JPH059123B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、荷電微粒子を含むガス流から該微粒
子を除去する方法及びその装置、特に、 電子工業、薬品工業、食品工業、農林産業、
医療、精密機械工業等におけるクリーンルー
ム、クリーンブース、クリーントンネル、クリ
ーンベンチ、安全キヤビネツト、無菌室、バス
ボツクス、無菌エアカーテン、クリーンチユー
ブ等における空気、窒素、酸素等のガス流かか
ら荷電微粒子を除去する方法及びその装置、 煙道排ガスや自動車排ガスのような各種の工
業、産業から排出される微粒子含有ガスから荷
電微粒子を除去する方法及びその装置に関す
る。 〔従来の技術及びその問題点〕 従来、例えば室内の空気清浄方法或いはその装
置を大別すると、 (1) 機械的濾過方式（例えばHEPAフイルタ） (2) 静電的に微粒子の捕集を行なう高電圧による
荷電及び導電性フイルタによる濾過方式（例え
ばMESAフイルタ） があるが、これらの方法には夫々次のような欠点
があつた。 即ち、機械的濾過方式においては、空気の清浄
度（クラス）をあげるためには目の細かいフイル
タを使用する必要があるが、この場合圧損が高
く、また目づまりによる圧損の増加も著るしく、
フイルタ寿命も短かく、フイルタの維持、管理或
いは交換が面倒であるばかりでなく、フイルタ交
換を行う場合、その間作業をストツプする必要が
あり、復帰までには長時間を要しており、生産能
率が悪いいという欠点があつた。 また、空気の清浄度を上げる為に換気回数（フ
アンによる空気循環回数）を増加することも行わ
れているが、この場合動力費が高くつくという欠
点があつた。 また、従来のフイルタによる方法は微粒子の除
去だけを目的としているので、工業用クリーンル
ーム用としては使用できるが、フイルタには必ず
と言つてよい程ピンホールがあり、汚染空気の一
部がリークするため、バイオロジカルクリーンル
ームでの使用には限界があつた。 また、静電的に微粒子の捕集を行う方式におい
ては、予備荷電部に例えば15〜70kVという高電
圧を必要とするため、装置が大型となり、また安
全性、維持管理の面で問題があつた。 これらの問題点を解決するために本発明者は、
さきに紫外線、或いは放射線の照射によりガス中
の微粒子を荷電させた後捕集することにより空気
を清浄にする方法を提案したが（特願昭60−
18723号、特願昭61−85996号）、荷電した粒子の
捕集が十分に行なわれない場合があつた。 例えば荷電粒子状物質の捕集方法として集じん
板（集じん電極）を用いた場合、超微細な粒子例
えば0.5〓ｍ以下の微粒子の捕集効率が不十分で
あるばかりでなく、非定常運転時に捕集微粒子の
飛散が生ずる場合があつた。 〔発明の目的〕 本発明は、ガス流中の荷電粒子、特に荷電した
微粒子をも効率よく捕集しうる方法及びその装置
を提供することを目的とするものである。 〔発明の構成〕 本発明は、荷電微粒子を含含むガス流を、空〓
性高分子支持体にイオン交換体をグラフト重合に
より支持させたイオン交換フイルタに通ずること
により、更には微粒子を含むガス流に紫外線又は
放射線を照射することにより微粒子を予備荷電せ
しめた後前記イオン交換フイルタ上に通ずること
により荷電微粒子を該フイルタに捕集促せしめて
ガス流から荷電微粒子を除去する方法、及び、微
粒子を含むガス流吸入口からガス流排出口までの
ガス流路上に、少くとも紫外線又は放射線照射部
よりなる予備荷電部及び空〓性高分子支持体にイ
オン交換体をグラフト重合により支持させたイオ
ン交換フイルタを順次設けてなるガス流から荷電
微粒子を除去する装置である。 つぎに紫外線を照射して空気中の微粒子を荷電
させた後フイルタにより荷電した微粒子を捕集す
本発明の一実施例をクリーンルームに適用した例
を第１図を参照しながら説明する。 第１図において符号１はクリーンルーム、２は
外気導入管、３はプレフイルタ、４はクリーンル
ームからの空気取出し口、５はフアン、６は空気
調和装置、７はHEPAフイルタ、８はクリーン
ルーム内のフアン部、９は紫外線照射部、１０は
繊維状の高分子支持体にイオン交換体を支持せし
めたイオン交換フイルタ、１１はクリーンベン
チ、１２は可動シヤツター、１３は作業台を示
す。 クリーンルーム１内には、配管２から導入され
る外気の粗粒子をプレフイルタ３でで濾過した
後、タリーンルーム１の空気取出し口４から取り
出された空気と共にフアン５を介して空気調和装
置６にて温度及び湿度を調節した後、HEPAフ
イルタ７により微粒子を除去した空気が循環供給
されており、清浄度（クラス）10000程度に保持
されている。 一方、クリーンルーム１内のフアン部８、紫外
線照射部９、繊維状の高分子支持体にイオン交換
体を支持せしめたイオン交換フイルタ１０を設け
たクリーンベンチ１１内の作業台１３上は、高清
浄度（クラス１０）の無菌雰囲気に保持される。 即ち、クリーンベンチ１１においては、クリー
ンルーム１内の清浄度（クラス）10000程度の空
気がフアン部８のフアンにより吸引され、紫外線
照射部９で紫外線を照射することにより空気中の
微粒子は荷電されると共に、ウイルス、バクテリ
ヤ、酵素、かび等の微生物が殺菌・荷電された
後、フイルタ１０で荷電された微粒子を除去する
ことにより、作業台１３上は高清浄度に保持され
る。 なお、クリーンベンチ１１内の作業台１３への
器具、製品等の出し入れは、クリーンベンチ１１
に設けられた可動シヤツター１２により行なう。 予備荷電部である紫外線照射部を第２図に示
す。第２図において、符号８及び１０は第１図で
示したものと同じ意味を有し、符号２０はフアン
８で取り入れらた空気、２１は網状の光電子放出
材、２２は紫外線ランプ、２３はプレフイルタ、
２４は清浄になつた空気の流れを示す。 フアン８により取り入れられプレフイルタ２３
でろ過された空気２０中の微粒子は、紫外線ラン
プ２２から照射される紫外線により光電子放出材
２１から放出される光電子によつて効率良く荷電
される。ついで、繊維状イオン交換フイルタ１０
により荷電された粒子は効率よく捕集され清浄な
空気２４が得られる。 光電子放出材２１は、放射線又は紫外線照射に
より光電子を放出するものであれば何れでも良
く、光電的な仕事関数の小さいもの程好ましい。
効果や経済性の面から、Ba，Sr，Ca，Ｙ，Gd，
La，Ce，Nd，Th，Pr，Be，Zr，Fe，Ni，Zn，
Cu，Ag，Pt，Cd，Pb，Al，Ｃ，Mg，Au，In，
Bi，Nb，Si，T₁，Ta，Sn，Ｐのいずれか又は
これらの化合物又は合金が好ましく、これらは単
独で又は二種以上を複合して用いられる。複合材
としては、アマルガムの如く物理的な複合材も用
いうる。 化合物としては例えば酸化物、ほう化物、炭化
物があり、酸化物にはBaO，SrO，CaO，Y₂O₆，
Gd₂O₃，Nd₂O₃，ThO₂，ZrO₂，Fe₂O₃，ZnO，
CuO，Ag₂O，PtO，PbO，Al₂O₃，MgO，
In₂O₃，B₁O，NbO，BeOなどがあり、またほう
化物にはYB₆，GdB₆，LaB₆，CeB₆，，PrB₆，
ZrB₂などがあり、さらに炭化物としてはZrC，
TaC，，T₁C，NbCなどがある。 また、合金としては黄銅、青銅、リン青銅、
AgとMgとの合金（Mgが２〜20wt％）、CuとBe
との合金（Beが１〜10wt％）及びBaとAlとの合
金を用いることができ、上記AgとMgとの合金、
CuとBeとの合金及びBaとAlとの合金が好まし
い。酸化物は金属表面のみを空気中で加熱した
り、或いは薬品で酸化することによつても得るこ
とができる。 さらに他の方法としては使用前に加熱し、表面
に酸化層を形成して長期にわたつて安定な酸化層
を得ることもできる。この例としてはMgとAgと
の合金を水蒸気中で300〜400℃の温度の条件下で
その表面に酸化薄膜を形成させることができ、こ
の酸化薄膜は長期間にわたつて安定なものであ
る。 これらの材料の使用形状は、板状、プリーツ
状、網状等何れの形状でもよいが、紫外線の照射
面積及び空気との接触面積の大きな形状のものが
好ましく、このような観点からは網状のものが好
ましい。 紫外線の種類は、その照射により光電子放出材
が光電子を放出しうるものであれば何れでもよい
が、殺菌作用を併せてもつものが好ましい。適用
分野、作業内容、用途、経済性などにより適宜決
めることができる。例えば、バイオロジカル分野
においては、殺菌作用、効率の面から遠紫外線を
併用するのが好ましい。 イオン交換フイルタ１０は一定期間使用すると
目詰まりを生ずるもので、必要に応じカートリツ
ジ構造とし、圧力損失の検出により交換するよう
にすることにより長期間にわたつて安定した運転
が可能なる。 空気中の微粒子を荷電する方式として、紫外線
照射部に電場を形成しないで行う方方式について
説明して来たが、比較的高電圧を印加した電場に
おいて光電子放出材上に紫外線（又は放射線）を
照射することにより、光電子の放出並びに空気中
の微粒子の帯電をより効率的に行なうことができ
る。 次に、イオン交換フイルタについて詳しく説明
する。 イオン交換フイルタは、ガス流から荷電微粒子
を捕集しうる機能を有するものであればどのよう
なものでもよいが、ネツト状、織物状或いは繊維
状の空〓性高分子支持体上にイオン交換体をグラ
フト重合により支持させたものが用いられ、これ
らは周知の方法により適宜製造することができ
る。 イオン交換体としては、アニオン交換体或いは
カチオン交換体が使用できる。 支持体としては、ポリエチレン、ポリプピレ
ン、ポリブチレン、ポリブテン等の脂肪族系不飽
和炭化水素の重合体、ポリスチレン、ポリ〓−メ
チルスチレン等の芳香族系炭化水素の重合体、ポ
リビニルシクロヘキサン等の脂環式系炭化水素重
合体、あるいはこれらの炭化水素の共重合体、あ
るいは、ポリ四フツ化エチレン、ポリフツ化ビニ
リデン、エチレン−四フツ化エチレン共重合体、
四フツ化エチレン−六フツ化プロピレン共重合
体、フツ化ビニリデン−六フツ化プロピレン共重
合体等のフツ素含有不飽和炭化水素の重合体又は
その共重合体などが用いられる。 また、ポリビニルアルコール、ポリアミド、ポ
リエステル、セルロース、羊毛、絹あるいはこれ
らの混合物を用いることもできる。 これら支持体は、空〓性支持体として用いら
れ、その形状はガス流との接触面積が広く、か
つ、抵抗の少ない形状であればよく、例えば適宜
の薄膜状の布、好ましくはネツト状などの織物状
あるいは繊維状等、適宜の形状のものが用いられ
る。 空〓性支持体の空〓率は10〜95％好ましくは50
〜85％である。空〓性支持体の形状、厚さ、空〓
率は装置の形状、使用する材質、構造、期待する
効果等により適宜決めることが出来る。 本発明で使用しうるイオン交換体としては、特
に限定されることはなく、種々の陽イオン交換体
あるいは陰イオン交換体が使用される。 例えば、カルボキシル基、スルホン酸基、リン
酸基、フエノール性水酸基などの陽イオン交換基
含有交換体、第１級〜第３級アミノ基、第４級ア
ンモニウム基、スルホニウム基、ホスホニウム基
などの陰イオン交換基含有交換体、あるいは前記
陽及び陰両イオン交換器を含有する重合型または
縮合型の均質型または不均質型のイオン交換体が
挙げられる。 代表例としては、アクリル酸、メタクリル酸、
またはスチレン、ハロメチルスチレン、アシルオ
キシスチレン、ヒドロキシチレン、アミノスチレ
ン、ビニルベンゼンスルホン酸等のスチレン化合
物、ビニルピリジン、２−メチル−５−ビニルピ
リジン、２−メチル−５−ビニルイミダゾール、
アクリルニトリル、あるいは硫酸、クロルスルホ
ン酸、スルホン酸などの陽または陰イオン交換
基、またはこれに転換し得る基を有するモノマー
の重合体またはこれらのモノマーとジビニルベン
ゼン、トリビニルベンゼン、ブタジエン、エチレ
ングリコールジビニルエーテル、エチレングリコ
ールジメタクリレート、などの二個以上の二重結
合を有するモノマーとの共重合体、またはポリエ
チレン、ポリビニルフルオロカーボンエーテルも
しくはポリテトラフルオロエチレンにスチレンを
グラフト重合したポリマー等に夫々必要に応じて
陽および／または陰のイオン交換基を導入する
か、またはイオン交換基に転換してなるイオン交
換体、テトラフルオロエチレン、クロロトリフル
オロエチレンなどのビニルモノマーとイオン交換
基またはイオン交換基に変換しうる基を有するパ
ーフルオロビニルモノマーとのコポリマーからな
るイオン交換体がある。 支持体にイオン交換体を担持させる方法は、特
に限定されることはなく、周知の方法で実施しう
る。 例えば支持体に、紫外線または〓線、〓線、電
子線、〓線などの電離性放射線の照射、あるいは
酸素、オゾン、クロルスルホン酸、過酸化水素、
過酸化ベンゾイル、過酢酸などの酸化剤による処
理、またはこれらの２種以上の処理を行なつた後
モノマーをグラフトし、イオン交換体を担持させ
る方法、支持体（例えばポリエチレン）に電離性
放射線を照射した後、アクリル酸および／または
メタクリル酸の水溶液を反応させてグラフト重合
体を得、これを水酸化ナトリウム水溶液で処理す
る方法等が挙げられる。 別の方法として、支持体にイオン交換体との親
和性の大きい重合層（接着層）を介して、イオン
交換体を支持させる方法がある。この方法は、先
ず支持体に、イオン交換体との接着層を形成する
ためのモノマーをグラフト重合させる。接着層を
形成するためのモノマーは、その重合体がイオン
交換体に対して、大きい親和力乃至は接着性を有
するものが使用される。このようなモノマーとし
ては例えばプロピレンなどのオレフインモノマ
ー、塩化ビニルなどのハロゲン化ビニルモノマ
ー、スチレン誘導体、アクリロニトリルなどのニ
トリル基を有するモノマー、ブタジエンのような
ジエンモノマー、酢酸ビニル、アクリル酸エチル
のような酸エステル基を有するモノマーがある。 これらのモノマーを支持体に前述の電離性放射
線照射及び／又は酸化剤処理などの手段にてグラ
フト重合させる。即ち、支持体を予めこれら手段
にて前処理した後、上記グラフトさせるべきモノ
マー溶液を含浸させて重合させるか、或いは紫外
線、放射線の場合は支持体にモノマー溶液を含浸
させた状態で照射しても良い。次に、支持体に前
記イオン交換体を支持させる。この方法は、イオ
ン交換体の種類やその製造法などにより異なる
が、例えば次の様に行う。前記イオン交換体の原
料モノマー混合物をを重（縮）合する前に支持体
に含浸させ、含浸後に該モノマー混合物を重
（縮）合させるか、或いは予め部分的に重（縮）
合させた初期重（縮）合体をそのまま、又は必要
に応じて適宜の溶媒に溶解させて支持体に含浸さ
せ、含浸後に重（縮）合を完結させる。 この方法の特長は、支持体にはイオン交換体形
成モノマーと親和性の大きいグラフト重合物が存
在するので、モノマー混合物又はその初期重
（縮）合物によつて、支持体の接着層は、膨潤又
は溶解し、含浸が充分に行なわれる。この結果続
いて行われるモノマー混合物又はその初期重
（縮）合物の重合により、その重合物がグラフト
重合層を介して支持体と緊密に一体化した構造が
得られる。 支持体に含浸し重合させた重合物が、十分にイ
オン交換基を有しない場合は、続いて周知の手段
により陽又は陰イオン交換基が導入され、イオン
交換フイルタが得られる。 この様にして、イオン交換フイルタが製造さ
れ、繊維状又は織物状のアニオン交換フイルタ及
びカチオン交換フイルタが得られる。 使用するアニオン交換フイルタ及びカチオン交
換フイルタの種類、充填量、及びその比率は、ガ
ス流中荷電微粒子の荷電状態や濃度等により適宜
決めすることが出来る。 例えば、アニオン交換フイルタは負荷電の微粒
子の捕集に、又カチオン交換フイルタは正荷電の
微粒子の捕集に効果的である。又、充填量やその
比率は、荷電微粒子の濃度、濃度比率に対応して
見合う量を、装置の形状、構造、圧損等を考慮
し、適宜決めれば良い。例えば微粒子が予備荷電
により、負荷電を帯びており、又、元来空気中に
正荷電の微粒子があることからアニオン交換フイ
ルタ８０（Ｖ／Ｖ％）、に対しカカチオン交換フ
イルタ２０（Ｖ／Ｖ％）の割合で充填されたもの
を用うればよい。 図面に関する説明では、予備荷電部後流のフイ
ルタ１０のみにイオン交換フイルタを使用する方
式を説明したが、予備荷電部入口の粗フイルタ２
３にも同様に使用出来ることは言うまでもない。 実施例 下記の手段で製造した繊維状のイオン交換フイ
ルタを用い第２図に示した空気清浄器を用い第２
図に示した空気清浄器を用いて試験した。 ただし、 紫外線光源；水銀−キセノンランプ 光電子放出面；黄銅 充填割合；アニオン交換フイルタ70％：カチオ
ン交換フイルタ30％（フイルタは繊維状であ
る） 発生微粒子は、煙草の煙（平均粒径0.3〜0.4〓
ｍ）を用い、適宜清浄空気で希釈し10／minで
吸引して、入口（粗フイルタ後方）及び出口（イ
オン交換フイルタ後方）で粒子測定器を用い濃度
を測定した。結果を下記表−１に示す。

〔発明の効果〕

１ 荷電粒子の捕集方法として、イオン交換フイ
ルタを用いたことで、 ガス流中の荷電粒子を効率良く捕集するこ
とが出来た。 捕集粒子の再飛散が無くなり、定常運転状
態が長期間にわたり保持出来た。 ２ イオン交換フイルタの形状をネツトなどの織
物状又は繊維状にしたことで、 抵抗が少ない、実用的なアニオン交換フイ
ルタ、カチオン交換フイルタが得られた。 ３ 紫外線照射又は放射線照射法により予備荷電
を行い、後流でイオン交換フイルタで荷電粒子
を捕集することで、 ガス流中の粒子は、後流への流出が実質的
に無視できる位、高効率で捕集され、超清浄
度のガス流が得られた。 各分野、用途への適用が出来、特に、従来
法では限界、かつ困難のあつたクリーンルー
ム関連、なかでもバイオクリーンルーム関連
へ有効な設備が供給できた。 ４ アニオン交換フイルタ及びカチオン交換フイ
ルタを粒子の荷電状態等により、適宜使い分
け、又組合せて使用出来るので、目的に応じた
最適な捕集方法、装置が供給出来た。 ５ 予備荷電しない、流路で、イオン交換フイル
タを用いることで、（予備荷電部前流で、プレ
フイルタとして用いることで）、 後流の予備荷電部の負荷が減少し、保守管
理、が容易となり、連続運転がより長期に行
えた。 以上により、紫外線照射方式及び放射線照射方
式の適用分野、用途が広がつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明をクリーンルームに適用した例
を説明するための図面、第２図は予備荷電部をよ
り詳しく説明するための図面である。 １……クリーンルーム、６……HEPAフイル
タ、８……フアン部、９……紫外線照射部、１０
……イオン交換フイルタ、１１……クリーンベン
チ、１３……作業台、２１……光電子放出材、２
２……紫外線ランプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 荷電微粒子を含むガス流を、空〓性高分子支
   持体にイオン交換体をグラフト重合法により支持
   されたイオン交換フイルタに通ずることを特徴と
   する荷電微粒子を含むガス流から荷電微粒子を除
   去する方法。 ２ ガス流中の微粒子に予備荷電を行なつた後イ
   オン交換フイルタに通ずる特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ３ 紫外線又は放射線を照射することにより予備
   荷電を行なう特許請求の範囲第２項記載の方法。 ４ 予備荷電を電場で行なう特許請求の範囲第３
   項記載の方法。 ５ イオン交換フイルタが織物状又は繊維状のも
   のである特許請求の範囲第１項乃至第４項の何れ
   か１つに記載の方法。 ６ 荷電微粒子を含むガス流吸入口からガス流排
   出口までのガス流路上に、少くとも紫外線照射部
   又は放射線照射部よりなる予備荷電部及びイオン
   交換フイルタを順次設けてなるガス流から荷電微
   粒子を除去する装置。 ７ 予備荷電部に電場を設けるようにしてなる特
   許請求の範囲第６項記載の装置。