TWM518119U - 自我支撐靜電濾材及其過濾器 - Google Patents
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Description
本創作係有關一種自我支撐靜電濾材及其過濾器，尤指一種以二片非織性纖維層取代擴張金屬網的支撐，使濾材達到自我支撐的三層複合濾材結構。
按，過濾濾材主要是由纖維相互交織所構成，所過濾之氣流於纖維間之孔隙通過。藉此，當氣流通過時，濾材以過濾機置來攔阻，捕及夾帶於氣流中之粉塵。相對地，纖維之間孔隙大小直接影響可過濾粉塵之粒徑。傳統不織布濾材所用之纖維均較粗，因此纖維間孔隙也較大，雖有較高的透氣率，但所能過濾之粉塵粒徑也大，對較細之粉塵尤其是次微米以下之粉塵，過濾效率相當低。如欲提高對細微粉塵之過濾效率，則濾材所使用之纖維必須越細，濾材結構越均勻及細密，如此才能形成更微細孔隙來攔阻細微粉塵。但如此一來，濾材透氣性低，抗風壓損高，且濾材之結構緻密，對粉塵之有效負載能力低。整體而言，此種傳統濾網對細微粉塵之過濾性能較差，因而增加後道高效濾網之負荷及影響其使用壽命。但如提高其效率，又會造成抗風壓損急遽增加，粉塵負載容量低，而造成有效使用壽命短等之缺點。
次按，當濾材之纖維具有靜電吸引力時，則不需由纖維間之孔隙大小來決定可過濾粉塵粒徑之大小，因纖維表面所帶之靜電引力可吸引未被攔阻之微細粉塵，使其吸附沉積於纖維表面之間。因此，濾材可使用較粗之纖維來構成，且其物理性結構無需緻密化，相當的
膨鬆結構即有高的過濾效率，透氣性佳且粉塵負載能高。
是以，傳統非靜電濾材於過濾時，粉塵只被攔阻於纖維迎風側表面，未被攔截之粉塵即通過濾材，只能達到所謂表面過濾之功能。且隨著纖維表面粉塵急速累積，其壓損也急遽增加。反觀靜電濾布，因其構成纖維表面具有靜電吸引力，當未被攔阻之微細粉塵通過纖維後，在其一定引力範圍內，微細粉塵仍會被吸回而沉積於纖維背風側表面，因此濾材有效使用面積大，可達深層過濾之效能，且纖維間之孔隙可相對大，增加其透氣性及粉塵負載量。綜觀上述，靜電濾布具有較高過濾效率及透氣性，粉塵負載能力也高，使用壽命也可達到傳統濾網之水準，因此靜電濾布是目前使用上很普遍的一種濾材。此類型靜電濾布之製法或構造已見諸發明人US Patent No：6,703,072及工研院發明第449549號，以及3M之US Patent No：5,350,620等專利案中。
再按，目前被廣泛使用的一種摺景式濾網，即係將上揭靜電濾布打折使濾材面積增加，所以摺景式濾網比一般平面式濾網有較長的使用壽命及較高的過濾效率。惟查，由於靜電濾布易受氣流吹走或變形，因此如果要製成摺景式濾網，必須在靜電濾布表面複合一層擴張金屬網(expanded wire)作為支撐，使背風面獲得較強之支撐，也可降低靜電濾布的震動，以充分利用濾材表面。圖1A~圖1D即揭示一種靜電濾布以擴張金屬網作為支撐材的製程。
圖1A所示，首先必須在擴張金屬網10的表面塗布一層膠101，然後再黏合於濾布11；圖1B所示，該擴張金屬網10黏合至濾布11上，形成一個具有強度之濾材11A；圖1C所示，增加強度後之濾布11增加強度後，可摺成連續波浪形狀，以增加濾布11的過濾面
積；圖1D所示，將濾材11A裝入於一包覆框架13內後可定型，形成一個框形過濾器10A。
惟查，擴張金屬網雖然利於濾材摺成預定的形狀，有助於濾材抗風壓，而不易變形及吹破，可確保濾布表面皆被充分利用，但仍具有以下之問題，分述如下：
(1).由於擴張金屬網10為支撐材，僅單純支撐濾布11，無法提升整體濾效之問題。
(2).由於擴張金屬網10與濾布11之間具有膠101，致使氣流經濾材上的孔隙易被膠101堵塞，而降低原本的濾效，使進氣面積不等於出氣面積，造成高壓損之問題。
(3).由於膠101屬於黏體，易阻擋濾材之孔隙，造成低集塵之問題。
(4).由於擴張金屬網10進行上膠、黏合之二次加工，需考慮上膠厚度與塗佈均勻，及黏合程度與時間，造成製程不易之問題。
(5).由於濾布11進行回收燃燒時，需將擴張金屬網10與濾布11分離，但因膠101具有黏性，在撕開過程中，造成後續處理的麻煩，且濾布11易殘留膠，經焚燒後易污染環境。因此，仍有改善空間。
是以，如何克服上揭習用濾布11結合擴張金屬網屬10所造成之問題點，為本創作所欲解決的課題。
緣是，本創作之主要目的，係在提供一種自我支撐靜電濾材及其過濾器，其以二片非織性纖維層取代擴張金屬網的支撐，用以解決先前技術濾布無法支撐之問題點，進而使濾材具有自我支撐之功效增進。
本創作之又一目的，則在提供自我支撐靜電濾材及其過濾器，其濾材內無膠，使進氣面積等於出氣面積，進而具有降低壓損之功效增進。
本創作之另一目的，則在提供自我支撐靜電濾材及其過濾器，其濾材為高孔隙率層結構，無膠阻擋濾材之孔隙，進而具有高集塵之功效增進。
本創作之再一目的，則在提供自我支撐靜電濾材及其過濾器，其濾材可透過一次成型，省略上膠、黏合之二次加工，進而具有製程便捷之功效增進。
本創作之又一目的，則在提供自我支撐靜電濾材及其過濾器，其無膠、無擴張金屬網，使濾材可直接被焚燒，可簡化後續處理，且不易產生有毒物質，進而具有回收便捷及提升環保之功效增進。
為達上述目的，本創作所採用之自我支撐靜電濾材，其包含：一濾布層，係以靜電棉布所構成，其具有一上表面，以及一相反側之下表面；以及二片非織性纖維層，係以長纖維熱熔所薄成之薄形層，並以超音波接合，將該二片非織性纖維層接合在該濾布層的上、下表面，據以構成一具有表面支撐薄層的三層複合濾材；藉此，該三層複合濾材勿需另外黏合金屬擴張網，並可進一步摺成一具有自我支撐強度的連續波浪形狀。
依據前揭特徵，該二片非織性纖維層可為聚合物，其單位面積重量為10g/m2~60g/m2；該非織性纖維層之長纖維直徑可為30~70um。
依據前揭特徵，該長纖維可為雙成份纖維，該雙成份纖維包括一熔點較高的聚脂纖維材料所構成之蕊，及一熔點較低的聚丙烯材料所構成之鞘，且該鞘係包覆該蕊。
依據前揭特徵，該二片非織性纖維層與該濾布層之上、下表面之間的接合處係形成複數個排列狀的針凹孔，據以將該二片非織性纖維層固定在該濾布層之上、下表面。
依據前揭特徵，該三層複合濾材可為高孔隙率層結構。
在一可行實施例中，一具有自我支撐靜電濾材之過濾器，係包括由前揭特徵所構成呈連續波浪形狀之三層複合濾材，定位於一包覆框架內所構成之框形體。
依據前揭特徵，該框體包括由：紙板、塑板、金屬板其中任一所構成。
藉助上揭技術手段，本創作自我支撐靜電濾材，其該二片非織性纖維層取代擴張金屬層的支撐，不僅擁有擴張金屬層之優點，如：濾布不受氣流吹走或變形，及降低震動，在無膠、無擴張金屬層之狀態下，乃可自我支撐，甚至一併解決高壓損、低集塵、二次加工、回收不易及環保污染等問題。
20‧‧‧濾布層
21‧‧‧上表面
22‧‧‧下表面
30‧‧‧非織性纖維層
31‧‧‧長纖維
311‧‧‧蕊
312‧‧‧鞘
40‧‧‧三層複合濾材
50‧‧‧針孔
60‧‧‧自我支撐靜電濾材
70‧‧‧包覆框架
80‧‧‧過濾器
91‧‧‧滾筒
92‧‧‧超音波處理裝置
圖1A係習用擴張金屬網經上膠後，其準備黏合於濾布之示意圖。
圖1B係習用擴張金屬網黏合在濾布上之示意圖。
圖1C係習用濾布摺成連續波浪之示意圖。
圖1D係習用過濾器之示意圖。
圖2係本創作之分解立體圖。
圖3係本創作長纖維熱熔所成之薄形層之示意圖。
圖4係本創作濾材一次成型之示意圖。
圖5係本創作之組合立體圖。
圖6顯示圖5之斷面剖視圖。
圖7係本創作濾材摺成連續波浪之示意圖。
圖8係本創作過濾器之立體圖。
首先，請參閱圖2~圖8所示，本創作自我支撐靜電濾材之較佳實施例，包含：一濾布層20，係以靜電棉布所構成，其具有一上表面21，以及一相反側之下表面2，本創作作為濾布層20之靜電棉布(Charged filter media)具有靜電效應，亦可產生靜電吸引力，使其表面所帶之靜電引力吸引未被攔阻之微細粉塵。惟，靜電棉布係屬先前技術(Prior Art)，非本創作之標的，容不贅述。本創作之主要特徵係在於複合在濾布層20表面，用以取代習用擴張金屬網的結構，因此濾布層20之構造可為一般市售之靜電棉布(濾布)，例如：AEROLACE、3M等品牌之靜電濾布皆可實施。
如圖2所示，本創作之主要特徵係在於：濾布層20的上、下表面結合有二片非織性纖維層(scrim)30，亦即該非織性纖維層30並非以『編織』或『相互交織』方式所構成。至於該非織性纖維層(30)之製法係如圖3所示，其係以複數支長纖維31經熱熔所構成之薄形層，該非織性纖維層30係為聚合物(Homo-polymers)，本實施例中，該長纖維31為雙成份纖維(Bi-component fiber)，該雙成份纖維可包括為一熔點較高(170℃)的聚脂纖維(polyester)材料所構成之蕊(core)311，及一熔點較低(110~130℃)的聚丙烯(polypropylene)材料所構成之鞘(sheath)312，且該鞘312係包覆該蕊311，利用該長纖維31為雙成份纖維，且外層的纖維熔點低於蕊層之熔點，使各長纖維31在一適當熱熔溫度時(例如：140℃)，即可利用包覆層之鞘312的熱
熔相互結合，但蕊311因熔點較高(170℃)，所以不受影響，使該長纖維31之截面得到較佳穩定性、紡絲性能及機械特徵，以便於該長纖維31進行軸向連續延伸。
承上，利用長纖維31熱熔所構成之非織性纖維層30，係呈稀疏狀之薄形層，其單位面積重量較佳者為10g/m2~60g/m2。經測試所得，若單位面積重量小於10g/m2，會難以確保表面支撐性，反之，若單位面積重量大於60g/m2，會降低輕量性及薄度的特性。及配合該非織性纖維層30之長纖維31直徑為30~70um，構成該長纖維31彼此之間的孔隙來確保優異輕量性。
配合圖4所示，本實施例中，以超音波接合(ultrasonically bounded)，將該二片非織性纖維層30接合在該濾布層20的上、下表面21、22，據以構成一具有上、下表面支撐薄層的三層複合濾材40，藉由該三層複合濾材40以一次成型(one step production process)完成，可提高生產效率及降低成本。本創作主要成型方式包括但不限定，可以透過卷對卷(roll to roll)製程，以滾筒91帶動該濾布層20及二片非織性纖維層30進行複合，並於複合完成的濾布層20及二片非織性纖維層30的前方設置一超音波處理裝置92，另在該濾布層20及二片非織性纖維層30進行針軋(needle punch)，使其如圖5及圖6所示，該二片非織性纖維層30與該濾布層20之上、下表面21、22之間的接合處係形成複數個排列狀的針孔50，該針孔50因深入該濾布層20，以及超音波的作用，因此可以防止該二片非織性纖維層30分離。
再者，如圖6所示，由於該三層複合濾材40，勿需另外黏合金屬擴張網，在無膠之狀態下，其整個過濾層僅有針孔50的地方會有
些微壓損，而這些針孔50所佔整個過濾層的比例可能不到1~2%，相較於黏合金屬擴張網減少好幾倍，因此其進氣面積接近出氣面積，可降低壓損(△p)，該壓損亦控制在4pa左右，同時，該三層複合濾材40在無膠狀態之下，亦可為高孔隙率層結構(high porosity layer structure)，並配合該靜電棉布所產生之靜電效應，讓粉塵易通過該長纖維31吸引至該靜電棉布的表面，能擴大使用面積達到深層過濾效能(deep filtration property)，提供高集塵負載效能(High dust loading property)，具有相輔相乘之效果。
進一步，如圖7所示，該三層複合濾材40，即可進一步摺成一具有自我支撐強度的連續波浪形狀，形成一個自我支撐靜電濾材60。此外，該自我支撐靜電濾材60在回收處理時，基於無膠、無擴張金屬網，無需進行撕開動作，可直接進行焚燒，減化材料的浪費，且本身運用材料為低熔點聚合物，能降低熱處理的溫度，以達節省能源。
再者，該三層複合濾材40可運用於過濾器，如圖8所示，一由自我支撐靜電濾材60所製成之過濾器80，包含：一包覆框架70，係將呈續波浪形狀之該三層複合濾材40定位於該包覆框架內70，本實施例中，該包覆框架70包括由：紙板、塑板、金屬板其中任一所構成。該具有自我支撐靜電濾材60之過濾器80，不怕風壓，適用於空調裝置。
藉由上述構成，本創作具有『自我支撐』、『一次成型』、『低壓損』及『高集塵』的功能，不僅解決傳統擴張金屬網的問題，也對提升整體效能、製程便捷、回收便捷及節能環保等功效。
綜上所述，本創作所揭示之技術手段，確具「新穎性」、「進步性」及「可供產業利用」等新型專利要件，祈請 鈞局惠賜專
利，以勵新型，無任德感。惟，上述所揭露之圖式、說明，僅為本創作之較佳實施例，大凡熟悉此項技藝人士，依本案精神範疇所作之修飾或等效變化，仍應包括本案申請專利範圍內。
20‧‧‧濾布層
30‧‧‧非織性纖維層
40‧‧‧三層複合濾材
50‧‧‧針孔
Claims (8)
- 一種自我支撐靜電濾材，包含：一濾布層，係以靜電棉布所構成，其具有一上表面，以及一相反側之下表面；以及二片非織性纖維層(scrim)，係以長纖維熱熔所構成之薄形層，並以超音波接合(ultrasonically bounded)，將該二片非織性纖維層接合在該為濾布層的上、下表面，據以構成一具有表面支撐薄層的三層複合濾材；藉此，該三層複合濾材勿需另外黏合擴張金屬網，並可進一步摺成一具有自我支撐強度的連續波浪形狀。
- 如申請專利範圍第1項所述之自我支撐靜電濾材，其中，該二片非織性纖維層為聚合物(Homo-polymers)，其單位面積重量為10g/m2~60g/m2。
- 如申請專利範圍第2項所述之自我支撐靜電濾材，其中，該非織性纖維層之長纖維直徑為30~70um。
- 如申請專利範圍第3項所述之自我支撐靜電濾材，其中，該長纖維為雙成份纖維(Bi-component fiber)，該雙成份纖維包括一熔點較高的聚脂纖維(polyester)材料所構成之蕊(core)，及一熔點較低的聚丙烯(polypropylene)材料所構成之鞘(sheath)，且該鞘係包覆該蕊。
- 如申請專利範圍第4項所述之自我支撐靜電濾材，其中，該二片非織性纖維層與該濾布層之上、下表面之間的接合處係形成複數個排列狀的針凹孔，據以將該二片非織性纖維層固定在該濾布層之上、下表面。
- 如申請專利範圍第1項所述之自我支撐靜電濾材，其中， 該三層複合濾材為高孔隙率層結構(high porosity layer structure)。
- 一種自我支撐靜電濾材之過濾器，包含：一濾布層，係以靜電棉布所構成，其具有一上表面，以及一相反側之下表面；二片非織性纖維層(scrim)，係以長纖維熱熔所構成之薄形層，並以超音波接合(ultrasohically bounded)，將該二片非織性纖維層接合在該濾布層的上、下表面，據以構成一具有表面支撐薄層的三層複合濾材，並將該三層複合濾材摺成一具有自我支撐強度的連續波浪形狀；以及一包覆框架，係將呈續波浪形狀之該三層複合濾材定位於該包覆框架內。
- 如申請專利範圍第7項所述之自我支撐靜電濾材之過濾器，其中，該包覆框架包括由：紙板、塑板、金屬板其中任一所構成。
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