JP2021013896A - エアフィルターユニット - Google Patents

Abstract

【課題】高い捕集効率と長寿命とを両立可能なエアフィルターユニットを得ること。【解決手段】エアフィルターユニット１０は、空気の流れ方向において最も下流側に配置される下流側フィルター３と、空気の流れ方向において下流側フィルター３よりも上流側に配置される１つ以上の上流側フィルター２と、を含む複数のフィルターが互いに離間した状態で配置される。上流側フィルター２は、直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の粒子に対する上流側フィルター２全体の捕集効率が３０％以下であり、且つ直径２μｍ以上１０μｍ以下の粒子に対する上流側フィルター２全体の捕集効率が６０％以上である。下流側フィルター３は、全ての粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が上流側フィルター２全体の捕集効率よりも高い。【選択図】図１

Description

本発明は、住宅およびビル等の換気装置に用いることができるエアフィルターユニットに関するものである。

環境大気中に存在する大気塵は、燃焼で生成されるもの、機械的な破砕で生成されるもの、および気体から粒子に変化したものなど、様々な生成過程を経たものの混合体であるため、広い範囲にわたって粒径が分布する。大気塵の粒子直径は、大部分が０．００１μｍ以上１０００μｍ以下の範囲に存在する。質量濃度分布では、直径約０．５μｍをピークとした直径０．３μｍから直径１μｍ程度の微小粒子状物質、直径約４μｍをピークとした直径２μｍから直径１０μｍ程度の粗大粒子が混在している。

大気塵が人体に入った場合、直径１０μｍ以下の粒子は喉頭より下部の気道に沈着し、直径２．５μｍ以下の微小粒子状物質は肺胞領域に沈着しやすいことが知られている。特に、直径２．５μｍ以下の微小粒子状物質は、濃度が高いほど呼吸器疾患および心疾患等の原因となる懸念がもたれている。微小粒子状物質は、ＰＭ（Particulate Matter）２．５とも呼ばれる。

このため、住宅およびビル等の換気用に用いられるエアフィルターユニットとして、エアフィルター搭載の給気口に取り付けられるエアフィルターユニット、給気用換気扇に取り付けられエアフィルターユニット、および給気口に接続されたダクト配管中に取り付けられるエアフィルターユニットが一般に市販されている。このような換気用に用いられるエアフィルターユニットでは、粒子径の小さな粒子に対する高い捕集効率が求められている。

各種のエアフィルターのうち不織布を用いたエアフィルターでは、濾材の密度を上げるほど粒子径の小さな粒子の捕集効率が高くなる一方で、圧力損失が上昇するという問題がある。このため、不織布を用いたエアフィルターでは、風路に対して濾材の面積を多く確保するために、シート状の濾材をプリーツ形状またはハニカム形状にして使用することが多い。特にプリーツ形状は、構造が簡単で、比較的容易に作製ができるため広く用いられている。

また、不織布を用いたエアフィルターは、粒子を捕集して空気を浄化するため、捕集された粒子によってエアフィルターの圧力損失が経時的に上昇し、換気風量が低下していく。このため、不織布を用いたエアフィルターは、定期的なフィルター交換が必要であり、一回の使用で長期間使用できる長寿命のエアフィルターが求められている。このように、不織布を用いたエアフィルターには、高い捕集効率と長寿命が求められている。

しかしながら、上述したように大気塵は様々な粒子径の粒子を含むため、粒子径の小さな微小粒子状物質に対して捕集効率を高めるために濾材の密度を上げると、濾材の目が細かくなる。このため、風の流れの方向における上流側の濾材の表面で大きな粒子による目詰まりを起こし、経時的な圧力損失の上昇を早めることになり、長寿命と相反する。

特許文献１には、エアーの流入側である上層側の不織布ほど目が粗く、下層側の不織布ほど目が細かくなっている積層不織布が開示されている。

特開２０１０−２３４２８５号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された積層不織布によれば、１枚の積層不織布で更なる長寿命を実現するために濾材を厚くしてプリーツ形状にしようとすると、プリーツ形状による構造的な圧力損失が増大する。このため、プリーツの折数を少なくしなければならず、結果的に、濾材の面積が減ることになり長寿命の目的が達成できない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高い捕集効率と長寿命とを両立可能なエアフィルターユニットを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるエアフィルターユニットは、空気の流れ方向において最も下流側に配置される下流側フィルターと、空気の流れ方向において下流側フィルターよりも上流側に配置される１つ以上の上流側フィルターと、を含む複数のフィルターが互いに離間した状態で配置される。上流側フィルターは、直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の粒子に対する上流側フィルター全体の捕集効率が３０％以下であり、且つ直径２μｍ以上１０μｍ以下の粒子に対する上流側フィルター全体の捕集効率が６０％以上である。下流側フィルターは、全ての粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が上流側フィルター全体の捕集効率よりも高い。

本発明によれば、高い捕集効率と長寿命とを両立可能なエアフィルターユニットが得られる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかるエアフィルターユニットを示す断面図 図１に示す上流側フィルターの構成を示す要部断面図 図１に示す下流側フィルターの構成を示す要部断面図 大気塵の粒径分布を示す特性図 ２種類の繊維を混紡した糸を用いて構成された濾材からなる摩擦帯電混紡濾材の粒子の捕集効率を示す特性図 液体の噴霧により帯電させるハイドロチャージによりエレクトレット化されたエレクトレット濾材からなる濾材不織布層の粒子の捕集効率を示す特性図 本発明の実施の形態１にかかる他のエアフィルターユニットを示す断面図 本発明の実施の形態１にかかる実施例のエアフィルターユニットにおける粉塵捕集量と圧力損失との関係を示す特性図 本発明の実施の形態１にかかる比較例のエアフィルターユニットにおける粉塵捕集量と圧力損失との関係を示す特性図

以下に、本発明の実施の形態にかかるエアフィルターユニットを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるエアフィルターユニット１０を示す断面図である。図２は、図１に示す上流側フィルター２の構成を示す要部断面図である。図３は、図１に示す下流側フィルター３の構成を示す要部断面図である。本実施の形態１にかかるエアフィルターユニット１０は、フィルターケース１と、上流側フィルター２と、下流側フィルター３と、を備える。

フィルターケース１は、エアフィルターユニット１０の外郭を成し、内部に上流側フィルター２と下流側フィルター３とを収納する。フィルターケース１は、フィルターケース１が所望の設置場所に設置された際にエアフィルターユニット１０を通過する空気の流れ方向における上流側となる面に、上流側開口部４が設けられている。また、フィルターケース１は、フィルターケース１が所望の設置場所に設置された際にエアフィルターユニット１０を通過する空気の流れ方向における下流側となる面に、下流側開口部５が設けられている。

以下では、フィルターケース１が所望の設置場所に設置された際にエアフィルターユニット１０を通過する空気の流れ方向における上流側を、単に上流側と呼ぶ。また、フィルターケース１が所望の設置場所に設置された際にエアフィルターユニット１０を通過する空気の流れ方向における下流側を、単に下流側と呼ぶ。

また、フィルターケース１が所望の設置場所に設置された際にエアフィルターユニット１０を通過する空気の流れ方向を、単に空気の流れ方向と呼ぶ。また、フィルターケース１が所望の設置場所に設置された際にエアフィルターユニット１０を通過する空気の流れ方向は、エアフィルターユニット１０の奥行き方向およびフィルターケース１の奥行き方向と換言できる。

上流側フィルター２は、フィルターケース１の内部において下流側フィルター３よりも上流側に配置されたフィルターである。すなわち、上流側フィルター２は、フィルターケース１の内部において、空気の流入側に配置されている。

上流側フィルター２は、濾材不織布２１と、骨材不織布２２と、カバー不織布２３と、がこの順で積層された３層構造を有する。濾材不織布２１と骨材不織布２２とカバー不織布２３とは、たとえば接着剤によって接着されて一体化されている。上流側フィルター２は、カバー不織布２３が上流側とされ、濾材不織布２１が下流側とされた状態で、フィルターケース１の内部に収納されている。

下流側フィルター３は、大気塵の捕集効率が上流側フィルター２とは異なるフィルターである。下流側フィルター３は、フィルターケース１の内部において上流側フィルター２よりも下流側に配置されている。すなわち、下流側フィルター３は、フィルターケース１の内部において、空気の流出側に配置されている。下流側フィルター３は、エアフィルターユニット１０を通過する空気の流れ方向において、上流側フィルター２から離間した状態でフィルターケース１の内部に収納されている。

下流側フィルター３は、濾材不織布３１と、骨材不織布３２と、カバー不織布３３と、がこの順で積層された３層構造を有する。濾材不織布３１と骨材不織布３２とカバー不織布３３とは、たとえば接着剤によって接着されて一体化されている。下流側フィルター３は、カバー不織布３３が上流側とされ、濾材不織布３１が下流側とされた状態で、フィルターケース１の内部に収納されている。

上記のように構成された本実施の形態１にかかるエアフィルターユニット１０では、上流側開口部４から流入した空気は、上流側フィルター２と下流側フィルター３とを通過して、下流側開口部５から流出する。

つぎに、本実施の形態１にかかるエアフィルターユニット１０の特徴について説明する。エアフィルターユニット１０は、大気塵の捕集効率が異なるフィルターである、大気塵の流入側に配置された上流側フィルター２と、大気塵の流出側に配置された下流側フィルター３とを有する。大気塵の流入側は、空気の流れ方向における上流側である。大気塵の流出側は、空気の流れ方向における下流側である。そして、上流側フィルター２と下流側フィルター３とは、上流側フィルター２よりも下流側フィルター３の方が、微小粒子状物質に対する捕集効率が高くされている。すなわち、エアフィルターユニット１０におけるフィルターは、互いに独立した上流側フィルター２と下流側フィルター３とが、空気の流れ方向において離間した状態で配置された複数段構造を有する。

すなわち、エアフィルターユニット１０は、互いに離間した状態で配置されて大気塵の捕集効率が異なる複数のフィルターを有し、大気塵の流入側に配置された上流側のフィルターよりも下流側のフィルターの方が、微小粒子状物質に対する捕集効率が高くされている。

図４は、大気塵の粒径分布を示す特性図である。大気塵は、図４に示すように直径０．３μｍ以上１μｍ以下の粒子径範囲の粒子の質量濃度と、直径２μｍ以上１０μｍ以下の粒子径範囲の粒子の質量濃度が高い。

エアフィルターユニット１０では、フィルターケース１の内部において上流側に配置された上流側フィルター２は、直径２μｍ以上１０μｍ以下の粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が６０％以上である。

また、上流側フィルター２は、直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が、下流側フィルター３に対して相対的に低くされている。具体的に、上流側フィルター２は、直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が３０％以下である。

一方、エアフィルターユニット１０では、フィルターケース１の内部において下流側に配置された下流側フィルター３は、全ての粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が、上流側フィルター２に対して相対的に高くされている。特に、下流側フィルター３は、直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が６０％以上とされている。

このようなエアフィルターユニット１０では、上流側フィルター２には、エアフィルターユニット１０に流入する大気塵のうち、相対的に粒子径が大きい大気塵を捕集する機能を主な機能として持たせている。すなわち、上流側フィルター２は、エアフィルターユニット１０に流入する大気塵のうち、図４において質量濃度が高い直径２μｍ以上１０μｍ以下の粒子径範囲の粒子の６０％以上を捕集する。

このため、上流側フィルター２の下流側に配置された下流側フィルター３において捕集される直径２μｍ以上の粒子径範囲の粒子の量を低減させて、直径２μｍ以上の粒子径範囲の粒子の捕集に起因した下流側フィルター３の目詰まりを抑制して、目詰まりに起因した圧力損失を抑制することができる。これにより、下流側フィルター３において捕集された直径２μｍ以上１０μｍ以下の粒子径範囲の粒子による目詰まりによって下流側フィルター３の圧力損失が経時的に上昇して下流側フィルター３の通風量が低下することを抑制できる。

すなわち、エアフィルターユニット１０では、最下流に配置されたフィルターである下流側フィルター３に流入する相対的に粗大な粒子の濃度を低減させて、下流側フィルター３の粒子捕集による圧力損失の上昇を抑制することができる。したがって、エアフィルターユニット１０では、下流側フィルター３の長寿命化を実現でき、エアフィルターユニット１０の長寿命化を実現できる。

また、上流側フィルター２は、エアフィルターユニット１０に流入する大気塵のうち、図４において質量濃度が高い直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の粒子径範囲の粒子の３０％以下を捕集する。

このように、最下流に配置されたフィルターである下流側フィルター３よりも上流側に配置された上流側フィルター２の直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の粒子径範囲の粒子に対する捕集効率を３０％以下とすることで、上流側フィルター２における粒子捕集による圧力損失の上昇を抑制することができる。

上述した捕集効率を有する上流側フィルター２は、たとえば２種類の繊維を混紡した糸を用いて構成された濾材からなり目付量が１０ｇ／ｍ^２以上３０ｇ／ｍ^２以下とされた濾材不織布層によって実現できる。

図５は、２種類の繊維を混紡した糸を用いて構成された濾材からなる摩擦帯電混紡濾材の粒子の捕集効率を示す特性図である。図５に示されるように、２種類の繊維を混紡した糸を用いて構成された濾材からなり目付量が１０ｇ／ｍ^２以上３０ｇ／ｍ^２以下である摩擦帯電混紡濾材により構成される濾材不織布層を上流側フィルター２に用いることにより、上述したように直径２μｍ以上１０μｍ以下の粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が６０％以上であり、直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が３０％以下である上流側フィルター２を実現することができる。

上記においては、２種類の繊維を混紡した糸を用いて構成された濾材からなる摩擦帯電混紡濾材により構成される濾材不織布層を上流側フィルター２に用いる場合について説明したが、混紡する繊維の種類は２種類に限定されず、少なくとも２種類の繊維を混紡した糸を用いて構成された濾材からなる摩擦帯電混紡濾材により構成される濾材不織布層を上流側フィルター２に用いることが可能である。この場合も、上流側フィルター２の捕集効率を満たすように、摩擦帯電混紡濾材からなる濾材不織布層の目付量が調整されればよい。

一方、エアフィルターユニット１０では、下流側フィルター３には、エアフィルターユニット１０に流入する大気塵のうち、相対的に粒子径が小さい大気塵を捕集する機能を主な機能として持たせている。すなわち、下流側フィルター３は、エアフィルターユニット１０に流入する大気塵のうち、図４において質量濃度が高い直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の粒子径範囲の粒子の６０％以上を捕集する。すなわち、エアフィルターユニット１０では、上流側のフィルターよりも下流側のフィルターの方が、微小粒子状物質子に対する捕集効率が高くされている。

また、下流側フィルター３は、全ての粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が、上流側フィルター２に対して相対的に高くされているため、上流側フィルター２で捕集されなかった大気塵を確実に捕集することができる。したがって、上流側フィルター２で捕集されなかった直径２μｍ以上の粒子径範囲の粒子の大気塵も確実に捕集することができ、高い捕集効率を実現できる。

上述した捕集効率を有する下流側フィルター３は、たとえば２種類の繊維を混紡した糸を用いて構成された濾材からなり目付量が５０ｇ／ｍ^２以上とされた濾材不織布層によって実現できる。

図５に示されるように、２種類の繊維を混紡した糸を用いて構成された濾材からなり目付量が５０ｇ／ｍ^２以上である摩擦帯電混紡濾材より構成される濾材不織布層を下流側フィルター３に用いることにより、上述したように直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が６０％以上である下流側フィルター３を実現することができる。

上記においては、２種類の繊維を混紡した糸を用いて構成された濾材からなる摩擦帯電混紡濾材により構成される濾材不織布層を下流側フィルター３に用いる場合について説明したが、混紡する繊維の種類は２種類に限定されず、少なくとも２種類の繊維を混紡した糸を用いて構成された濾材からなる摩擦帯電混紡濾材により構成される濾材不織布層を下流側フィルター３に用いることが可能である。この場合も、下流側フィルター３の捕集効率を満たすように、摩擦帯電混紡濾材からなる濾材不織布層の目付量が調整されればよい。

図６は、液体の噴霧により帯電させるハイドロチャージによりエレクトレット化されたエレクトレット濾材からなる濾材不織布層の粒子の捕集効率を示す特性図である。図６に示されるように、液体の噴霧により帯電させるハイドロチャージによりエレクトレット化されたエレクトレット濾材からなり目付量が２０ｇ／ｍ^２以下である濾材不織布層を用いることによっても、上述したように直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が６０％以上である下流側フィルター３を実現することができる。

このように、エアフィルターユニット１０では、エアフィルターユニット１０に流入する大気塵のうち、相対的に粒子径範囲が大きい大気塵が主として上流側フィルター２で捕集され、相対的に粒子径範囲が小さい大気塵が主として下流側フィルター３で捕集されるように、上流側フィルター２と下流側フィルター３との大気塵の捕集効率を粒子径範囲によって異ならせている。上流側フィルター２と下流側フィルター３との大気塵の捕集効率を粒子径範囲によって異なる捕集効率に調整することによって、高い捕集効率を実現するとともに、上流側フィルター２の表面と下流側フィルター３の表面とにおける粒子による目詰まりの発生を抑制して目詰まりに起因した圧力損失を抑制して、エアフィルターユニット１０の長寿命化を図ることができる。

図７は、本発明の実施の形態１にかかる他のエアフィルターユニット１１を示す断面図である。上記においては、下流側フィルター３よりも上流側に配置される上流側フィルター２が１つである場合について説明したが、上流側フィルター２の数量は１つに限定されず、複数の上流側フィルター２が配置されてもよい。すなわち、空気の流れ方向において最も下流側に配置される下流側フィルター３よりも上流側に複数の上流側フィルター２が配置されてもよい。

この場合も、空気の流れ方向において最も下流側に配置される下流側フィルター３と、下流側フィルター３よりも上流側に配置される複数の上流側フィルター２と、を含む複数のフィルターが、空気の流れ方向において互いに離間した状態で複数段に配置される。

この場合、空気の流れ方向において下流側に位置する上流側フィルター２は、空気の流れ方向において上流側に位置する上流側フィルター２よりも、全ての粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が高くされる。すなわち、フィルターケース１の内部において下流側に配置された上流側フィルター２は、上流側に配置された上流側フィルター２よりも、直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が高くされる。したがって、他のエアフィルターユニット１１においては、空気の流れ方向において隣り合う２つのフィルターにおいて、上流側のフィルターよりも下流側のフィルターの方が、直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が高くなる。

そして、上流側フィルター２は、直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の粒子に対する上流側フィルター２全体の捕集効率が３０％以下であり、且つ直径２μｍ以上１０μｍ以下の粒子に対する上流側フィルター２全体の捕集効率が６０％以上となるように粒子の捕集効率が設定される。これにより、他のエアフィルターユニット１１は、エアフィルターユニット１０と同様に、上流側フィルター２の表面と下流側フィルター３の表面とにおける粒子による目詰まりの発生を抑制し、長寿命化を図ることができる。

上述したように、直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の粒子に対する上流側フィルター２全体の捕集効率が３０％以下であり、且つ直径２μｍ以上１０μｍ以下の粒子に対する上流側フィルター２全体の捕集効率が６０％以上である１つ以上の上流側フィルター２と、全ての粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が上流側フィルター２全体の捕集効率よりも高い下流側フィルター３と、を互いに離間した状態で配置することにより、高い捕集効率と長寿命とを両立可能なエアフィルターユニットが得られる。

また、上流側フィルター２では、上記のようにカバー不織布２３と骨材不織布２２とが相対的に上流側に配置され、濾材不織布２１が相対的に下流側に配置されている。カバー不織布２３と骨材不織布２２とは、濾材不織布２１に比べて大気塵の捕集効率は低いものの、慣性およびさえぎりなどによって、大気塵の捕集が行われる。これにより、濾材不織布２１の目詰まりを低減することができ、上流側フィルター２の長寿命化を図ることができる。

同様に、下流側フィルター３では、上記のようにカバー不織布３３と骨材不織布３２とが相対的に上流側に配置され、濾材不織布３１が相対的に下流側に配置されている。カバー不織布３３と骨材不織布３２とは、濾材不織布３１に比べて大気塵の捕集効率は低いものの、慣性およびさえぎりなどによって、大気塵の捕集が行われる。これにより、濾材不織布３１の目詰まりを低減することができ、下流側フィルター３の長寿命化を図ることができる。

ここで、本発明の実施の形態１にかかるエアフィルターユニット１０の具体例について示す。図８は、本発明の実施の形態１にかかる実施例のエアフィルターユニットにおける粉塵捕集量［ｇ］と圧力損失［Ｐａ］との関係を示す特性図である。実施例のエアフィルターユニットは、上述した本実施の形態１にかかるエアフィルターユニット１０の条件を満たすエアフィルターユニットである。図８では、実施例のエアフィルターユニットに風速１ｍ／ｓの空気を流入させた場合における、ＪＩＳ試験用粉体８種の捕集量に対する圧力損失を試算したシミュレーション結果を示している。

実施例のエアフィルターユニットの上流側フィルターは、目付量が３０ｇ／ｍ^２である摩擦帯電混紡濾材により構成された濾材不織布層を用いて構成されている。実施例の上流側フィルターは、粒子径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が２８％であり、粒子径２μｍ以上１０μｍ以下の粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が７０％である。したがって、実施例の上流側フィルターは、エアフィルターユニット１０の上流側フィルター２の条件を満たしている。

実施例のエアフィルターユニットの下流側フィルターは、目付量が６０ｇ／ｍ^２である摩擦帯電混紡濾材により構成された濾材不織布層を用いて構成されている。実施例の下流側フィルターは、粒子径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が７５％であり、粒子径２μｍ以上１０μｍ以下の粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が８８％である。したがって、実施例の下流側フィルターは、エアフィルターユニット１０の下流側フィルター３の条件を満たしている。

図９は、本発明の実施の形態１にかかる比較例のエアフィルターユニットにおける粉塵捕集量［ｇ］と圧力損失［Ｐａ］との関係を示す特性図である。比較例のエアフィルターユニットは、上述した本実施の形態１にかかるエアフィルターユニット１０の条件を満たさないエアフィルターユニットである。図９では、図８の場合と同様に、比較例のエアフィルターユニットに風速１ｍ／ｓの空気を流入させた場合における、ＪＩＳ試験用粉体８種の捕集量に対する圧力損失を試算したシミュレーション結果を示している。

比較例のエアフィルターユニットの上流側フィルターは、目付量が４０ｇ／ｍ^２である摩擦帯電混紡濾材により構成された濾材不織布層を用いて構成されている。比較例の上流側フィルターは、粒子径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が３９％であり、粒子径２μｍ以上１０μｍ以下の粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が７５％である。したがって、比較例の上流側フィルターは、エアフィルターユニット１０の上流側フィルター２の条件を満たしていない。

比較例のエアフィルターユニットの下流側フィルターには、実施例の下流側フィルターと同様の条件のものを用いた。比較例の下流側フィルターは、目付量が６０ｇ／ｍ^２である摩擦帯電混紡濾材により構成された濾材不織布層を用いて構成されている。比較例の下流側フィルターは、粒子径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が７５％であり、粒子径２μｍ以上１０μｍ以下の粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が８８％である。したがって、実施例の下流側フィルターは、エアフィルターユニット１０の下流側フィルター３の条件を満たしている。

図８から分かるように、実施例のエアフィルターユニットでは、ＪＩＳ試験用粉体８種を１５０ｇ捕集した時点での圧力損失は、上流側フィルターの圧力損失が３０Ｐａ、下流側フィルターの圧力損失が３０Ｐａである。したがって、上流側フィルターの圧力損失と下流側フィルターの圧力損失と合わせた実施例のエアフィルターユニットの圧力損失は、６０Ｐａとなっている。

一方、図９から分かるように、比較例のエアフィルターユニットでは、ＪＩＳ試験用粉体８種を１５０ｇ捕集した時点での圧力損失は、上流側フィルターの圧力損失が６０Ｐａ、下流側フィルターの圧力損失が２６．５Ｐａである。したがって、上流側フィルターの圧力損失と下流側フィルターの圧力損失と合わせた比較例のエアフィルターユニットの圧力損失は、８６．５Ｐａとなっている。

これらのことより、実施例のエアフィルターユニットは、比較例のエアフィルターユニットと比較して、使用に伴う経時的な圧力損失の上昇が遅く、下流側フィルター３の長寿命化を図ることができ、実施例のエアフィルターユニットの長寿命化が実現されていると言える。

なお、上記においては、濾材不織布２１と骨材不織布２２とカバー不織布２３とがこの順で積層された３層構造を有する上流側フィルター２について示したが、上流側フィルター２の構造は３層構造に限定されない。上流側フィルター２は、たとえば濾材不織布２１と、骨材不織布２２と、が積層された２層構造を有してもよい。この場合、上流側フィルター２は、骨材不織布２２が上流側とされ、濾材不織布２１が下流側とされた状態で、フィルターケース１の内部に収納される。この場合も、２層構造の上流側フィルター２が、上述した３層構造の上流側フィルター２と同様の大気塵の捕集効率を備えることにより、上述した効果を得ることができる。

同様に、上記においては、濾材不織布３１と骨材不織布３２とカバー不織布３３とがこの順で積層された３層構造を有する下流側フィルター３について示したが、下流側フィルター３の構造は３層構造に限定されない。下流側フィルター３は、たとえば濾材不織布３１と、骨材不織布３２と、が積層された２層構造を有してもよい。この場合、下流側フィルター３は、骨材不織布３２が上流側とされ、濾材不織布３１が下流側とされた状態で、フィルターケース１の内部に収納される。この場合も、２層構造の下流側フィルター３が、上述した３層構造の大気塵の捕集効率を備えることにより、上述した効果を得ることができる。

また、上流側フィルター２および下流側フィルター３のうちの少なくとも１つには、エレクトレット不織布を用いたエレクトレットフィルターを用いることが好ましい。上流側フィルター２および下流側フィルター３にエレクトレット不織布を用いることにより、大気塵を静電気により電気的捕集でき、低い通気抵抗で高い捕集効率を実現することができる。また、上流側フィルター２および下流側フィルター３には、帯電していない不織布である非エレクトレット不織布を用いることもできる。

また、上流側フィルター２および下流側フィルター３のうち少なくとも１つは、プリーツ形状を有することが好ましい。プリーツ形状の上流側フィルター２を用いることにより、上流側フィルター２の表面積が大きくなり、上流側フィルター２の集塵効率が向上する。また、プリーツ形状の下流側フィルター３を用いることにより、下流側フィルター３の表面積が大きくなり、下流側フィルター３の集塵効率が向上する。

また、上流側フィルター２および下流側フィルター３のうち少なくとも１つは、コルゲート形状を有することが好ましい。コルゲート形状の上流側フィルター２を用いることにより、上流側フィルター２の表面積が大きくなり、上流側フィルター２の集塵効率が向上する。また、コルゲート形状の下流側フィルター３を用いることにより、下流側フィルター３の表面積が大きくなり、下流側フィルター３の集塵効率が向上する。

また、エアフィルターユニット１０および他のエアフィルターユニット１１では、フィルター自体を多層濾材構造を有する１枚の濾材により構成せず、互いに独立した上流側フィルター２と下流側フィルター３とが離間した状態で配置された多段構造のフィルターを配置している。これにより、上流側フィルター２と下流側フィルター３とに用いられる不織布の厚みを薄くすることができ、上流側フィルター２と下流側フィルター３とのプリーツ形状またはコルゲート形状への加工が容易になる。

また、上流側フィルター２は直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が下流側フィルター３に対して低いとはいえ、幾分かは捕集される。このため、下流側フィルター３に対して上流側フィルター２の方が、大気塵の捕集の負荷が高い。

そこで、上流側フィルター２のプリーツ形状の折込ピッチを下流側フィルター３のプリーツ形状の折込ピッチより小さくして上流側フィルター２の表面積を下流側フィルター３の表面積に対して相対的に広くすることが好ましい。これにより、上流側フィルター２における大気塵の捕集の負荷を下流側フィルター３における大気塵の捕集の負荷と同等レベルに低減して、大気塵の捕集による圧力損失の上昇具合を上流側フィルター２と下流側フィルター３とで均一化し、エアフィルターユニット１０全体としての圧力損失の上昇を抑えることができる。

上述したように、本実施の形態１にかかるエアフィルターユニット１０は、直径２μｍ以上１０μｍ以下の粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が全体として６０％以上であり、直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が全体として３０％以下である１つ以上の上流側フィルター２が上流側に配置され、全ての粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が上流側フィルター２全体に対して相対的に高くされている下流側フィルター３が下流側に配置される。このような構成を有することにより、エアフィルターユニット１０では、最下流に配置されたフィルターである下流側フィルター３と、下流側フィルター３よりも上流側に配置された上流側フィルター２と、の両方について、大気塵の捕集による圧力損失の上昇を抑制することができる。これにより、エアフィルターユニット１０全体としての、大気塵の捕集による圧力損失の経時的な上昇を抑制することができ、エアフィルターユニット１０の長寿命化を実現できる。

したがって、本実施の形態１によれば、低圧力損失でありながら微小粒子状物質の捕集性能に優れ、粒子の捕集に起因した目詰まりによる圧力損失の上昇が抑制された長寿命なエアフィルターユニットを実現でき、高い捕集効率と長寿命とを両立可能なエアフィルターユニットが得られる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、実施の形態の技術同士を組み合わせることも可能であるし、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ フィルターケース、２ 上流側フィルター、３ 下流側フィルター、４ 上流側開口部、５ 下流側開口部、１０，１１ エアフィルターユニット、２１，３１ 濾材不織布、２２，３２ 骨材不織布、２３，３３ カバー不織布。

Claims (9)

1. 空気の流れ方向において最も下流側に配置される下流側フィルターと、前記空気の流れ方向において前記下流側フィルターよりも上流側に配置される１つ以上の上流側フィルターと、を含む複数のフィルターが互いに離間した状態で配置され、
   前記上流側フィルターは、直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の粒子に対する前記上流側フィルター全体の捕集効率が３０％以下であり、且つ直径２μｍ以上１０μｍ以下の粒子に対する前記上流側フィルター全体の捕集効率が６０％以上であり、
   前記下流側フィルターは、全ての粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が前記上流側フィルター全体の捕集効率よりも高いこと、
   を特徴とするエアフィルターユニット。
2. 前記下流側フィルターと前記上流側フィルターとのうち、少なくとも１つがプリーツ形状を有すること、
   を特徴とする請求項１に記載のエアフィルターユニット。
3. 前記下流側フィルターと前記上流側フィルターとがプリーツ形状を有し、
   前記上流側フィルターのプリーツ形状の折込ピッチが、前記下流側フィルターのプリーツ形状の折込ピッチより小さいこと、
   を特徴とする請求項２に記載のエアフィルターユニット。
4. 前記下流側フィルターと前記上流側フィルターとのうち、少なくとも１つがコルゲート形状を有すること、
   を特徴とする請求項１に記載のエアフィルターユニット。
5. 前記下流側フィルターと前記上流側フィルターとのうち、少なくとも１つが、前記空気の流れ方向における上流側から骨材不織布と濾材不織布とが積層された２層構造、または前記空気の流れ方向における上流側からカバー不織布と骨材不織布と濾材不織布とが積層された３層構造を有すること、
   を特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のエアフィルターユニット。
6. 前記上流側フィルターは、少なくとも２種類の繊維を混紡した糸を用いて構成されて目付量が１０ｇ／ｍ^２以上３０ｇ／ｍ^２以下である濾材不織布層であること、
   を特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のエアフィルターユニット。
7. 前記下流側フィルターは、少なくとも２種類の繊維を混紡した糸を用いて構成されて目付量が５０ｇ／ｍ^２以上である濾材不織布層であること、
   を特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のエアフィルターユニット。
8. 前記下流側フィルターと前記上流側フィルターとのうち少なくとも１つが、エレクトレットフィルターであること、
   を特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載のエアフィルターユニット。
9. 前記空気の流れ方向において下流側に位置する前記上流側フィルターは、前記空気の流れ方向において上流側に位置する前記上流側フィルターよりも、直径０．３μｍ以上０．５μｍ以下の粒子径範囲の粒子に対する捕集効率が高いこと、
   を特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載のエアフィルターユニット。

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