WO2016185511A1 - 高温用フィルタ - Google Patents

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明 山崎
有司 村田
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日本ケンブリッジフィルター株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a filter suitable for filtering hot air.
  • HEPA High Efficiency P Articulate Air filters for creating dust-free and aseptic environments under high temperatures are generally made by folding paper-like filter media with fine glass fibers into irregularities, and the gaps between the folds.
  • the separator is formed by inserting a stainless steel foil or an aluminum foil into a corrugated shape.
  • the filter medium and the separator are generally accommodated in a stainless steel frame.
  • an end seal is used in which the filter medium is solidified by immersing it in a sealant at the top and bottom of the frame.
  • the end seal is damaged due to the difference in thermal expansion between the end seal and the stainless steel frame, causing a problem that air to be filtered leaks.
  • it has been proposed to fix the filter medium to a flat plate with an end seal and to dispose a buffer material between the flat plate and the frame see JP 2012-91071 A).
  • an object of the present invention is to provide a high-temperature filter that has a sealing property that maintains filter performance even when used at high temperatures and that has a low dust generation even at high temperatures.
  • a high-temperature filter 1 is a filter medium formed from glass fiber, and is a filter that is bent into an uneven shape.
  • the high temperature filter according to the second aspect of the present invention is, for example, as shown in FIG. 1, in the high temperature filter 1 according to the first aspect, the separator 4 is made of the same material as the glass fiber forming the filter medium 2. It is formed. If comprised in this way, both will not be rubbed by the thermal expansion difference of a filter medium and a separator, and the amount of dust generation can be reduced.
  • the high-temperature filter according to the third aspect of the present invention is, for example, as shown in FIG. 3, a filter medium formed from glass fiber, and the filter medium 2 bent into an uneven shape; and the surface of the filter medium 2 A spacer 14 formed using the same material as the glass fiber that forms the filter medium 2; a stainless steel frame 6 that houses the filter medium 2 and the spacer 14; And an end seal 8 formed of a ceramic material which is solidified by dipping the end portion and has a linear expansion coefficient adjusted to be the same as that of stainless steel. If comprised in this way, the sealing performance which maintains filter performance will be maintained, without producing a crack and damage to the ceramic of an end seal. Moreover, since the spacer is formed using the same material as the glass fiber forming the filter medium 2, the filter medium and the spacer are not rubbed due to the difference in thermal expansion, and the amount of dust generation can be reduced.
  • the high temperature filter according to the fourth aspect of the present invention is the high temperature filter 1 according to any one of the first to third aspects, wherein the end seal 8 exceeds 3 mm and is 5 mm or less. Is the thickness. If comprised in this way, since an end seal
  • the high temperature filter according to the fifth aspect of the present invention is, for example, as shown in FIG. 1, in the high temperature filter 1 according to any one of the first to fourth aspects, the filter medium 2 is a test of MIL standard Q101.
  • the water repellency of 3000 Pa to 8000 Pa. If comprised in this way, since a filter medium has moderate water repellency, it will be easy to solidify a ceramic material by immersing a filter medium in the ceramic material for end seals.
  • the end seal since the end seal has the same linear expansion coefficient as the stainless steel constituting the frame, there is no difference in thermal expansion between the ceramic and the stainless steel frame, and the end seal ceramic It is possible to provide a high-temperature filter that does not cause cracks or breakage and that maintains the sealing performance to maintain the filter performance. Furthermore, since the separator or spacer can be made of the same material as the glass fiber that forms the filter medium, it is possible to eliminate rubbing due to the difference in thermal expansion between the filter medium and the separator or spacer, reducing the amount of dust generated. can do.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a separator type high-temperature filter according to an embodiment of the present invention with a part thereof omitted.
  • 2A and 2B are diagrams for explaining that the end of the filter medium is fixed to the frame by an end seal, wherein FIG. 2A is an X sectional view in FIG. 1, and FIG. 2B is a Z sectional view in FIG. The separator is omitted.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a mini-pleat type high-temperature filter according to an embodiment of the present invention with a part thereof omitted.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the change in temperature and the amount of dust generated for the examples.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the change in temperature and the amount of dust generation for a comparative example using an aluminum separator, and shows the amount of dust generation of particles having a particle diameter of 0.3 ⁇ m or more.
  • FIG. 6 is a graph showing a relationship between a change in temperature and a dust generation amount for a comparative example using a stainless steel separator, and (a) shows a dust generation amount of particles having a particle diameter of 0.5 ⁇ m or more.
  • (B) shows the dust generation amount of particles having a particle diameter of 0.3 ⁇ m or more.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a part of a high temperature filter 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the high-temperature filter 1 is a so-called separator type filter in which a filter medium 2 formed of glass fiber is bent into an irregular shape, and a separator 4 is inserted into a gap between the filter medium 2 folded into an irregular shape.
  • a filter medium 2 is typically formed from heat-resistant fine glass fibers.
  • arrows indicate the flow of air to be filtered.
  • the filter medium 2 it can be manufactured as an ULPA (Ultra Low Low Penetration Air) filter or a medium performance filter.
  • ULPA Ultra Low Low Penetration Air
  • the separator 4 is formed into a plate shape that is bent into a corrugated shape using the same glass fiber material that forms the filter medium 2.
  • the folded corrugated separator 4 is inserted into the gap of the filter medium 2 that is bent into the concavo-convex shape to maintain the shape of the filter medium 2 that is bent into the concavo-convex shape.
  • the filter medium 2 and the separator 4 are accommodated in a stainless steel frame 6.
  • the frame 6 surrounds the periphery of the filter medium 2 and the separator 4 except for a surface (surface in the Z direction) through which air to be filtered flows.
  • the frame 6 is provided with side seals (not shown) that cover the left and right (X direction) ends of the surface through which the air to be filtered flows to prevent air leakage on both sides.
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining that the end of the filter medium 2 in the vertical direction is fixed to the frame 6 by the end seal 8.
  • FIG. 2A is an X sectional view in FIG. 1, and FIG. FIG.
  • illustration of the separator 4 is abbreviate
  • the filter medium 2 has a length until it contacts the frame 6, but the end of the filter medium 2 may not be long until it contacts the frame 6.
  • the end seal 8 is formed by applying a ceramic material adjusted so that its linear expansion coefficient is the same as the linear expansion coefficient of the stainless steel constituting the frame 6 to the inside of the upper and lower surfaces of the frame 6.
  • the same linear expansion coefficient as that of stainless steel is such that the end seal 8 is not damaged by the difference in thermal expansion between the frame 6 and the end seal 8 at the operating temperature of the high-temperature filter 1.
  • the approximate linear expansion coefficient is indicated, and may be within ⁇ 10% of the linear expansion coefficient of stainless steel, preferably within ⁇ 5%, and more preferably within ⁇ 3%. Adjustment of the linear expansion coefficient of the end seal 8 can be performed by mixing commercially available ceramic materials.
  • an alumina (linear expansion coefficient 8 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C.) suspension and a silica (linear expansion coefficient 13 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C.) suspension are mixed.
  • Other ceramic materials may be mixed.
  • the frame 6 is made of a ferritic stainless steel such as JIS SUS430 steel, the linear expansion coefficient of the stainless steel is 10.4 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C., so that the linear expansion coefficient of the end seal 8 is 11. 4 ⁇ to 10 -6 /°C ⁇ 9.4 ⁇ 10 -6 / °C.
  • the end seal 8 is preferably formed to a thickness of 1 mm or more and 7 mm or less. If the thickness is less than 1 mm, the end of the filter medium 2 cannot be fixed, and air may leak and flow without being filtered by the filter medium 2.
  • the thickness is preferably 2 mm or more, more preferably more than 3 mm. When the thickness exceeds 3 mm, the filter medium 2 can be fixed with good reliability.
  • the thickness of the end seal 8 is preferably 7 mm or less. More preferably, it is 6 mm or less, More preferably, it is 5 mm or less. If it is 5 mm or less, the ceramic material is appropriately dried.
  • the separator 4 is inserted into the gap between the filter media 2 that is bent into an uneven shape.
  • a ceramic material with an adjusted linear expansion coefficient is applied to the inside of one of the upper and lower surfaces of the frame 6. And the edge part of the up-down direction of the filter medium 2 which inserted the separator 4 is immersed in ceramic material.
  • a ceramic material with an adjusted linear expansion coefficient is applied to the inside of the other surfaces of the upper and lower surfaces of the frame 6, and the filter medium 2 in which the separator 4 is inserted in the vertical direction.
  • the ceramic material is dried and solidified, and heated to 90 ° C.
  • the end seal 8 By forming the end seal 8 in this way, the filter medium 2 is fixed to the frame 6.
  • the separator 4 may be inserted into the gap of the filter medium 2 after the filter medium 2 is fixed to the frame 6 via the end seal 8 without inserting the separator 4 into the gap of the filter medium 2 in advance.
  • the end seal 8 may be formed by applying a ceramic material after the filter medium 2 and the separator 4 are arranged at predetermined positions in the frame 6. As described above, when the ceramic material is applied around the end of the filter medium 2, the filter medium 2 is immersed in the ceramic material applied to the frame 6.
  • the water repellency of the filter medium 2 is 10000 Pa or less in the test of MIL standard Q101 (US military Quality Assurance Director, “Instruction, Manual, for the installation, Operation, and Maintenance, of Indicator, Water-Repellency, Q101). Preferably there is.
  • the filter medium 2 is 8,000 Pa or less, and if it is 8,000 Pa or less, the filter medium 2 is familiar with the ceramic material, and no gap is formed between the filter medium 2 and the end seal 8. On the other hand, if the water repellency is too low, the filter medium 2 absorbs too much moisture in the ceramic material, resulting in non-uniform moisture in the ceramic material, resulting in an uneven end seal 8. Therefore, in the test of MIL standard Q101, it is preferable that it is 3,000 Pa or more.
  • the high temperature filter 1 As shown in FIG. 1, hot air to be filtered flows through the high-temperature filter 1.
  • the air can be used up to a high temperature of 500 ° C.
  • the end seal 8 is made of ceramics, it can be used at a high temperature. Further, since the linear expansion coefficients of the frame 6 and the end seal 8 are the same, the ceramic of the end seal 8 is not cracked or damaged due to the difference in thermal expansion, and the sealing performance for maintaining the filter performance is maintained. . Note that the difference in thermal expansion between the filter medium 2 and the frame 6 is absorbed by the expansion and contraction of the filter medium 2 formed from glass fibers.
  • the frame 6 is preferably made of a ferritic stainless steel having a small linear expansion coefficient even with stainless steel.
  • the filter medium 2 and the separator 4 are formed of the same glass fiber, there is no difference in thermal expansion even when exposed to high temperatures, and they do not rub and generate dust.
  • the mini-pleat type high temperature filter 10 is different from the separator-type high-temperature filter 1 in that the spacer 14 is disposed on the surface of the filter medium 2 without the separator 4, but the other may be the same. .
  • the separator-type high-temperature filter 1 the separator 4 is inserted into the gap between the filter media 2 that is bent into a concavo-convex shape, so that the filter media 2 do not come into contact with each other and a space through which air flows is formed.
  • the spacers 14 are arranged on the surface of the filter medium 2 and bent into a concavo-convex shape so that the filter medium 2 is not in contact with each other and forms a space through which air flows.
  • a spacer 14 made of the same material as the glass fiber forming the filter medium 2 is disposed on the surface of the filter medium 2.
  • a plate formed of glass fibers used for the filter medium 2 is cut into a strip shape having a width of about 3 mm and disposed on the surface of the filter medium 2.
  • the thickness of the spacer 14 varies depending on the application, but is generally about 0.5 to 1.5 mm, and preferably 0.5 to 0.8 mm.
  • the spacers 14 are generally arranged in several rows in the vertical direction when the filter medium 2 is assembled as the high-temperature filter 10 (the vertical direction in FIG. 3), but is not limited thereto. Then, the filter medium 2 is bent together with the spacers 14 into an uneven shape.
  • corrugation is narrow compared with the uneven
  • the spacer 14 is formed of the same glass fiber material as that of the filter medium 2, there is no difference in thermal expansion even when exposed to a high temperature, and the two do not rub and generate dust.
  • the temperature of air flowing through the high-temperature filter as an example was changed, and particles generated at that time were measured. Further, as a comparative example, the same measurement was performed using a conventionally used high temperature filter using aluminum and stainless steel separators.
  • the air to be filtered was previously dust-removed with ULPA and then blown with a fan at a normal temperature (20 ° C.) at a flow rate of 0.7 m 3 / min.
  • the air was heated with a heater, and the heated air was filtered with a high temperature filter.
  • the temperature of air was raised from room temperature to 400 ° C. and returned to room temperature.
  • the temperature was raised from room temperature to 350 ° C. and returned to room temperature.
  • the volume flow rate at 350 ° C. is 1.49 m 3 / min.
  • the number of particles contained in the air before being filtered by the high temperature filter and the number of particles contained in the air after being filtered by the high temperature filter were measured with a particle counter (SOLAIR3100 + manufactured by Lighthouse). Dust generation with a high temperature filter was measured.
  • the high-temperature filter of the present invention is a mini-pleat type HEPA filter having outer dimensions of 203 mm in the lateral direction (X direction), 203 mm in height (Y direction), and 100 mm in depth (Z direction).
  • the spacer was 0.7 mm thick and 3 mm wide.
  • the high-temperature filter used as a comparative example is a separator type HEPA filter, and an aluminum separator having outer dimensions of 203 mm in width (X direction), 203 mm in height (Y direction), and 150 mm in depth (Z direction) was used. It is a filter using a filter and a stainless steel separator whose outer dimensions are horizontal (X direction) 610 mm, height (Y direction) 610 mm, and depth (Z direction) 150 mm.
  • FIG. 5 The relationship between the change in temperature and the amount of dust is shown in FIG.
  • FIG. 5 The relationship between the change in temperature and the amount of dust is shown in FIG. 5.
  • FIG. 5 The relationship between the change in temperature and the amount of dust is shown in FIG. 5.
  • FIG. 5 shows the result of the filter using an aluminum separator.
  • FIG. 4 and 6 shows the result of the filter using a stainless steel separator.
  • FIG. 4 and 6 shows the dust generation amount of particles having a particle diameter of 0.5 ⁇ m or more
  • FIG. 4 and 6 shows the dust generation amount of particles having a particle diameter of 0.3 ⁇ m or more
  • FIG. The dust generation amount of particles having a diameter of 0.3 ⁇ m or more is shown.
  • the vertical axis represents the number of dusting particles per 28.3 liters (1 cubic foot) and the temperature (° C.)
  • the horizontal axis represents the elapsed time (minutes).
  • the high-temperature filter according to the present invention generates less dust even when the temperature of the air to be filtered changes compared to the conventional high-temperature filter.
  • the filter using the aluminum separator shown in FIG. 5 when the temperature of the air was increased to 350 ° C., the generation of particles of 0.3 ⁇ m or more was about 40,000 per 28.3 liters at maximum. Even when the air temperature was increased and decreased twice, the maximum dust generation did not change.

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Abstract

本発明は、高温で使用しても濾過する空気が漏れることがなく、さらに、高温下でも発塵量が少ない高温用フィルタを提供する。高温用フィルタ（１）は、ガラス繊維から形成されたフィルタ濾材であって、凹凸状に折り曲げられたフィルタ濾材（２）と、折り曲げられたフィルタ濾材（２）の隙間に挿入される波形に折り曲げられたセパレータ（４）と、フィルタ濾材（２）とセパレータ（４）とを収容するステンレス鋼製のフレーム（６）と、フレームに塗布され、前記フィルタ濾材の端部が浸漬されて固化されるセラミックス材料であって、線膨脹係数が前記ステンレス鋼と同じになるように調整されたセラミックス材料で形成されたエンドシール（８）とを備える。セパレータ（４）は、フィルタ濾材（２）を形成するガラス繊維と同じ材料で形成するのが好ましい。セパレータ（４）に代えて、フィルタ濾材（２）の表面にスペーサ（１４）を配置してもよい。

Description

高温用フィルタ
　本発明は、高温空気を濾過するのに適したフィルタに関するものである。
　高温環境下で無塵・無菌の環境を作り出すためのＨＥＰＡ（High Efficiency P articulate Air）フィルタは一般に、微細なガラス繊維を用いて紙状にした濾材を凹凸状に折曲し、その折り返しの間隙にステンレス箔またはアルミニウム箔を波形に折曲したセパレータを挿入して形成されている。フィルタ濾材とセパレータは、ステンレス鋼製のフレームに収容されるのが一般的である。
　このようなフィルタでは、フィルタ濾材をフレームの上下のシール剤に浸漬して固化したエンドシールを用いる。しかし、高温ではエンドシールとステンレス鋼製フレームとの熱膨張の違いから、エンドシールが破損し、濾過する空気が漏れるという問題を生ずる。そこで、エンドシールにてフィルタ濾材を平板に固定し、該平板とフレームとの間に緩衝材を配置することが提案されている（特開２０１２－９１０７１号公報参照）。
　しかし、フレームとフィルタ濾材との間に緩衝材を配置しても、温度変化の繰り返しにより緩衝材が塑性変形し、その結果、フレームとフィルタ濾材との間に隙間を生じ、濾過する空気が漏れるという問題がある。
　また、このようなフィルタにおいては、高温空気を濾過するときに、フィルタ濾材とセパレータとの熱膨張差により両者がこすれ、粉塵を生ずるという課題がある。そこで、下流側セパレータの山の頂縁部にセラミックス接着剤を塗布し、下流側セパレータとフィルタ濾材との接触をなくして、粉塵を減少することが提案されている（特開２００５－１３７９６号公報参照）。
　セラミックス接着剤を塗布して下流側セパレータとフィルタ濾材との接触をなくすことにより、発塵量は低減されるものの、さらなる低減を求める要求がある。なお、セラミックスは耐熱性に優れることはよく知られている。しかし、エンドシールに用いるにはフレームとの熱膨張の違いの問題があり、熱膨張の違いによりセラミックスに亀裂や破損を生じてシール性が維持できなくなることが知られている。
　そこで、本発明は、高温で使用してもフィルタ性能を維持するシール性を有し、さらに、高温下でも発塵量が少ない高温用フィルタを提供することを課題とする。
　上記課題を解決するために、例えば図１に示すように、本発明の第１の態様に係る高温用フィルタ１は、ガラス繊維から形成されたフィルタ濾材であって、凹凸状に折り曲げられたフィルタ濾材２と；折り曲げられたフィルタ濾材２の隙間に挿入される波形に折り曲げられたセパレータ４と；フィルタ濾材２とセパレータ４とを収容するステンレス鋼製のフレーム６と；フレーム６に塗布され、前記フィルタ濾材２の端部が浸漬されて固化されるセラミックス材料であって、線膨脹係数が前記ステンレス鋼と同じになるように調整されたセラミックス材料で形成されたエンドシール８とを備える。
　このように構成すると、エンドシールがフレームを構成するステンレス鋼と同じ線膨脹係数を有しているため、セラミックスとステンレス鋼製フレームとの熱膨張の違いを生ずることがなく、エンドシールのセラミックスに亀裂や破損を生ずることがなく、フィルタ性能を維持するシール性が保たれる。
　本発明の第２の態様に係る高温用フィルタは、例えば図１に示すように、第１の態様に係る高温用フィルタ１において、セパレータ４が、フィルタ濾材２を形成するガラス繊維と同じ材料で形成される。このように構成すると、フィルタ濾材とセパレータとの熱膨張差により両者がこすれることがなく、発塵量を低減することができる。
　本発明の第３の態様に係る高温用フィルタは、例えば図３に示すように、ガラス繊維から形成されたフィルタ濾材であって、凹凸状に折り曲げられたフィルタ濾材２と；フィルタ濾材２の表面にフィルタ濾材２を形成するガラス繊維と同じ材料を用いて形成されたスペーサ１４と；フィルタ濾材２とスペーサ１４とを収容するステンレス鋼製のフレーム６と；フレーム６に塗布され、フィルタ濾材２の端部が浸漬されて固化されるセラミックス材料であって、線膨脹係数がステンレス鋼と同じになるように調整されたセラミックス材料で形成されたエンドシール８とを備える。このように構成すると、エンドシールのセラミックスに亀裂や破損を生ずることがなく、フィルタ性能を維持するシール性が保たれる。また、スペーサがフィルタ濾材２を形成するガラス繊維と同じ材料を用いて形成されるので、フィルタ濾材とスペーサとの熱膨張差により両者がこすれることがなく、発塵量を低減することができる。
　本発明の第４の態様に係る高温用フィルタは、例えば図１に示すように、第１ないし第３のいずれかの態様に係る高温用フィルタ１において、エンドシール８が、３ｍｍを超え５ｍｍ以下の厚さである。このように構成すると、エンドシールが３ｍｍを超え５ｍｍ以下の厚さであるので、フィルタ濾材を浸漬して固化し易い。
　本発明の第５の態様に係る高温用フィルタは、例えば図１に示すように、第１ないし第４のいずれかの態様に係る高温用フィルタ１において、フィルタ濾材２が、ＭＩＬ規格Ｑ１０１の試験において、３０００Ｐａ以上８０００Ｐａ以下のはっ水性を有する。このように構成すると、フィルタ濾材が適度なはっ水性を有するので、フィルタ濾材をエンドシール用のセラミックス材料に浸漬して、セラミックス材料を固化し易い。
　本発明によれば、エンドシールがフレームを構成するステンレス鋼と同じ線膨脹係数を有しているため、セラミックスとステンレス鋼製フレームとの熱膨張の違いを生ずることがなく、エンドシールのセラミックスに亀裂や破損を生ずることがなく、フィルタ性能を維持するシール性が保たれる高温用フィルタを提供することができる。さらに、セパレータまたはスペーサを、フィルタ濾材を形成するガラス繊維と同じ材料で形成することができるので、フィルタ濾材とセパレータまたはスペーサとの熱膨張差によるこすれをなくすことが可能となり、発塵量を低減することができる。
　本発明は以下の詳細な説明により更に完全に理解できるであろう。しかしながら、詳細な説明および特定の実施例は、本発明の望ましい実施の形態であり、説明の目的のためにのみ記載されているものである。この詳細な説明から、種々の変更、改変が、当業者にとって明らかだからである。
　出願人は、記載された実施の形態のいずれをも公衆に献上する意図はなく、開示された改変、代替案のうち、特許請求の範囲内に文言上含まれないかもしれないものも、均等論下での発明の一部とする。
　本明細書あるいは請求の範囲の記載において、名詞及び同様な指示語の使用は、特に指示されない限り、または文脈によって明瞭に否定されない限り、単数および複数の両方を含むものと解釈すべきである。本明細書中で提供されたいずれの例示または例示的な用語（例えば、「等」）の使用も、単に本発明を説明し易くするという意図であるに過ぎず、特に請求の範囲に記載しない限り本発明の範囲に制限を加えるものではない。
図１は、本発明の実施形態のセパレータタイプの高温用フィルタの一部を欠いて示す斜視図である。 図２は、フィルタ濾材の端部がエンドシールによりフレームに固着されることを説明するための図で、（ａ）は図１におけるＸ断面図、（ｂ）は図１におけるＺ断面図であり、セパレータは省略している。 図３は、本発明の実施形態のミニプリーツタイプの高温用フィルタの一部を欠いて示す斜視図である。 図４は、実施例についての温度の変化と発塵量との関係を示すグラフで、（ａ）は粒子径が０．５μｍ以上の粒子の発塵量を、（ｂ）は粒子径が０．３μｍ以上の粒子の発塵量を示す。 図５は、アルミ製のセパレータを用いた比較例についての温度の変化と発塵量との関係を示すグラフで、粒子径が０．３μｍ以上の粒子の発塵量を示す。 図６は、ステンレス鋼製のセパレータを用いた比較例についての温度の変化と発塵量との関係を示すグラフで、（ａ）は粒子径が０．５μｍ以上の粒子の発塵量を、（ｂ）は粒子径が０．３μｍ以上の粒子の発塵量を示す。
　以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一または相当する装置には同一符号を付し、重複した説明は省略する。図１は、本発明の実施形態の高温用フィルタ１の一部を欠いて示す斜視図である。
　高温用フィルタ１は、ガラス繊維から形成されたフィルタ濾材２を凹凸状に折り曲げ、凹凸状に折り曲げられたフィルタ濾材２の隙間にセパレータ４を挿入する、いわゆるセパレータタイプフィルタである。典型的には、ＨＥＰＡフィルタである。フィルタ濾材２は、典型的には耐熱性の微細ガラス繊維から形成される。図１中、矢印は濾過する空気の流れを示す。なお、フィルタ濾材２を変えることにより、ＵＬＰＡ（Ultra Low Penetration Air）フィルタや中性能のフィルタとして製作することも可能である。
　セパレータ４は、フィルタ濾材２を形成するのと同じガラス繊維材料を用い、波形に折り曲げられた板状に形成される。折り曲げられた波形のセパレータ４を、フィルタ濾材２の凹凸状に折り曲げられた隙間に挿入して、フィルタ濾材２の凹凸状に折り曲げられた形状を保つ。
　フィルタ濾材２とセパレータ４は、ステンレス鋼製のフレーム６内に収容される。フレーム６は、濾過する空気が流れる面（Ｚ方向の面）を除いて、フィルタ濾材２とセパレータ４の周囲を囲む。なお、フレーム６には、濾過する空気が流れる面の左右（Ｘ方向）の端を覆うサイドシール（不図示）が設けられ、両側での空気の漏れを防止する。また、フレーム６を補強するためにフレーム６の左右または上下を連結するフラットバー（不図示）を設けてもよい。
　図２に示すように、フィルタ濾材２の上下（図１中のＹ方向）端は、エンドシール８にてフレーム６に固着される。図２は、フィルタ濾材２の上下方向の端部がエンドシール８によりフレーム６に固着されることを説明するための図で、（ａ）は図１におけるＸ断面図、（ｂ）は図１におけるＺ断面図である。なお、見やすさのために、セパレータ４の図示は省略している。図２では、フィルタ濾材２は、フレーム６に接するまでの長さとされているが、フィルタ濾材２の端部はフレーム６に接するまで長くなくてもよい。
　エンドシール８は、その線膨脹係数がフレーム６を構成するステンレス鋼の線膨脹係数と同じになるように調整したセラミックス材料をフレーム６の上下面内側に塗布して形成する。ここで、ステンレス鋼の線膨脹係数と同じ線膨脹係数とは、高温用フィルタ１の使用温度において、フレーム６とエンドシール８との熱膨張の違いにより、エンドシール８が損傷を受けない程度に近似した線膨脹係数を指し、ステンレス鋼の線膨脹係数の±１０％以内であればよく、好ましくは±５％以内、さらに好ましくは±３％以内である。エンドシール８の線膨脹係数の調整は、市販のセラミックス材料を混合することで行うことができる。例えば、アルミナ（線膨脹係数８×１０－６／℃）懸濁液とシリカ（線膨脹係数１３×１０－６／℃）懸濁液とを混合する。他のセラミックス材料を混合してもよい。フレーム６をＪＩＳ　ＳＵＳ４３０鋼のようなフェライト系ステンレス鋼で構成した場合には、ステンレス鋼の線膨脹係数は１０．４×１０－６／℃であるので、エンドシール８の線膨脹係数を１１．４×１０－６／℃～９．４×１０－６／℃とする。
　エンドシール８は、１ｍｍ以上７ｍｍ以下の厚さに形成するのがよい。１ｍｍ未満の厚さでは、フィルタ濾材２の端部を固定できず、空気がフィルタ濾材２で濾過されずに漏れて流れてしまう可能性がある。好ましくは、２ｍｍ以上の厚さであり、さらに好ましくは３ｍｍを超える厚さである。３ｍｍを超える厚さであると、信頼性をよくフィルタ濾材２を固着することができる。また、７ｍｍより厚く形成すると、不経済であり、かつ、セラミックス材料が乾燥しにくく、表面だけが固化した後に内部の水分により表面が発泡してしまうこともある。よってエンドシール８の厚さは、７ｍｍ以下とするのがよい。より好ましくは６ｍｍ以下であり、さらに好ましくは５ｍｍ以下である。５ｍｍ以下であれば、セラミックス材料が適切に乾燥される。
　エンドシール８を形成するには、先ず凹凸状に折り曲げられたフィルタ濾材２の隙間にセパレータ４を挿入する。次に、フレーム６の上下面の一方の面の内側に、線膨脹係数を調整したセラミックス材料を塗布する。そして、セパレータ４を挿入したフィルタ濾材２の上下方向の端部をセラミックス材料に浸漬する。所定時間経過後、セラミックス材料が固まったならば、フレーム６の上下面の他の面の内側に線膨脹係数を調整したセラミックス材料を塗布し、セパレータ４を挿入したフィルタ濾材２の上下方向の他の端部をセラミックス材料に浸漬する。セラミックス材料を乾燥させ、固化させて、例えば９０℃および１５０℃に加熱し、エンドシール８を形成する。このようにエンドシール８を形成することにより、フィルタ濾材２はフレーム６に固着される。なお、セパレータ４を予めフィルタ濾材２の隙間に挿入せず、フィルタ濾材２がエンドシール８を介してフレーム６に固着された後にセパレータ４をフィルタ濾材２の隙間に挿入してもよい。また、フィルタ濾材２とセパレータ４とをフレーム６内の所定の位置に配置した後に、セラミックス材料を塗布して、エンドシール８を形成してもよい。このように、フィルタ濾材２の端部の回りにセラミックス材料を塗布する場合も、フレーム６に塗布されたセラミックス材料にフィルタ濾材２を浸漬すると言う。
　ここで、フィルタ濾材２のはっ水性とセラミックス材料との関係について説明する。上述のとおりに、フィルタ濾材２の端部をセラミックス材料に浸漬して、セラミックス材料を乾燥し固化させる。そのため、はっ水性が高すぎるとセラミックス材料中の水分をはじいて、セラミックス材料とのなじみが悪くなり、フィルタ濾材２とエンドシール８との間に空隙ができることがある。そのために、フィルタ濾材２のはっ水性は、ＭＩＬ規格Ｑ１０１（アメリカ軍Quality Assurance Directorate「Instruction Manual for the Installation, Operation and Maintenance of Indicator, Water-Repellency, Q101」）の試験において、１０，０００Ｐａ以下であることが好ましい。さらに好ましくは８，０００Ｐａ以下であり、８，０００Ｐａ以下であれば、フィルタ濾材２はセラミックス材料とよくなじみ、フィルタ濾材２とエンドシール８との間に空隙ができることはない。また、はっ水性が低すぎると、フィルタ濾材２がセラミックス材料中の水分を吸いすぎて、セラミックス材料中の水分が不均一になり、結果としてむらのあるエンドシール８となってしまう。そのために、ＭＩＬ規格Ｑ１０１の試験において、３，０００Ｐａ以上であることが好ましい。
　次に、高温用フィルタ１の作用について説明する。図１に示すように、高温用フィルタ１に濾過する高温の空気を流す。空気の温度としては５００℃の高温まで使用可能である。エンドシール８がセラミックスで形成されているので、高温での使用が可能である。また、フレーム６とエンドシール８との線膨脹係数が同じであるので、熱膨張の差によりエンドシール８のセラミックスに亀裂や破損を生ずることがなく、フィルタ性能を維持するシール性が保たれる。なお、フィルタ濾材２とフレーム６との熱膨張の差は、ガラス繊維から形成されたフィルタ濾材２が伸び縮みすることで吸収する。しかし、フィルタ濾材２が伸び縮みする量は限られているので、フレーム６は、ステンレス鋼でも線膨脹係数の小さなフェライト系ステンレス鋼で構成されるのが好ましい。
　また、フィルタ濾材２とセパレータ４とが同じガラス繊維で形成されているので、高温にさらされても熱膨張に差がなく、両者がこすれて発塵することがない。
　次に、図３を参照して、ミニプリーツタイプの高温用フィルタ１０について説明する。なお、ミニプリーツタイプの高温用フィルタ１０は、セパレータ４を有さずに、フィルタ濾材２の表面にスペーサ１４を配置する点でセパレータタイプの高温用フィルタ１とは異なるが、他は同じでよい。セパレータタイプの高温用フィルタ１では、凹凸状に折り曲げられたフィルタ濾材２の隙間にセパレータ４を挿入することにより、フィルタ濾材２同士が接触せず、空気の流れる空間を形成する。ミニプリーツタイプの高温用フィルタ１０では、フィルタ濾材２の表面にスペーサ１４を配置して凹凸状に折り曲げることにより、フィルタ濾材２同士が接触せず、空気の流れる空間を形成する。
　高温用フィルタ１０では、フィルタ濾材２の表面にフィルタ濾材２を形成するガラス繊維と同じ材料で形成したスペーサ１４を配置する。例えば、フィルタ濾材２に用いるガラス繊維で形成された板を幅３ｍｍ程度の帯状に切断し、フィルタ濾材２の表面に配置する。スペーサ１４の厚みは、用途により異なるが、０．５～１．５ｍｍ程度とするのが一般的であり、好ましくは、０．５～０．８ｍｍとする。スペーサ１４は、フィルタ濾材２の高温用フィルタ１０として組み立てられた際の上下方向（図３の上下方向）に数列配置するのが一般的であるが、これには限定されない。そして、フィルタ濾材２をスペーサ１４と共に、凹凸状に折り曲げる。なお、高温用フィルタ１用のフィルタ濾材２の凹凸状と比べて、凹凸の頂部での幅が狭く、三角波のような形状であってもよい。
　高温用フィルタ１０では、スペーサ１４がフィルタ濾材２と同じガラス繊維材料で形成されているので、高温にさらされても熱膨張に差がなく、両者がこすれて発塵することがない。
　本発明による高温用フィルタで発塵が抑えられることを確認するために、実施例としての高温用フィルタに流す空気の温度を変化させて、その時に発生する粒子を測定した。また、比較例として、従来用いられているアルミ製およびステンレス鋼製のセパレータを用いた高温用フィルタでも同様の測定を行った。
　濾過する空気は、ＵＬＰＡで予め除塵した後、ファンにて常温（２０℃）で０．７ｍ３／分の流量で送風した。その空気をヒータで加熱し、加熱後の空気を高温用フィルタで濾過した。空気の温度は、実施例では常温から４００℃まで上昇させ、常温に戻した。比較例では常温から３５０℃まで上昇させ、常温に戻した。なお、３５０℃のときの体積流量は１．４９ｍ３／分となる。高温用フィルタで濾過される前の空気中に含まれる粒子の数と、高温用フィルタで濾過された後の空気中に含まれる粒子の数を、パーティクルカウンタ（Lighthouse社製SOLAIR3100+）で計測し、高温用フィルタでの発塵を測定した。
　本発明の高温用フィルタは、外形寸法で、横（Ｘ方向）２０３ｍｍ、高さ（Ｙ方向）２０３ｍｍ、奥行き（Ｚ方向）１００ｍｍのミニプリーツタイプのＨＥＰＡフィルタである。スペーサは０．７ｍｍ厚、３ｍｍ幅とした。比較例として用いた高温用フィルタは、セパレータタイプのＨＥＰＡフィルタであり、外形寸法が横（Ｘ方向）２０３ｍｍ、高さ（Ｙ方向）２０３ｍｍ、奥行き（Ｚ方向）１５０ｍｍのアルミ製のセパレータを用いたフィルタと、外形寸法が横（Ｘ方向）６１０ｍｍ、高さ（Ｙ方向）６１０ｍｍ、奥行き（Ｚ方向）１５０ｍｍのステンレス鋼製のセパレータを用いたフィルタである。
　温度の変化と発塵量との関係を、実施例については図４に示す。比較例については図５にアルミ製セパレータを用いたフィルタの結果を、図６にステンレス鋼製セパレータを用いたフィルタの結果を示す。図４および図６において、（ａ）は粒子径が０．５μｍ以上の粒子の発塵量を、（ｂ）は粒子径が０．３μｍ以上の粒子の発塵量を示し、図５は粒子径が０．３μｍ以上の粒子の発塵量を示す。なお各図で、縦軸は２８．３リットル（１立方フィート）当りの発塵粒子数、および温度（℃）を、横軸は経過時間（分）を示す。
　図４～６からも明らかなように、本発明による高温用フィルタでは、従来型の高温用フィルタに比べて、濾過する空気の温度が変化しても、発塵量は少ない。図５に示すアルミ製セパレータを用いたフィルタでは、空気の温度を３５０℃に上昇させると、０．３μｍ以上の粒子は最高で２８．３リットル当り約４０，０００個子の発生が測定された。空気温度の上昇と下降を２回行っても、最高の発塵量に変動は見られなかった。図６に示すステンレス鋼製セパレータを用いたフィルタでは、空気の温度を３５０℃に上昇させると、０．５μｍ以上の粒子は最高で２８．３リットル当り約１００個、０．３μｍ以上の粒子は最高で２８．３リットル当り約２５０個の発塵が測定された。セパレータをステンレス鋼製とすることにより、アルミ製のセパレータを用いる場合に比べ、大きく発塵量は減少した。アルミの線膨脹係数２３×１０－６／℃に比しステンレス鋼の線膨脹係数は１０．４×１０－６／℃と小さくなったためと考えられる。しかし、図４に示す本発明による高温用フィルタでは、空気の温度を４００℃に上昇させても、０．５μｍ以上の粒子はほとんど測定されず、０．３μｍ以上の粒子でも最高で２８．３リットル当り約１０個の発塵しか測定されなかった。以上の通りに、本発明による高温用フィルタでは、発塵が極めて抑制されることが確認された。
　本明細書および図面で用いた符号をまとめて示す。
１、１０　高温用フィルタ
２　フィルタ濾材
４　セパレータ
６　フレーム
８　エンドシール
１４　スペーサ

Claims (5)

  1. 　ガラス繊維から形成されたフィルタ濾材であって、凹凸状に折り曲げられたフィルタ濾材と；
    　前記折り曲げられたフィルタ濾材の隙間に挿入される波形に折り曲げられたセパレータと；
    　前記フィルタ濾材と前記セパレータとを収容するステンレス鋼製のフレームと；
    　前記フレームに塗布され、前記フィルタ濾材の端部が浸漬されて固化されるセラミックス材料であって、線膨脹係数が前記ステンレス鋼と同じになるように調整されたセラミックス材料で形成されたエンドシールとを備える；
    　高温用フィルタ。
  2. 　前記セパレータが、前記フィルタ濾材を形成するガラス繊維と同じ材料で形成された；
    　請求項１に記載の高温用フィルタ。
  3. 　ガラス繊維から形成されたフィルタ濾材であって、凹凸状に折り曲げられたフィルタ濾材と；
    　前記フィルタ濾材の表面に前記フィルタ濾材を形成するガラス繊維と同じ材料を用いて形成されたスペーサと；
    　前記フィルタ濾材と前記スペーサとを収容するステンレス鋼製のフレームと；
    　前記フレームに塗布され、前記フィルタ濾材の端部が浸漬されて固化されるセラミックス材料であって、線膨脹係数が前記ステンレス鋼と同じになるように調整されたセラミックス材料で形成されたエンドシールとを備える；
    　高温用フィルタ。
  4. 　前記エンドシールが、３ｍｍを超え５ｍｍ以下の厚さである；
    　請求項１ないし３のいずれか１項に記載の高温用フィルタ。
  5. 　前記フィルタ濾材が、ＭＩＬ規格Ｑ１０１の試験において、３０００Ｐａ以上８０００Ｐａ以下のはっ水性を有する；
    　請求項１ないし４のいずれか１項に記載の高温用フィルタ。
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