过滤器单元、 使用其的过滤器单元面板及过滤器单元的制 造方法 【技术领域】
本发明涉及在无尘室、 空调设备、 燃气轮机、 蒸汽轮机等的吸气口处使用的过滤器 单元及过滤器单元面板。背景技术
在无尘室、 空调设备、 燃气轮机、 蒸汽轮机等的吸气口处设置有空气过滤器。这些 用途的空气过滤器， 适合使用由多个具有过滤器滤材和支撑该滤材的框体的过滤器单元以 其外周面相互接触的方式连接而成的过滤器单元面板。在日本特开 2005-177641 号公报中 公开了过滤器单元的一例。
日本特开 2005-177641 号公报的过滤器单元， 具备过滤器滤材和框体 ( 支撑框 )， 框体通过树脂的注射成型而形成。使用注射成型时， 可以同时进行框体的形成和过滤器滤 材的固定。在日本特开 2005-177641 号公报的 0026 段中记载了 ： 框体也可以包含颜料、 抗 菌剂、 碳纤维等添加剂。
利用树脂的注射成型形成框体时， 由于树脂的收缩框体产生变形， 过滤器滤材也 随之变形。过滤器滤材产生较大的变形而使经褶裥加工形成的山部彼此过于接近时， 过滤 器滤材的压力损耗增加。为了增加过滤面积， 优选山部的间隔相对于山部的高度的比值较 小。 但是， 为减小该比值而较深地折叠的过滤器滤材中， 框体的变形所造成的压力损耗的增 大容易变得显著。 发明内容
本发明的目的在于提供尽管使用注射成型的树脂作为框体， 但却可以抑制压力损 耗的增大的过滤器单元及过滤器单元面板。
本发明提供一种过滤器单元， 其中， 具备 ： 经褶裥加工后的过滤器滤材、 和支撑所 述过滤器滤材且沿通过所述过滤器滤材的气流流向观察时内周及外周为矩形的框体， 所述 过滤器滤材的周缘部埋入所述框体的内周面而固定， 所述经褶裥加工后的过滤器滤材的相 邻山部的间隔 D 除以所述过滤器滤材的山部的高度 P 所得的值 D/P 为 0.25 以下， 所述间隔 D 的最小值 d 为 1mm 以上， 所述框体为添加有 5 ～ 30 重量％的玻璃纤维的树脂构件， 沿所述 过滤器滤材的山部排列方向的所述框体的长度 La 比沿所述过滤器滤材的山部伸长方向的 所述框体的长度的最大值 Lm 长。
本发明的另一方面提供一种过滤器单元的制造方法， 用于制造具备 ： 经褶裥加工 后的过滤器滤材、 和支撑所述过滤器滤材且沿通过所述过滤器滤材的气流流向观察时内周 及外周为矩形的框体的过滤器单元， 其中， 以经褶裥加工后的过滤器滤材的相邻山部的间 隔 D 除以所述过滤器滤材的山部的高度 P 所得的数值 D/P 为 0.25 以下、 并且所述过滤器 滤材的周缘部在树脂注射空间内露出的方式将所述过滤器滤材设置在注射成型机上， 通过 向所述树脂注射空间内注射添加有 5 ～ 30 重量％的玻璃纤维的树脂， 形成包含所述树脂的树脂构件作为所述框体， 所述树脂构件以沿所述滤材的山部排列方向的所述框体的长度 La 比沿所述滤材的山部伸长方向的所述框体的长度的最大值 Lm 长的方式将所述滤材的周缘 部埋入而使其固定。
本发明还提供一种过滤器单元面板， 通过将多个本发明的过滤器单元以框体的外 周面相互接触的方式配置并使其一体化而形成。
本发明中， 由于将添加有 5 ～ 30 重量％的玻璃纤维的树脂注射成型， 所以框体不 易变形。另外， 在本发明中， 由于将框体的上述长度 La 控制为比上述长度 Lm 长， 因此如后 述的实施例所示， 不易产生导致压力损耗增大的过滤器滤材的变形。 由此， 即使在相邻山部 的间隔 D 除以山部的高度 P 所得的值 D/P 为 0.25 以下的程度而形成陡峭的山部的过滤器 滤材中， 也可抑制压力损耗的增大。 根据本发明， 可以在发挥简化注射成型的过滤器单元制 造工序的优点的同时抑制过滤器单元的压力损耗的增大。 附图说明
图 1 是本发明的过滤器单元的一个方式的立体图。 图 2 是本发明的过滤器单元面板的一个方式的立体图。图 3 是表示过滤器滤材的一例的剖面图。
图 4 是表示过滤器滤材的一例的平面图， (a) 表示过滤器滤材几乎没有变形的状 态， (b) 表示变形显著的状态。 具体实施方式
下面， 参照附图例示本发明的实施方式。
如图 1 所示， 过滤器单元 10 具备过滤器滤材 1 和框体 2， 过滤器滤材 1 的周缘部由 框体 2 支撑。为了增加过滤面积并降低压力损耗， 过滤器滤材 1 进行了褶裥加工。过滤器 滤材 1 在平面观察 ( 指沿通过过滤器滤材的气流观察的状态 ) 时为矩形， 框体 2 在平面观 察时其内周及外周分别具有描绘成矩形的框缘形状， 在其内周支撑有过滤器滤材 1。
框体 2 是以固定过滤器滤材 1 的周缘部的方式注射成型的树脂构件。注射成型中 同时进行框体 2 的形成和过滤器滤材 1 的固定， 使制造工序简化。通过注射成型形成的框 体 2， 将过滤器滤材 1 的周缘部埋入其内部 ( 内周面 )， 过滤器滤材的周缘部渗透有树脂。
框体 2 是添加有 5 ～ 30 重量％的玻璃纤维的树脂构件。 玻璃纤维防止注射成型后 的树脂的收缩。但是， 超过树脂构件的 30 重量％添加玻璃纤维时， 成型品变脆， 成型机的部 件磨损加剧。另外， 添加量小于树脂构件的 5 重量％时， 不能充分地防止收缩。玻璃纤维的 优选添加量为树脂构件的 10 ～ 30 重量％。作为纤维状的添加剂还可举出碳纤维。但是， 从抑制着色及费用 - 效果比 ( 防止框体变形 ) 的观点来看， 玻璃纤维比碳纤维更优选。
过滤器单元 10 也可以作为多个过滤器单元一体化而成的面板来使用。图 2 所示 的过滤器单元面板 20， 由在框体 2 的外周面相互接触而配置的状态下一体化的多个过滤器 单元 10、 和包围一体化的过滤器单元的外周的外框 3 构成。外框 3 保护过滤器单元， 增加 面板整体的强度， 使过滤器单元面板的设置变得容易。过滤器单元 10 的一体化例如也可以 通过将相邻框体 2 焊接来进行。外框 3 和过滤器单元 10 的一体化也可以通过焊接来进行。 焊接的种类没有特别限制， 可以是超声波焊接、 热焊接、 激光焊接等。如图 3 所示， 在经褶裥加工后的过滤器滤材 1 上交替出现折成山峰的山部 11 和折 成山谷的山部 ( 也称为谷部， 但在此作为山部来处理 )12。 褶裥加工以山部 11、 12 之间的距 离 ( 山部的高度 )P 恒定的方式进行。如果过滤器滤材 1 在以描绘连续的 W 字的方式延续 的方向 ( 山部排列的方向 )L 上的长度确定 ( 换言之， 在固定于框体 2 上的状态下 )， 则过滤 器滤材的山部的间隔 D 为恒定的值。
为了确保过滤器滤材 1 的过滤面积而降低压力损耗， 优选值 D/P 低。值 D/P 优选 为 0.25 以下， 特别优选为 0.15 以下。另一方面， 过小的值 D/P 有时会使过滤器滤材 1 的压 力损耗上升。另外， 过小的值 D/P 有时也会使注射成型所用的模具的耐久性劣化。因此， 值 D/P 优选为 0.05 以上。另外， 在计算值 D/P 时， 间隔 D 采用所有山部 11 彼此的间隔及所有 山部 12 彼此的间隔的平均值。
如图 4(a) 所示， 过滤器滤材 1 以山部 11 互相平行地笔直伸长的方式进行褶裥加 工， 在其周缘部将树脂注射成型。在该状态下， 山部 11 的间隔 D 不受位置的影响而大致恒 定。但是， 当注射成型的树脂收缩时， 过滤器滤材 1 产生变形， 山部 11 随之部分弯曲。如图 4(b) 所示， 框体在山部 11 伸长的方向 W 上收缩而沿该方向对过滤器滤材 1 施加应力时， 山 部 11 的 “弯曲” 变得显著。在山部 11 产生 “弯曲” 时， 形成山部 11 的间隔变窄的区域 R。 这样的区域 R 使滤材对气流的阻力变大， 从而使滤材的压力损耗上升。因此， 优选将过滤器 单元 10 设计为 ： 能够使框体 2 沿山部 11 的伸长方向 W 的收缩量比框体 2 沿山部 11 的排列 方向 L 的收缩量小。例如， 将过滤器单元 10 设计为 ： 使框体 2 沿过滤器滤材 1 的山部 11 的 排列方向 L 的长度 La 比框体 2 沿过滤器滤材 1 的山部 11 的伸长方向 W 的长度的最大值 Lm 长。另外， 为方便起见， La 的值采用框体 2 的端部的测定值。
为了防止压力损耗的增大， 将过滤器滤材 1 中最窄的间隔 d(D 的最小值 ) 设定为 1mm 以上。间隔 d 优选为 2mm 以上， 特别优选为 3mm 以上。
为了将间隔 d 设定为上述范围的值， 优选沿山部 11 的伸长方向 W 的框体 2 保持 上述设计的形状。再参考图 1 说明优选的框体 2 的尺寸。在沿过滤器滤材的山部伸长方 向 W 测定框体 2 的长度时， 根据框体端部的长度 Le 和框体长度的最大值 Lm 计算出的比率 {(Lm-Le)/Lm}×100[％ ] 优选为 0.5％以下， 特别优选为 0.3％以下。上述比率表示框体 2 的收缩率。注射成型形成的框体 2 显示出中央部向外侧膨出、 端部向内侧后退的倾向， 最大 长度 Lm 出现在框体的中央部。
另外， 面板的高度 ( 纵深 )Lh 从省空间的观点来看， 优选小于 50mm。
过滤器单元面板的压力损耗及粒子捕集效率用后述的测定法测定的值表示， 压力 损耗优选为 250MPa 以下、 特别优选为 150MPa 以下 ； 粒子捕集效率优选为 95％以上， 特别优 选为 99％以上。 但是， 由于所要求的压力损耗及粒子捕集效率根据用途有所不同， 所以本发 明的过滤器单元面板的特性并不限于上述。
过滤器滤材 1 没有特别限制， 优选为聚四氟乙烯 (PTFE) 多孔膜和透气性纤维层的 层叠体。驻极体滤材虽然压力损耗低， 但得不到 HEPA 级的捕集效率， 且清洗时捕集效率降 低。采用玻璃纤维层作为滤材时， 压力损耗变高。为了弥补该不足而增大滤材的山部高度 P 时， 框体的高度增加而大型化， 空气过滤器的重量随之增加。
透气性纤维层例如可以为毛毡、 无纺布、 纺织布、 网眼织物 ( 网状片材 ) 等。作为 构成该层的滤材， 可以例示 ： 聚烯烃 ( 例如聚乙烯 (PE)、 聚丙烯 )、 聚酰胺 ( 包含芳族聚酰胺 )、 聚酯 ( 例如聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)) 等。优选的透气性纤维层可以列举具有由 芯部比鞘部融点高的材料构成的芯鞘结构的无纺布。
作为构成框体 2 及外框 3 的树脂， 可以列举例如 ： 聚烯烃类树脂、 聚酰胺类树脂 ( 包含芳族聚酰胺类树脂 )、 聚氨脂类树脂、 聚酯类树脂、 聚苯乙烯类树脂 (ABS 树脂等 )、 聚 碳酸酯类树脂。 这些树脂可以两种以上混合使用， 框体和外框也可以使用不同种类的树脂。
构成框体 2 的添加有玻璃纤维的树脂的收缩率为 10/1000 以下， 特别优选为 5/1000 以下。 在此， 本说明书中的树脂的收缩率是指与 JISK7152-4 所规定的流动方向呈直 角的成型收缩率 (SMn)。
下面， 使用实施例更详细地说明本发明。首先， 对捕集效率的测定方法进行说明。
( 捕集效率 )
将通过样品过滤器单元面板的气流的速度调节为 0.5m/ 秒， 并向样品的上游侧供 7 给多分散邻苯二甲酸二辛酯 (DOP) 粒子， 使其达到 10 个 /L。利用粒子计数器测定上游侧 的 DOP 粒子浓度和透过样品而到达下游侧的 DOP 粒子浓度， 按照下式求出捕集效率。 DOP 粒 子的粒径为 0.3 ～ 0.4μm。
捕集效率 (％ ) ＝ [1-( 下游侧浓度 / 上游侧浓度 )]×100 ( 压力损耗 )
利用压力计测定将通过样品过滤器单元面板的气流的速度调节为 0.5m/ 秒时的 压力损耗。
( 实施例 1)
用两片无纺布夹着 PTFE 多孔膜而层叠， 使其在加热至 180 ℃的一对辊之间通过 来进行热层压， 得到厚度 0.32mm、 压力损耗 170Pa、 捕集效率 99.99％的过滤器滤材。无纺 布使用具有以 PET 为芯部、 以 PE 为鞘部的芯鞘结构的无纺布 (Unitika 公司制 “エルベス 2 T0303WDO” 、 单位面积重量 30g/m )。
PTFE 多孔膜使用如下制作的膜。在 PTFE 微粉 (Daikin 公司制， F104)100 重量份 中均匀地混合液状润滑剂 ( 十二烷 )20 重量份， 对所得的混合物进行预成型。接着， 将预成 型物糊膏挤出为棒状， 再使棒状成型体在一对金属轧辊间通过， 制成厚度 200μm 的长条片 材。使该长条片材在 200℃的延伸温度下沿长度方向延伸 10 倍， 再利用拉幅法在 80℃的延 伸温度下沿宽度方向延伸 20 倍， 得到未煅烧 PTFE 多孔膜。 使用热风发生炉在 400℃下对该 未煅烧 PTFE 多孔膜进行煅烧， 得到带状的 PTFE 多孔膜 ( 厚度 10μm)。
对上述所得的过滤器滤材进行褶裥加工， 形成山部高度 (P) 为 22mm 的 93 个山部。 将褶裥加工后的过滤器滤材设置在注射成型机的模具内， 对添加有 30 重量％的玻璃纤维 的聚碳酸酯树脂进行注射成型， 形成厚度 3mm(wd1、 wd2、 wd3、 wd4) 的框体。由此， 得到外形为 195mm(Lm)×295mm(La)， 高度为 27mm(Lh) 的过滤器单元。这样， 过滤器单元的框体的厚度 在过滤器滤材的整个外周都是恒定的 (wd1 ＝ wd2 ＝ wd3 ＝ wd4)。作为添加有 30 重量％的 玻璃纤维的聚碳酸酯树脂， 使用三菱工程塑料株式会社制造的 “ユ一ピロン” 。其收缩率为 3.5/1000。
接着， 以框体外周面相互接触的方式配置六个过滤器单元， 利用热焊接将其一 体化， 得到过滤器单元面板。进而， 将预先通过挤压成型形成的四根聚碳酸酯树脂棒材 配置在过滤器单元面板的外周面， 并将过滤器单元面板和棒材进行热焊接， 得到外形为
610×610mm、 高度为 27mm 的带外框的过滤器单元面板 ( 空气过滤器 )。热焊接通过使用在 框体及外框的上表面及下表面上形成的凸部作为焊筋来进行。
( 实施例 2)
除了将注射成型所用的聚碳酸酯树脂中添加的玻璃纤维的量变更为 10 重量％之 外， 与实施例 1 同样操作， 得到空气过滤器。添加有 10 重量％玻璃纤维的聚碳酸酯树脂的 收缩率为 5/1000。
( 比较例 1)
除了注射成型所用的聚碳酸酯树脂处于未添加玻璃纤维的状态之外， 与实施例 1 同样操作， 得到空气过滤器。
( 比较例 2)
准备以玻璃纤维层作为过滤器滤材的市售品为空气过滤器。
( 比较例 3)
除了形成外形为 295mm(Lm)×195mm(La)、 高度为 27mm(Lh) 的过滤器单元之外， 与 实施例 1 同样操作， 得到空气过滤器。
由各实施例及比较例得到的空气过滤器的有关特性 ( 压力损耗及粒子捕集效率 ) 与空气过滤器的外形尺寸及重量、 过滤器滤材的有关值 D/P、 d 及比率 (Lm-Le)/Lm 的实测 值、 空气过滤器的形成中使用的过滤器单元的框体的长度的有关值 La/Lm 一同示于表 1。 另 外， 值 D/P、 d 及比率 {(Lm-Le)/Lm}×100( 框体收缩率 ) 采用六个过滤器单元的平均值。各 实施例及比较例的过滤器单元的框体长度 La、 Lm 及框体厚度 wd1、 wd2、 wd3、 wd4， 在用于形成 空气过滤器的热焊接前后大致恒定。
[ 表 1]
外形尺寸 [mm] 重量 [kg] D/P d [mm] 框体收缩率 [％ ] La/Lm 压力损耗 [Pa] 捕集效率 [％ ]实施例 1610x610x271.90.142.70.11.5111999.995实施例 2610x610x271.90.142.80.11.5111599.999比较例 1 比较例 2 比较例 3610x610x27 610x610x50 610x610x271.9 3.5 1.90.14 0.1 0.140.5 5.0 0.70.7 0.11.51 0.66137 147 12599.995 99.990 99.997
比较例 1 的空气过滤器在接近框体的部分， 由于树脂的收缩， 过滤器滤材变形， 相邻山部处于非常接近的状态， 在该部分山部的间隔变小。认为这种过滤器滤材的变形会导 致压力损耗的上升。
比较例 3 的空气过滤器在接近框体的部分， 过滤器滤材也变形， 在该部分过滤器滤材的山部的间隔变小。比较例 3 的过滤器单元中， 沿过滤器滤材的山部伸长方向的框体 的长度比沿过滤器滤材的山部排列方向的框体的长度长， 因此， 虽然框体收缩率与实施例 同样小， 但却认为产生了导致压力损耗上升的过滤器滤材的变形。
将实施例 1、 2 进行比较， 可以看出玻璃纤维的添加量为 10％和 30％时， 对抑制压 力损耗上升的效果几乎没有影响。考虑到这一点， 玻璃纤维的添加量例如也可以为 10 ～ 20％。
由本发明的过滤器单元构成的过滤器单元面板适合于在无尘室、 空调设备、 燃气 轮机、 蒸汽轮机等的吸气口处使用的空气过滤器。