JP2008531279A

JP2008531279A - 複合フィルタ媒体

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Publication number: JP2008531279A
Application number: JP2008500685A
Authority: JP
Inventors: ウィリアムミューラー，ジェイソン; シンプーン，ワイ
Original assignee: ゴアエンタープライズホールディングス，インコーポレイティド
Priority date: 2005-03-07
Filing date: 2005-03-07
Publication date: 2008-08-14
Also published as: EP1855780B1; AU2005328687A1; AU2005328687B2; WO2006096180A1; EP1855780A1

Abstract

本発明は、流体の流れ方向に対して上流側及び下流側を有し、多孔質高分子膜を含む膜フィルタ層と；その膜フィルタ層の上流側に配置され、流体の流れ方向に対して上流側及び下流側を有する第１のデプスフィルタ媒体層と；その第１のデプスフィルタ媒体層の上流側に取り外し可能に取り付けられた、少なくとも１つの追加デプスフィルタ媒体層とを含んでなる、流体流から粒子を除去するための再生可能な複合フィルタ媒体を提供する。この態様では、第１のデプスフィルタ媒体層が、膜フィルタ層に取り外し可能に取り付けられていてもよい。

Description

気体流から粒子状物質を除去することは様々な工業分野で長きにわたり行われている。気体流から粒子状物質などを濾過する従来手段として、フィルタバッグ、フィルタチューブ、フィルタパネル及びフィルタカートリッジが挙げられるが、これらに限られない。本明細書では便宜上、用語「フィルタエレメント」をこれら種類の濾過手段を総称して指すために使用する。

使用するフィルタ媒体の種類は、フィルタエレメントが接触することになる流体流、システムの動作条件、及び濾過される粒子状物質の種類に基づいて通常選択される。

流体が液体であっても気体であっても、その流れによってエレメントを横断する差圧、すなわち圧力損失が生じる。流体を濾過するのに必要な力を最小にするために、所定の流体流速で差圧が可能な限り小さいことが好ましい。しかしながら、濾過した粒子がフィルタエレメントに蓄積するにつれ、経時で圧力損失が増大する可能性がある。許容可能な差圧又は流速減少の限界に到達したら、フィルタエレメントを交換するかあるいは洗浄しなければならない。

フィルタ媒体は、デプスフィルタ媒体又は表面フィルタ媒体のいずれかとして大まかに特徴付けることができる。粒子はデプスフィルタ媒体にいくらか侵入してその内部に蓄積する傾向がある。対照的に、大部分の粒子は表面フィルタ媒体の表面上に集まる。

多くの材料がデプスフィルタ媒体として有用であることが知られており、様々な材料、例えばポリエステル、ポリプロピレン、アラミド、セルロース、ガラス又はフルオロポリマーから作られた、スパンボンド又はメルトブローンのウェブ、フェルト及び布帛が挙げられる。既知のメルトブローンフィルタ媒体は高効率及び低圧力損失を示す。メルトブローンフィルタ媒体は高い収塵容量も有している。しかしながら、メルトブローンフィルタ媒体は比較的低い水の進入圧に弱く、そのためにメルトブローンフィルタ媒体は一部の環境中での屋外使用に不適当である。

メルトブローン媒体のようなデプスフィルタ媒体に静電荷を付与すると、その濾過効率が改善される。帯電フィルタ材料又はエレクトレットは、粒子を繊維に引き付けてそれらを保持することによって濾過性能を高める、静電的に高められた繊維を有している。帯電繊維は帯電した粒子に依存して、フィルタを横断する所定の圧力損失において収集効率を劇的に増加する。また、一般的に帯電フィルタの圧力損失は、同様の効率の機械式フィルタにおける圧力損失の増加速度より遅い速度で増加する。

帯電媒体は、特にフィルタエレメントが水分又は油状粒子に曝される環境で使用される場合、使用中に効率を失う場合がある。帯電フィルタが接触することになる粒子及び汚染物質の多くは、フィルタの濾過能力と干渉する。液体エアロゾル、例えば特に油状エアロゾルによって、エレクトレットフィルタはその静電的に高められた濾過効率を失う傾向がある。

これらの影響を低減するために、ウェブの層を追加するかエレクトレットフィルタウェブの厚さを増やすことによって、エレクトレットフィルタ中の不織物の高分子ウェブの量を増加してもよい。しかしながら、追加のウェブは、エレクトレットフィルタを横断する圧力損失を増加しかつ重量及び嵩を追加してしまう。

膜のような表面フィルタは、特定の用途、特に屋外環境又は濾過する流体が液体エアロゾル又は刺激の強い化学物質を含む環境において評判がよい。デプスフィルタ媒体と比べてより安定した濾過効率を有しているため、他の用途でも膜フィルタ媒体は有用である。デプスフィルタ媒体と違って、膜フィルタの効率は塵埃粒子のケーキの蓄積に依存しないため、膜は安定した濾過効率を有している。

ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）は、多くの従来の金属及び高分子材料が通常劣化する厳しい化学環境のような多くの分野で有用であることが実証されている。粒子濾過の分野における顕著な発展は、延伸ＰＴＦＥ（ｅＰＴＦＥ）膜フィルタ媒体を、従来のフィルタエレメント上の表面積層物として組み合わせたときに実現した。そのようなフィルタ媒体の例が米国特許第４８７８９３０号及び第５２０７８１２号に教示されており、これらの特許は、移動する気体又は空気の流れから塵埃粒子を除去するためのフィルタカートリッジを対象としている。ｅＰＴＦＥから構成した膜は水密性であって有利である。しかしながら、膜は、デプスフィルタ媒体と比較したときに比較的高い圧力損失を示すことがあり、収塵容量が比較的低い場合がある。従って、いくつかの用途では、膜を用いたフィルタエレメントを頻繁に交換又は洗浄する必要がある。

本発明は、流体から粒子を除去するための改善された複合フィルタ媒体を対象とする。詳細には、本発明は再生可能な複合フィルタを提供する。

ある態様では、本発明は、流体の流れ方向に対して上流側及び下流側を有し、多孔質高分子膜を含む膜フィルタ層と；該膜フィルタ層の該上流側に配置され、流体の流れ方向に対して上流側及び下流側を有する第１のデプスフィルタ媒体層と；該第１のデプスフィルタ媒体層の該上流側に取り外し可能に取り付けられた、少なくとも１つの追加デプスフィルタ媒体層とを含んでなる、流体流から粒子を除去するための再生可能な複合フィルタ媒体を提供する。この態様では、第１のデプスフィルタ媒体層が、膜フィルタ層に取り外し可能に取り付けられていてもよい。再生可能な複合フィルタ媒体が支持層を含むことが好ましい。支持層が膜フィルタ層の下流側に配置されていることがより好ましい。

ある態様では、好ましい膜フィルタ層はｅＰＴＦＥを含む。他の態様では、好ましい膜フィルタ層の透過率は、フレージャー数で少なくとも約３であり、フレージャー数で少なくとも約１５であることがより好ましく、フレージャー数で少なくとも約８０であることが最も好ましい。

他の態様では、好ましいデプスフィルタ媒体層は不織物の繊維状高分子ウェブであり、繊維は帯電している。デプスフィルタ媒体層の透過率は、フレージャー数で少なくとも約３０であることが好ましく、フレージャー数で少なくとも約１００であることがより好ましく、フレージャー数で少なくとも約２００であることが最も好ましい。

他の態様では、本発明は、流体の流れ方向に対して上流側及び下流側を有し、多孔質高分子膜を含む膜フィルタ層と、該膜フィルタ層の該上流側に配置され、帯電した繊維を含む少なくとも１つのデプスフィルタ媒体層とを含んでなる、流体流から粒子を除去するための複合フィルタ媒体を提供する。

さらに別の態様では、本発明は、流体の流れ方向に対して上流側及び下流側を有し、多孔質高分子膜を含む膜フィルタ層と；該膜フィルタ層の該上流側に配置され、流体の流れ方向に対して上流側及び下流側を有する支持層と；該支持層の該上流側に配置され、流体の流れ方向に対して上流側及び下流側を有する第１のデプスフィルタ媒体層と；該第１のデプスフィルタ媒体層の該上流側に取り外し可能に取り付けられた、少なくとも１つの追加デプスフィルタ媒体層とを含んでなる、流体流から粒子を除去するための再生可能な複合フィルタである。

さらに別の態様では、本発明は、フィルタ枠と；ｅＰＴＦＥ膜及び支持層を含むプリーツ加工された積層体であって、該積層体が、流体の流れ方向に対して上流側及び下流側を有して該枠内部に配置されており、該積層体の空気透過率がフレージャー数で約３〜約１５でかつ粒子濾過効率が０．３μｍ大の粒子について少なくとも９０％である、プリーツ加工された積層体と；空気透過率がフレージャー数で約３０〜約１５０でかつ粒子濾過効率が０．３μｍ大の粒子について少なくとも５０％である、プリーツ加工された少なくとも１つの帯電メルトブローンフィルタ媒体であって、該膜及び該メルトブローンフィルタの頂部が揃うように、該プリーツ加工された少なくとも１つの帯電メルトブローンフィルタ媒体が該膜の該上流側に配置され、該メルトブローンフィルタ媒体の層が該枠に近接したせん孔をさらに含む、プリーツ加工された少なくとも１つの帯電メルトブローンフィルタ媒体とを含んでなり、該メルトブローンフィルタ媒体が、該せん孔で引き裂くことにより該枠から取り外し可能である、流体流から粒子を除去するための再生可能な複合フィルタを提供する。

本発明は、流体を濾過する技術を対象とし、より詳細には複合フィルタ媒体を対象とする。ある態様では、本発明の複合フィルタ媒体は、多層フィルタ媒体の最上流の層を取り外すことによって再生可能である。

本発明の複合フィルタ媒体は、少なくとも２つのフィルタ層、すなわち膜フィルタ層と少なくとも１つのデプスフィルタ層とを提供する。膜フィルタ層は多孔質高分子膜を含む。流体の流れ方向に対して膜フィルタ層の上流に位置するのは、少なくとも１つのデプスフィルタ媒体層である。必要に応じて、複合フィルタ媒体は支持層を含んでもよい。支持層は、フィルタを通る流体の流れに対して膜フィルタ層の上流又は下流のいずれかに位置していてもよい。必要に応じて支持層を膜に積層してもよい。

ある態様では、本発明の複合フィルタは再生可能である。本明細書で使用する、フィルタ媒体が「再生可能」とは、フィルタ媒体が、使用後に、許容可能な濾過効率を維持しつつ初期の透過率の少なくとも８５％に回復可能である場合である。この態様では、使用後にデプスフィルタ媒体の最上流の層を取り外すことによって、複合フィルタが再生可能である。

複合フィルタ媒体は、ポリプロピレン又はポリエチレンからなるメルトブローンウェブ又はスパンボンドウェブ、ポリエステル不織布、ファイバーガラス、マイクロファイバーガラス、セルロース及びポリテトラフルオロエチレンのような、少なくとも１つのデプスフィルタ媒体層を含む。複合フィルタが少なくとも１つのメルトブローン高分子繊維ウェブを含むことが好ましい。

メルトブローンウェブは、加熱した空気の収束流にメルトスパン繊維を巻き込むことによって製造され、極細のフィラメントが製造される。メルトブローン加工は、通常１０μｍ未満の比較的小径の繊維を伴って、連続したサブデニール繊維を形成する。

メルトブローン高分子繊維ウェブ層は、様々な高分子材料、例えば、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレート、又はポリエチレンから作ることからできる。中でもポリプロピレンが最も好ましい高分子材料である。通常、ウェブを形成する高分子繊維の直径は、約０．５μｍ〜約１０μｍの範囲にある。繊維径が約１μｍ〜約５μｍであることが好ましい。

デプスフィルタ層の厚さは重要ではない。デプスフィルタ媒体がメルトブローンウェブの場合、例えば厚さが約０．２５ｍｍ〜約３ｍｍであってよい。厚いほど収塵容量が高くなるが、過度に厚いデプスフィルタ媒体層は、複合フィルタ媒体に使用できる層の合計数を制約する場合がある。

デプスフィルタ媒体の坪量も当業者の選択可能な事項の範囲である。メルトブローン高分子繊維ウェブの坪量は、例えば、約１ｇ／ｍ²〜約１００ｇ／ｍ²の範囲であってよく、メルトブローン繊維ウェブの坪量が約１０ｇ／ｍ²〜約５０ｇ／ｍ²であることが好ましい。

ある態様では、デプスフィルタ媒体は、帯電した高性能層を含む少なくとも１つのエレクトレットフィルタ媒体層を含む。様々な既知の手法を用いて、電荷をメルトブローン繊維ウェブに付与してそのウェブの濾過性能を改良することが可能である。

例えば、Ｔｓａｉらの米国特許第５４０１４４６号に教示されているような方法で、隣接する電界が互いに実質的に反対の極性を有するような一連の電界にウェブを連続的に通すことによって、適当なウェブが簡便に低温で帯電する。そこで記載されているように、ウェブの片面は最初に正電荷に曝される一方で、ウェブの他面は最初に負電荷に曝される。次に、ウェブの第１面は負電荷に曝されて、ウェブの他面は正電荷に曝される。しかしながら、他に知られている様々な手法によって、エレクトレットフィルタ材料を作製してもよい。

デプスフィルタ媒体もまた、濾過性能を高めるための添加剤を含んでもよく、性能を改良するために低量の抽出可能な炭化水素を有してもよい。繊維がある種の溶融加工可能なフルオロカーボン、例えば、フッ素系のオキサゾリジノン及びピペラジン、並びにパーフルオロ化部位を含有する化合物又はオリゴマーを含有してもよい。そのような添加剤の使用は、帯電ウェブフィルタの性能に特に有益となりうる。

再生可能な複合フィルタ媒体におけるデプスフィルタ層の取り外しを容易にするために様々な手法が使用できる。残りの層から引き裂くことが可能なように、取り外し可能な層にせん孔を開けてもよい。せん孔がフィルタ媒体の周縁部を取り囲むパターンであることが好ましい。代わりに、鈍刃を用いて層を圧潰切断（crush cut）してもよい。鈍刃の圧潰切断において、繊維ウェブが分離するように鈍刃が層を通って押し付けられる。しかしながら、鈍刃の使用によって切断した繊維の絡み合いが促進される。絡み合った繊維が層を所定位置に保持することを補助するが、フィルタ媒体はその切断線で容易に分離して、フィルタ層は取り外される。さらに別の取り外し方法では、第１のデプスフィルタ媒体層が第２のフィルタに層の周縁部だけで接着され、層を取り外すときは、第１のフィルタ層の未接着部分が接着された周縁部から引き裂かれる。さらに別の手法では、フィルタ枠が、その周縁部に鋭い端部、又は「刃先」を備えている。各デプスフィルタ媒体層は、刃先に当ててその層を引き裂くことによって取り外される。上述の手法をのいずれかを単独で使用してもよく、上述の又は本技術分野で知られている他の手法と組み合わせて使用してもよい。

デプスフィルタ層の下流は微多孔質高分子膜フィルタ層である。微多孔質高分子膜は、取り外し可能なデプスフィルタ層を通過する粒子を捕捉することを意図している。微多孔質高分子膜は、流体流からの粒子及び有機体の除去における信頼性を実証している。膜は一般にその高分子組成、空気透過率、水浸入圧及び濾過効率によって特徴付けられる。

用途の要求に応じて、様々な微多孔質高分子膜が膜フィルタ層として使用できる。膜フィルタ層は、以下の例示的な材料：ニトロセルロース、トリアセチルセルロース、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、アクリレート共重合体から構成してもよい。

膜フィルタ層は、液体の通過を防止可能な疎水性材料から構成されるのが好ましい。膜フィルタ層は、いかなる液体も通過させることなく、フィルタ媒体を横断して与えられた差圧に耐えることが可能でなければならない。好ましい膜の水浸入圧は０．２ｂａｒ〜１．５ｂａｒであり、平均空気透過率はフレージャー数で約７〜約１００であり、平均空気透過率がフレージャー数で約１０〜約４０であることがより好ましい。

膜フィルタ層は、微多孔質フルオロポリマー、例えば、ｅＰＴＦＥ、フッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、パーフルオロアルコキシポリマー（ＰＦＡ）、ポリプロピレン（ＰＵ）、ポリエチレン（ＰＥ）又は超高分子量ポリエチレン（ｕｈｍｗＰＥ）であることが好ましい。

膜フィルタ層がｅＰＴＦＥを含むことが最も好ましい。適したｅＰＴＦＥ膜は米国特許第５８１４４０５号に記載されている。そこに記載されている膜は、良好な濾過効率、高い空気流及び破裂強度を有している。適したｅＰＴＦＥ膜を製造する方法はそこに十分に記載されており、参照することにより本明細書に援用する。これらのｅＰＴＦＥ膜は、Ｗ．Ｌ．Ｇｏｒｅ＆Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗａｒｋ，ＤＥから入手できる。しかしながら、他の方法によって作製したｅＰＴＦＥ膜も使用できる。

膜フィルタ層は、フィルタのいくつかの特性を改善するために、必要に応じて充填材を含んでもよい。適した充填材、例えば、カーボンブラックもしくは他の導電性充填材、触媒粒子、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ、又は活性炭などの吸着材料、又は活性アルミナやＴｉＯ₂などのセラミック充填材、及び本発明に有用な充填された膜を製造する方法は、米国特許第５８１４４０５号に十分に記載されている。

流体の流れに対して適切な配置でフィルタ層を維持するために、支持層を付与してもよい。好ましい支持材料は、膜及び取り外し可能な層を支持するのに十分に剛直でなければならないが、膜の損傷を防ぐのに十分に柔らかくかつしなやかでなければならない。支持層が不織布又は織布を含んでもよい。他に適した支持層材料の例として、織物及び不織物のポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ファイバーガラス、マイクロファイバーガラス、及びポリテトラフルオロエチレンを挙げることができるが、これらに限られない。プリーツのある配置において、その材料は、プリーツを離して保持しつつ（すなわちプリーツが崩れることを防ぎつつ）、プリーツ内に空気流の流路を提供しなければならない。スパンボンド不織物のような材料が、この用途で使用するのに特に適している。

支持層は、膜フィルタ層の上流又は下流に位置していてもよい。必要に応じて、支持材料を膜フィルタ層に積層して、基層を形成してもよい。この態様では、有利なことに基層は上を覆うメルトブローン媒体層を支持し、同時に最終濾過表面としても機能する。

図１〜３に、いくつかの態様の複合フィルタ媒体１０の横断面を示す。デプスフィルタ媒体層１８は、膜フィルタ層２０の上流に位置している。せん孔２８により、デプスフィルタ媒体層１８は取り外し可能である。

図２に示すのは本発明の他の態様のフィルタ媒体１０であり、支持層２２が膜フィルタ層２０の下流側に配置されて示されている。必要に応じて、支持層２２は膜フィルタ層２０に積層される。図３に本発明のさらに別の態様を示し、そこでは支持層２２が膜の上流側に配置されており、支持層２２は膜に積層されていてもよい。デプスフィルタ媒体層１８は、支持層２２の上流側に位置している。

図４からよりよく分かるように、フィルタ媒体１０は、より良好な構造一体性を提供しかつ濾過のために露出した表面積を大幅に増加するようにプリーツ加工された様式で、それ自身が折り畳まれていることが好ましい。プリーツの頂部２６が揃うように、媒体はプリーツ加工される。

図５に、フィルタ媒体１０が枠１４内部に載置された新規フィルタを図示する。枠１４の寸法は用途に特有であり、濾過する流体を運ぶ導管内部に密接な嵌合を提供するように設計しなければならない。枠は任意の材料、例えばアルミニウム又は亜鉛メッキ鋼を含む金属、又は構造高分子であってよい。枠が陽極酸化アルミニウムで構成されるのが好ましい。必要に応じて、層の取り外しを容易にするために、フィルタ媒体に近接した刃先３０を枠に組み込んでもよい。フィルタ媒体１０と枠１４の間に気密の嵌合を作って、フィルタ媒体１０の周りからの未濾過空気の漏出を防ぐように、フィルタ媒体１０は枠１４の中に載置されなければならない。理想的には、ポッティング材料２４、例えばポリウレタン、エポキシ、シリコーン、ホットメルト接着剤又はプラスチゾルを用いて、フィルタ媒体を枠１４に載置する。気密シールを構築するには、確実に連続シールとするためフィルタ媒体１０中に湿潤するように、ポッティング材料２４を選択又は処理しなければならない。

ある態様では、本発明の再生可能な複合フィルタ媒体は、最上流のフィルタ層を取り外すことによって再生可能である。再生可能なフィルタを、除去しようとする粒子を含む流体の流れの中に配置した場合、フィルタ媒体を横断する初期の圧力損失が存在する。濾過が生じると、粒子はフィルタ媒体、主に最上流のデプスフィルタ媒体層内部に蓄積する。そのような粒子が蓄積するにつれ、フィルタ媒体を横断する圧力損失は増加する。圧力損失がその用途で許容できなくなったときに、本発明のフィルタ媒体は、最上流のデプスフィルタ媒体層を取り外して、他のデプスフィルタ媒体層、膜フィルタ層又は支持層のいずれかである、下の清浄なフィルタ層を露出させることによって再生される。最上流層を取り外した際の、フィルタ媒体を横断する圧力損失は、フィルタ媒体を横断する初期の圧力損失の約１２０％以下である。

試験方法
透過率：空気透過率は、フレージャー数試験法によって決定できる。この方法では、空気透過率は、ガスケットフランジ付きの固定具に試験サンプルをクランプ留めすることにより測定され、その固定具は、空気流測定のための、直径およそ２．７５インチ及び面積およそ６平方インチの円形区域を提供する。サンプル固定具の上流側は、乾燥圧縮空気源と一列になった流量計と接続されている。サンプル固定具の下流側は大気に開放されている。試験は、水柱０．５インチの空気圧をサンプルの上流側に与えて、インライン流量計（浮子式流量計）を通過する空気の流量を記録することによって行われる。サンプルは、試験前に２１℃、相対湿度６５％で少なくとも４時間調整した。結果は、水圧０．５インチでの立方フィート／分／サンプルの平方フィートを単位とする、フレージャー数で報告する。

収塵容量：収塵容量は次の方法によって決定できる。塩化ナトリウム３％水溶液を、一定出力の噴霧器（ＴＳＩＭｏｄｅｌ３０９６，Ｓｈｏｒｅｖｉｅｗ，ＭＮ）を用いて霧化する。８０℃に加熱して粒子を乾燥し、次に清浄な乾燥空気で希釈する。粒度分布は空力式粒度測定装置（例えばＴＳＩＭｏｄｅｌ３３２０，Ｓｈｏｒｅｖｉｅｗ，ＭＮ）によって測定する。幾何学平均粒径及び標準偏差を決定する。

直径４４．４ｍｍのフィルタ試験サンプルを試験前に秤量し、フィルタホルダ内に配置する。面速度を５３ｍｍ／秒に設定する。フィルタを横断する圧力損失を、圧力変換器（例えばＨｅｉｓｅＭｏｄｅｌＰＭ１０，Ｓｔｒａｔｆｏｒｄ，ＣＴ）によって連続的に監視する。フィルタ媒体を横断する最終圧力損失が７５０Ｐａに到達するまで、フィルタに塩化ナトリウムエアロゾルを充填する。試験後に再度試験サンプルを秤量して、充填質量を決定する。収塵容量は試験サンプルの最終質量と初期質量との差である。

濾過効率：粒子収集効率を、自動効率試験機（例えばＴＳＩ，Ｉｎｃ．，ＳｔＰａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａから入手可能なＭｏｄｅｌ８１６０）によって測定する。試験は周囲の室温（７０°Ｆ）及び相対湿度（４０％）条件で行う。ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）溶液を霧化して、直径０．０３〜０．５μｍの粒子を含有するエアロゾルを生成する。フィルタサンプルを、空気流の速度が５．３ｃｍ／秒のエアロゾルで攻撃する。２つの凝縮核粒子計数器で、試験サンプルの上流及び下流の粒子濃度を同時に測定する。粒子収集効率を、フィルタによって収集された上流の攻撃粒子の百分率として報告する。

比較例１：Ｗ．Ｌ．Ｇｏｒｅ＆Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．，（Ｎｅｗａｒｋ，ＤＥ）から入手可能な微多孔質ｅＰＴＦＥ膜積層体で、膜フィルタの収塵容量を例証する。ｅＰＴＦＥ膜の空気透過率はフレージャー数で１８〜２９の範囲であり、ボール破裂強度は０．２ｂａｒより大きく、坪量は約５ｇ／ｍ²である。ｅＰＴＦＥ膜を、坪量が２７０ｇ／ｍ²、空気透過率がフレージャー数で２８〜３２、ミューレン破裂が１４ｂａｒより大きいポリエステルスパンボンド支持材料（Ｔｏｒａｙ，Ｊａｐａｎより入手可能）に接着する。膜は、温度１８０℃〜３５０℃、圧力０．１〜７ｂａｒで支持材料に接着される。得られたｅＰＴＦＥ積層体の空気透過率はフレージャー数で５〜８である。圧力損失が７５０Ｐａに到達するまで、上述の試験手順に従ってフィルタに塩化ナトリウムエアロゾルを充填する。この積層体の収塵曲線を図６に示す。合計収塵容量は１４ｍｇである。

例１：１０ｇ／ｍ²のメルトブローン媒体（ＤｅｌＳｔａｒ，Ｉｎｃ．，Ｍｉｄｄｌｅｔｏｗｎ，ＤＥから入手可能なＤｅｌＰｏｒｅ６００１−１０Ｐ）の層を、比較例１のｅＰＴＦＥ膜積層体の上流側に配置して複合媒体を形成する。メルトブローン媒体は、１０ｇ／ｍ²のポリプロピレンメルトブローン層及び１０ｇ／ｍ²のポリエステルスパンボンドスクリムから作られている。ポリプロピレン繊維の直径は１〜５μｍである。平均孔径は約１５μｍであり、媒体厚さは約０．２ｍｍである。デプスフィルタ層の空気透過率はフレージャー数で約１３０である。媒体は帯電して粒子収集効率が高められている。圧力損失が７５０Ｐａに到達するまで、上述の試験手順に従ってフィルタに塩化ナトリウムエアロゾルを充填する。収塵曲線を図６に示す。

例２：３０ｇ／ｍ²のメルトブローン媒体（ＤｅｌＳｔａｒ，Ｉｎｃ．，Ｍｉｄｄｌｅｔｏｗｎ，ＤＥから入手可能なＤｅｌＰｏｒｅ６００１−３０Ｐ）のデプスフィルタ媒体層を、比較例１の微多孔質ｅＰＴＦＥ積層体の上流側に配置して複合媒体を形成する。メルトブローン媒体は、３０ｇ／ｍ²のポリプロピレン繊維層及び１０ｇ／ｍ²のポリエステルスパンボンドスクリムから作られている。ポリプロピレン繊維の直径は１〜５μｍである。平均孔径は約１５μｍであり、媒体厚さは約０．５６ｍｍである。メルトブローンの空気透過率はフレージャー数で約３７である。媒体は帯電して粒子収集効率が高められている。このメルトブローン媒体を２層、微多孔質ｅＰＴＦＥ積層体の上流側に配置する。圧力損失が７５０Ｐａに到達するまで、上述のようにフィルタに塩化ナトリウムエアロゾルを充填する。結果を図６に示す。

例３：例１で使用した１０ｇ／ｍ²のメルトブローン媒体を２層、比較例１の膜層の上流側に配置する。上述のようにフィルタに塩化ナトリウムエアロゾルを充填する。最終的な圧力損失に到達した時点で、上のメルトブローン層を取り外して秤量し、第１層の収塵容量を決定する。充填を第２のメルトブローン層に繰り返す。最後に微多孔質ｅＰＴＦＥ積層体に塵埃粒子を充填する。

収塵曲線を図７に示す。第１及び第２のメルトブローン層、及びｅＰＴＦＥ層の収塵容量は、それぞれ２６、２３及び１３ｍｇである。従って合計容量は６２ｍｇである。表１に、０．１μｍ粒子についての初期濾過効率に加えて、各再生後の濾過効率を示す。

図７及び表１を参照すると、最上層を取り外すことによってフィルタが再生することが分かる。図７に圧力損失を示し、表１に取り外し後の濾過効率を示す。複合フィルタ媒体の透過率は、濾過効率の顕著な損失を伴わずに復元する。従って、再生可能な複合フィルタの収塵容量は、比較例１の単一のｅＰＴＦＥ積層体の４００％を超える。

例４：例２で使用した３０ｇ／ｍ²のメルトブローン媒体を２層、比較例１の膜層の上流側に配置する。最終的な圧力損失に到達するまで、フィルタに塩化ナトリウムエアロゾルを充填する。上のメルトブローン層を取り外して秤量し、第１層の収塵容量を決定する。充填を第２のメルトブローン層に繰り返す。最後に微多孔質ｅＰＴＦＥ積層体に充填する。

収塵曲線を図８に示す。第１及び第２のメルトブローン層、及びｅＰＴＦＥ層の収塵容量は、それぞれ２９、２９及び１４ｍｇである。組み合わせの収塵容量は７２ｍｇである。表２に、０．１μｍ粒子についての初期濾過効率に加えて、各再生後の濾過効率を示す。

図８及び表２を参照すると、最上層を取り外すことによってフィルタが再生することが分かる。図８に圧力損失を示し、表２に取り外し後の濾過効率を示す。複合フィルタ媒体の透過率は、濾過効率の顕著な損失を伴わずに復元する。従って、例４のフィルタの組み合わせの収塵容量は、比較例１のｅＰＴＦＥ積層体と比較して５００％を超える。

本発明の特定の実施態様を本明細書で詳述したが、本発明をそのような説明及び記載に限定してはならない。当然のことながら、以下の特許請求の範囲内で本発明の一部として変形及び変更を組み合わせて具現化してもよい。

ある態様の再生可能な複合フィルタ媒体の横断面図である。他の態様の再生可能な複合フィルタ媒体の横断面図である。さらに別の態様の再生可能な複合フィルタ媒体の横断面図である。本発明のある態様を具現化するフィルタ媒体の斜視図である。本発明のある態様を具現化するフィルタの斜視図である。本発明のある態様による複合フィルタ媒体の性能が、膜フィルタと比べて改善されたことを示すグラフである。最上流のデプスフィルタ媒体層を取り外すことによって媒体を再生した後の、新規フィルタ媒体の透過率が回復したことを示すグラフである。最上流のデプスフィルタ媒体層を取り外すことによって媒体を再生した後の、新規フィルタ媒体の透過率が回復したことを示すグラフである。

Claims

ａ）流体の流れ方向に対して上流側及び下流側を有し、多孔質高分子膜を含む膜フィルタ層と、
ｂ）該膜フィルタ層の該上流側に配置され、帯電した繊維を含む少なくとも１つのデプスフィルタ媒体層と
を含んでなる、流体流から粒子を除去するための複合フィルタ媒体。
前記膜フィルタ層がｅＰＴＦＥを含む、請求項１に記載の複合フィルタ媒体。
前記膜フィルタ層の前記下流側に配置された支持層をさらに含む、請求項２に記載の複合フィルタ媒体。
前記支持層が前記膜フィルタ層に積層されている、請求項３に記載の複合フィルタ媒体。
前記少なくとも１つのデプスフィルタ媒体層が不織物の繊維状高分子ウェブを含む、請求項２に記載の複合フィルタ媒体。
前記膜フィルタ層が、炭素、カーボンブラック、活性炭、ＴｉＯ₂、白金、コロイダルシリカ及びヒュームドシリカからなる群から選択される充填材をさらに含む、請求項２に記載の複合フィルタ媒体。
ａ）流体の流れ方向に対して上流側及び下流側を有し、多孔質高分子膜を含む膜フィルタ層と、
ｂ）該膜フィルタ層の該上流側に配置され、流体の流れ方向に対して上流側及び下流側を有する第１のデプスフィルタ媒体層と、
ｃ）該第１のデプスフィルタ媒体層の該上流側に取り外し可能に取り付けられた、少なくとも１つの追加デプスフィルタ媒体層と
を含んでなる、流体流から粒子を除去するための再生可能な複合フィルタ媒体。
前記第１のデプスフィルタ媒体層が、前記膜フィルタ層に取り外し可能に取り付けられている、請求項７に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記膜フィルタ層がｅＰＴＦＥを含む、請求項７に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記膜フィルタ層の前記下流側に配置された支持層をさらに含む、請求項７に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記支持層が前記膜フィルタ層に積層されている、請求項１０に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記デプスフィルタ媒体層が不織物の繊維状高分子ウェブを含む、請求項７に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記不織物の繊維状高分子ウェブが帯電した繊維をさらに含む、請求項１２に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記膜フィルタ層が、炭素、カーボンブラック、活性炭、ＴｉＯ₂、白金、コロイダルシリカ及びヒュームドシリカからなる群から選択される充填材をさらに含む、請求項７に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記第１のデプスフィルタ媒体層の前記上流側に取り外し可能に取り付けられた、少なくとも２つの追加デプスフィルタ媒体層をさらに含む、請求項７に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記第１のデプスフィルタ媒体層の前記上流側に取り外し可能に取り付けられた、少なくとも３つの追加デプスフィルタ媒体層をさらに含む、請求項７に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記第１のデプスフィルタ媒体層の前記上流側に取り外し可能に取り付けられた、少なくとも４つの追加デプスフィルタ媒体層をさらに含む、請求項７に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記少なくとも１つのデプスフィルタ媒体層がせん孔のパターンをさらに含み、それによって、該せん孔で引き裂いて前記少なくとも１つのデプスフィルタ媒体層を取り外し可能である、請求項７に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
少なくとも１つのデプスフィルタ媒体層が、前記少なくとも１つのデプスフィルタ媒体層の周縁部に近接する第１の部分と、第２の部分とをさらに含み、該第１の部分が該第２の部分と比較して高強度で前記フィルタ媒体に接着されており、それによって、該少なくとも１つのデプスフィルタ媒体層の該第２の部分をその第１の接着部分から引き離して、該少なくとも１つのデプスフィルタ媒体を取り外し可能である、請求項７に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
少なくとも１つのデプスフィルタ媒体層が圧潰切断（crush cut）され、それによって、その切断部で引き裂いて前記少なくとも１つのデプスフィルタ媒体を取り外し可能である、請求項７に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記膜フィルタ層の透過率がフレージャー数で少なくとも約７である、請求項７に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記膜フィルタ層の透過率がフレージャー数で少なくとも約１５である、請求項７に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記膜フィルタ層の透過率がフレージャー数で少なくとも約８０である、請求項７に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記デプスフィルタ媒体層のそれぞれの透過率がフレージャー数で少なくとも約３０である、請求項７に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記デプスフィルタ媒体層のそれぞれの透過率がフレージャー数で少なくとも約１００である、請求項７に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記デプスフィルタ媒体層のそれぞれの透過率がフレージャー数で少なくとも約２００である、請求項７に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記膜フィルタ層については、空気透過率がフレージャー数で約１０〜約４０でかつ粒子濾過効率が０．３μｍ大の粒子について少なくとも約５０％であり、前記少なくとも１つの取り外し可能なフィルタ層については、空気透過率がフレージャー数で約３０〜約２００でかつ粒子濾過効率が０．３μｍ大の粒子について少なくとも５０％である、請求項７に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記膜フィルタ層については、粒子濾過効率が０．３μｍ大の粒子について少なくとも７５％であり、前記少なくとも１つの取り外し可能なフィルタ層については、空気透過率がフレージャー数で約６０〜約１５０でかつ粒子濾過効率が０．３μｍ大の粒子について少なくとも８５％である、請求項２７に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記膜フィルタ層とデプスフィルタ媒体層の頂部が揃うように、前記膜フィルタ層及び前記デプスフィルタ媒体層がプリーツ加工されている、請求項７に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記フィルタ媒体がプリーツパネルとして形成されている、請求項７に記載の再生可能なフィルタ媒体。
前記フィルタ媒体の２つの端部が接合されて円筒形のフィルタ媒体を形成する、請求項７に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記フィルタ媒体がプリーツ加工された円筒として形成されている、請求項７に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
ａ）流体の流れ方向に対して上流側及び下流側を有し、多孔質高分子膜を含む膜フィルタ層と、
ｂ）該膜フィルタ層の該上流側に配置され、流体の流れ方向に対して上流側及び下流側を有する支持層と、
ｃ）該支持層の該上流側に配置され、流体の流れ方向に対して上流側及び下流側を有する第１のデプスフィルタ媒体層と、
ｄ）該第１のデプスフィルタ媒体層の該上流側に取り外し可能に取り付けられた、少なくとも１つの追加デプスフィルタ媒体層と
を含んでなる、流体流から粒子を除去するための再生可能な複合フィルタ媒体。
前記膜層がｅＰＴＦＥをさらに含む、請求項３３に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記第１のデプスフィルタ媒体層が前記支持層に取り外し可能に取り付けられている、請求項３３に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記支持層が前記膜フィルタ層に積層されている、請求項３３に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
少なくとも１つのデプスフィルタ媒体層が圧潰切断され、それによって、その切断部で引き裂いて前記少なくとも１つのデプスフィルタ媒体層を取り外し可能である、請求項３３に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記膜フィルタ層の透過率がフレージャー数で少なくとも約７である、請求項３３に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記膜フィルタ層の透過率がフレージャー数で少なくとも約１５である、請求項３３に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記膜フィルタ層の透過率がフレージャー数で少なくとも約８０である、請求項３３に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記デプスフィルタ媒体層のそれぞれの透過率がフレージャー数で少なくとも約３０である、請求項３３に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記デプスフィルタ媒体層のそれぞれの透過率がフレージャー数で少なくとも約１００である、請求項３３に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記デプスフィルタ媒体層のそれぞれの透過率がフレージャー数で少なくとも約２００である、請求項３３に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記膜フィルタ層については、空気透過率がフレージャー数で約１０〜約４０でかつ粒子濾過効率が０．３μｍ大の粒子について少なくとも約５０％であり、前記少なくとも１つの取り外し可能なフィルタ層については、空気透過率がフレージャー数で約３０〜約２００でかつ粒子濾過効率が０．３μｍ大の粒子について少なくとも５０％である、請求項３３に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記膜フィルタ層については、粒子濾過効率が０．３μｍ大の粒子について少なくとも７５％であり、前記少なくとも１つの取り外し可能なフィルタ層については、空気透過率がフレージャー数で約６０〜約１５０でかつ粒子濾過効率が０．３μｍ大の粒子について少なくとも８５％である、請求項４４に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記膜フィルタ層とデプスフィルタ媒体層の頂部が揃うように、前記膜フィルタ層及び前記デプスフィルタ媒体層がプリーツ加工されている、請求項３３に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記フィルタ媒体がプリーツパネルとして形成されている、請求項３３に記載の再生可能なフィルタ媒体。
前記フィルタ媒体の２つの端部が接合されて円筒形のフィルタ媒体を形成する、請求項３３に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記フィルタ媒体がプリーツ加工された円筒として形成されている、請求項３３に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
ａ）枠と、
ｂ）請求項７に記載の再生可能な複合フィルタ媒体と
を備え、その複合フィルタ材料がポッティング材料を用いて該枠の中にシールされている、流体流から粒子を除去するための再生可能な複合フィルタ。
前記ポッティング材料が、シリコーン、ポリウレタン、エポキシ、プラスチック接着剤及びプラスチゾルからなる群から選択される、請求項５０に記載の再生可能な複合フィルタ。
前記フィルタの枠が前記フィルタ媒体の周縁部に近接する刃先をさらに備え、それによって、該刃先で前記枠から前記少なくとも１つのデプスフィルタ媒体層を引き裂いてその層を取り外し可能である、請求項５０に記載の再生可能な複合フィルタ。
前記再生可能な複合フィルタ媒体が、使用前に、前記フィルタ媒体を横断する初期圧力損失と、初期濾過効率とを有しており、デプスフィルタ媒体層を除去した時の前記複合フィルタ媒体を横断する圧力損失が前記フィルタ媒体を横断する該初期圧力損失より低く又は該初期圧力損失とほぼ等しくなるように、該デプスフィルタ媒体層を除去することによって、使用後に前記フィルタ媒体を再生可能である、請求項７に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記デプスフィルタ媒体層の除去後の濾過効率が、前記初期濾過効率とほぼ等しい、請求項５３に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記再生可能な複合フィルタ媒体が、使用前に、初期透過率と初期濾過効率とを有しており、デプスフィルタ媒体層を除去した時の前記複合フィルタ媒体の透過率が該初期透過率の８０％以上になるように、該デプスフィルタ媒体層を除去することによって、使用後に前記フィルタ媒体を再生可能である、請求項７に記載の再生可能な複合フィルタ媒体。
前記デプスフィルタ媒体層の除去後の濾過効率が、前記初期濾過効率の約８５％より大きい、請求項に記載の再生可能なフィルタ。
ａ）フィルタ枠と、
ｂ）ｅＰＴＦＥ膜及び支持層を含むプリーツ加工された積層体であって、該積層体が、流体の流れ方向に対して上流側及び下流側を有して該枠内部に配置されており、該積層体の空気透過率がフレージャー数で約３〜約１５でかつ粒子濾過効率が０．３μｍ大の粒子について少なくとも９０％である、プリーツ加工された積層体と、
ｃ）空気透過率がフレージャー数で約３０〜約１５０でかつ粒子濾過効率が０．３μｍ大の粒子について少なくとも５０％である、プリーツ加工された少なくとも１つの帯電メルトブローンフィルタ媒体であって、該膜及び該メルトブローンフィルタの頂部が揃うように、該プリーツ加工された少なくとも１つの帯電メルトブローンフィルタ媒体が該膜の該上流側に配置され、該メルトブローンフィルタ媒体の層が該枠に近接したせん孔をさらに含む、プリーツ加工された少なくとも１つの帯電メルトブローンフィルタ媒体と
を含んでなり、該メルトブローンフィルタ媒体が、該せん孔で引き裂くことにより該枠から取り外し可能である、流体流から粒子を除去するための再生可能な複合フィルタ。