단부)와 접촉함으로써, 필터 프레임체(16)와의 사이의 간극을 시일한다.
섬유제 시일재(18)에는 초극세 유리 섬유가 사용된다. 섬유제 시일재(18)는, 예를 들어 두께 1 내지 4㎜, 단위 면적당 중량 80 내지 120g/㎡, 밀도 20 내지 120㎏/㎥의 무기질 섬유로 구성한 것을 사용할 수 있다. 초극세 유리 섬유는, 예를 들어 평균 섬유 직경 1㎛ 이하의 초극세 유리 섬유이다. 섬유제 시일재(18)는 이 섬유를, 바인더를 사용하지 않고 방사·집면한 시트형으로 성형하여, 섬유제 시일재(18)가 형성되는 것이 바람직하다. 초극세 유리 섬유제의 섬유제 시일재(18)의 밀도가 120㎏/㎥를 초과하면, 필터 프레임체(16)나 세퍼레이터(12) 등에 사용되는 금속의 신장의 흡수성이 나빠진다. 한편, 섬유제 시일재(18)의 밀도가 20㎏/㎥ 미만이면 필터 팩(주름 여과재(12)의 절첩 공간에 세퍼레이터(14)가 삽입된 조립체)을 가압하는 힘이 작기 때문에 진애 등의 누설을 발생시켜, 시일성을 유지할 수 없다는 문제가 있다. 또한 상기 평균 섬유 직경이 1㎛를 초과하면, 주름 여과재(12)의 지그재그형 단부 요철에 추종하기 어려워 시일성이 불충분해진다.
이러한 에어 필터 유닛(10)에 있어서, 세퍼레이터(14)의 어느 선팽창 계수도, 필터 프레임체(16)의 선팽창 계수 이상으로 되어 있다. 에어 필터 유닛(10)의 사용 중, 에어 필터 유닛(10)의 온도가 실온으로부터 300℃ 이상의 고온으로 되어, 세퍼레이터(14) 및 필터 프레임체(16)에 열팽창이 발생하더라도, 세퍼레이터(14)와 필터 프레임체(16)의 선팽창 계수의 차이에 기인하여, 필터 프레임체(16)의 열팽창은 세퍼레이터(14)의 열팽창과 같거나 것보다 작다. 이 때문에, 실온뿐만 아니라 고온에서도, 세퍼레이터(14)가 섬유제 시일재(18)와 접촉한 상태는 유지되어, 세퍼레이터는 주름 여과재(12)의 형상을 유지할 수 있다. 한편, 세퍼레이터(14)의 선팽창 계수가 필터 프레임체(16)의 선팽창 계수보다 작은 경우, 세퍼레이터(14) 및 필터 프레임체(16)에 열팽창이 발생하면, 열팽창의 차이에 의하여 세퍼레이터(14)와 섬유제 시일재(18) 사이에 간극이 발생하면, 세퍼레이터(14)가 섬유제 시일재(14)에 접촉하지 않는다. 그 결과, 고온 상태에서 주름 여과재(12)의 형상을 부분적으로 유지할 수 없게 되는 경우가 발생한다. 이 때문에, 세퍼레이터(14)의 선팽창 계수는 필터 프레임체(16)의 선팽창 계수 이상으로 되어 있다. 여기서 선팽창 계수는, 0℃와 400℃에 있어서의 길이로부터 구해지는, 평균한 선팽창 계수를 말한다.
또한 세퍼레이터(14)는, 선팽창 계수의 대소에 의하여 2개의 세퍼레이터로 나뉘어져 있다. 선팽창 계수가 작은 세퍼레이터(14a)는, 제1 방향(도 1 중의 상하 방향)과 직교하는 제2 방향(도 1 중의 좌우 방향)에 있어서, 주름 여과재(12)의 가장 외측에 위치하는 양측부를 포함하는 측부 영역 R1에 설치되고, 세퍼레이터(14a)에 비하여 선팽창 계수가 큰 세퍼레이터(14b)는, 측부 영역 R1에 끼워진 중앙부 영역 R2에 설치되어 있다.
측부 영역 R1은, 주름 여과재(12)의 절첩 공간의 총 수를 N개라고 하면, 측부 영역 R1의 범위의 단부는 상기 제2 방향(도 1 중의 좌우 방향)의, 주름 여과재(12)의 양측부로부터 절첩 공간을 순서대로 세어, 예를 들어 0.05·N개 내지 0.1·N개(0.05·N, 0.1·N이 정수가 아닐 때는 0.05·N, 0.1·N을 초과하지 않는 최대의 정수)의 절첩 공간의 범위에 있다. 예를 들어 주름 여과재(12)의 절첩 공간의 총 수를 90개라고 하면, 측부 영역 R1의 중앙부측의 단부는 주름 여과재(12)의 양측부로부터 절첩 공간을 순서대로 세어, 4개 내지 9개째까지의 절첩 공간의 범위에 위치하고, 따라서 이 경우, 선팽창 계수가 큰 세퍼레이터(14a)는 양측부로부터 연속하여 4 내지 9개의 절첩 공간에 설치된다.
상기 범위 내에 위치하는 세퍼레이터(14a)는 필터 프레임체(16)에 가까워 실온 내지 고온의 열 이력을 크게 받기 때문에, 세퍼레이터(14)의 수축은 그 이외의 영역의 세퍼레이터(14b)에 비하여 크다. 이 때문에, 세퍼레이터(14a)의 열팽창 계수는 필터 프레임체(16)의 선팽창 계수에 근접하도록 세퍼레이터(14b)의 선팽창 계수에 비하여 작다.
또한 에어 필터 유닛(10)이 실온과 300 내지 400℃의 고온 사이를 반복하는 열 이력을 받음으로써 세퍼레이터(14)가 열수축하는 것은, 이하의 이유에 의한다고 생각된다.
즉, 300 내지 400℃의 고온으로 승온하면, 세퍼레이터(14)는 열팽창하려고 하지만, 이 열팽창에 비하여 필터 프레임체(16)의 열팽창은 같거나 그보다 작다. 게다가 세퍼레이터(14)는 절첩 공간 내에 주름 여과재(12)의 형상을 유지하도록 삽입되어 있으므로, 세퍼레이터(14)가 팽창할 여지는 적다. 특히 세퍼레이터(14)는 도 1 중의 상하 방향으로 길므로, 세퍼레이터(14)는 도 1 중의 상하 방향으로 크게 팽창하려고 한다. 그러나 이 팽창은 필터 프레임체(16) 및 섬유제 시일재(18)에 의하여 억제된 상태가 이어진다. 특히 필터 프레임체(16)에 가까운 측부 영역 R1에 있는 세퍼레이터(14)의 팽창은 중앙부 영역 R2에 비하여 크게 구속된다. 이 상태가 계속됨으로써, 세퍼레이터(14)는 필터 프레임체(16)에 억제되어 형상이 안정화된다. 이후, 에어 필터 유닛(10)의 사용이 종료되고, 온도가 실온으로 저하되었을 때 세퍼레이터(14)는 열수축한다. 고온 시 필터 프레임체(16)에 의하여 팽창이 억제되어 형상이 안정화된 세퍼레이터(14)는, 이 상태로부터 열수축하기 때문에, 세퍼레이터(14)의 상하 방향의 단부는 섬유 형상 시일재(18)와 접촉하지 않게 된다. 세퍼레이터(14)는 이러한 열 이력을 반복하여 받음으로써, 도 7에 도시한 바와 같이 최종적으로 간극이 발생할 정도로 수축한다. 예를 들어 종래의 세퍼레이터(14)는 5 내지 10㎜ 정도 수축한다.
이 때문에 본 실시 형태에서는, 특히 열 이력을 크게 받아 크게 수축하기 쉬운 측부 영역 R1에 설치되는 세퍼레이터(14a)는, 중앙부 영역 R2에 설치되는 세퍼레이터(14b)에 비하여 선팽창 계수를 작게 하여, 필터 프레임체(16)의 선팽창 계수에 근접해 있다. 세퍼레이터(14a)의, 필터 프레임체(16)에 대한 선팽창 계수의 비율은 1.0 내지 3.0인 것이 바람직하다.
또한 세퍼레이터(14a)의 선팽창 계수를 A라고 하고, 세퍼레이터(14b)의 선팽창 계수를 B라고 했을 때, 비 A/B는 0.4 이상 1.0 미만인 것이 바람직하다.
이러한 세퍼레이터(14a)는, 세퍼레이터(14b)의 금속 재료와 동일한 금속 재료에 350℃ 내지 400℃의 온도에서 0.5 내지 2.0시간의 가열 처리를 실시한 것이 사용되는 것이 바람직하다. 가열 처리에 사용하는 온도의 상한은, 예를 들어 400℃이다. 이와 같이 가열 처리를 미리 실시한 것은 선팽창 계수가 작아지므로, 세퍼레이터(14a)에 적절하게 사용할 수 있다. 특히 세퍼레이터(14a) 및 세퍼레이터(14b)에 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용되는 경우, 상기 가열 처리를 실시함으로써 세퍼레이터(14a)의 선팽창 계수를 세퍼레이터(14b)의 선팽창 계수에 비교하여 효율적으로 작게 할 수 있어, 상기 비 A/B를 0.4 이상 1.0 미만으로 용이하게 할 수 있다.
또한 세퍼레이터(14a)의 표면에는, 도 3에 도시한 바와 같이 스탬핑되어 형성된 요철부가 복수 형성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 열 이력에 따라 세퍼레이터(14a)가 열팽창 또는 열수축할 때, 이 열팽창 또는 열수축을 흡수할 수 있어, 필터 프레임체(16)와 동일한 정도의 팽창, 수축을 실현할 수 있는 변형부를 세퍼레이터(14a)에 설치한다. 이러한 변형부는, 세퍼레이터(14a)의 기초로 되는 박 부재를 파형으로 가공하기 전에 요철부가 발생하도록 미리 가공하면 된다.
또한 스탬핑되어 형성된 요철부는, 도 4의 (a) 내지 (c)에 도시하는 형태도 포함한다. 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 세퍼레이터(14)의 산접기, 골접기의 절첩선에 평행한 직선형으로 연장되는 오목부 및 볼록부, 및 산접기, 골접기의 절첩선에 직교하는 직선형으로 연장되는 오목부 및 볼록부를, 스탬핑되어 형성된 요철부로서 설치할 수 있다. 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이 세퍼레이터(14)의 산접기, 골접기의 절첩선에 평행한 오목부 및 볼록부를, 스탬핑되어 형성된 요철부로서 설치할 수도 있다. 또한 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이 세퍼레이터(14)의 산접기, 골접기의 절첩선에 대하여 비스듬히 연장되는 오목부 및 볼록부(도면 중의 실선, 점선)를, 스탬핑되어 형성된 요철부로서 설치할 수도 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 도 5에 도시한 바와 같이 에어 필터 유닛(10)에 있어서, 필터 팩의 중앙부 영역 R2에 위치하는, 적어도 1매의 세퍼레이터(14b) 대신 강성판(15)을 개재 삽입하고, 강성판(15)의 상하 방향의 단부를 초극미세 유리 섬유의 시트형 시일재층(18a)을 개재하여 필터 프레임체(16)에 접촉시키도록 함과 함께, 인접하는 각 세퍼레이터(14, 14)의 절첩선끼리가 도 6에 도시된 바와 같이 주름 여과재(12)를 개재하여 서로 교차하도록 배치하는 것이, 필터 팩의 형상을 유지하는 점에서 바람직하다.
이와 같이 에어 필터 유닛(10)의 세퍼레이터(14)의 선팽창 계수는 필터 프레임체(16)의 선팽창 계수 이상이며, 세퍼레이터(14) 중 측부 영역 R1에 설치되는 세퍼레이터(14a)의 선팽창 계수는 모두, 중앙부 영역 R2에 설치되는 세퍼레이터(14b)의 선팽창 계수에 비하여 작게 설정되어 있으므로, 측부 영역 R1에 설치되는 세퍼레이터(14a)의 열팽창은 세퍼레이터(14b)에 비하여 필터 프레임체(16)의 열팽창에 근접해 있다. 이 때문에, 도 7에 도시하는 종래의 세퍼레이터(114)와 같이 다수 회의 열 이력을 받아 수축하는 일은 적어진다.
특히 측부 영역 R1에 설치되는 세퍼레이터(14a)의 선팽창 계수를 A라고 하고, 중앙부 영역 R2에 설치되는 세퍼레이터(14b)의 선팽창 계수를 B라고 했을 때, 비 A/B를 0.4 이상 1.0 미만과 함으로써 더 효과적으로 세퍼레이터의 수축을 억제할 수 있다.
[실시예, 비교예]
이하, 본 실시 형태의 효과를 확인하기 위하여, 다양한 세퍼레이터를 사용하여 에어 필터 유닛을 제작하였다.
하기 실시예 1, 2, 3 및 비교예 1, 2에서는 주름 여과재(12)로서, C 유리 섬유를 재료로 하는 극세 유리 섬유를 사용한 단위 면적당 중량 100g/㎡의 여과재를 사용하여, 이 여과재를 90회 산접기 및 골접기를 행하고, 세퍼레이터를 절첩하고 공간의 각각에 삽입하여, 610㎜×610㎜×290㎜(세로 방향 길이×가로 방향 길이×깊이 길이) 크기의 필터 팩을 제작하였다. 필터 프레임체로서 두께 2㎜의 SUS430을 사용하였다. SUS430의 선팽창 계수는 11.2×10-6℃-1(0 내지 400℃의 평균)이었다.
섬유제 시일재(14)로서 두께 2㎜, 단위 면적당 중량 112g/㎡, 밀도 54㎏/㎥, E 유리 섬유의 평균 섬유 직경 0.6㎛(1700 레어스)의 시트재를 사용하여, 1개의 에어 필터 유닛에 40g 사용하였다.
에어 필터 유닛에서는 도 5, 6에 도시하는 구성을 채용하고, 강체판(15)에는 두께 1.2㎜의 SUS304를 사용하고, 도 6에 도시하는 세퍼레이터의 교차 각도를 3°로 하였다. 시트형 시일층(18a)은 섬유제 시일재(18)와 동일한 시일재를 사용하였다.
한편, 세퍼레이터에 대해서는, 실시예 1에서는 두께 60㎛의 알루미늄 합금 3304의 박을 파형으로 절곡하여 사용하였다. 측부 영역 R1(좌우 5군데씩 합계 10군데)에 설치되는 세퍼레이터(14a)에는 미리 350℃에서 1시간 가열 처리를 한 것을 사용하였다. 중앙부 영역 R2(80군데)에 설치되는 세퍼레이터(14b)에는 가열 처리를 하지 않은 것을 사용하였다. 세퍼레이터(14a)의 선팽창 계수는 28.29×10-6℃-1(0 내지 400℃의 평균)이며, 세퍼레이터(14b)의 선팽창 계수는 29.18×10-6℃- 1(0 내지 400℃의 평균)이었다.
실시예 2에서는, 두께 60㎛의 알루미늄 합금 8011 H18의 박을 파형으로 절곡하여 사용하였다. 측부 영역 R1에 설치되는 세퍼레이터(14a)에는 미리 350℃에서 1시간 가열 처리를 한 것을 사용하였다. 중앙부 영역 R2에 설치되는 세퍼레이터(14b)에는 가열 처리를 하지 않은 것을 사용하였다. 세퍼레이터(14a)의 선팽창 계수는 28.16×10-6℃-1(0 내지 400℃의 평균)이며, 세퍼레이터(14b)의 선팽창 계수는 28.61×10-6℃-1(0 내지 400℃의 평균)이었다.
실시예 3에서는, 두께 30㎛의 SUS304와 두께 60㎛의 알루미늄 합금 8011 H18의 박을 파형으로 절곡하여 사용하였다. 측부 영역 R1에 설치되는 세퍼레이터(14a)에는 가열 처리하지 않은 SUS304를 한 것을 사용하였다. 중앙부 영역 R2에 설치되는 세퍼레이터(14b)에는 가열 처리를 하지 않은 알루미늄 합금 8011 H18을 사용하였다. 세퍼레이터(14a)의 선팽창 계수는 17.9×10-6℃-1(0 내지 400℃의 평균)이며, 세퍼레이터(14b)의 선팽창 계수는 28.61×10-6℃-1(0 내지 400℃의 평균)이었다.
한편, 비교예 1에서는, 두께 60㎛의 알루미늄 합금 3304의 박을 파형으로 절곡하여 사용하였다. 비교예 1에서는, 모든 세퍼레이터에 가열 처리를 하지 않은 것을 사용하였다. 따라서 모든 세퍼레이터의 선팽창 계수는, 상술한 실시예 1의 세퍼레이터(14b)의 선팽창 계수와 마찬가지인 29.18×10-6℃-1(0 내지 400℃의 평균)이었다.
비교예 2에서는, 두께 60㎛의 알루미늄 합금 8011 H18의 박을 파형으로 절곡하여 사용하였다. 비교예 2에서는, 모든 세퍼레이터에 가열 처리를 하지 않은 것을 사용하였다. 따라서 모든 세퍼레이터의 선팽창 계수는, 상술한 실시예 2의 세퍼레이터(14b)의 선팽창 계수와 마찬가지인 28.61×10-6℃-1(0 내지 400℃의 평균)이었다.
제작한 에어 필터 유닛을 사용하여, 에어 필터 유닛의 포집 효율과 세퍼레이터의 수축을 조사하였다. 세퍼레이트의 수축은, 에어 필터 유닛의 온도를 30℃로부터 1.5시간에 걸쳐 350℃로 승온하고, 350℃를 1시간 유지한 후, 4시간에 걸쳐 30℃로 강온하는 공정을 1사이클로 하고, 20사이클 반복하여 열 이력을 에어 필터 유닛에 부여하였다. 세퍼레이터의 수축은 0사이클(측정 개시 직후), 5사이클째, 10사이클째, 15사이클째의 종료 직후에 복수의 세퍼레이터의 수축 중 최대 수축한 길이를 계측하였다.
한편, 에어 필터 유닛의 포집 효율에 대해서는, 직사각형 덕트에 세팅하고, 풍량을 35㎥/분으로 되도록 공기의 흐름을 조정하고, 에어 필터 유닛의 상류측에 대기 진애 입자를 도입하고, 에어 필터 유닛의 상류측과 하류측의 0.3㎛ 입자의 농도를, 광산란식 입자 계수기를 사용하여 측정을 행하였다. 그때, 상술한 열 이력의 사이클을 부여하여 측정하였다. 에어 필터 유닛의 포집 효율은 0사이클(측정 개시 직후), 5사이클째, 10사이클째, 15사이클째의 종료 직후에 실온의 상태에서 측정하고, 하기 식에 따라 에어 필터 유닛의 포집 효율을 구하였다.
포집 효율(％)=[1-(하류측의 입자의 농도/상류측의 입자의 농도)]×100
하기 표 1은, 에어 필터의 포집 효율과 세퍼레이터의 수축 길이의 측정 결과를 나타내고 있다.
이것에 의하면, 측부 영역 R1과 중앙부 영역 R2 사이에서 선팽창 계수를 상이하게 한 실시예 1, 2, 3은 모두, 15회째에 있어서도 포집 효율은 99.97％ 이상이므로 합격품이다. 한편, 수축 길이는 허용 범위 내인 4㎜ 이하였다.
비교예 1, 2에서는, 수축 길이가 허용 범위의 상한 4㎜을 초과하므로 불합격품이었다. 특히 비교예 2에서는, 10사이클째, 15사이클째에 있어서 포집 효율은 허용 범위의 하한인 99.97％를 하회하였다. 이는, 수축 길이가 커져, 주름 여과재의 형상을 유지하는 것이 어려워져 형상 변형됨으로써, 포집 효율이 저하된 것이라고 상정된다.
이상으로부터, 본 실시 형태의 에어 필터 유닛의 효과는 명확하다.
Figure pct00001
이상, 본 발명의 에어 필터 유닛에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 개량이나 변경을 해도 됨은 물론이다.
10: 에어 필터 유닛
12, 112: 주름 여과재
14, 14a, 14b, 114: 세퍼레이터
15: 강성판
16, 116: 필터 프레임체
16a: 리브
18: 섬유제 시일재
18a: 시트형 시일재층

Claims (5)

  1. 기류 중의 진애를 포집하는 에어 필터 유닛이며,
    섬유제 여과재를 제1 방향을 따라 복수 회 절첩한 지그재그형 주름 여과재와,
    상기 주름 여과재에 형성되는 복수의 절첩 공간의 각각을 유지하기 위하여 상기 절첩 공간의 각각에 삽입되는, 파형으로 절곡되고 상기 제1 방향으로 연장되는, 복수의 금속제의 공간 유지 부재와,
    상기 절첩 공간에 상기 공간 유지 부재가 삽입된 상기 주름 여과재의 주위를 둘러싸서, 상기 주름 여과재를 지지 고정하는 금속제의 필터 프레임체와,
    상기 주름 여과재에 있어서의 상기 제1 방향의 양단부와 접촉함으로써, 상기 필터 프레임체와의 사이의 간극을 시일하는 섬유제 시일재를 갖고,
    상기 공간 유지 부재의 선팽창 계수는 상기 필터 프레임체의 선팽창 계수 이상이며,
    상기 공간 유지 부재 중, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향에 있어서 상기 주름 여과재의 가장 외측에 위치하는 양측부를 포함하는 측부 영역에 설치되는 제1 공간 유지 부재의 선팽창 계수는 모두, 상기 측부 영역에 끼워지는 중앙부 영역에 설치되는 제2 공간 유지 부재의 선팽창 계수에 비하여 작은 것을 특징으로 하는 에어 필터 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 공간 유지 부재에는, 상기 제2 공간 유지 부재의 금속 재료와 동일한 금속 재료에 350℃ 내지 400℃의 온도에서 0.5시간 내지 2시간의 가열 처리를 실시한 것이 사용되는 에어 필터 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 필터 프레임체에 스테인리스강이 사용되고, 상기 제1 공간 유지 부재 및 상기 제2 공간 유지 부재에 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용되는 에어 필터 유닛.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 공간 유지 부재의 선팽창 계수를 A라고 하고, 상기 제2 공간 유지 부재의 선팽창 계수를 B라고 했을 때, 비 A/B는 0.4 이상 1.0 미만인 에어 필터 유닛.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 공간 유지 부재의 표면에는, 스탬핑되어 형성된 요철부가 복수 형성되어 있는 에어 필터 유닛.
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