JPH0427403A - カートリッジフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野］ 本発明は複数のろ材層からなる多層型のカートリッジフ
ィルタに関し、とくにろ材層の平均孔径が内側の層から
外側の層へ大きくなるように勾配を有するカートリッジ
フィルタに関する。

［従来の技術］ 一般に、液体中のダストなどの粒子をろ過するフィルタ
として、多孔質コア材に糸、紐、紙、不織布、織物など
のろ材を巻回積層して多孔円筒状に成型したカートリッ
ジフィルタが使用されている。

従来、これらのカートリッジフィルタにおいては、使用
痔命を延ばすために、ろ材の密度に勾配を持たせること
などによって、液体の流入側である外側から内側へと孔
径を小さくすることが行われていた。すなわち、外側の
ろ材で大きな粒子を捕え、内側のろ材で小さな粒子を捕
えることによって、目詰りを防ぎ、使用寿命を延ばすこ
とが試みられていたのである。しかしながら、従来のカ
−トリッジフィルタには、平均孔径が極端に違うろ材を
組合せたものか、あるいは平均孔径が比例的に変化する
ものしかなく、前者は比較的大きな粒子が平均孔径の小
さなろ材へ到達してしまうため平均孔径の大きく変化す
る界面で目詰りが生じやすく、後者は逆に比較的小さな
粒子が外側で捕えられてしまうため外層で目詰りが生じ
やすく、いずれのカートリッジフィルタもその改善が望
まれていた。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上記従来技術の欠点を解決すべくなされたもの
であり、液中に含まれる輻広い粒度分布を有する粒子を
効率よく捕集でき、しかも目詰りが生じに＜＜、使用寿
命の長いカートリッジフィルタを提供することを課題と
する。

［１Ｎ題を解決する手段１ すなわち、本発明は、多孔質コアに少なくとも３層以上
のろ材層が巻回積層されており、該ろ材層の平均孔径が
内側の層から外側の層へと順次大きくなっているカート
リッジフィルタにおいて、該ろ材層の内側から数えた層
の数ｎと、第１層と各層との平均孔径比率ｙとの間に、 ｙ＝ａ　（ｎ＋１）”＋１） （ただし、ａは１／２９〜１／１０、ｂ＝１−４ａの定
数で、ｙの誤差は±７％） の関係が成り立つようにした場合、驚くべきことに使用
寿命が飛躍的に延びることを見出してなされたものであ
る。

本発明のカートリッジフィルタのろ材には、紙、不織布
、織物、繊維ウェブなどが使用されるが、ろ過性能に優
れ、平均孔径を比較的自由に変更できることから不織布
を用いることがとくに望ましい。不織布としてはとくに
限定されず、どのような不織布であっても使用できるが
、一般にバインダーによって繊維を結合した不織布は、
バインダーが処理液中に溶出して処理液を汚染するおそ
れがあるため、ノーバインダータイプの不織布を用いる
ことが望ましい。ノーバインダータイプの不織布として
は、メルトブロー法やフラッシュ紡糸法による不織布、
スパンボンド不縁布、繊維接着型不織布、水流結合不織
布、ニードルパンチ不織布などがある。また、ろ材の空
隙率は７０〜９３％の範囲にあるのがよく、これより空
隙率が小さいとる村内部にダストなどの粒子を保持でき
る容量が小さくなるため使用寿命が短くなるおそれがあ
り、一方、これより空隙率が大きくなると外圧により潰
れるおそれがある。

なお、ろ材に強度の低い材質を用いる場合には、巻回積
層する工程などにおいて破損するおそれがあるため、補
強材を積層してもよい。補強材としては、補強するろ材
より目の粗い、ネ・ソト、メツシュ、織物、編み物、不
織布、金網などが用いられる。補強材は実質的にろ材と
ともに積層されてろ材層を形成するが、本発明でろ材層
の平均孔径という場合は、補強材は無視し、ろ材のみか
ら求められる値をいう。

上記ろ材を、金属製、プラスチック製などの多孔性の筒
などからなる多孔性コアに巻回積層することによってろ
材層が形成される。本発明では、同じろ材からなる層あ
るいは平均孔径が同じろ材からなる層は１つのろ材層と
して数える。従って、１つのろ材層は複数の参回層から
形成されることが多く、通常、粒子の捕捉状態がら判断
して２〜４層の巻回数となる。

本発明においては、上記ろ材層が多孔質コア材に３層以
上巻回積層されており、内側から数えた層の数ｎと、第
１層と各層との平均孔径比率ｙとの間に、 ｙ＝ａ　　（ｎ＋１）　ｉ′＋１） （ただし、ａは１／２９〜１／１０、ｂ＝１−４ａの定
数で、ｙの誤差は±７％） の関係が成り立つように、各ろ材層の平均孔径が調節さ
れる。

各ろ材の平均孔径のｉＮ整は、例えばる材が不織布であ
る場合には、繊維径、密度を変えることによって行われ
る。通常、繊維径を細くしていくと、より小さい孔を形
成することができるため平均孔径を小さくすることがで
き、また、密度を大きくしていっても平均孔径を小さく
することができる。

密度の増減を主体とする平均孔径のｌｉ１節では、高い
空隙率を維持できない場合があるので、高い空隙率を維
持した状態で平均孔径を調整するためにはＩｍ＆１径に
よるｗＲｊｉ５を行うのが望ましい。

上式においてａの値が１７１０である場合に得られる２
次曲線よりも大きい平均孔径比率のろ材層を外層に有す
る場合、すなわち、最内層のろ材層の平均孔径に対して
外側の層の平均孔径が上式の関係より大きい場合、外側
のろ材層において比較的大きな粒子が十分に捕集されず
、内側のろ材層の目詰りが速くなる。反対に、上式にお
いてａの値が１１２９である場合に得られる２次曲線よ
りも小さい平均孔径比率のろ材層を有する場合、すなわ
ち、最内層のろ材層の平均孔径に対して外側の層の平均
孔径が上式の関係より小さい場合、外側のろ材層におい
て比較的小さな粒子まで捕集されてしまうため、外側の
ろ材層の目詰りが速くなる。

また、ａの値が１７１０である場合に得られる２次曲線
と、１／２９である場合に得られる２次曲綿とに挟まれ
る領域に、平均孔径比率が存在するものであっても、そ
の増加の仕方が例えば１次曲線（直Ｕ）にのろように緩
やかなものでは、捕集する粒子の分布が広いと外層部に
目詰りが生じやすく、逆に３次曲線にのろように急激な
ものでは、最内層部に目詰りが生じやすい。

なお、ｂ＝１−４ａは、第１層目（ｎ＝１）の平均孔径
比率ｙが、第１層目の平均孔径／第１層目の平均孔径＝
１であることから、これを上式に代入することによって
求められたものである。

本発明のカートリッジフィルタは平均孔径比率ｙが上式
を満たす場合に最もその効果を発揮すると思われるが、
平均孔径比率が完全に上式で表される２次曲線にのって
いなくても、その近傍にあれば十分な効果が期待でき、
また、現実に平均孔径を完全にコントロールすることは
困難であるので、ｙの値には±７％、望ましくは±５％
程度の誤差があってもよい。ただし、この誤差範囲を超
える場合には本発明の効果は期待できなくなる。

なお、本発明における不織布の平均孔径は、ＪＩＳ−Ｂ
−８３５６９，１０ろ過粒度の試験方法に準じて測定し
た。ただし、上記ＪＩＳで使用している軽油に代えて、
　ＪＩＳ−に−８８３９のイソプロピルアルコールを使
用した。また、不織布はシート状で測定し、このため試
験装置も空気流入口と流出口を設けた円筒容器の上部流
出口に不織布の取付は部を設け、その不織布上にイソプ
ロピルアルコールを入れることができる構造とし、空気
流量が５０ｃｃ／分の時に、不織布上にイソプロピルア
ルコールを滴下して、イソプロピルアルコールを不織布
上の空間に貯めて試験を行った。試験は、各空気流量に
おける空気圧を測定してグラフを描き、そのグラフがら
ＪＩＳ−Ｂ−８３５８９，１０ろ過粒度の試験方法に示
される方法で所定の空気圧を求め、計算式によって平均
孔径を真出した。

［実施例〕 メルトブロー法によフて作製された目付Ｂｏｇ／ｍ’、
空隙率８５〜９０％で、第１表（実施例）及び第２表（
比較例）に示すように平均孔径が異なる５＃１類の不織
布を、プラスチック製多孔円筒に平均孔径の小さいもの
から順に各々４周ずつ巻回積層して、多層（５層）型カ
ートリッジフィルタを作製した・第１表 第２表 なお、各実施例及び比較例のろ材層の内側から数えた層
の数ｎと、第１層と各層との平均孔径比率ｙとの間に成
り立つ関係式は、 実施例１　：ｙ＝１／１１（ｎ＋１）　”＋７／１１（
ｙの誤差は−０，１％〜＋３．４％）実施例２：ｙ＝１
／１２（ｎ＋１）”＋８／１２実施例３： 実施例４： 実施例５： 実施例６： 比較例１： 比較例２： 比較例３： 比較例４： 比較例５： （ｙの誤差は−０，８％〜＋０．９％）Ｖ　＝　１／１
Ｂ　（ｎ　＋　１　）　”＋　１２７１６（ｙの誤差は
−２，７％〜十〇％） Ｖ　＝　１／２０　（ｎ　＋１　）　　”＋１６／２０
（ｙの誤差は−０，４％〜＋２．９％）ｙ＝１／２４（
ｎ＋１）’＋２０／２４（ｙの誤差は−１，５％〜＋１
．４％）ｙ＝１／２８（ｎ＋　１　）”＋２４／２８（
ｙの誤差は−２，７％〜＋０．７％）ｙ＝１／２（ｎ＋
１） （ｙの誤差は±０％） ｙ＝１／３（ｎ＋２） （ｙの誤差は−２，５％〜＋３．３％）ｙ＝１／６（ｎ
＋１）”＋２／６ （ｙの誤差は−１，８％〜十〇％） ｙ＝１／９（ｎ＋１）”＋５７９ （３・の誤差は−１，４％〜＋２．３％）ｙ＝１／３０
（ｎ＋１）　　”＋２８／３０（ｙの誤差は−５，１％
〜十〇％） であった。

得られたカートリッジフィルタの捕集効率とろ過寿命と
を以下の方法で測定して第３表に示した。

（捕集効率） ＪＩＳ８種の塵埃を分散した濃度５　ｐｐｍの水を処理
液としてカートリッジフィルタに通し、１０８ｍの粒子
のフィルタ通過前後の数をパーティクルカウンターを用
いて測定し、計算によって捕集効率を求めた。

（ろ過寿命） ＪＩ５８種の塵埃を分散した濃度１０ｐｐｍの水をカー
トリッジフィルタに通して圧力損失を測定し、初期圧力
損失との差圧が２．０ｋｇ／ｃｍ’になるまでに処理さ
れた総ろ過量を測定し、これをろ過寿命とした。

Ｅ以下余白］ 第３表 実施例１〜６に示されるように、ろ材層の内側から数え
た層の数ｎと、第１層と各層との平均孔径比１−ｙとの
間に成り立つ関係式が、ｙ＝ａ（ｎ＋１）”＋ｌ）であ
って、ａ　＝　１／２９〜１／１０、ｂ＝１−４ａのと
きに、使用寿命は大幅に長くなる。

一方、ａの値がこれより大きな比較例３．４（ａ　＝　
１／６．１／９）やこれより小さな比較例５（ａ＝　１
／３０）では急激に使用寿命が短くなることがわかる。

また、比較例１．２のように、ｙとｎとの関係が１次関
数となっているものは、例えｙの値が、ｎ＝５、Ｖ　＝
１／２９　（ｎ　＋　１　）　”＋２５／２９、ｙ　＝
　１／１０（ｎ　＋　１　）　”＋８７１０の曲線に囲
まれる領域にあったとしても、使用寿命が短くなること
がわかる。

［発明、の効果］ 本発明のカートリッジフィルタは上記のような構成から
なるので、幅広い粒度分布を持つ粒子を含む液であって
も、外層から内層へと順次大きな粒子から小さい粒子へ
と捕集していくことができるため高い捕集効率が得られ
る。また、本発明のカートリッジフィルタでは各ろ材層
の平均孔径の変化が上記特定の関係となっているので、
粒子の捕集が外層に偏ったり、内層に偏ったりすること
なく、各層において一様に捕集が行われるため目詰りが
生じに＜＜、飛躍的に使用寿命を延ばすことができる。

以上のように本発明のカートリッジフィルタは、幅広い
粒度分布を持つ粒子を含む液であっても、目詰りするこ
となく効率よくろ過でき、使用寿命が長い有用なもので
ある。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）多孔質コアに少なくとも３層以上のろ材層が巻回
   積層されており、該ろ材層の平均孔径が内側の層から外
   側の層へと順次大きくなつているカートリッジフィルタ
   において、該ろ材層の内側から数えた層の数ｎと、第１
   層と各層との平均孔径比率ｙとの間に、 ｙ＝ａ（ｎ＋１）＾２＋ｂ （ただし、ａは１／２９〜１／１０、ｂ＝１−４ａの定
   数で、ｙの誤差は±７％） の関係が成り立つことを特徴とするカートリッジフィル
   タ。
2. （２）各ろ材層の平均孔径が０．５〜５００μｍである
   請求項１に記載のカートリッジフィルタ。
3. （３）各ろ材層の空隙率が７０〜９３％である請求項１
   または２に記載のカートリッジフィルタ。