TW201639623A - 高溫用過濾器 - Google Patents

Abstract

本發明為提供一種高溫用過濾器，即使在高溫使用也不會洩漏其所過濾的空氣，並且在高溫下的發塵量也少。高溫用過濾器，包含：過濾器濾材，係由玻璃纖維所形成，並經折彎為凹凸狀；隔板，係插入於經折彎的過濾器濾材的縫隙間，並經折彎為波形；框，以不鏽鋼所製成，係收納過濾器濾材與隔板；以及端封，係以陶瓷材料所形成，陶瓷材料塗佈於框，並浸漬過濾器濾材的端部使其固化，且陶瓷材料係經調整而使線膨脹係數與不鏽鋼相同。較佳的，隔板係以形成與過濾器濾材的玻璃纖維相同的材料所形成。間隔物亦可取代隔板而配置於過濾器濾材的表面。

Description

高溫用過濾器

本發明係關於一種適合過濾高溫空氣的過濾器。

用於在高溫環境下製作出無塵、無菌的環境的HEPA（HighEfficiency Particulate Air，高效率粒子空氣）過濾器，一般將使用超細玻璃纖維而成為紙狀的濾材折彎為凹凸狀，在其折返的間隙中插入以不鏽鋼箔片或鋁箔片經折彎為波形的隔板而形成HEPA過濾器。一般來說過濾器濾材與隔板係收納於不鏽鋼製的框中。

在此過濾器中所使用的端封係將過濾器濾材浸漬於框的上下的密封劑中並使其固化。然而，由於在高溫下端封與不鏽鋼製的框之間的熱膨脹的差異，導致端封破損，因而產生過濾空氣洩漏的問題。於是便有藉由端封將過濾器濾材固定於平板，並於該平板與框之間配置緩衝材的提案（參考日本特開2012-91071號公報）。

然而，即便在框與過濾器濾材之間配置緩衝材，由於反覆的溫度變化使得緩衝材產生塑性變形，其結果導致框與過濾器濾材之間產生間隙，因而有過濾空氣洩漏的問題。

另外，在此過濾器中，過濾高溫空氣時，由於過濾器濾材與隔板之間的熱膨脹差使得兩者磨擦，因而有產生粉塵的問題。於是便有在下游側隔板的高處的頂邊部塗佈陶瓷粘合劑，消除下游側隔板與過濾器濾材之間的接觸，而使粉塵減少的提案（參考日本特開2005-13796號公報）。

藉由塗佈陶瓷粘合劑來消除下游側隔板與過濾器濾材之間的接觸，雖然發塵量有降低，但仍有尋求進一步降低的要求。再者，陶瓷具有優異的耐熱性是眾所周知的。然而，用在端封中與框會有熱膨脹的差異的問題，由於熱膨脹的差異使得陶瓷產生龜裂或破損因而無法維持其密封性為眾所周知。

於是，本發明的課題為提供一種即使在高溫使用也具有維持過濾器功能的密封性，並且在高溫下的發塵量也少的高溫用過濾器。

為解決上述的課題，舉例如第1圖所示，本發明的第一形態的高溫用過濾器1包含：過濾器濾材2，係由玻璃纖維所形成，並經折彎為凹凸狀；隔板4，係插入於該經折彎的過濾器濾材2的縫隙間，並經折彎為波形；框6，以不鏽鋼所製成，係收納過濾器濾材2與隔板4；以及端封8，係以陶瓷材料所形成，該陶瓷材料塗佈於該框6，並浸漬該過濾器濾材2的端部使其固化，且該陶瓷材料係經調整而使線膨脹係數與該不鏽鋼相同。

利用這種結構，由於端封具有與構成框的不鏽鋼相同的線膨脹係數，因此陶瓷與不鏽鋼框之間不會產生熱膨脹的差異，端封的陶瓷不會產生龜裂或破損，因而能保有維持過濾器性能的密封性。

本發明的第二形態的高溫用過濾器，舉例如第1圖所示，在本發明的第一形態的高溫用過濾器1中，隔板4係以形成與過濾器濾材2的玻璃纖維相同的材料所形成。利用這種結構，經由過濾器濾材與隔板之間的熱膨脹差使得兩者不會磨擦，而能降低發塵量。

本發明的第三形態的高溫用過濾器，舉例如第3圖所示，包含：過濾器濾材2，係由玻璃纖維所形成，並經折彎為凹凸狀；間隔物14，係使用與形成過濾器濾材2的玻璃纖維相同的材料而形成於過濾器濾材2的表面；框6，以不鏽鋼所製成，係收納過濾器濾材2與間隔物14；以及端封8，係以陶瓷材料所形成，該陶瓷材料係塗佈於框6，並浸漬過濾器濾材2的端部使其固化，且該陶瓷材料係經調整而使線膨脹係數與不鏽鋼相同。利用這種結構，端封的陶瓷不會產生龜裂或破損，因而能保有維持過濾器性能的密封性。另外，由於間隔物係使用與形成過濾器濾材2的玻璃纖維相同的材料所形成，經由過濾器濾材與間隔物之間的熱膨脹差使得兩者不會磨擦，而能降低發塵量。

本發明的第四形態的高溫用過濾器，舉例如第1圖所示，在第一至第三的任一的形態之高溫用過濾器1中，端封8的厚度為超過3mm且5mm以下。利用這種結構，由於端封的厚度為超過3mm且5mm以下，因此過濾器濾材容易浸漬並固化。

本發明的第五形態的高溫用過濾器，舉例如第1圖所示，在第一至第四的任一的形態之高溫用過濾器1中，過濾器濾材2於MIL規範Q101的檢驗中具有3000Pa以上8000Pa以下的撥水性。利用這種結構，由於過濾器濾材具有適度的撥水性，過濾器濾材浸漬於端封用的陶瓷材料中，容易固化陶瓷材料。

根據本發明，由於端封具有與構成框的不鏽鋼相同的線膨脹係數，因此陶瓷與不鏽鋼製的框之間不會產生熱膨脹的差異，在端封的陶瓷不會產生龜裂或破損，因而能提供保有維持過濾器性能的密封性的高溫用過濾器。並且，由於隔板或間隔物能以與形成過濾器濾材的玻璃纖維相同的材料來形成，能消除因過濾器濾材與隔板或間隔物之間的熱膨脹差所導致的磨擦，而能降低發塵量。

本發明應可藉由以下的詳細說明更為明白。然而，下述之詳細說明及特定實施例是本發明之較佳實施形態，僅是為了說明的目的而記載者。由此詳細說明，本發明所屬領域具有通常知識者皆明白可在本發明的精神及範圍內可進行各種變更、改變。 申請人並沒有將所記載的實施形態任一者獻給公眾的意圖，所揭示的變更、替案方案當中，在文義上或許不包含在申請專利範圍內者，在均等論下亦屬本發明的一部分。 在本說明書或申請專利範圍的記載當中，名詞及同樣的指示語的使用只要沒有特別的指示，或是沒有藉由文脈清楚否定，則可解釋為包含單數或複數兩者。本說明書中所提供的任一個例示或例示性用語（例如「等」）的使用也只不過是為了容易說明本發明，只要不特別記載於申請專利範圍，則並非對本發明的範圍加以限制者。

以下，參考圖式說明關於本發明的實施例。再者，各圖中彼此相同或相當的裝置上予以標示同樣的符號，並省略重覆說明。第1圖為顯示本發明的實施例的高溫用過濾器1的欠缺一部分的立體圖。

高溫用過濾器1係將由玻璃纖維所形成的過濾器濾材2折彎為凹凸狀，並於經折彎為凹凸狀的過濾器濾材2的縫隙間插入隔板4，也就是所謂的隔板型。典型地為HEPA過濾器。過濾器濾材2典型地係由耐熱型的超細玻璃纖維所形成。第1圖中，箭頭為顯示所過濾的空氣的流向。再者，藉由變更過濾器濾材2也能製作出作為ULPA（Ultra Low Penetration Air）的過濾器或中性能的過濾器。

用於隔板4的玻璃纖維材料與形成過濾器濾材2的材料相同，並經折彎為波形而形成為板狀。將經折彎為波形的隔板4插入於經折彎為凹凸狀的過濾器濾材2的縫隙間，並使過濾器濾材2保持在經折彎為凹凸狀的形狀。

過濾器濾材2與隔板4係收納於不鏽鋼製的框6內。除了過濾空氣所流經的面（Z方向的面）以外，框6將過濾器濾材2與隔板4的周圍予以包圍。再者，框6中設置有覆蓋過濾空氣所流經的面的左右（X方向）的尾端的側密封（未圖示），而在兩側防止空氣的洩漏。另外，為了補強框6亦可在框6的左右或上下設置連結的扁條（Flat bar）（未圖示）。

如第2圖所示，過濾器濾材2的上下（第1圖中的Y方向）端透過端封8而被固著於框6。第2圖係為了說明過濾器濾材2的上下方向的端部藉由端封8而固著於框6的圖，（a）為第1圖中的X剖面圖，（b）為第1圖中的Z剖面圖。再者，為了清晰起見，隔板4的圖示則予以省略。第2圖中，雖然將過濾器濾材2的長度設置為與框架6相接觸，但過濾器濾材2的端部亦可不伸長至與框架6相接觸。

端封8係以陶瓷材料塗佈於框6的上下面內側而予以形成，該陶瓷材料的線膨脹係數係經調整而使其與構成框6的不鏽鋼的線膨脹係數相同。在此，所謂的與不鏽鋼的線膨脹係數相同的線膨脹係數是指使端封8在高溫用過濾器1的使用溫度中，近似於不會由於框6與端封8之間的熱膨脹的差異而使端封8而受到損傷的程度的線膨脹係數的意思，如果是在不鏽鋼的線膨脹係數±10%以內即可，±5%以內為較佳，±3%以內為更佳。端封8的線膨脹係數可透過與市售的陶瓷材料混合來調整。例如，礬土（線膨脹係數8×10^-6 /℃）懸浮液與氧化矽懸浮液（線膨脹係數13×10^-6 /℃）進行混合。也可與其他的陶瓷材料混合。以JIS SUS430鋼類的鐵氧磁體系不鏽鋼來構成框6的狀況，由於不鏽鋼的線膨脹係數為10.4×10^-6 /℃的緣故，因此端封8的線膨脹係數定在11.4×10^-6 /℃~9.4×10^-6 /℃之間。

端封8以1mm以上7mm以下的厚度來形成即可。未滿1mm的厚度無法固定過濾器濾材2的端部，並有使空氣不受過濾器濾材2過濾而洩漏並流出的可能性。厚度在2mm以上較佳，厚度超過3mm為更佳。一旦厚度超過3mm後，能以更佳的可靠性來固著過濾器濾材2。另外，形成的厚度超過7mm後實為浪費，且由於陶瓷材料不容易乾燥，只有表面固化之後反而會因為內部的水分而使表面發泡。因此端封8的厚度設為7mm以下即可。較佳的為6mm以下，更佳的為5mm以下。5mm以下適合於使陶瓷材料乾燥。

在端封8的形成中，首先將隔板4插入於經折彎為凹凸狀的過濾器濾材2的縫隙間。接下來，在框6的上下面的一邊的面的內側塗佈線膨脹係數經調整的陶瓷材料。並且，將插入有隔板4的過濾器濾材2的上下的端部浸漬於陶瓷材料中。經過預定時間後，如陶瓷材料凝固之後，將線膨脹係數經調整的陶瓷材料塗佈於框6的上下面的另一邊的面的內側，將插入有隔板4的過濾器濾材2的上下方向的其他的端部浸漬於陶瓷材料中。將陶瓷材料乾燥並固化，例如加熱至90℃及150℃而形成端封8。藉由形成端封8而使過濾器濾材2固著於框6。再者，隔板4亦可不事先插入過濾器濾材2的間隙，亦可將過濾器濾材2透過端封8固著於框6後再將隔板4插入於過濾器濾材2的間隙。另外，亦可將過濾器濾材2與隔板4配置於框6內的預定的位置後，塗佈陶瓷材料而形成端封8。如此一來，即使在過濾器濾材2的端部的周圍塗佈陶瓷材料的狀況下，也能稱之為將過濾器濾材2浸漬於塗佈在框6的陶瓷材料中。

在此，說明過濾器濾材2的撥水性與陶瓷材料之間的關係。如同上述的說明內容，將過濾器濾材2的端部浸漬於陶瓷材料中，並將陶瓷材料予以乾燥與固化。由於撥水性過高會將陶瓷材料中的水分彈出，而使陶瓷材料之間的調和變差，並能使過濾器濾材2與端封8之間存在空隙。由於如此，過濾器濾材2的撥水性在MIL規範Q101（美軍Quality Assurance Directorate「Instruction Manual for the Installation, Operation and Maintenance of Indicator, Water-Repellency,Q101」）的檢驗中在10000Pa以下為較佳。並且在8000Pa以下為更佳，如果在8000Pa以下過濾器濾材2與陶瓷材料的調和良好，並且使過濾器濾材2與端封8之間不會存在空隙。另外，如撥水性過低，過濾器濾材2會吸太多陶瓷材料中的水分，使得陶瓷材料中的水分不平均，作為結果則會變成斑片狀的端封8。因此，在MIL規範Q101的檢驗中在3000Pa以上為較佳。

接下來說明高溫用過濾器1的作用。如第1圖所示，將所過濾的高溫的空氣流入高溫用過濾器1中。作為空氣的溫度可用於高達500℃的高溫。由於端封8是由陶瓷所形成的緣故，因此能在高溫下使用。另外，由於框6與端封8之間的線膨脹係數相同，因此不會發生由於熱膨脹的差使得端封8的陶瓷產生龜裂或破損，因而能保有維持過濾器性能的密封性。再者，過濾器濾材2與框6之間的熱膨脹的差，係透過由玻璃纖維所形成的過濾器濾材2的伸縮來吸收。然而，由於過濾器濾材2的伸縮量有限，因此框6以在不鏽鋼當中線膨脹係數小的鐵氧磁體系不鏽鋼來構成為較佳。

另外，由於過濾器濾材2與隔板4係以相同的玻璃纖維所形成，即使曝曬於高溫其熱膨脹也不會有差異，因此兩者不會因摩擦而發塵。

接下來參考第3圖來說明迷你摺型的高溫用過濾器10。再者，迷你摺型的高溫用過濾器10與隔板型的高溫用過濾器1之間的差異除了不具有隔板4，以及於過濾器濾材2的表面配置間隔物14的點以外，其他可以是相同的。在隔板型的高溫用過濾器1中，藉由將隔板4插入於經折彎的過濾器濾材2的縫隙間，使過濾器濾材2彼此不相接觸，進而形成空氣的流動空間。在迷你摺型的高溫用過濾器10中，藉由將間隔物14配置於過濾器濾材2的表面而折彎為凹凸狀，使過濾器濾材2彼此不相接觸，進而形成空氣的流動空間。

在高溫用過濾器10中，係將以與形成過濾器濾材2的玻璃纖維相同的材料所形成的間隔物14配置於過濾器濾材2的表面。例如，將用於過濾器濾材2的玻璃纖維所形成的板切斷為寬度約3mm的帶狀，並配置於過濾器濾材2的表面。間隔物14的厚度雖然根據用途有所差異，但一般來說約為0.5mm~1.5mm，較佳的為0.5mm~0.8mm。一般間隔物14的安裝係以過濾器濾材2作為高溫用過濾器10時的上下方向（第3圖的上下方向）而以複數的行列進行配置，但並非限定於此。並且，將過濾器濾材2與間隔物14共同折彎為凹凸狀。再者，與高溫用過濾器1用的過濾器濾材2的凹凸狀相比，也可使其在凹凸的頂部的寬度較窄，而為三角波的形狀。

在高溫用過濾器10中，由於間隔物14是以與過濾器濾材2相同的材料所形成的，因此曝曬於高溫其熱膨脹也不會有差異，因此兩者不會因摩擦而發塵。 【實施例】

為了證實根據本發明的高溫用過濾器對於發塵的抑制，在作為實施例的高溫用過濾器中改變其流動的空氣的溫度，對此時所發生的粒子進行量測。另外，作為比較例，也對用於習知的鋁製及不鏽鋼製的隔板用於高溫用過濾器當中進行相同的量測。

其所過濾的空氣以ULPA預先除塵後，以常溫（20℃）0.7m³ /分的流量經由風扇予以送風。此空氣以加熱器加熱，以高溫用過濾器對加熱後的空氣進行過濾。在實施例中將空氣的溫度自常溫上昇至400℃，而後回到常溫。比較例中則使其從常溫上昇至350℃，而後回到常溫。再者，350℃時的體積流量為1.49m³ /分。以粒子計數器（Lighthouse公司製造的SOLAIR3100+）測量以高溫用過濾器過濾前的空氣中所含的粒子數，以及測量以高溫用過濾器過濾後的空氣中所含的粒子數，而量測出在高溫用過濾器的發塵。

本發明的高溫用過濾器其外形尺寸為橫向（X方向）203mm、高度（Y方向）203mm、深度（Z方向）100mm的迷你摺型的HEPA過濾器。間隔物的厚度則定為0.7mm、寬度則定為3mm。作為比較例所使用的高溫用過濾器係為隔板型的HEPA過濾器，其過濾器所使用的隔板分別為：外形尺寸為橫向（X方向）203mm、高度（Y方向）203mm、深度（Z方向）150mm的鋁製的隔板，以及外形尺寸為橫向（X方向）610mm、高度（Y方向）610mm、深度（Z方向）150mm的不鏽鋼製的隔板。

關於實施例的溫度的變化與發塵量之間的關係顯示於第4圖。關於比較例則於第5圖顯示使用鋁製的隔板的過濾器的結果，使用不鏽鋼製的隔板的過濾器的結果則顯示於第6圖。於第4圖及第6圖中，（a）為顯示粒徑0.5µm以上的粒子的發塵量，（b）為顯示粒徑0.3µm以上的粒子的發塵量，第5圖為顯示粒徑0.3µm以上的粒子的發塵量。再者各圖中，縱軸為顯示每28.3公升（1立方英呎）的發塵粒子數以及溫度（℃），橫軸為顯示所經過時間（分）。

從第4圖至第6圖可以明顯地看出，在根據本發明的高溫用過濾器中，與習知型的高溫用過濾器相比，即使所過濾的空氣的溫度發生變化其發塵量也較少。如第5圖所顯示之使用鋁製的隔板的過濾器中，使空氣的溫度上昇至350℃後，量測到0.3µm以上的粒子最高在每28.3公升中約發生40000個。即使進行二次空氣溫度的上昇與下降，其最高的發塵量也沒有見到變動。如第6圖所顯示之使用不鏽鋼製的隔板的過濾器中，當空氣的溫度上昇至350℃後，量測到0.5µm以上的粒子最高在每28.3公升中約100個的發塵、0.3µm以上的粒子最高在每28.3公升中約250個的發塵。藉由將隔板設為不鏽鋼製後，與使用鋁製的隔板的狀況相比，發塵量便大大的減少。這可推斷因不鏽鋼的線膨脹係數10.4×10^-6 /℃相比於鋁的線膨脹係數23×10^-6 /℃較為小的緣故。然而，第4圖中所顯示之根據本發明的高溫用過濾器中，即使空氣的溫度上昇至400℃，也幾乎量測不到0.5µm以上的粒子，0.3µm以上的粒子也只量測到最高在每28.3公升中約10個的發塵。如同以上所述，在根據本發明的高溫用過濾器中，其發塵極度地被抑制已被證實。

1、10‧‧‧高溫用過濾器
2‧‧‧過濾器濾材
4‧‧‧隔板
6‧‧‧框
8‧‧‧端封
14‧‧‧間隔物

第1圖為顯示本發明的實施例的隔板型的高溫用過濾器的欠缺一部分的立體圖。 第2圖為用於說明濾器濾材的端部藉由端封固著於框所的圖，（a）為第1圖中的X剖面圖，（b）為第1圖中的Z剖面圖，隔板則省略。 第3圖為顯示本發明的實施例的迷你摺型的高溫用過濾器的欠缺一部分的立體圖。 第4圖為顯示實施例的溫度的變化與發塵量之間的關係的曲線圖，（a）為顯示粒徑0.5μm以上的粒子的發塵量，（b）為顯示粒徑0.3μm以上的粒子的發塵量。 第5圖為顯示使用鋁製的隔板的比較例中的溫度的變化與發塵量之間的關係的曲線圖，並顯示粒徑0.3μm以上的粒子的發塵量。 第6圖為顯示使用不鏽鋼製的隔板的比較例中的溫度的變化與發塵量之間的關係的曲線圖，（a）為顯示粒徑0.5μm以上的粒子的發塵量，（b）為顯示粒徑0.3μm以上的粒子的發塵量。

1‧‧‧高溫用過濾器

2‧‧‧過濾器濾材

4‧‧‧隔板

6‧‧‧框

8‧‧‧端封

Claims (5)

1. 一種高溫用過濾器，包含： 過濾器濾材，係由玻璃纖維所形成，並經折彎為凹凸狀； 隔板，係插入於該經折彎的過濾器濾材的縫隙間，並經折彎為波形； 框，以不鏽鋼所製成，係收納該過濾器濾材與該隔板；以及 端封，係以陶瓷材料所形成，該陶瓷材料塗佈於該框，並浸漬該過濾器濾材的端部使其固化，且該陶瓷材料係經調整而使線膨脹係數與該不鏽鋼相同。
2. 如請求項1所述之高溫用過濾器，其中 該隔板係以形成與該過濾器濾材的玻璃纖維相同的材料所形成。
3. 一種高溫用過濾器，包含： 過濾器濾材，係由玻璃纖維所形成，並經折彎為凹凸狀； 間隔物，係使用與形成該過濾器濾材的玻璃纖維相同的材料而形成於該過濾器濾材的表面； 框，以不鏽鋼所製成，係收納該過濾器濾材與該間隔物；以及 端封，係以陶瓷材料所形成，該陶瓷材料係塗佈於該框，並浸漬該過濾器濾材的端部使其固化，且該陶瓷材料係經調整而使線膨脹係數與該不鏽鋼相同。
4. 如請求項1至3中任一項所述之高溫用過濾器，其中 該端封的厚度為超過3mm且5mm以下。
5. 如請求項1至4中任一項所述之高溫用過濾器，其中 該過濾器濾材於MIL規範Q101的檢驗中具有3000Pa以上8000Pa以下的撥水性。