專利名稱：過濾器裝置及過濾器元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及過濾器裝置及用于該過濾器裝置中的過濾器元件，特別是涉及適合于在超凈室等房間中作為HEPA(高效微粒空氣過濾器)，ULPA(超低滲透空氣過濾器或超ULPA過濾器裝置使用的過濾裝置及過濾器元件。
近年來，隨著科學技術的進步以及生活方式的變化，要求具有清凈空間或清潔空氣的情況逐漸增多。當然，在醫院或室內都希望具有清潔的空氣，因此需要使用種種的空氣清凈器，另外，在精密機械工業和食品工業方面也是相同的情況。而且，在集成電路和半導體制造工業、藥品制造工業、人工臟器等醫療有關制品的制造工業中，所能允許的塵埃量比通常的清凈空間的塵埃量還要少得多，因此，一般需要使用HEPA過濾裝置，較佳是ULPA過濾裝置，更好是使用超ULPA過濾器等級的過濾器裝置。
上述的空氣凈化用過濾器裝置的組成是在該過濾器裝置中安裝有一種由過濾材料構成的過濾器元件，當然要凈化的空氣通過這種過濾材料時，空氣中的塵埃即被涂去。
圖18是表示這種過濾器元件的一個例子的軸側圖。過濾器元件1由一種彎曲成多塊波紋狀部分2的過濾材料3(例如玻璃纖維的濾布)所組成。另外，為了使這些過濾材料能夠均等地配置，通常在一個波紋狀部分與另一個波紋狀部分之間配置一塊隔板4(圖中只畫2塊作為例子)。將這樣一個過濾器元件1氣密性地結合在一個矩形的薄膜內(圖中未示出)，以此作為過濾器裝置。通過過濾器裝置的空氣，按照箭頭所示的方向從圖18的右手后方通過過濾材料而向左手前方流動。這樣的過濾器元件的例子在《高機能フイルタの展開》(大阪クミカル·リサ-チシリ-ズ VOL.5 NO.9大阪ケミヵルマ-ケツテイングセンタ-発行)的40～41頁中有所記載。
過濾器裝置性能的判斷基準之一是過濾面積的概念。更詳細地說，過濾器元件中每一單位體積所占有的過濾面積可以作為評價過濾器裝置性能的尺度。一般地說，最好是以具有盡可能緊湊的過濾器元件，以及盡可能大的過濾面積和盡可能小的壓力損失作為具有高性能的標準。
在圖18的過濾器元件1中，過濾材料3的總面積就等于濾過面積。為了提高這樣結構的過濾器元件的性能而增加其濾過面積，通常是使兩個波紋狀部分之間的間隔，即間距(圖18中的長度P)盡可能地小，使波紋狀部分成為一種折疊的形狀。
然而，根據所用的過濾材料的種類，由于材料本身存在可擾性的問題，要將間距做得很小是有限度的，而且，如果間距過小，則在相鄰的過濾材料之間(或者，在有隔板的情況下，在過濾材料與隔板之間)相互接觸，并因此使空氣的通路無益地變小，這成為壓力損失大的主要原因，在多數情況下這都是不好的情況。
例如，在已往的空氣過濾器中，一般使用玻璃纖維的無紡布作為過濾器的材料，考慮到這種情況，如果要用一種厚度為0.5mm的無紡布來制成如圖18所示結構的過濾器，則間距的限度應為5mm左右。因此，例如對于一個正面面積(圖18的長度a×長度b)為610mm×610mm，波紋深度(圖18的長度c)為150mm的過濾器元件來說，其濾過面積約為16m2。
而且，如果用玻璃纖維作為過濾器材料，則會從該玻璃纖維中產生微細的粉塵(特公平3-34967)，因此，玻璃纖維不是用來獲得清凈空氣的最佳材料。
本發明的目的是要提供一種結構緊湊、濾過面積大、壓力損失小，而且不會產生粉塵的過濾器裝置以及過濾器元件。
本發明涉及一種過濾器裝置，其特征在于，該裝置具有一塊帶有許多流通孔的支持板，以及一些以其一端連接于該支持板的流通孔中，而其另一端則被封閉的筒狀過濾器元件。
另外，本發明還涉及這樣一種過濾器裝置，其特征在于，該裝置含有一塊帶有許多流通孔的支持板，以及一些以其兩端皆連接于支持板的流通孔中的筒狀過濾器元件。
另外，本發明涉及一種過濾器元件，其特征在于，該過濾器元件具有筒狀的結構，并且它含有多孔膜和補強薄膜，其中，所說多空膜由聚四氟乙烯構成，該多孔膜的平均孔徑為0.1～5μm，當空氣以5.3cm/sec的流速透過時，其壓力損失為10～200mmH2O，所說補強薄膜具有超過多孔膜平均孔徑的孔徑，它以重疊的方式以筒狀的構成形式固定于多孔膜上。
另外，本發明的一個特征是，所說的補強薄膜至少是其外周面由熱熔性的合成樹脂纖維構成，并且被熱熔合在多孔膜上。
另外，本發明的一個特征是，所說的補強薄膜由具有芯/鞘結構的纖維構成，這些纖維的外層由低熔點合成樹脂構成，內層由高熔點合成樹脂構成。
另外，本發明的一個特征是，以所說的多孔膜作為外層形成一種螺旋卷狀的結構。
另外，本發明涉及這樣一種過濾器元件，其特征在于，該元件由多孔膜與熱熔性合成樹脂的薄膜共同構成，該薄膜具有比多孔膜的孔徑更大的孔徑并以重疊的方式固定于多孔膜上，以上述的薄膜作為內層來形成筒狀，再將此筒體的軸線方向的一端壓扁，然后將上述的薄膜互相熱熔合而使封閉。
另外，本發明還涉及這樣一種過濾器元件，其特征在于，該元件由一層多孔膜與一對熱熔性合成樹脂的薄膜共同構成，將薄膜具有比多孔膜的孔徑更大的孔徑，它們重疊在多孔膜的兩側并以夾心層的方式被固定。
將此夾心層形成筒狀，再將此筒體的軸線方向的一端壓扁，然后將上述一對薄膜中的內側的薄膜相互熱熔合而使其封閉。
另外，本發明涉及一種過濾器裝置，其特征在于，該裝置包含具有許多流通孔的支持板;
筒狀的過濾器元件，這些元件以其軸線方向的一端插入支持板的各個流通孔中并向支持板厚度方向的一側突出，而從支持板厚度方向的另一側突出并延長，將該元件沿軸線方向的另一端封閉;
固定于支持板厚度方向的上述一個側面上并在形成支持板流通孔的領域外圍形成的堰;
填充于在形成支持板流通孔的上述領域中各個過濾器元件之間的粘結劑。
另外本發明的一個特征是，過濾裝置裝備有固定于支持板厚度方向上的上述另一側的表面上并包圍在過濾器元件外方的筒體。
本發明的另一個特征是，處于形成支持板流通孔領域更外面的領域作為安裝用的法蘭。
根據本發明，為了構成過濾裝置，將筒狀的過濾器元件的一端連接于在支持板上形成的許多流通孔上，而過濾器元件的另一端則封閉，或者將筒裝的過濾器元件的兩端皆連接于流通孔中，這樣，待過濾的氣體從流通孔進入，然后通過該過濾器元件而被凈化，或者按照相反的方向，也就是說，氣體從過濾器元件的外面向里面通過而被凈化，再從流通孔中排出。這樣，由于將過濾器元件制成筒狀并將其連接于支持板的許多流通孔上，因此使過濾器裝置的整體結構小型化，并且具有大的過濾面積。
另外，根據本發明，制成筒狀的過濾器元件包含有聚四氟乙烯(簡稱PTFE)形成的多孔膜和用于加強該多孔膜并以重疊的方式而被固定的補強薄膜，該多孔膜的平均孔徑為0.1～5μm，而且當將空氣以5.3cm/sec的流速透過該多孔膜時，壓力損失為10～200mmH2O，因此有可能既可以提高對超微粒子的捕集性能，又能降低壓力損失。而且，由于這樣的孔狀過濾器元件的直徑可以做得較小，因此有可能使整個裝置小型化。
另外，根據本發明，所說的補強薄膜至少是其外表面由熱熔性合成樹脂的纖維構成，因此可以通過熱熔合來將多孔膜固定，而且也可以通過熱熔合來將過濾器元件制成筒狀，特別是由于將這種熱熔性合成樹脂的纖維構成的補強薄膜作為內側，而以多孔膜作為外側并以螺旋卷的方式形成筒狀，這樣就可以通過熱熔合很容易地制成一種自動地長大的筒狀過濾器元件。
另外，根據本發明，所說的補強薄膜由一種具有芯/鞘結構的纖維構成，它的外層，即表層，由可以熱熔合的低熔點合成樹脂構成，而其內層，即芯層，由高熔點合成樹脂構成，因此可以防止由于熱熔合時的熱所引起的纖維收縮與變形，并因此可以保證，在熱熔合后仍保持有讓氣體通過的空隙。
根據本發明，過濾器元件的過濾材料是在多孔膜上以重疊的方式固定一層薄膜，所說的薄膜具有比多孔膜孔徑更大的孔徑，該薄膜由熱熔性合成樹脂形成，該薄膜可以用例如由纖維形成的無紡布等物質制成，以該薄膜作為內側形成筒狀，將該筒體的軸線方向上的一端壓扁，通過將所說的薄膜相互熱熔合而將該筒體的一端封閉。因此，過濾器元件的制造是容易的，使用這種薄膜，除了如上述那樣可以用來通過熱熔合而將上述筒體的一端封閉以外，還可對多孔膜起補強作用。而且，如上所述，由于該薄膜由熱熔性合成樹脂構成，因此，可以將該薄膜作為內側，也就是將多孔膜作為外側，按照后面的圖7和圖8所示那樣，以螺旋卷的方式將其制成筒狀，或者如圖9所示那樣，將薄膜重疊于多孔膜上，這樣就可以通過熱熔合來將一種例如長方形的過濾材料固定，因此可以使上述的制造工藝變得容易。
另外，本發明還有一種過濾器元件的過濾材料，就是以一對薄膜重疊于多孔膜的兩個側面，以此形成一種夾心層的結構，而且，由于這兩層薄膜皆由熱熔性合成樹脂構成，因此在形成筒狀時，該多孔膜就受到一對薄膜的保護，這樣，在將其形成筒狀時，就可以防止多孔膜受到損傷而產生針孔，所以就對多孔膜起到補強作用。而且，由于在多孔膜的兩側皆重疊有薄膜并形成了夾心層的過濾材料，因此，在熱熔合時，在上述多孔膜兩側的薄膜皆被熱熔合而形成筒狀，這樣就可以提高粘結強度。另外，由于在形成筒狀后的過濾器元件的內側有一層薄膜，這樣，在將該過濾器元件的軸線方向上的一端壓扁并通過熱熔合而將這一端封閉時，使制造工藝變得容易，并且，在按照螺旋卷的方式來形成筒狀時，可以避免多孔膜與心軸接觸，因此防止多孔膜受到損傷。在形成筒狀后的過濾器元件外側的薄膜可以防止由于外力的作用而引起的多孔膜的損傷，而且如上所述，在形成筒狀時，由于外側的薄膜與內側的薄膜熱熔合，因此提高了粘結強度。
另外，本發明的過濾器裝置的設計是將筒狀的過濾器元件插入在支持板上形成的許多流通孔中并使該過濾器的軸線方向的一端向支持板的厚度方向的一個側面突出，而使該過濾器元件向支持板厚度方向的另一個側面突出并延長，并且使該過濾器元件的軸線方向的另一端封閉，并在支持板厚度方向上的上述的一側的表面上設有一個堰，在被這個堰從外面包圍著的領域內填充有粘結劑，這樣就使得在過濾器的外周面與流通孔的內周面之間的縫隙由于氣密性的粘結而被封閉，這樣就防止了氣體的泄漏。
上述的筒體固定在支持板厚度方向的上述另一側的表面上，由于過濾器元件的外側被包圍著，因此可以防止過濾器元件受外力的作用而被損傷。
根據本發明，在被堰形成的支持板的流通孔領域更外面的領域，可作為安裝用的法蘭，這樣就可使整個過濾器裝置的安裝作業變得容易。
以下是對圖的簡單說明。
圖1是本發明的一個實施例的過濾器裝置8的軸側圖，圖2是在圖1中所示的過濾器裝置8的局部擴大剖面圖，圖3是過濾器裝置8的平面圖，圖4是用來構成過濾器元件10的過濾材料16的軸側圖，圖5是用來構成補強薄膜18的，具有芯/鞘結構的纖維的剖面圖，圖6是用來形成以螺旋卷方式構成過濾器元件10的過濾材料16的軸側圖，圖7是表示將補強薄膜18形成螺旋卷的制造工藝過程的軸側圖，圖8是在圖7中按剖面線Ⅷ-Ⅷ剖開后所觀察到的局部剖面圖，圖9是本發明的其它實施例的過濾器元件10的軸側圖，圖10是過濾器元件10的端部10b的擴大剖面圖，圖11是本發明的另一個其它實施例的過濾器裝置的局部剖面圖，圖12是本發明的另一個其它實施例的過濾器裝置的局部剖面圖，圖13是表示本發明的其它實施例的過濾器裝置35的整體結構的軸側圖，圖14是在圖13中所示的過濾器裝置35的局部剖面圖，圖15是圖14局部XV的擴大剖面圖，圖16是本發明的其它實施例的過濾器元件44S圖8相對應的局部剖面圖，圖17是在圖16中所示的過濾器元件44的端部44b的擴大剖面圖，圖18是先有技術的局部軸側圖。
用于實施本發明的最佳狀態圖1是本發明的一個實施例的軸側圖，圖2是圖1的局部擴大剖面圖。這個過濾器裝置設置在，例如，一個超凈室的天花板上，將凈化的空氣按照箭頭6所示方向供入，經過凈化的空氣通過本發明的過濾器裝置8向室內供應。過濾器裝置8主要含有剛性的支持板9和許多的過濾元件10。該過濾器裝置8設置于超凈室的天花板上，作為筒體的保護框架11支持著處于其周邊部位上的作為安裝用的法蘭38，借此將裝置8固定于天花板上。為了增加美感，在保護框架11的下部設置通氣部件12。通氣部件12可以由多塊葉片板并列地設置而構成，但是也可以由沖孔金屬或網狀物等構成。另外，通氣部件12也可以由形成有許多通氣孔的薄板或薄膜構成。利用這樣的通氣部件12，可以將凈化了的空氣如上述那樣按照箭頭7所示方向在經過調整流向后向室內供應。安裝用的法蘭34在形成支持板9的流通孔13領域的外周形成。
過濾器裝置8的支持板9可以由，例如，環氧樹脂、尿烷樹脂、硅酮樹脂或丙烯酸樹脂等構成，或者由鋁或鐵等金屬構成，也可以由其它材料構成。在該支持板9上，許多的流通孔13例如可以象圖3那樣按交錯排列的方式形成。各流通孔13的內徑D1通常為4～5mm，相鄰的兩個流通孔13之間的最小間隔D2可以是1mm，各流通孔13的軸線處于假想線14所示菱形的各個頂點位置上。在該實施例中，流通孔13按交錯排列狀布置，但作為本發明的另一個實施例，各流通孔13的軸線也可以配置在正方形或長方形的頂點位置上，但是，如上述的實施例那樣按照交錯排列的方式布置時，在支持板9的每一單位面積上可以形成更多的流通孔，這樣就可以使過濾面積增大。
根據本發明，過濾器元件10的內徑例如可以是2～20mmΦ，最好是2～10mmΦ。如果過濾器元件10的內徑不足2mmΦ，則如下文對圖7的文字解釋中所述那樣，在使用心軸23來制造過濾器元件時，由于該心軸23過細而被撓彎，因此難以制得正確的過濾器元件10，然而，如果過濾材料16由具于可撓性的物質構成的話，那末在制造過濾元件時就可以防止心軸23的彎曲，因此就有可能使用更小直徑的心軸。如果過濾器元件10的內徑超過20mmΦ，那末就難以獲得體積盡可能小而過濾面積盡可能大的過濾器裝置，因此不能達到本發明的目的。
將過濾器元件10的一個端部10a嵌入流通孔13內，然后用粘結劑15將其氣密地固定。按照下文圖10所示那樣，將過濾器元件10的另一個端部10b壓扁，然后用熱熔合法將其封閉。在圖2中，過濾器元件10在沿上下軸線方向上的長度可以根據需要來選擇，但是在實際上，該長度在約50mm至約300mm之間。過濾器元件10也可以更長，但是即使這樣，也會使作為過濾器裝置整體的結構阻力增大，因此，過濾器元件過長是沒有意義的。過濾器元件10的長度小于50mm也是可以的。
過濾器元件10可以使用圖4中所示的過濾材料16按照后面圖7所示螺旋卷的方式制成筒狀。所說的過濾材料16由多孔膜17和以重疊方式固定在其上面的補強薄膜18構成。多孔膜17的平均孔徑為0.1～5μm，并且當空氣的以5.3cm/sec的流速透過時，其壓力損失在10～200mmH2O之間，因此可以使用，最好是如下文的表1中所示那樣，用一種壓力損失在10～100mmH2O之間的PTFE構成。
由這樣的PTFE構成的多孔膜，其制造工藝是將PTFE的半燒結體按雙軸方向拉伸，使其面積增倍率至少等于50倍，然后在PTFE熔點以上的溫度進行熱處理，這時的多孔膜，絕大部分都由原纖維構成，也就是說，當用掃描型電子顯微鏡照相的方法進行圖象處理時，可觀察到原纖維與結節之面積比為99∶1～75∶25，平均原纖維直徑為0.05μm～0.2μm，結節的最大面積在2μm2以下，而其平均孔徑為0.2～0.5μm。使用這種由PTFE構成的多孔膜，例如對于0.1μm直徑以上的塵埃來說，其除去率可過到99.9995%。
如上所述，將PTFE的半燒成體按雙軸方向拉伸，使其面積增倍率至少為50倍，較佳至少為70倍，更好至少為100倍，這種經過拉伸和燒成的拉伸多孔體的結構，具有一種由幾乎沒有結節的微細纖維所組成的特有的膜結構。而且，用這樣的方法制得的PTFE多孔膜，其平均孔徑非常小，通常只有0.5μm～0.2μm，而且膜的厚度減少到拉伸前的20分之一(例如，從半燒成體原來的厚度100μm變為拉伸燒成后的5μm)～50分之一。
在本發明中，由PTFE構成的多孔膜17的各種參數的較佳范圍和特別好的范圍皆示于表1中。
表1
至于多孔膜17的實施可能的膜厚，在表1中的范圍是最佳的范圍，而根據本發明，實施可能的范圍是0.05～100μm，較好為0.05～10μm。另外，雖然表中已繪出平均孔徑，然而根據本發明，可能實施的范圍是0.1～5μm。
作為過去所用的扁平的過濾材料，一般由玻璃纖維構成，但是，如果將這樣的玻璃纖維按照圖6～圖9中所示的方法來制造筒狀的過濾器元件時，這種過濾器材料不能光滑地彎曲，結果就形成銳角或鈍角的折角部分。這樣不僅其本身會產生粉塵，而且，在過濾的空氣中所含的粉塵也不能被濾掉而是從這些折角的比較大的縫隙通過，因此使空氣的凈化變得困難。而上述的根據本發明的過濾材料16就可以解決這樣的問題。
下面說明上述各種特性的測定方法。
平均孔徑采用ASTM F-316-86中記載的方法來測定平均孔徑(MFP)。在實際測定時，使用Coulter孔徑儀(Coulter Porometer)[Coulter電子(Coulter Electronics)公司(英國)制來測定。
膜厚使用ミットョ株式會社制的1D-110MH型膜厚計，把5張多孔膜疊在一起，測定總的膜厚，然后將此總膜厚除以5，所得數值即為1張膜的膜厚。
壓力損失將多孔膜切成一種直徑為47mm的圓片，將其安裝在一個有效透過面積為12.6cm2的過濾器夾具中，在其入口一側施加以0.4kg/cm2的空氣壓力，使用上島制作所制造的流量計來測定從出口一側出來的空氣的流量，借此將透過多孔膜的空氣流速調節為5.3cm/秒，然后用氣壓表來測定這時的壓力損失。
燒成度本發明的PTFE半燒成體的燒成度按照下面的方法來決定，首先，從PTFE未燒成體中切取3.0±0.1mg的試樣，然后用該試樣來求得結晶熔化曲線。同樣地，從PTFE半燒成體中切取3.0±0.1mg的試樣，也用該試樣來求得結晶熔化曲線。
結晶熔化曲線用示差掃描熱量計(以下稱為“DSC”，例如島津制作所社制的DSC-50型)來記錄。首先將PTFE未燒成體的試樣裝入DSC的鋁制盤中，然后按下面的步驟來測定未燒成體熔化熱和燒成體的熔化熱。
(1)將試樣以50℃/分的加熱速度加熱至250℃，然后以10℃/分的加熱速度從250℃加熱至380℃。在加熱過程中，在吸熱曲線上出現一個峰，這個峰的位置就被定義為“PTFE未燒成體的熔點”或“PTFE細粉的熔點”。
(2)在加熱到380℃后，立即以10℃/分的冷卻速度將該試樣冷卻到250℃。
(3)再以10℃/分的加熱速度將試樣加熱至380℃。把在加熱過程(3)中出現的吸熱曲線的峰的位置定義為“PTFE燒成體的熔點”。
接著再按照步驟(1)來記錄PTFE半燒成體的結晶熔化曲線。
對PTFE未燒成體、燒成體、半燒成體的熔化熱可根據吸熱曲線與基線之間的面積比例求得，如果使用島津制作所社制的DSC-50型量熱計，只要繪出解析溫度，即可自動地計算該熔化熱。
因此，燒成度可按下式計算。
燒成度＝(△H1-△H3)/(△H1-△H2)其中，△H1是PTFE未燒成體的熔化熱，△H2是PTFE燒成體的熔化熱，△H3是PTFE半燒成體的熔化熱。
圖象解析原纖維與結節的面積比、平均原纖維直徑、最大結節面積分別按下述的方法來測定。
多孔表面的照片用掃描型電子顯微鏡(日立S-4000型，蒸鍍則采用日立E1030型)來拍攝(SEM照片，倍率為1000至5000倍)。將所獲照片放入圖象處理裝置中(テトツク·エンジニァリング株式會社イソ-ジ·コマンド(Image Command)4198，TVIP-4100)，將結節與原纖維分離，這樣就分別獲得了僅僅由結節形成的圖象和僅僅由纖維形成的圖象。對僅僅由結節形成的圖象進行演算處理，可求出最大的結節面積，對僅僅由纖維形成的圖象進行演算處理，可求出原纖維的平均直徑(總面積除以總周長的1/2)。
原纖維與結節的面積比可以根據原纖維圖象面積的總和與結節圖象面積的總和之比求得。
補強薄膜18具有超過多孔膜17上述平均孔徑的孔徑。將該補強薄膜與多孔膜17重疊在一起，然后用熱熔合法或用涂布的粘結劑將其固定，該補強薄膜18最好是由具有芯/鞘結構的合成纖維構成，這種合成纖維19，如圖5所示那樣由外層20和內層21構成。外層20由可以熱熔合的低熔點(例如約120℃)合成樹脂構成，內層21由高熔點的合成樹脂構成，以防止在上述的熱熔合時產生的熱收縮，并因此確保加熱時的縫隙，例如，在表2中示出了組合方案的例子1～4。
表2
這種具有芯/鞘結構的合成纖維19可用來構成無紡布或紡織布。由于外層20具有比內層21更低的熔點，因此它本身可作為粘結劑，這樣就有利于用熱熔合法來固定多孔膜17。由于內層21具有比外層20更高的熔點，這樣外層20在熔化時，內層21不會熔化，因此也不會收縮，并且也不會堵塞補強薄膜18的微細縫隙。
圖6和圖7是用來說明過濾器元件10的制造過程的軸側圖。圖6中所示過濾材料16的補強薄膜18，在其寬度方向上的兩端分別有一個長度e和f(在該實施例中e＝f)，按此長度e和f以圖7所示的熱熔合方式卷成螺旋卷，于是構成了筒狀的過濾器元件10。如圖7所示那樣，直圓筒狀的心軸23按旋轉自由的方式設置，過濾材料16的卷軸24受到沿箭頭25方向的驅動力的作用，在心軸23上卷成一個螺旋卷，這時，卷在心軸23上的過濾材料16的外周面，受到無頭帶子26a的驅動而旋轉，從卷軸24供應的過濾材料16，在其寬度方向的一端，有一行在前面圖6中以長度e表示的領域，這時從噴嘴26出來的熱風吹向上述的領域，同時有一塊熱遮蔽板32限制著熱風吹噴的范圍，這樣就使得構成補強薄膜18的合成纖維19的外層20熔融軟化，于是就形成了過濾器元件10。由于帶子26a和心軸23各自作用于過濾材料16上的摩擦系數(正確地說是運動摩擦系數)的差別，形成了螺旋卷狀過濾元件10。也就是說帶子26a與過濾材料16之間產生的摩擦力要大于心軸23與卷在其上面的過濾材料16之間產生的摩擦力，這樣才能使螺旋卷狀的過濾器元件10從用來形成螺旋卷的心軸23中卷出。
圖8是按照圖7的剖面線Ⅷ-Ⅷ剖開時所觀察到的局部剖面圖。由于從噴嘴26中噴出的熱風的作用，使得在過濾材料16的補強薄膜18上以長度e表示的區域中全部熔化，由于卷軸24受到沿箭頭25所示方向的驅動力的作用，使補強薄膜18壓緊在多孔膜17上，結果導致了加熱壓合。由于在該補強薄膜18上以長度e表示的整個區域加熱壓合，因此可使這個以長度e表示的整個區域的縫隙都被堵塞，這樣達到了氣密性。在圖8中，過濾材料16在其寬度方向以長度e表示的補強薄膜18的縫隙是通過堵塞來達到氣密的，但是也可用其它方法來代替這種方法，也就是適當地選擇所說的長度e，使其大于補強薄膜18的厚度g(即e＞g)。
為了能夠按照上述那樣的螺旋卷的方式形成過濾元件10，將多孔膜17作為外層，而將補強薄膜18作為內層，借助于帶子26的作用，就可以進行加熱熔合。
心軸23的外徑必須與過濾器元件10的內徑相對應，即選取2～20mm的范圍。如果過濾器元件10的內徑過小，則心軸23易被彎曲，因此加工時會遇到困難，如果其內徑過大，則過濾面積相應減少。
在圖1所示的實施例中，過濾器裝置8的構成如下支持板9的長度L1×長度L2＝610mm×610mm，過濾器元件10從支持板9突出的長度為150mm如按照圖3給定的D1＝4.0mm，D2＝1mm的條件，其過濾面積約為23m2。因此，當將它和前面所述的，與圖8相關的一種過濾面積約為16m2的現有技術相比時，可以確認，其過濾面積要大得多。
如圖2所示，蓋子31嵌入過濾器元件10的一端10a中，可以將蓋子選擇性地關閉許多過濾器元件10中的其它幾個。這樣，可以將某些受損的過濾器元件關閉，因此可以獲得所需的過濾性能。
作為本發明的其它一個實施例，不同噴嘴26吹噴熱風來進行熱熔合，而是將粘結劑涂抹在以長度e表示的整個范圍內，然后使其粘結。
圖9是本發明其它一個實施例的局部軸側圖。該實施例不是將過濾材料16做成螺旋卷狀而是將其做成直的圓筒狀，在制筒時，使過濾材料16的長度方向與圓筒的軸線相互垂直，形成圓筒后再用熱熔合法將其固定或用粘結劑來固定，于是制成了圓筒狀的過濾器元件10。
圖10是過濾器元件10的端部10b的局部放大圖。將過濾器元件10沿軸線方向的一端壓扁然后將作為內層的薄膜18相互熱熔合，于是將該端部氣密地封閉。
圖11是本發明的其他一個實施例的局部剖面圖。在該實施例中，情況與上述的實施例相類似，但是應注意，過濾器元件10相互連通的兩個端部10a和10b皆嵌入支持板9的流通孔15中，然后用粘結劑等將其固定。
本發明的另一個其它實施例示于圖12中。按照該實施例，可以容易地將過濾器元件10彎曲，于是形成了蛇腹狀的彎曲部29。
圖13是本發明的一個實施例的過濾裝置35整體的軸側圖，圖14是表示該過濾器裝置35的局部放大剖面圖。該實施例與前面圖1～圖10中所示的實施例相類似，所有對應部分皆用同一種參考符號表示。該過濾器裝置35與前面的實施例基本上相同，它包含一塊具有許多流通孔13的支持板9以及插入它的各個流通孔13中的筒狀過濾器元件10。過濾元件10以其軸線方向的一端10a插入各個流通孔13中并從支持板9厚度方向的一個側面(圖14的上方)突出。過濾器元件10并從支持板9厚度方向的另一個側面(圖14的下方)突出并延長，該軸線方向的另一個端部10b是封閉的。過濾器元件10的具體構成與前面的實施例相同。
在支持板9厚度方向的上述一個側面上(即圖14的上面)，固定有一個從平面看是矩形的堰36。這個堰36處于支持板9上形成流通孔13的領域37的外圍，以此形成框板狀。
圖15是圖14的一個局部XV的放大剖面圖。在被上述的堰36包圍著的支持板9上形成流通孔13的領域37上，在各個過濾器元件10相互間的空隙中填充粘結劑38。這些粘結劑38粘結在作為過濾器元件10的端部10a外層的多孔膜17上，并且進入到流通孔13中，因此多孔膜17上，并且進入到流通孔13中，因此多孔膜17的外周面與流通孔13的內周面之間的縫隙就被堵塞住，因此可以防止來自圖15上方的待凈化的空氣泄漏，這樣就可確保持凈化的空氣被導入過濾器元件10的內部并被過濾。這種粘結劑38最好具有一定的粘度，或者具有一定程度的能變性(與剪切速度有關)，以避免粘結劑從多孔膜17的外周面與流通孔13的內周面之間的縫隙向圖15的下方垂流出來，例如，環氧樹脂系的粘結劑適合使用。這種粘結劑38的粘度或能變性指數可以是，例如290泊(Poise)。
在支持板9厚度方向的另一個側面(圖14的下面)固定一個筒體保護框架11。該保護框架11包圍在所有過濾器元件10的外方，以防止過濾器元件10受外力損傷，因此對過濾器元件10起保護作用。
在支持板9上形成流通孔13的領域37的更外面的領域，也就是在堰36外面的領域，作為安裝用的法蘭39。在該法蘭39上形成有安裝孔40，螺絲釘41插入該安裝孔40中，將墊圈42介入于天花板43與法蘭之間，這樣就將整體的過濾器裝置35固定好。其它的有關結構皆與前面的實施例相同。
作為本發明的另一個其它實施例，可以參照符號49所示那樣往過濾器元件10內填充吸附劑。該吸附劑49例如可以是脫臭用的活性炭粉末、纖維等，或者，也可以是用來吸附Nox和Sox的吸附劑，也可以是及來除去其它氣體或細微液體的吸附劑。由于在過濾器元件10內填充有吸附劑，因此可以除去在待凈化的空氣中所含的不希望的氣體或細微的液體，并且可使得用來除去這些物質的結構簡單化。在過去，為了吸附這些不希望的氣體或液體，在凈化室等房間的空氣循環途徑中安裝一種含有吸附劑的吸附裝置，然而，這樣就產生了結構大形化的問題。由于象上述那樣在過濾器元件10內填充有吸附劑49，所以這個問題就得以解決，并且可以達到結構簡單化的目的。
圖16是表示本發明其它一個實施例的過濾器元件44的局部剖面圖，該圖16與前面的實施例的圖8相對應。過濾材料45由多孔膜46以及重疊于該多孔膜46的兩側并以夾心層的方式被固定的內側薄膜47和外側薄膜48構成。多孔膜46具有與上述的多孔膜17相同的結構，而且薄膜47、48也具有與上述薄膜18相同的結構。也就是說，薄膜47、48具有比多孔膜46的孔徑更大的孔徑，而其本身有熱熔性合成樹脂構成。該過濾材料45可以按照與上述圖7相同的制造方法以螺旋卷的形式制成筒狀。在圖16中，過濾材料45內側的薄膜47和外側的薄膜48皆在其軸線方向上的長度e表示的區域皆被加熱壓合，這樣就防止了在以長度e表示的整個區域形成縫隙，因此達到了氣密性。
如果采用圖16中所示的過濾器元件44，那末，多孔膜46由于有一對薄膜47、48與共同形成夾心層的結構，因此可以防止多孔膜46受到針孔之類的損傷。而且，如上所述，由于在以長度e表示的區域內，內側薄膜47和個側薄膜48都被熱熔合，因此可以達到提高粘結強度的優良效果。如前面圖9所示那樣，將過濾材料45做成筒狀后進行部分地重疊的熱熔合，也能獲得同樣的效果。這樣，特別是外側的薄膜48能防止多孔膜46受外力的損傷，起保護多孔膜46的作用，同時，如圖16所示那樣，由于外側薄膜48和內側薄膜47一起熱熔合，因此具有提高粘結強度的效果。
圖17是表示如上所述形成筒裝的過濾器元件44的下端部44b的剖面圖。該過濾器元件44的端部44b被壓扁，并且，在一對薄膜47、48中，由于內側薄膜47相互熱熔合，因此使得以長度e表示的區域達到了氣密性的封閉。這樣，內側薄膜47通過熱熔合作用而使端部44b處達到了氣密性的封閉，特別是如圖7所示那樣，在使用心軸23按螺旋卷的方式將過濾器元件44制成筒狀時，內側薄膜47可以防止多孔膜46由于直接與心軸23接觸而受損傷，因此具有保護多孔膜46的效果。
在圖16和圖17所示的過濾器元件44中，多孔膜46的厚度例如可以是10～100μm，特別地，當該多孔膜46的厚度例如超過100μm時，外層的薄膜48可以省去，這樣，在省去薄膜48的情況下，過濾器元件44就成為與前面實施例中的過濾器元件10相同的結構。內側薄膜47和外側薄膜48的厚度各自可以是0.1mm～0.50mm，例如，內側薄膜47的厚度是0.26mm，而外側薄膜48的厚度是0.16mm。
在圖16和圖17所示的實施例中，也可以象前面的實施例一樣往過濾器元件內填充吸附劑。
作為本發明的其它實施例，除了可以使用PTFE構成的多孔膜17以外，也可以使用具有其它組成的多孔膜，例如，它可以是由聚丙烯纖維制成的駐極體。
在圖16和圖17中所示的過濾器元件44可以用來代替圖1～圖15中的過濾器元件10。
根據本發明，過濾器元件10、44的薄膜18;47、48，必須至少是其外周面由熱熔性的合成樹脂構成，而其內部可以由熱熔性合成樹脂以外的材料構成。
如上所述，根據本發明，只要將筒狀的過濾器元件連接到在支持板上形成的許多流通孔中，就可以實現過濾器裝置，并且它具有小型結構和大的過濾面積，因此可以在低壓力損失的情況下進行過濾。
另外，根據本發明，這種筒狀結構的過濾器元件具有微小的孔徑，并且，它以一種壓力損失小的多孔膜作為補強薄膜而形成補強的結構，因此，它可以同時達到提高對超微粒子的捕集性能，減小壓力損失，而且不產生粉塵的目的。
另外，根據本發明，補強薄膜至少是它的外周面有熱熔性合成樹脂纖維構成，這樣，過濾器元件就容易制成筒狀，特別是當將多孔膜作為外層而將補強薄膜作為內層，并以螺旋卷的方式將其制成筒裝時，這樣就可以容易地將其制成長大的過濾器元件。
另外，根據本發明，補強薄膜由一種具有以低熔點合成樹脂為外層，以高熔點合成樹脂為內層的芯/鞘結構的纖維構成，這樣就可以防止在熱熔合時由于補強薄膜的纖維收縮而引起的不希望的變形，并且，在將過濾器元件制成筒狀時，可以使補強薄膜的空隙保持原來的狀態。
另外，根據本發明，將一種熱熔性合成樹脂構成的薄膜重疊于多孔膜上并加以固定，這樣就構成了過濾材料，再將該薄膜作為內層來將其形成筒狀，然后將此筒體沿軸線方向的一端壓扁并加以熱熔合，借此將該端部封閉，由于使用了該薄膜，因此即可防止多孔膜受損傷，同時也可以進行熱熔合，所以制造容易。
另外，根據本發明，將一對由熱熔性合成樹脂構成的薄膜分外重疊在多孔膜的兩側以形成夾心層的結構，然后將其形成筒狀，再將此筒狀的軸線方向的一端壓扁，然后將上述的一對薄膜中處于內側的薄膜相互熱熔合，借此將該端部封閉，這樣，多孔膜同時受到一對薄膜的保護，即可防止損傷，同時在形成筒狀的過程中，形成內、外層的兩層薄膜皆可以熱熔合，因此提高了粘結強度，特別是作為形成內層的薄膜，為了通過熱熔合來將過濾器元件的軸線方向的一端封閉，它是必不可少的，而且，在利用心軸并以螺旋卷的形式來形成筒狀時，它可以防止多孔膜受到心軸的損傷，起到保護多孔膜的作用。另外，作為形成外層的薄膜，可以防止多孔膜受到外力的損傷，也起到保護多孔膜的作用;同時，如上所述，在形成筒狀的過程中，它和內層薄膜一起熱熔合，因此提高了粘結強度。
另外，作為本發明的過濾器裝置，有很多筒狀的過濾器元件以其軸線方向的一端分別插入支持板的各個流通孔中并從該支持板厚度方向的一個側面突出，而且，該過濾器元件朝支持板厚度方向的另一側突出并延長，其軸線方向的所說另一端被封閉，在支持板厚度方向上前面所述的一個側面上裝置一個堰，它處于形成支持板的流通孔領域的外圍，在被這個堰包圍著的領域內填充粘結劑，這些粘結劑進入到過濾器元件外周面與支持板流通孔的內周面之間，因此保持了氣密性，這樣就可以確實地防止待凈化的空氣泄漏到下流一側。
再有，在該過濾器裝置中，有一個筒體固定在支持板厚度方向的上述另一側的表面上，把這些過濾器元件的外方包圍起來，因此可確實地防止過濾器元件受外力的損傷。另外，在形成支持板流通孔的領域更外面的領域，也就是比堰更外面的領域，形成作為安裝用的法蘭，借助于該法蘭，整體的過濾器裝置就可以容易地安裝在例如天花板上或其它地方。
權利要求
1.一種過濾器裝置，其特征在于，該裝置含有具有許多流通孔的支持板，以及一種以其一端連接于支持板的流通孔中，而其另一端則被封閉的筒狀的過濾器元件。
2.一種過濾器裝置，其特征在于，該裝置含有具有許多流通孔的支持板，以及一種以其兩端皆連接于支持板的流通孔中的過濾器元件。
3.一種過濾器元件，其特征在于，它具有筒狀的結構，并且它含有多孔膜和補強薄膜，其中，所說多孔膜由聚四氟乙烯構成，該多孔膜的平均孔徑為0.1～5μm，當空氣以5.3cm/sec的流速透過時，其壓力損失為10～200mmH2O，所說補強薄膜具有超過多孔膜平均孔徑的孔徑，它以重疊的方式固定于多孔膜上。
4.權利要求3記載的過濾器元件，其特征在于，所說的補強薄膜至少是外周面由熱熔性合成樹脂纖維構成，并且被熱熔合在多孔膜上。
5.權利要求4記載的過濾器元件，其特征在于，所說的補強薄膜由具有芯/鞘結構的纖維構成，這些纖維的外層由低熔點合成樹脂構成，內層由高熔點合成樹脂構成。
6.權利要求3記載的過濾器元件，其特征在于，它是以多孔膜作為外層并以螺旋卷的方式而構成的。
7.一種過濾器元件，其特征在于，它由多孔膜與熱熔性合成樹脂的薄膜共同構成，該薄膜具有比多孔膜的孔徑更多的孔徑，并且以重疊的方式固定于多孔膜上，以上述的薄膜作為內層來形成筒狀，再將此筒體的軸線方向的一端壓扁，然后將上述的薄膜相互熱熔合而使其封閉。
8.一種過濾器元件，其特征在于，它由多孔膜與一對熱熔性合成樹脂的薄膜共同構成，該薄膜具有比多孔膜的孔徑更大的孔徑，它們重疊在多孔膜的兩側并以夾心層的方式被固定，將此夾心層形成筒狀，再將此筒體的軸線方向的一端壓扁，然后將上述一對薄膜中的內側的薄膜相互熱熔合而使其封閉。
9.一種過濾器裝置，其特征在于，該裝置包含具有許多流通孔的支持板;筒狀的過濾器元件，這些元件以其軸線方向的一端插入支持板的各個流通孔中并向支持板厚度方向的一側突出，而從支持板厚度方向的另一側突出并延長，將該元件沿軸線方向的另一端封閉;固定于支持板厚度方向的上述一個側面上并在形成支持板流通孔的領域外圍形成的堰;填充于在形成支持板流通孔的上述領域中各個過濾器元件之間的粘結劑。
10.權利要求9記載的過濾器裝置，其特征在于，它裝置有固定于支持板厚度方向上的上述另一側表面上并包圍在過濾器元件外方的筒體。
11.權利要求1、2或9記載的過濾器裝置，其特征在于，它是以比形成支持板流通孔的領域更外面的領域作為安裝用的法蘭。
全文摘要
本發明的目的是提供一種體積小而過濾面積大的過濾器裝置，該裝置中的過濾器元件由一種過濾材料按螺旋卷的方式形成筒狀，所說的過濾材料由一種平均孔徑為0.1—5μm。而且壓力損失小的由聚四氟乙烯構成的多孔膜以及一對由熱熔性合成樹脂纖維形成的薄膜按夾心層的形式構成，所說過濾器元件的一端連接于剛性支持板的許多流通孔中，而其另一端則被封閉。
文檔編號B01D63/02GK1076138SQ9310207
公開日1993年9月15日 申請日期1993年1月14日 優先權日1992年1月14日
發明者山本勝年, 田中修, 井上治, 楠見智男, 茶圓伸一, 淺野純, 浦岡信樹 申請人:大金工業株式會社