JP3884445B2

JP3884445B2 - エアフィルタろ材及びそれを用いたエアフィルタ

Info

Publication number: JP3884445B2
Application number: JP2004101474A
Authority: JP
Inventors: 健山口; 正昭渡辺; 範一新舎; 慎生和田
Original assignee: Nippon Muki Co Ltd
Current assignee: Nippon Muki Co Ltd
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: JP2005279594A

Description

本発明は、ビル空調用、半導体、食品、病院等のクリーンルーム用の高性能フィルタのプレフィルタ等として使用可能な、低通気抵抗で長寿命のエアフィルタろ材とそれを用いたエアフィルタに関するものである。

従来、エアフィルタ用ろ材としては、平板状のパネル形がプレフィルタに一般的に使用されている。ところが、ろ材面積が小さいことから、ろ材をプリーツしてろ材面積を大きくすることが常套手段となっている。
ところが、パネル形はろ材厚さが薄いため通気抵抗は低いものの、粉塵保持容量が小さくてフィルタの寿命は短い問題がある。また、ろ材の厚さを厚くすると、粉塵保持容量は大きくなるものの通気抵抗が大きくなる問題がある。
プリーツ形は、小容積にろ材面積を大きくする関係で、ろ材は薄く通気抵抗は低いものの、粉塵保持容量が小さくてフィルタの寿命は短い問題がある。また、ろ材の厚さを厚くすると、粉塵保持容量は大きくなるものの通気抵抗が大きくなる問題がある。

そこで、本発明は、低通気抵抗で長寿命のエアフィルタろ材及びそれを用いたエアフィルタを提供することを目的とするものである。

本発明のエアフィルタろ材は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の通り、ろ材の空気流入側に、空気流出側から空気流入側に向けて開口する有底孔群を設けるとともに、前記ろ材の空気流出側に、空気流入側から空気流出側に向けて開口する有底孔群を、前記空気流入側の有底孔群に対して互い違いに且つ隔壁を存して設けるとともに、貫通孔を備える３枚以上のろ材を積層して構成されたことを特徴とする。
また、請求項２に記載のエアフィルタろ材は、請求項１に記載のエアフィルタろ材において、前記３枚以上のろ材では、空気流出側に積層せれるろ材の密度を、空気流入側に積層されるろ材の密度よりも大きくしたことを特徴とする。
また、請求項３に記載のエアフィルタろ材は、請求項２に記載のエアフィルタろ材において、前記３枚以上の各積層ろ材を繊維から構成し、空気流出側に積層せれるろ材を構成する繊維の平均繊維径を、空気流入側に積層されるろ材を構成する繊維の平均繊維径よりも小さくしたことを特徴とする。
また、請求項４に記載のエアフィルタろ材は、請求項１乃至３のいずれかに記載のエアフィルタろ材において、前記有底孔の孔径を入口から底に向かって徐々に小さくなるようにしたことを特徴とする。
また、本発明のエアフィルタろ材は、請求項５に記載の通り、請求項１乃至４のいずれかに記載のエアフィルタろ材をフィルタ枠に収容したことを特徴とする。

本発明の請求項１のエアフィルタろ材によれば、流入した空気は有底孔により遮られ、有底孔の延長方向よりも、通気抵抗の低い隔壁を介して、反対側の面側から設けられた貫通孔へと移動することになる。従って、ろ材を厚くしても、低通気抵抗のろ材が得られる。また、単なる平板状のろ材では、ろ材を厚くしても表層部でしか粉塵を捕集できないのに比べ、ろ材を厚くしても効率良く多くの粉塵を保持することができるのでフィルタの寿命を長くできる。また、有底孔間の隔壁の通気抵抗が低いので、スムーズに空気が通り抜けるため、ろ材が厚いにもかかわらず、低通気抵抗のろ材が得られる。また、３枚以上のろ材を積層して構成されるので、単一層のろ材に有底孔を形成する場合に比べて、より簡単に有底孔を形成することができるので、作業効率に優れる。
本発明の請求項２のエアフィルタろ材によれば、通常ろ材で用いられる粗密ろ材（空気流入側で荒い塵埃を捕集し、空気流入面での目詰まりを防止する）を簡単に製作することができる。
本発明の請求項３のエアフィルタろ材によれば、通常ろ材で用いられる繊維径勾配ろ材（空気流入側で荒い塵埃を捕集し、空気流入面での目詰まりを防止する）を簡単に製作することができる。
本発明の請求項４のエアフィルタろ材によれば、空気入口の有底孔の断面積が徐々に小さくなるので、空気が進入するのに従い空気量が減少するのに合わせて流速を一定に保ちつつ、隔壁全体から一様に空気を通り抜けさせることができる。また、傾斜した貫通部隔壁に空気が衝突し易いことも合わさって、低通気抵抗のろ材が得られる。
本発明の請求項５のエアフィルタによれば、上記効果を備えたエアフィルタとすることができ、ビル空調用、半導体、食品、病院、住居用等の空調用として使用できる。

図１は、本発明のエアフィルタろ材を組み込んで構成したエアフィルタろ材の正面図であり、また、図２は、図１のＩ−Ｉ線断面図を示している。
図中１はろ材、２は前記ろ材１の正面側に設けられた有底孔、３は前記ろ材１の反対側に設けられた有底孔、４は前記有底孔３、４間に位置する隔壁、１０は前記ろ材１を収容するフィルタ枠を示すものである。

前記ろ材１としては、合成繊維・無機質繊維等の繊維体、合成樹脂・無機質の発泡体、無機質の押出成形体等を使用できる。
前記ろ材１が繊維体である場合、その平均繊維径は０．２〜５０μｍが好ましい。平均繊維径０．２μｍ未満では製造困難で非常に高価であるという問題あり、平均繊維径５０μｍ超では捕集効率が悪くなる問題がある。
前記ろ材１が繊維体である場合、密度は５〜４０ｋｇ／ｍ^３とすることが好ましい。密度５ｋｇ／ｍ^３未満では捕集効率が悪くなる問題があり、密度４０ｋｇ／ｍ^３超では通気抵抗が高くなる問題があるためである。

前記ろ材１に設ける有底孔２、３の孔径は、数ｍｍ〜５０ｍｍの円孔が好ましい。但し、これに限定されることなく、三角形、四角形等の多角形の孔でもよい。
前記ろ材１に設ける有底孔２、３の個数は、ろ材１の端面の面積を基準として、１００〜５００個／ｍ^２設けることが好ましい。
前記ろ材１に設ける有底孔２、３、即ち、非貫通孔の深さ（Ｈ−Ｈ４）は、ろ材高さＨの１／２〜９／１０が好ましい。

また、本発明では、有底孔２，３は、互い違いに対称に配置されるようにする。好ましくは、図１に示されるように、隣接する有底孔２，２の中心間を結ぶ直線の垂直二等分線上に、反対面側の有底孔３を隔壁を存して設けるようにする。但し、これに限定されることなく有底孔２と有底孔３は非対称に配置してもよい。例えば、有底孔２を円孔で有底孔３を三角形孔で非対称としてもよい。また、有底孔２の数を有底孔３の数より多くしたり少なくしたりして非対称としてもよい。また、有底孔２を斜め配置とし有底孔３を前記配置に交叉するように配置する非対称としてもよい。

エアフィルタろ材の空気流入又は空気流出側の何れか一方の面における端面の面積と有底孔群の表面積との和、即ち、空気が接触する表面積は、前記一方の面の端面に有底孔を設けない場合の面積の２〜５倍とすることが好ましい。２倍未満ではろ材面積を増やす効果がなくフィルタの寿命が伸びない問題があり、５倍超では、ろ材の隔壁の厚みが薄くなり粉塵捕集量が小さくなりフィルタの寿命が伸びない問題があるためである。

前記有底孔２、３の総容積は、前記ろ材１の有底孔２、３が無い状態の体積の０．２〜０．５倍とすることが好ましい。０．２倍未満ではろ材の通気抵抗を低くする効果がない問題があり、０．５倍超では、ろ材の厚みが薄くなり粉塵捕集量が小さくなりフィルタの寿命が伸びない問題があるためである。

前記ろ材１は単一層でもよいが、多層構造として、特に、貫通孔を備える３枚以上のろ材を積層して構成することにより、容易に有底孔を備えたろ材を作製することができる。勿論、貫通孔と非貫通孔を備えるろ材を複数枚積層したり、貫通孔と非貫通孔を備えるろ材と、貫通孔を備えるろ材を積層したりして作製することは任意である。

また、空気流出側に積層されるろ材の密度を、空気流入側に積層されるろ材の密度よりも大きくすれば、通常ろ材で用いられる繊維径勾配ろ材（空気流入側で荒い塵埃を捕集し、空気流入面での目詰まりを防止する）を簡単に製作することができる。例えば、空気流入側に積層されるろ材の密度は、５〜１０ｋｇ／ｍ^３で、空気流出側に積層されるろ材の密度は１０〜４０ｋｇ／ｍ^３とすることができる。

また、前記空気流出側に積層されるろ材を構成する繊維の平均繊維径を、前記空気流入側に積層されるろ材を構成する繊維の平均繊維径よりも小さくすれば、通常ろ材で用いられる繊維径勾配ろ材（空気流入側で荒い塵埃を捕集し、空気流入面での目詰まりを防止する）を簡単に製作することができる。例えば、空気流出側に積層されるろ材の平均繊維径は１０〜５０μｍとし、空気流入側に積層されるろ材の平均繊維径は０．２〜１０μｍとすることができる。
上記したろ材は、公知のフィルタ枠に収容され、エアフィルタとすることができる。

下記の通り、実施例１〜６と比較例１、２のろ材を作製し、その通気抵抗、ろ材の寿命及びろ材コストを評価することとした。

（実施例１）
実施例１のろ材を作製するために、平均繊維径６μｍのガラス繊維で構成され、密度７ｋｇ／ｍ^３とした、幅４０ｃｍ、長さ４０ｃｍで、所定の厚さに形成したグラスウール板を使用し、図３（ａ）に示すように、第１層、第２層及び第３層を構成するろ材１Ａ、１Ｂ、１Ｃとして、それぞれ、２５ｍｍ、５０ｍｍ、２５ｍｍの厚さに形成したものを用意した。
次に、ろ材１Ａには、図１に示すように、正面側には、直径３０ｍｍの円形状の貫通孔を孔の中心間距離を３７．５ｍｍとして、グリッド状に６０個設けた。また、裏面側には、直径３０ｍｍ、深さ１２．５ｍｍの有底孔を、正面側の貫通孔のグリッドの中心部近傍に位置するようにして６０個設けた。
次に、ろ材１Ｃには、前記ろ材１Ａの貫通孔に対応する位置には、直径３０ｍｍ、深さ１２．５ｍｍの有底孔を設け、設けられた有底孔のグリッドの中央部近傍には、直径３０ｍｍの貫通孔を互い違いにして設けるようにした。
次に、ろ材１Ｂには、前記ろ材１Ａの貫通孔及びろ材１Ｃの貫通孔に連通するように貫通孔を設けるようにした。そして、これらろ材１Ａ、１Ｂ及び１Ｃを、図３に示すようにして、接着して、正面側と背面側とにそれぞれ、深さ８７．５ｍｍの有底孔２、３を有するろ材１を作製した。

（実施例２）
図３（ｂ）に示すように、ろ材１Ａ及びろ材１Ｃには、有底孔を設けず、直径３０ｍｍの貫通孔を設けるようにしたこと以外は、実施例１と同様にして、深さ７５ｍｍの有底孔２、３を有するろ材１を作製した。

（実施例３）
ろ材１を、図３（ｃ）に示すように、厚さ５０ｍｍの２層のろ材１Ｄ、１Ｅにより構成し、ろ材１Ｄ、１Ｅには、実施例２のろ材１Ａ、１Ｃと同様にして貫通孔を設けるようにして、これらを接着して、正面側と背面側とにそれぞれ、深さ５０．０ｍｍの有底孔２、３を有するろ材１を作製した。尚、ろ材１Ｄ、１Ｅの材料等は、実施例１と同じものを使用した。

（実施例４）
図３（ｄ）に示すように、実施例３のろ材１Ｄ、１Ｅの厚さを、それぞれ２５ｍｍとした以外は、実施例３と同様にして、深さ２５．０ｍｍの有底孔２、３を有するろ材１を作製した。

（実施例５）
図３（ｅ）に示すように、ろ材１の有底孔の直径が表面の開口部では３６ｍｍとし、底部では２４ｍｍとなるように徐々に孔径を小さくなるようにした以外は、実施例２と同様にして、ろ材１を作製した。

（実施例６）
図３（ｆ）に示すように、実施例１のろ材１を単一のろ材から構成した以外は、実施例１と同様の材料等を使用して、ろ材１を作製した。

（比較例１）
図３（ｇ）に示すように、３層のろ材から構成し、空気流入側に直径３０ｍｍ、深さ７５ｍｍの有底孔を、中心間距離３７．５ｍｍ間隔でグリッド状に配置した以外は、実施例１と同様の材料等を使用してろ材１を作製した。

（比較例２）
図３（ｈ）に示すように、実施例１と同様の材料を使用して、孔を設けないろ材１を作製した。

下記表１に実施例１〜６及び比較例１、２の構成について記載し、評価結果については表２に記載した。
尚、表１において、比１とは、ろ材の空気流入又は空気流出側の何れか一方の面側における空気が接触する表面積を、一方の端面の面積（有底孔群を設けないろ材の端面の面積）で除したものである。具体的に説明すると、図１に示されるものでは、比１は下記式により求めることができる。
（πＡ（Ｈ−Ｈ４）ｎ＋Ｌ・Ｄ）／（Ｌ・Ｄ）
Ａ：有底孔の直径
Ｌ：ろ材の長さ
Ｄ：ろ材の幅
Ｈ：ろ材の高さ
ｎ：正面側の有底孔の数
Ｌ・Ｄ：ろ材の端面の面積（有底孔群を設けない場合）
（Ｈ−Ｈ４）：有底孔の深さ

また、比２とは、有底孔の総容積を、ろ材の有底孔が無い状態の体積で除したものである。具体的に説明すると、図１に示されるものでは、比２は下記式により求めることができる。
（π（Ａ／２）^２・（Ｈ−Ｈ４）・２ｎ）／（Ｌ・Ｄ・Ｈ）
２ｎ：正面側及び裏面側の有底孔の数

ろ材の通気抵抗の評価としては、０．５ｍ／ｓ通風時の圧力損失測定により、比較例２を１００として、相対評価により１０以下を◎、１１〜５０を○、５１〜１００を△、１０１以上を×とした。
また、ろ材の寿命の評価としては、ＪＩＳＢ９９０８の試験方法により、比較例２を１として、相対評価により４倍以上を◎、２倍以上を○、２倍未満を△、１倍未満を×とした。

表２に示される通り、本発明の実施例１〜５は、ろ材を３層重ねて製作しており、ろ材の開孔の作業効率に優れており、ろ材の材料費と合わせた加工費のコストが安価である。本発明の実施例６は、単一層タイプのため、加工費は高いものの、この点以外は、比較例１、２よりも優れていることがわかった。
また、本発明の実施例１、２、５、６は、一方の側の有底孔と、他方の側の有底孔とを隔てる隔壁面積が大きいため、特にフィルタの通気抵抗を低くすることができる。
また、本発明の実施例３は、空気が流れるろ材の厚みが厚いためろ材抵抗が大きくなり、フィルタの通気抵抗がやや悪くなる。
また、本発明の実施例４は、他の例と比べてろ材厚さを半分にしたため、ろ材空気通過面積及びろ材中の有底孔の体積が少なくなり、フィルタの通気抵抗とフィルタの寿命共にやや悪くなる。
また、比較例１は、有底孔がないためフィルタの通気抵抗が高い問題があり、塵埃も空気入口側の表層部で捕集されて厚さを十分に利用できないのでフィルタの寿命も悪くなる問題がある。
また、比較例２は、有底孔が空気入口側にしかないため、最終層で急激に抵抗が高くなりフィルタの通気抵抗が高い問題があり、空気出口側には有底孔がないため隔壁を通して有底孔から有底孔への空気の通過もできないので、隔壁での捕集が十分に利用できないのでフィルタの寿命も悪くなる問題がある。

本発明エアフィルタ用ろ材を備えたエアフィルタの正面図図１のＩ−Ｉ線断面図（ａ）〜（ｈ）実施例及び比較例のろ材の説明のための模式図

符号の説明

１ろ材
２有底孔
３有底孔
４隔壁
１０フィルタ枠

Claims

ろ材の空気流入側に、空気流出側から空気流入側に向けて開口する有底孔群を設けるとともに、前記ろ材の空気流出側に、空気流入側から空気流出側に向けて開口する有底孔群を、前記空気流入側の有底孔群に対して互い違いに且つ隔壁を存して設けるとともに、貫通孔を備える３枚以上のろ材を積層して構成されたことを特徴とするエアフィルタろ材。
前記３枚以上のろ材では、空気流出側に積層せれるろ材の密度を、空気流入側に積層されるろ材の密度よりも大きくしたことを特徴とする請求項１に記載のエアフィルタろ材。
前記３枚以上の各積層ろ材を繊維から構成し、空気流出側に積層せれるろ材を構成する繊維の平均繊維径を、空気流入側に積層されるろ材を構成する繊維の平均繊維径よりも小さくしたことを特徴とする請求項２に記載のエアフィルタろ材。
前記有底孔の孔径を入口から底に向かって徐々に小さくなるようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のエアフィルタろ材。
請求項１乃至４のいずれかに記載のエアフィルタろ材をフィルタ枠に収容したことを特徴とするエアフィルタろ材。