CN1032517C - 过滤器装置及过滤器元件 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种体积小而过滤面积大的过滤器装置，该装置中的过滤器元件由一种过滤材料按螺旋卷的方式形成筒状，所说的过滤材料由一种平均孔径为0.1-5μm。而且压力损失小的由聚四氟乙烯构成的多孔膜以及一对由热熔性合成树脂纤维形成的薄膜按夹心-层的形式构成，所说过滤器元件的一端连接于刚性支持板的许多流通孔中，而其另一端则被封闭。

Description

本发明涉及过滤器装置及用于该过滤器装置中的过滤器元件，特别是涉及适合于在超净室等房间中作为HEPA(高效微粒空气过滤器)，ULPA(超低渗透空气过滤器或超ULPA过滤器装置使用的过滤装置及过滤器元件。
近年来，随着科学技术的进步以及生活方式的变化，要求具有清净空间或清洁空气的情况逐渐增多。当然，在医院或室内都希望具有清洁的空气，因此需要使用种种的空气清净器，另外，在精密机械工业和食品工业方面也是相同的情况。而且，在集成电路和半导体制造工业、药品制造工业、人工脏器等医疗有关制品的制造工业中，所能允许的尘埃量比通常的清净空间的尘埃量还要少得多，因此，一般需要使用HEPA过滤装置，较佳是ULPA过滤装置，更好是使用超ULPA过滤器等级的过滤器装置。
上述的空气净化用过滤器装置的组成是在该过滤器装置中安装有一种由过滤材料构成的过滤器元件，当然要净化的空气通过这种过滤材料时，空气中的尘埃即被除去。
图18是表示这种过滤器元件的一个例子的轴侧图。过滤器元件1由一种弯曲成多块波纹状部分2的过滤材料3(例如玻璃纤维的滤布)所组成。另外，为了使这些过滤材料能够均等地配置，通常在一个波纹状部分与另一个波纹状部分之间配置一块隔板4(图中只画2块作为例子)。将这样一个过滤器元件1气密性地结合在一个矩形的薄膜内(图中未示出)，以此作为过滤器装置。通过过滤器装置的空气，按照箭头所示的方向从图18的右手后方通过过滤材料而向左手前方流动。这样的过滤器元件的例子在《高机能フイルタの展开》(大阪クミカル·リサ-チツリ-ズVOL·5 No·9大阪ケミカルマ-ケツテイソグセンタ-癸行)的40～41页中有所记载。
过滤器装置性能的判断基准之一是过滤面积的概念。更详细地说，过滤器元件中每一单位体积所占有的过滤面积可以作为评价过滤器装置性能的尺度。一般地说，最好是以具有尽可能紧凑的过滤器元件，以及尽可能大的过滤面积和尽可能小的压力损失作为具有高性能的标准。
在图18的过滤器元件1中，过滤材料3的总面积就等于滤过面积。为了提高这样结构的过滤器元件的性能而增加其滤过面积，通常是使两个波纹状部分之间的间隔，即间距(图18中的长度P)尽可能地小，使波纹状部分成为一种折叠的形状。
然而，根据所用的过滤材料的种类，由于材料本身存在可扰性的问题，要将间距做得很小是有限度的，而且，如果间距过小，则在相邻的过滤材料之间(或者，在有隔板的情况下，在过滤材料与隔板之间)相互接触，并因此使空气的通路无益地变小，这成为压力损失大的主要原因，在多数情况下这都是不好的情况。
例如，在已往的空气过滤器中，一般使用玻璃纤维的无纺布作为过滤器的材料，考虑到这种情况，如果要用一种厚度为0.5mm的无纺布来制成如图18所示结构的过滤器，则间距的限度应为5mm左右。因此，例如对于一个正面面积(图18的长度a×长度b)为610mm×610mm，波纹深度(图18的长度c)为150mm的过滤器元件来说，其滤过面积约为16m2。
而且，如果用玻璃纤维作为过滤器材料，则会从该玻璃纤维中产生微细的粉尘(特公平3—34967)，因此，玻璃纤维不是用来获得清净空气的最佳材料。
本发明的目的是要提供一种结构紧凑、滤过面积大、压力损失小，而且不会产生粉尘的过滤器装置以及过滤器元件。
本发明涉及一种过滤器装置，其特征在于，该装置具有一块带有许多流通孔的支持板，以及一些以其一端连接于该支持板的流通孔中，而其另一端则被封闭的筒状过滤器元件。
另外，本发明还涉及这样一种过滤器装置，其特征在于，该装置含有一块带有许多流通孔的支持板，以及一些以其两端皆连接于支持板的流通孔中的筒状过滤器元件。
另外，本发明涉及一种过滤器元件，其特征在于，该过滤器元件具有筒状的结构，并且它含有多孔膜和补强薄膜，其中，
所说多空膜由聚四氟乙烯构成，该多孔膜的平均孔径为0.1～5μm，当空气以5.3cm/sec的流速透过时，其压力损失为10～200mmH2O，
所说补强薄膜具有超过多孔膜平均孔径的孔径，它以重叠的方式以筒状的构成形式固定于多孔膜上。
另外，本发明的一个特征是，所说的补强薄膜至少是其外周面由热熔性的合成树脂纤维构成，并且被热熔合在多孔膜上。
另外，本发明的一个特征是，所说的补强薄膜由具有芯/鞘结构的纤维构成，这些纤维的外层由低熔点合成树脂构成，内层由高熔点合成树脂构成。
另外，本发明的一个特征是，以所说的多孔膜作为外层形成一种螺旋卷状的结构。
另外，本发明涉及这样一种过滤器元件，其特征在于，该元件由多孔膜与热熔性合成树脂的薄膜共同构成，该薄膜具有比多孔膜的孔径更大的孔径并以重叠的方式固定于多孔膜上，
以上述的薄膜作为内层来形成筒状，再将此筒体的轴线方向的一端压扁，然后将上述的薄膜互相热熔合而使封闭。
另外，本发明还涉及这样一种过滤器元件，其特征在于，该元件由一层多孔膜与一对热熔性合成树脂的薄膜共同构成，将薄膜具有比多孔膜的孔径更大的孔径，它们重叠在多孔膜的两侧并以夹心层的方式被固定。
将此夹心层形成筒状，再将此筒体的轴线方向的一端压扁，然后将上述一对薄膜中的内侧的薄膜相互热熔合而使其封闭。
另外，本发明涉及一种过滤器装置，其特征在于，该装置包含：
具有许多流通孔的支持板；
筒状的过滤器元件，这些元件以其轴线方向的一端***支持板的各个流通孔中并向支持板厚度方向的一侧突出，而从支持板厚度方向的另一侧突出并延长，将该元件沿轴线方向的另一端封闭；
固定于支持板厚度方向的上述一个侧面上并在形成支持板流通孔的领域***形成的堰；
填充于在形成支持板流通孔的上述领域中各个过滤器元件之间的粘结剂。
另外本发明的一个特征是，过滤装置装备有固定于支持板厚度方向上的上述另一侧的表面上并包围在过滤器元件外方的筒体。
本发明的另一个特征是，处于形成支持板流通孔领域更外面的领域作为安装用的法兰。
根据本发明，为了构成过滤装置，将筒状的过滤器元件的一端连接于在支持板上形成的许多流通孔上，而过滤器元件的另一端则封闭，或者将筒装的过滤器元件的两端皆连接于流通孔中，这样，待过滤的气体从流通孔中进入，然后通过该过滤器元件而被净化，或者按照相反的方向，也就是说，气体从过滤器元件的外面向里面通过而被净化，再从流通孔中排出。这样，由于将过滤器元件制成筒状并将其连接于支持板的许多流通孔上，因此使过滤器装置的整体结构小型化，并且具有大的过滤面积。
另外，根据本发明，制成筒状的过滤器元件包含有聚四氟乙烯(简称PTFE)形成的多孔膜和用于加强该多孔膜并以重叠的方式而被固定的补强薄膜，该多孔膜的平均孔径为0.1～5μm，而且当将空气以5.3cm/sec的流速透过该多孔膜时，压力损失为10～200mmH2O，因此有可能既可以提高对超微粒子的捕集性能，又能降低压力损失。而且，由于这样的孔状过滤器元件的直径可以做得较小，因此有可能使整个装置小型化。
另外，根据本发明，所说的补强薄膜至少是其外表面由热熔性合成树脂的纤维构成，因此可以通过热熔合来将多孔膜固定，而且也可以通过热熔合来将过滤器元件制成筒状，特别是由于将这种热熔性合成树脂的纤维构成的补强薄膜作为内侧，而以多孔膜作为外侧并以螺旋卷的方式形成筒状，这样不可以通过热熔合很容易地制成一种自动地长大的筒状过滤器元件。
另外，根据本发现，所说的补强薄膜由一种具有芯/鞘结构的纤维构成，它的外层，即表层，由可以热熔合的低熔点合成树脂构成，而其内层，即芯层，由高熔点合成树脂构成，因此可以防止由于热熔合时的热所引起的纤维收缩与变形，并因此可以保证，在热熔合后仍保持有让气体通过的空隙。
根据本发明，过滤器元件的过滤材料是在多孔膜上以重叠的方式固定一层薄膜，所说的薄膜具有比多孔膜孔径更大的孔径，该薄膜由热熔性合成树脂形成，该薄膜可以用例如由纤维形成的无纺布等物质制成，以该薄膜作为内侧形成筒状，将该筒体的轴线方向上的一端压扁，通过将所说的薄膜相互热熔合而将该筒体的一端封闭。因此，过滤器元件的制造是容易的，使用这种薄膜，除了如上述那样可以用来通过热熔合而将上述筒体的一端封闭以外，还可对多孔膜起补强作用。而且，如上所述，由于该薄膜由热熔性合成树脂构成，因此，可以将该薄膜作为内侧，也就是将多孔膜作为外侧，按照后面的图7和图8所示那样，以螺旋卷的方式将其制成筒状，或者如图9所示那样，将薄膜重叠于多孔膜上，这样就可以通过热熔合来将一种例如长方形的过滤材料固定，因此可以使上述的制造工艺变得容易。
另外，本发明还有一种过滤器元件的过滤材料，就是以一对薄膜重叠于多孔膜的两个侧面，以此形成一种夹心层的结构，而且，由于这两层薄膜皆由热熔性合成树脂构成，因此在形成筒状时，该多层膜就受到一对薄膜的保护，这样，在将其形成筒状时，就可以防止多孔膜受到损伤而产生针孔，所以就对多孔膜起到补强作用。而且，由于在多孔膜的两侧皆重叠有薄膜并形成了夹心层的过滤材料，因此，在热熔合时，在上述多孔膜两侧的薄膜被热熔合而形成筒状，这样就可以提高粘结强度。另外，由于在形成筒状后的过滤器元件的内侧有一层薄膜，这样，在将该过滤器元件的轴线方向上的一端压扁并通过热熔合而将这一端封闭时，使制造工艺变得容易，并且，在按照螺旋卷的方式来形成筒状时，可以避免多孔膜与心轴接触，因此防止多孔膜受到损伤。在形成筒状后的过滤器元件外侧的薄膜可以防止由于外力的作用而引起的多孔膜的损伤，而且如上所述，在形成筒状时，由于外侧的薄膜与内侧的薄膜热熔合，因此提高了粘结强度。
另外，本发明的过滤器装置的设计是将筒状的过滤器元件***在支持板上形成的许多流通孔中并使该过滤器的轴线方向的一端向支持板的厚度方向的一个侧面突出，而使该过滤器元件向支持厚度方向的另一个侧面突出并延长，并且使该过滤器元件的轴线方向的另一端封闭，并在支持板厚度方向上的上述的一侧的表面上设有一个堰，在被这个堰从外面包围着的领域内填充有粘结剂，这样就使得在过滤器的外周面与流通孔的内周面之间的缝隙由于气密性的粘结而被封闭，这样就防止了气体的泄漏。
上述的筒体固定在支持板厚度方向的上述另一侧的表面上，由于过滤器元件的外侧被包围着，因此可以防止过滤器元件受外力的作用而被损伤。
根据本发明，在被堰形成的支持板的流通孔领域更外面的领域，可作为安装用的法兰，这样就可使整个过滤器装置的安装作业变得容易。
以下是对图的简单说明。
图1是本发明的一个实施例的过滤器装置8的轴侧图，图2是在图1中所示的过滤器装置8的局部扩大剖面图，图3是过滤器装置8的平面图，图4是用来构成过滤器元件10的过滤材料16的轴侧图，图5是用来构成补强薄膜18的，具有芯/鞘结构的纤维的剖面图，图6是用来形成以螺旋卷方式构成过滤器元件10的过滤材料16的轴侧图，图7是表示将补强薄膜18形成螺旋卷的制造工艺过程的轴侧图，图8是在图7中按剖面线VIII—VIII剖开后所观察到的局部剖面图，图9是本发明的其它实施例的过滤器元件10的轴侧图，图10是过滤器元件10的端部10b的扩大剖面图，图11是本发明的另一个其它实施例的过滤器装置的局部剖面图，图12是本发明的另一个其它实施的过滤器装置的局部剖面图，图13是表示本发明的其它实施例的过滤器装置35的整体结构的轴侧图，图14是在图13中所示的过滤器装置35的局部剖面图，图15是图14局部XV的扩大剖面图，图16是本发明的其它实施例的过滤器元件44S图8相对应的局部剖面图，图17是在图16中所示的过滤器元件44的端部44b的扩大剖面图，图18是先有技术的局部轴侧图。
用于实施本发明的最佳状态
图1是本发明的一个实施例的轴侧图，图2是图1的局部扩大剖面图。这个过滤器装置设置在，例如，一个超净室的天花板上，将净化的空气按照箭头6所示方向供入，经过净化的空气通过本发明的过滤器装置8向室内供应。过滤器装置8主要含有刚性的支持板9和许多的过滤元件10。该过滤器装置8设置于超净室的天花板上，作为筒体的保护框架11支持着处于其周边部位上的作为安装用的法兰38，借此将装置8固定于天花板上。为了增加美感，在保护框架11的下部设置通气部件12。通气部件12可以由多块叶片板并列地设置而构成，但是也可以由冲孔金属或网状物等构成。另外，通气部件12也可以由形成有许多通气孔的薄板或薄膜构成。利用这样的通气部件12，可以将净化了的空气如上述那样按照箭头7所示方向在经过调整流向后向室内供应。安装用的法兰34在形成支持板9的流通孔13领域的外周形成。
过滤器装置8的支持板9可以由，例如，环氧树脂、尿烷树脂、硅酮树脂或丙烯酸树脂等构成，或者由铅或铁等金属构成，也可以由其它材料构成。在该支持板9上，许多的流通孔13例如可以象图3那样按交错排列的方式形成。各流通孔13的内径D1通常为4～5mm，相邻的两个流通孔13之间的最小间隔D2可以是1mm，各流通孔13的轴线处于假想线14所示菱形的各个顶点位置上。在该实施例中，流通孔13按交错排列状布置，但作为本发明的另一个实施例，各流通孔13的轴线也可以配置在正方形或长方形的顶点位置上，但是，如上述的实施例那样按照交错排列的方式布置时，在支持板9的每一单位面积上可以形成更多的流通孔，这样就可以使过滤面积增大。
根据本发明，过滤器元件10的内径例如可以是2～20mmφ，最好是φ2～10mm。如果过滤器元件10的内径不足2mmφ，则如下文对图7的文字解释中所述那样，在使用心轴23来制造过滤器元件时，由于该心轴23过细而被挠弯，因此难以制得正确的过滤器元件10，然而，如果过滤材料16由具于可挠性的物质构成的话，那末在制造过滤元件时就可以防止心轴23的弯曲，因此就有可能使用更小直径的心轴。如果过滤器元件10的内径超过20mmφ，那末就难以获得体积尽可能小而过滤面积尽可能大的过滤器装置，因此不能达到本发明的目的。
将过滤器元件10的一个端部10a嵌入流通孔13内，然后用粘结剂15将其气密地固定。按照下文图10所示那样，将过滤器元件10的另一个端部10b压扁，然后用热熔合法将其封闭。在图2中，过滤器元件10在沿上下轴线方向上的长度可以根据需要来选择，担是在实际上，该长度在约50mm至约300mm之间。过滤器元件10也可以更长，但是即使这样，也会使作为过滤器装置整体地结构阻力增大，因此，过滤器元件过长是没有意义的。过滤器元件10的长度小于50mm也是可以的。
过滤器元件10可以使用图4中所示的过滤材料16按照后面图7所示螺旋卷的方式制成筒状。所说的过滤材料16由多孔膜17和以重叠方式固定在其上面的补强薄膜18构成。多孔膜17的平均孔径为0.1～5μm，并且当空气的以5.3cm/sec的流速透过时，其压力损失在10～200mmH2O之间，因此可以使用，最好是如下文的表1中所示那样，用一种压力损失在10～100mmH2O之间的PTFE构成。
由这样的PTFE构成的多孔膜，其制造工艺是将PTFE的半烧结体按双轴方向拉伸，使其面积增倍率至少等于50倍，然后在PTFE熔点以上的温度进行热处理，这时的多孔膜，绝大部分都由原纤维构成，也就是说，当用扫描型电子显微镜照相的方法进行图像处理时，可观察到原纤维与结节之面积比为99∶1～75∶ 25，平均原纤维直径为0.05μm～0.2μm，结节的最大面积在2μm2以下，而其平均孔径为0.2～0.5μm。使用这种由PTFE构成的多孔膜，例如对于0，1μm直径以上的尘埃来说，其除去率可达到99.9995％。
如上所述，将PTFE的半烧成体按双轴方向拉伸，使其面积增倍率至少为50倍，较佳至少为70倍，更好至少为100倍，这种经过拉伸和烧成的拉伸多孔体的结构，具有一种由几乎没有结节的微细纤维所组成的特有的膜结构。而且，用这样的方法制得的PTFE多孔膜，其平均孔径非常小，通常只有0.5μm～0.2μm，而且膜的厚度减少到拉伸前的20分之一(例如，从半烧成体原来的厚度100μm变为拉伸烧成后的5μm)～50分之一。
在本发明中，由于PTFE构成的多孔膜17的各种参数的较佳范围和特别好的范围皆示于表1中。
                        表1
    较佳范围  特别好的范围
    烧成度拉伸倍率平均孔径膜厚原纤维/结节的面积比平均原纤维直径结节的最大面积压力损失     0.30～0.80MD2～40TD10～100合计50～15000.2～0.5μm0.5～15μm99/1～75/250.05～0.2μm2μm2以下10～100mmH2O    0.35～0.70MD3～30TD15～70合计500～10000.2～0.4μm1～10μm99/1～85/150.05～0.2μm0.05～1μm210～70mmH2O
至于多孔膜17的实施可能的膜厚，在表1中的范围是最佳的范围，而根据本发明，实施可能的范围是0.05～100μm，较好为0.05～10μm。另外，虽然表中已绘出平均孔径，然而根据本发明，可能实施的范围是0.1～5μm。
作为过去所用的扁平的过滤材料，一般由玻璃纤维构成，但是，如果将这样的玻璃纤维按照图6～图9中所示的方法来绘制筒状的过滤器元件时，这种过滤器材料不能光滑地弯曲，结果就形成锐角或钝角的折角部分。这样不仅其本身会产生粉尘，而且，在过滤的空气中所含的粉尘也不能被滤掉而是从这些折角的比较大的缝隙通过，因此使空气的净化变得困难。而上述的根据本发明的过滤材料16就可以解决这样的问题。
下面说明上述各种特性的测定方法。
平均孔径
采用ASTM F-316-86中记载的方法来测定平均孔径(MFP)。在实际测定时，使用Coulter孔径仪(Coulter Porometer)Coulter电子(Coulter Electronics)公司(英国)制来测定。
膜厚
使用ミツトョ株式会社制的1D-110MH型膜厚计，把5张多孔膜叠在一起，测定总的膜厚，然后将此总膜厚除以5，所得数值即为1张膜的膜厚。
压力损失
将多孔膜切成一种直径为47mm的圆片，将其安装在一个有效透过面积为12.6cmm2的过滤器夹具中，在其入口一侧施加以0.4Kg/cm2的空气压力，使用上岛制作所制造的流量计来测定从出口一侧出来的空气的流量，借此将透过多孔膜的空气流速调节为5.3cm/秒，然后用气压表来测定这时的压力损失。
烧成度
本发明的PTFE半烧成体的烧成度按照下面的方法来决定，
首先，从PTFE未烧成体中切取3.0±0.1mg的试样，然后用该试样来求得结晶熔化曲线。同样地，从PTFE半烧成体中切取3.0±0.1mg的试样，也用该试样来求得结晶熔化曲线。
结晶熔化曲线用示差扫描热量计(以下称为“DSC”，例如岛津制作所社制的DSC-50型)来记录。首先将PTFE未烧成体的试样装入DSC的铝制盘中，然后按下面的步骤来测定未烧成体熔化热和烧成体的熔化热。
(1)将试样以50℃/分的加热速度加热至250℃，然后以10℃/分的加热速度从250℃加热至380℃。在加热过程中，在吸热曲线上出现一个峰，这个峰的位置就被定义为“PTFE未烧成体的熔点”或“PTFE细粉的熔点”。
(2)在加热到380℃后，立即以10℃/分的冷却速度将该试样冷却到250℃。
(3)再以10℃/分的加热速度将试样加热至380℃。把在加热过程(3)中出现的吸热曲线的峰的位置定义为“PTFE烧成体的熔点”。
接着再按照步骤(1)来记录PTFE半烧成体的结晶熔化曲线。
对PTFE未烧成体、烧成体、半烧成体的熔化热可根据吸热曲线与基线之间的面积比例求得，如果使用岛津制作所社制的DSC-50型量热计，只要绘出解析温度，即可自动地计算该熔化热。
因此，烧成度可按下式计算。
烧成度＝(ΔH1－ΔH3)/(ΔH1－ΔH2)
其中，ΔH1是PTFE未烧成体的熔化热，ΔH2是PTFE烧成体的熔化热，ΔH3是PTFE半烧成体的熔化热。
图象解析
原纤维与结节的面积比、平均原纤维直径、最大结节面积分别按下述的方法来测定。
多孔表面的照片用扫描型电子显微镜(日立S-4000型，蒸镀则采用日立E1030型)来拍摄(SEM照片，倍率为1000至5000倍)。将所获照片放入图象处理装置中(テトツク·エンツニアリンダ株式会社イソ-ジ·コマンド(Image Com-mand)4198，TVIP-4100)，将结节与原纤维分离，这样就分别获得了仅仅由结节形成的图象和仅仅由纤维形成的图象。对仅仅由结节形成的图象进行演算处理，可求出最大的结节面积，对仅仅由纤维形成的图象进行演算处理，可求出原纤维的平均直径(总面积除以总周长的1/2)。
原纤维与结节的面积比可以根据原纤维图象面积的总和与结节图象面积的总和之比求得。
补强薄膜18具有大于多孔膜17上述平均孔径的孔径。将该补强薄膜与多孔膜17重叠在一起，然后用热熔合法或用涂布的粘结剂将其固定，该补强薄膜18最好是由具有芯/鞘结构的合成纤维构成，这种合成纤维19，如图5所示那样由外层20和内层21构成。外层20由可以热熔合的低熔点(例如约120℃)合成树脂构成，内层21由高熔点的合成树脂构成，以防止在上述的热熔合时产生的热收缩，并因此确保加热时的缝隙，例如，在表2中示出了组合方案的例子1～4。
表2
合成纤维19的组合方案 外层20 内层21
    1234 聚乙烯低熔点聚乙烯聚丙烯聚乙烯 聚乙烯聚乙烯聚乙烯聚丙烯
这种具有芯/鞘结构的合成纤维19可用来构成无纺布或纺织布。由于外层20具有比内层21更低的熔点，因此它本身可作为粘结剂，这样就有利于用热熔合法来固定多孔膜17。由于内层21具有比外层20更高的熔点，这样外层20在熔化时，内层21不会熔化，因此也不会收缩，并且也不会堵塞补强薄膜18的微细缝隙。
图6和图7是用来说明过滤器元件10的制造过程的轴侧图。图6中所示过滤材料16的补强薄膜18，在其宽度方向上的两端分别有一个长度e和f(在该实施例中e＝f)，按此长度e和f以图7所示的热熔合方式卷成螺旋卷，于是构成了筒状的过滤器元件10。如图7所示那样，直圆筒状的心轴23按旋转自由的方式设置，过滤材料16的卷轴24受到沿箭头25方向的驱动力的作用，在心轴23上卷成一个螺旋卷，这时，卷在心轴23上的过滤材料16的外周面，受到无头带子26a的驱动而旋转，从卷轴24供应的过滤材料16，在其宽度方向的一端，有一行在前面图6中以长度e表示的领域，这时从喷嘴26出来的热风吹向上述的领域，同时有一块热遮蔽板32限制着热风吹喷的范围，这样就使得构成补强薄膜18的合成纤维19的外层20熔融软化，于是就形成了过滤器元件10。由于带子26a和心轴23各自作用于过滤材料16上的摩擦系数(正确地说是运动摩擦系数)的差别，形成了螺旋卷状过滤元件10。也就是说带子26a与过滤材料16之间产生的摩擦力要大于心轴23与卷在其上面的过滤材料16之间产生的摩擦力，这样才能使螺旋卷状的过滤器元件10从用来形成螺旋卷的心轴23中卷出。
图8是按照图7的剖面线VIII-VIII剖开时所观察到的局部剖面图。由于从喷嘴26中喷出的热风的作用，使得在过滤材料16的补强薄膜18上以长度e表示的区域中全部熔化，由于卷轴24受到沿箭头25所示方向的驱动力的作用，使补强薄膜18压紧在多孔膜17上，结果导致了加热压合。由于在该补强薄膜18上以长度e表示的整个区域加热压合，因此可使这个以长度e表示的整个区域的缝隙都被堵塞，这样达到了气密性。在图8中，过滤材料16在其宽度方向以长度e表示的补强薄膜18的缝隙是通过堵塞来达到气密的，但是也可用其它方法来代替这种方法，也就是适当地选择所说的长度e，使其大于补强薄膜18的厚度g(即e＞g)。
为了能够按照上述那样的螺旋卷的方式形成过滤元件10，将多孔膜17作为外层，而将补强薄膜18作为内层，借助于带子26的作用，就可以进行加热熔合。
心轴23的外径必须与过滤器元件10的内径相对应，即选取2～20mm的范围。如果过滤器元件10的内径过小，则心轴23易被弯曲，因此加工时会遇到困难，如果其内径过大，则过滤面积相应减少。
在图1所示的实施例中，过滤器装置8的构成如下：支持板9的长度L1×长度L2＝610mm×610mm，过滤器元件10从支持板9突出的长度为150mm如按照图3给定的D1＝4.0mm，D2＝1mm的条件，其过滤面积约为23m2。因此，当将它和前面所述的，与图8相关的一种过滤面积约为16m2的现有技术相比时可以确认，其过滤面积要大得多。
如图2所示，盖子31嵌入过滤器元件10的一端10a中，可以将盖子选择性地关闭许多过滤器元件10中的其它几个。这样，可以将某些受损的过滤器元件关闭，因此可以获得所需的过滤性能。
作为本发明的其它一个实施例，不同喷嘴26吹喷热风来进行热熔合，而是将粘结剂涂抹在以长度e表示的整个范围内，然后使其粘结。
图9是本发明其它一个实施例的局部轴侧图。该实施例不是将过滤材料16做成螺旋卷状而是将其做成直的圆筒状，在制筒时，使过滤材料16的长度方向与圆筒的轴线相互垂直，形成圆筒后再用热熔合法将其固定或用粘结剂来固定，于是制成了圆筒状的过滤器元件10。
图10是过滤器元件10的端部10b的局部放大图。将过滤器元件10沿轴线方向的一端压扁然后将作为内层的薄膜18相互热熔合，于是将该端部气密地封闭。
图11是本发明的其它一个实施例的局部剖面图。在该实施例中，情况与上述的实施例相类似，但是应注意，过滤器元件10相互连通的两个端部10a和10b皆嵌入支持板9的流通孔15中，然后用粘结剂等将其固定。
本发明的另一个其它实施例示于图12中。按照该实施例，可以容易地将过滤器元件10弯曲，于是形成了蛇腹状的弯曲部29。
图13是本发明的一个实施例的过滤装置35整体的轴侧图，图14是表示该过滤器装置35的局部放大剖面图。该实施例与前面图1～图10中所示的实施例相类似，所有对应部分皆用同一样参考符号表示。该过滤器装置35与前面的实施例基本上相同，它包含一块具有许多流通孔13的支持板9以后***它的各个流通孔13中的筒状过滤器元件10。过滤元件10以其轴线方向的一端10a***各个流通孔13中并从支持板9厚度方向的一个侧面(图14的上方)突出，过滤器元件10并从支持板9厚度方向的另一个侧面(图14的下方)突出并延长，该轴线方向的另一个端部10b是封闭的。过滤器元件10的具体构成与前面的实施例相同。
在支持板9厚度方向的上述一个侧面上(即图14的上面)，固定有一个从平面看是矩形的堰36。这个堰36处于支持板9上形成流通孔13的领域37的***，以此形成框状板。
图15是图14的一个局部XV的放大剖面图。在被上述的堰36包围着的支持板9上形成流通孔13的领域37上，在各个过滤器元件10相互间的空隙中填充粘结剂38。这些粘结剂38粘结在作为过滤器元件10的端部10a外层的多孔膜17上，并且进入到流通孔13中，因此多孔膜17上，并且进入到流通孔13中，因此多孔膜17的外周面与流通孔13的内周面之间的缝隙就被堵塞住，因此可以防止来自图15上方的待净化的空气泄漏，这样就可确保待净化的空气被导入过滤器元件10的内部并被过滤。这种粘结剂38最好具有一定的粘度，或者具有一定程度的能变性(与剪切速度有关)，以避免粘结剂从多孔膜17的外周面与流通孔13的内周面之间的缝隙向图15的下方垂流出来，例如，环氧树脂系的粘结剂适合使用。这种粘结剂38的粘度或能变性指数可以是，例如290泊(Poise)。
在支持板9厚度方向的另一个侧面(图14的下面)固定一个筒状保护框架11。该保护框架11包围在所有过滤器元件10的外方，以防止过滤器元件10受到外力损伤，因此对过滤器元件10起保护作用。
在支持板9上形成流通孔13的领域37的更外面的领域，也就是在堰36外面的领域，作为安装用的法兰39。在该法兰39上形成有安装孔40，镙丝钉41***该安装孔加中，将垫圈42介入于天花板43与法兰之间，这样就将整体的过滤器装置35固定好。其它的有关结构皆与前面的实施例相同。
作为本发明的另一个其它实施例，可以参照符号49所示那样往过滤器元件10内填充吸附剂。该吸附剂49例如可以是脱臭用的活性炭粉末、纤维等，或者，也可以是用来吸附Nox和Sox的吸附剂，也可以是及来除去其它气体或细微液体的吸附剂。由于在过滤器元件10内填充有吸附剂，因此可以除去在待净化的空气中所含的不希望的气体或细微的液体，并且可使得用来除去这些物质的结构简单化。在过去，为了吸附这些不希望的气体或液体，在净化室等房间的空气循环途径中安装一种含有吸附剂的吸附装置，然而，这样就产生了结构大形化的问题。由于象上述那样在过滤器元件10内填充有吸附剂49，所以这个问题就得以解决，并且可以达到结构简单化的目的。
图16是表示本发明其它一个实施例的过滤器元件44的局部剖面图，该图16与前面的实施例的图8相对应。过滤材料45由多孔膜46以及重叠于该多孔膜46的两侧并以夹心层的方式被固定的内侧薄膜47和外侧薄膜48构成。多孔膜46具有与上述的多孔膜17相同的结构，而且薄膜47、48也具有与上述薄膜18相同的结构。也就是说，薄膜47、48具有比多孔膜46的孔径更大的孔径，而其本身有热熔性合成树脂构成。该过滤材料45可以按照与上述图7相同的制造方法以螺旋卷的形式制成筒状。在图16中，过滤材料45内侧的薄膜47和外侧的薄膜48皆在其轴线方向上的长度e表示的区域皆被加热压合，这样就防止了在以长度e表示的整个区域形成缝隙，因此达到了气密性。
如果采用图16中所示的过滤器元件44，那么，多孔膜46由于有一对薄膜47、48与共同形成夹心层的结构，因此可以防止多孔膜46受到针孔之类的损伤。而且，如上所述，由于在以长度e表示的区域内，内侧薄膜47和个侧薄膜48都被热熔合，因此可以达到提高粘结强度的优良效果。如前面图9所示那样，将过滤材料45做成筒状后进行部分地重叠的热熔合，也能获得同样的效果。这样，特别是外侧的薄膜48能防止多孔膜46受外力的损伤，起保护多孔膜46的作用，同时，如图16所示那样，由于外侧薄膜48和内侧薄膜47一起热熔合，因此具有提高粘结强度的效果。
图17是表示如上所述形成筒装的过滤器元件44的下端部44b的剖面图。该过滤器元件44的端部44b被压扁，并且，在一对薄膜47、48中，由于内侧薄膜47相互热熔合，因此使得以长度e表示的区域达到了气密性的封闭。这样，内侧薄膜47通过热熔合作用而使端部44b处达到了气密性的封闭，特别是如图7所示那样，在使用心轴23按螺旋卷的方式将过滤器元件44制成筒状时，内侧薄膜47可以防止多孔膜46由于直接与心轴23接触而受到损伤，因此具有保护多孔膜46的效果。
在图16和图17所示的过滤器元件44中，多孔膜46的厚度例如可以是10～100μm，特别地，当该多孔膜46的厚度例如超过100μm时，外层的薄膜48可以省去，这样，在省去薄膜48的情况下，过滤器元件44就成为与前面实施例中的过滤器元件10相同的结构。内侧薄膜47和外侧薄膜48的厚度各自可以是0.1mm～0.5mm，例如，内侧薄膜47的厚度是0.26mm，而外侧薄膜48的厚度是0.16mm。
在图16和图17所示的实施例中，也可以象前面的实施例一样往过滤器元件内填充吸附剂。
作为本发明的其它实施例，除了可以使用PTFE构成的多孔膜17以外，也可以使用具有其它组成的多孔膜，例如，它可以是由聚丙烯纤维制成的驻极体。
在图16和图17中所示的过滤器元件44可以用来代替图1～图15中的过滤器元件10。
根据本发明，过滤器元件10、44的薄膜18、47、48，必须至少是其外周面由热熔性的合成树脂构成，而其内部可以由热熔性合成树脂以外的材料构成。
如上所述，根据本发明，只要将筒状的过滤器元件连接到在支持板上形成的许多流通孔中，就可以实现过滤器装置，并且它具有小型结构和大的过滤面积，因此可以在低压力损失的情况下进行过滤。
另外，根据本发明，这种筒状结构的过滤器元件具有微小的孔径，并且，它以一种压力损失小的多孔膜作为补强薄膜而形成补强的结构，因此，它可以同时达到提高对超微粒子的捕集性能，减小压力损失，而且不产生粉尘的目的。
另外，根据本发明，补强薄膜至少是它的外周面有热熔性合成树脂纤维构成，这样，过滤器元件就容易制成筒状，特别是当将多孔膜作为外层而将补强薄膜作为内层，并以螺旋卷的方式将其制成筒装时，这样就可以容易地将其制成长大的过滤器元件。
另外，根据本发明，补强薄膜由一种具有以低熔点合成树脂为外层，以高熔点合成树脂为内层的芯/鞘结构的纤维构成，这样就可以防止在热熔合时由于补强薄膜的纤维收缩而引起的不希望的变形，并且，在将过滤器元件制成筒状时，可以使补强薄膜的空隙保持原来的状态。
另外，根据本发明，将一种热熔性合成树脂构成的薄膜重叠于多孔膜上并加以固定，这样就构成了过滤材料，再将该薄膜作为内层来将其形成筒状，然后将此筒体沿轴线方向的一端压扁并加以热熔合，借此将该端部封闭，由于使用了该薄膜，因此既可防止多孔膜受损伤，同时也可以进行热熔合，所以制造容易。
另外，根据本发明，将一对由热熔性合成树脂构成的薄膜分外重叠在多孔膜的两侧以形成夹心层的结构，然后将其形成筒状，再将此筒状的轴线方向怕一端压扁，然后将上述的一对薄膜中处于内侧的薄膜相互热熔合，借此将该端部封闭，这样，多孔膜同时受到一对薄膜的保护，既可防止损伤，同时在形成筒状的过程中，形成内、外层的两层薄膜皆可以热熔合，因此提高了粘结强度，特别是作为形成内层的薄膜，为了通过热熔合来将过滤器元件的轴线方向的一端封闭，它是必不可少的，而且，在利用心轴并以螺旋卷的形式来形成筒状时，它可以防止多孔膜受到心轴的损伤，起到保护多孔膜的作用。另外，作为形成外层的薄膜，可以防止多孔膜受到外力的损伤，也起到保护多孔膜的作用；同时，如上所述，在形成筒状的过程中，它和内层薄膜一起热熔合，因此提高了粘结强度。
另外，作为本发明的过滤器装置，有很多筒状的过滤器元件以其轴线方向的一端分别***支持板的各个流通孔中并从该支持板厚度方向的一个侧面突出，而且，该过滤器元件朝支持板厚度方向的另一侧突出并延长，其轴线方向的所说另一端被封闭，在支持板厚度方向上前面所述的一个侧面上装置一个堰，它处于形成支持板的流通孔领域的***，在被这个堰包围着的领域内填充粘结剂，这些粘结剂进入到过滤器元件外周面与支持板流通孔的内周面之间，因此保持了气密性，这样就可以确实地防止待净化的空气泄漏到下流一侧。
再有，在该过滤器装置中，有一个筒体固定在支持板厚度方向的上述另一侧的表面上，把这些过滤器元件的外方包围起来，因此可确实地防止过滤器元件受外力的损伤。另外，在形成支持板流通孔的领域更外面的领域，也就是比堰更外面的领域，形成作为安装用的法兰，借助于该法兰，整体的过滤器装置就可以容易地安装在例如天花板上或其它地方。

Claims (10)

1.一种过滤器装置，该装置包括：
支持板，该支持板具有两相对的第一及第二表面，且该支持板上的一个区域内形成有于第一表面和第二表面之间延伸的多个通孔；
多个纵向过滤元件，每个过滤元件穿过相应的通孔，每个过滤元件的第一轴向端面突出于支持板的第一表面，第二轴向端面突出于支持板的第二表面并沿轴向延伸，每个过滤元件的第一轴向端面是敞开的，第二轴向端面是封闭的；
堰，连接于支持板的上述第一表面，并包围形成有通孔的区域；
粘结剂，它充于上述堰内的支持板第一表面之上，将过滤元件固定于上述支承板。
2.如权利要求1记载的过滤器装置，其特征在于：上述粘结剂填充于相对的过滤元件外面表面和支持板上形成孔的内表面之间。
3.如权利要求1记载的过滤装置，其特征在于；还包括一个保护架，该保护架突出于上述支持板的第二表面，并围绕着上述过滤元件。
4.如权利要求1记载的过滤装置，其特征在于：包括一个从形成支持板流通孔区域向外延伸出的法兰。
5.一种用于上述过滤装置的过滤元件，其特征在于；具有筒状结构，并且包括，
多孔膜，由聚四氟乙烯构成，该多孔膜的平均孔径为0.1～5μm，当空气以5.3cm/sec的流速透过时，其压力损失为10～20mmH2O。
补强薄膜，具有超过多孔膜平均孔径的孔径，以重叠方式固定于多孔膜一侧上。
6.如权利要求5记载的过滤元件，其特征在于：至少补强薄膜的外周表面由热熔性合成树脂纤维构成，并被热熔合在多孔膜上。
7.如权利要求6所述的过滤元件，其特征在于：补强膜由具有芯/鞘结构的纤维构成，这些纤维的外层由低熔点合成树脂构成，内层由高熔点合成树脂构成。
8.如权利要求5记载的过滤元件，其特征在于：多孔膜和补强薄膜重叠在一起，以多孔膜作为外层并以螺旋卷的方式构成上述过滤元件。
9.如权利要求5记载的过滤元件，其特征在于：补强膜包括形成过滤元件内层的热熔树脂，且其一个轴向端被压扁并被熔化以封闭过滤元件的一端。
10.如权利要求9记载的过滤元件，其特征在于：还包括重叠于多孔膜另一端的另一个补强膜，这样，多孔膜被夹在两补强膜之间。
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