TW201210672A - Inertial filter and particle classification apparatus - Google Patents

Description

201210672 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種配置於流體通道内且藉由慣性碰撞 效應等而使流體中之粒子分級之慣性過濾器及具備該慣性 過濾器之粒子分級裝置。 【先前技術】 參照圖16對先前之慣性過濾器1 〇〇進行說明。先前之 慣性過濾器1 00係配置於流體通道内，可進行粒子分級者， 且具備圓柱狀之過濾器本體1 0 1。過濾器本體1 〇 1具備自流 體通過上游側朝向下游側方向貫通之剖面圓形之貫通孔 1 02。該貫通孔102係包含縮徑貫通孔102a，其係流體通過 上游側之内徑逐漸縮徑；及内徑固定之等徑貫通孔1 〇2b， 其係於下游側與該縮徑貫通孔1 〇2a連結。於該等徑貫通孔 102b内’填充有作為非壓縮性纖維之一例之金屬纖維1 〇3。 金屬纖維103係藉由省略圖示之機構而防止自等徑貫通孔 1 0 2 b朝向流體通過方向下方脫落。 該慣性過濾器1 00 ’係藉由省略圖示之泵之吸力，將慣 性過濾器100之内壓降至外壓以下，再藉由因兩壓力生成 之壓力差’而使貫通孔102内自圖中箭線A至箭線B方向 產生流體，從而使粒子分級。上述流體係於縮徑貫通孔丨〇2a 内速度上升，流入至等徑貫通孔1 〇2b内達到‘[·亙定。而且， 於等徑貫通孔102b内，包含於流體中之微粒子碰撞金屬纖 維103而被捕捉（捕獲）。 [先前技術文獻] 201210672 [專利文獻] [專利文獻1]日本特開2008-70222號公報 【發明内容】 [發明所欲解決之課題] 於上述慣性過濾器1 〇〇中，存在如下課題：第1，纖維 因空間密度分佈、定向、形狀並不固定，故難以獲得預期 之初始分級特性。又，第2，於等徑貫通孔1 〇2b内，不易 以均勻之密度填充金屬纖維103，故而，因等徑貫通孔丨〇2b 内之金屬纖維103之填充密度之不均勻而易於使分級特性 不均勻，從而難以穩定地進行分級。第3，於分級動作中， 藉由因受到氣流之壓力，而使金屬纖維1〇3沿流體通過方 向壓縮，使分級特性發生變化，最終，難以穩定地進行分 級。第4，於慣性過濾器清洗中，等徑貫通孔i 〇2b内之金 屬纖維103之空間密度可能產生變化，但此種變化難以定 量化’因此難以再利用該慣性過遽器。 因此’鑒於上述情況’本發明之課題在於提供一種慣 性過濾器’其係易於獲得預期之初始分級性能，且長期使 用過程中捕獲效率難以下降且可進行穩定之粒子分級。 [解決課題之技術手段] (1 )本發明之第1慣性過濾器，係設置於供包含奈米 粒子之流體通過之流體通道’藉由粒子慣性效應而捕獲該 流體通道内之奈米粒子，且該流體流速愈大捕獲粒徑愈小 之奈米粒子’其特徵在於： 該慣性過濾器，具備： 4 201210672 流罝调整嘴，係配置於該流體通道上游側，且具有於 該流體通過方向内徑縮徑之貫通孔，藉由該貫通孔之形態 來調整該流體通道内之流體流速；以及 粒子分級用薄片，係配置於較該流量調整嘴更靠流體 通道下游側且以一樣之排列形態具有用以藉由粒子慣性效 應而捕獲奈米粒子之複數個粒子分級孔，且具有大於該流 量調整嘴之貫通孔之下游側開口之薄片面積且該薄片以阻 塞該下游側開口整面之方式設置成在流體通過方向將該流 體通道分隔成2個之分隔壁狀； 可藉由將該流量調整嘴與該貫通孔之數量不同之其他 流量調整嘴替換組合而進行流量調整。 較佳為’該粒子分級用薄片於流體通過方向係以單一 之薄片構成。 較佳為’該粒子分級用薄片於流體通過方向係積層為 複數片。 較佳為，該粒子分級用薄片係以網眼狀之排列形態具 備多個貫通孔作為該粒子分級孔之薄片。 ^ ^ 較佳為，該粒子分級用薄片係線徑為5〜2〇 β m、網 眼為40〜3〇〇 # m之網眼狀薄片。 較佳為，將該粒子分級用薄片配置成可與纖維直徑、 網眼、空間率、空間形狀等不同之其他粒子分級用薄片替 換組合。 較佳為，將插裝間隔物插裝於複數個粒子分級用薄片 之流體通過方向間進行積層，且將該插裝間隔物配置成可 201210672 〃貫通孔之直徑不同之其他插裝間隔物替換組合。 句較佳為’可藉由將該粒子分級用薄片與至少纖維 徑、網眼、空間率 替換…間“間形狀不同之其他粒子分級用薄片 皙換組合而進行分級控制。 較佳A ’可藉由該粒子分級用薄片之積層片數控制而 進灯分級控制。 較佳為，可藉由該插裝間隔物之積層片數控制而進行 分級控制。 較佳為，可藉由使該插裝間隔物可與貫通孔之直徑不 同之其他插裝間隔物替換組合而進行流速調整。 較佳為，可藉由該插裝間隔物之間隔物厚度控制而進 行分級控制。 較佳為，可藉由該流量調整嘴之流路數量及與該流路 數量對應之插裝間隔物之貫通孔數量之控制而進行流量 整。 °° (2 )又，本發明之第2慣性過濾器，係設置於供包含 奈米粒子之流體通過之流體通道，藉由粒子慣性效應而捕 獲該流體通道内之奈米粒子，且該流體流速愈大捕獲粒徑 愈小之奈米粒子，其特徵在於： 該慣性過濾器，具備： 流量調整嘴，係配置於該流體通道上游側，且具有於 該流體通過方向内徑縮徑之貫通孔，藉由該貫通孔之形態 來調整該流體通道内之流體流速；以及 粒子分級用薄片’係配置於較該流量調整嘴更靠流體 201210672 通道下游側且以一樣之排列形態具有用以藉由粒子慣性效 應而捕獲奈米粒子之複數個粒子分級孔，且具有大於該流 里調整嘴之貫通孔之下游側開口之薄片面積且該薄片以阻 塞該下游側開口整面之方式設置成在流體通過方向將該流 體通道分隔成2個之分隔壁狀； 可藉由將該流量調整嘴與該貫通孔之縮徑率不同之其 他流量調整嘴替換組合而進行流體流速調整。 〃 。（3)又，本發明之粒子分級裝置，於流體通過方向上 游側配置填充有非壓縮性纖維之慣性過滤器用於去除粗粒 子，且於下游側配置本發明之第1、或第2慣性過遽器用於 進行奈米粒子分級。 再者’上述流體令包含液體、 欣體其他者，而並不限於氣 —藉由上述慣性過遽器捕獲乃至捕捉之粒子並不 液體…ΤΙ 子’可包含懸浮在其他溶劑例如 液體中次其他之中的粒子。又，分級之粒子並 =示樹脂微粒子、無機微粒子、金屬微粒子 子等。粒子之形狀並無特別限定。 陶是微粒 又，=二Γ厂堅縮性纖維較佳為可由金屬纖維構成。

^鐘 例如較佳為不鏽鋼纖維，並不P 於不鏽鋼纖維，亦可為t並不限疋 維中之1種以上之金屬纖1維、銅纖維、其他金屬纖 I縮性且高速氣流通過 2，非壓縮性纖維只要為非 並不限定於金屬纖維 4乎無體積變化之纖維即可， 201210672 [發明之效果：! 根據本發明，可提供一種初始分級特性優異，長期使 用過％中可穩定地進行粒子分級之慣性過濾器。 【實施方式】 以下’參照隨附圖式，對本發明實施形態之慣性過濾 器及具備該慣性過濾器之粒子分級裝置進行說明。於圖^ 中表示有上述粒子分級裝置之剖面構成。再者，於實施形 態中，懸浮成為分級對象之粒子之流體可包含氣體、液體、 及其他溶劑。圖i所示之粒子分級裝置卜係自箭線A所示 之流體通過方向上游側朝向下游側，具備作為践慣性過 濾器之粗粒子去除用慣性過遽器3、作為正式慣性過遽器之 奈求粒子分級用慣性過遽器5、及奈米粒子捕獲/裝置導入 粗粒子去除用慣性過遽器3,係包含圓柱狀板3a 柱狀板3a係包含縮徑貫通孔3b，其朝向流體通過方 該圓 内徑 逐漸縮徑，可使朝向此方向之流體流速加速；纟等徑貫通 孔3c，其連結於該縮徑貫通孔3b之下游側開口，且使内徑 朝向此方向固；t ’從而可使流體流速恆速化。而且，該粗 粒子去除用慣性過濾器3，係於該等徑貫通孔&内部作 為非壓縮性纖維，以緻密纏繞之狀態填充有即便高速氣流 通過亦幾乎無體積變化之金屬纖維，較佳為填丨SUS (不 乡，維3d °再者，作為金屬纖維，並不限定於sus纖 食亦可為選自铭纖維、銅纖維、及其他金屬纖維中之i 種以上之金屬纖維。又，只要為非壓縮性且即便高速氣流 201210672 通過亦幾乎無體積變化之纖維，則不限定於金屬纖維。 不米粒子分級用慣性過濾器5，係相對於粗粒子去除用 慣性過濾器3 ’連續配置於緊鄰流體下游側下方，且連結於 垓粗粒子去除用慣性過濾器3。奈米粒子分級用慣性過濾器 5,係包含内徑固定之圓筒狀板5a，其係外徑與粗粒子去除 用慣性過濾器3之外徑相同，且配置於上游側；及圓柱狀 板5 b，其係外徑與該圓筒狀板5 a之外徑相同，且於下游側 與圓筒狀板5a連結配置；藉此，於内部構成過濾器空間5c。 圓柱狀板5b係於該板中央形成有自流體通過方向上游側朝 向下游側内徑逐漸縮徑之縮徑貫通孔5d。而且，於縮徑貫 通孔5d之下端設置有内徑大於縮徑貫通孔5d之下游側開 口之内徑且直徑固定之等徑貫通孔5e，且於該等徑貫通孔 5e配置有粒子分級用薄片9。 該粒子分級用薄片9，係以均勻且緊密之排列形態例如 網眼狀具有圖1中省略圖示之奈米粒子分級用之多個孔， 且具有大於設置有該孔之位置上之流體通過面積之薄片面 積’於該例中具有大於縮徑貫通孔5d之流體通過下游側開 口之内徑之薄片面積，且，設置為其之—部分9&於流體通 過方向上將圖中箭線A所示之流體通道分隔成2個以進行 粒子分級之分隔壁狀。 奈米粒子捕獲/裝置導入部7，係包含内徑固定之圓筒 狀板7a，其係外徑與奈米粒子分級用慣性過濾器5之外押 相同，且配置於上游側；及圓柱狀板7b，其係外徑與該圓 筒狀板7a之外徑相同，且於下游側與圓筒狀板7a連結配 201210672 置；藉此，於内部構成捕獲空間7c^圓柱狀板7b係於該板 中央形成有I®性貫通孔7 d ’其係自流體通過方向上游側朝 向下游側，内徑逐漸縮徑；及内徑固定之等徑貫通孔7e， 其係連結於该縮徑貫通孔7 d，且’可將所捕獲之奈米粒子 導入至裝置内。於該裝置側中，可藉由如箭線A所示，利 用省略圖示之吸引泵吸引流體，而將流體排出。 於以上構成中’實施形態之粒子分級裝置1之特徵在 於，在奈米粒子分級用慣性過濾器5中，與如先前般將非 壓縮性纖維填充於等徑貫通孔内之構造不同，使用有包含 多個微小貫通孔之粒子分級用薄片9。 此處，參照圖2〜圖4B，對粒子分級用薄片9之構造 進行說明。該粒子分級用薄片9中之多個微小貫通孔係成 為網眼狀。此處，所謂網眼狀，可例示以下之薄片9a〜9e。 薄片9a係具有於特定之網眼d之狀態下自圖2A-1所 示之側面觀察由塑膠或金屬構成之特定線徑d之纖維丨1所 知之剖面，且藉由以自圖2A-2所示之平面觀察之平紋形狀 編織而形成有多個微小貫通孔9al。薄片9b係具有自圖2B_i 之側面觀察所得之剖面形狀，且藉由自圖2B_2所示之平面 觀察以斜紋形狀編織而形成有多個微小貫通孔9b i。 溥片9c ’係如圖3 A所示’相對於通常之薄片，藉由蝕 刻而形成有多個圓狀微小貫通孔9cl。薄片9d，係如圖3B 斤示’形成有多個長孔狀微小貫通孔9 d 1。薄片9 e，係如圖 3c所示’形成有多個方孔狀微小貫通孔9e 1。 該等貫通孔，勿庸置疑具有奈米粒子之分級所需之孔 10 201210672 徑。參照圖4A、圖4B對該情形進行說明，於圖4a中，表 示有線1 0a、1 Ob父叉形成為網眼狀之貫通孔！ 〇c。而且， 擴散過濾器與慣性過濾器之網眼狀，係如圖4B所示，擴散 過濾器為線1 〇a、1 Ob之線徑d = 20 // m左右，貫通孔1 〇c 之尺寸即網眼D=20 左右，流體過濾速度為〇 〇〇1〜 0.1 m/S。與此相對，慣性過濾器係線徑5〜20 M m，網 眼D = 40〜300 μ m，流體過濾速度為i〜1〇〇 m/s。再者， 所謂網眼係指可通過之球狀粒子之最大直徑，故對分級精 度而言重要的是網眼之均一性。若該網眼度處於上述範圍 内，則過濾器強度較高，又，壓力損失較少，可使流體流 量增多，故而較佳。 作為上述網眼狀之粒子分級用薄片，可例示尼龍網 眼 '聚酯網眼、聚丙烯網眼、鐵氟龍（註冊商標）網眼、 聚乙烯網眼，作為編織塑膠纖維而成者。又，可例示織入 有兔纖維之尼龍網眼、織入有碳纖維之尼龍網眼等由2種 以上之纖維編織之纖維。作為金屬纖維，可例示編織sus 等所得之網眼狀過濾器。又，亦可使用藉由對金屬膜進行 敍刻等而設置有多個微小貫通孔之金屬膜。 如上所述，網眼狀係於每一固定面積或者單位長度上 規則性地開設有複數個分級用微小貫通孔之形狀。而且， 於本實施形態中，粒子分級用薄片9具有大於縮徑貫通孔 5d之下游側開口之内徑之薄片面積’且於該縮徑貫通孔& 之下游側開口，僅設置其之一部分9a作為進行奈米粒子分 級之部分。因此’粒子分級用薄片9之外周部附近可能產 11 201210672 生之因網眼之磨損等而引起之微小貫通孔之不均勻性、或 粒子分級用薄片9之外周部與圓柱狀板5b之間隙等對該一 部分9a中之分級精度造成影響之情形變少。 於以上構成中，粗粒子去除用慣性過濾器3之縮徑貫 通孔3b係朝向流體下游側方向直徑不斷變小，故而，流體 於逐漸加速後，以恆定速度通過等徑貫通孔3c，且於該通 過時捕獲粗粒子。該等徑貫通孔3c成為金屬纖維3d呈現層 狀之過濾器構造，故可應用能夠用於氣體之流速及纖維直 徑之選擇之史托克數Stk、及貝克勒數p。史托克數係 表示金屬纖維構造之過濾器内粒子對氣體流動的追隨性之 無因次值❶省略其之方程式。史托克數stk與流速、粒子密 度成正比，且與粒徑之平方成正比，與纖維直徑成反比。 根據史托克數Stk之式，隨著氣體之流速變大，變得無 2自粒徑大之懸浮粒子起循序追隨氣體之運動，從而脫離 氣體流路，與金屬纖維產生碰撞。一面參考該史托克數 Stk，一面控制氣體之流速及選擇纖維直徑，藉此可選擇捕 獲目標之粒子之粒徑。於實施形態中’由於金屬纖維之纖 維直牷極小，因此，無需使流速變大至衝擊器程度。又， 金屬纖維不僅可藉由粒子之慣性而捕獲粒子而且亦可藉 由阻斷重力、靜電力、擴散等之捕獲機構而捕獲粒子。 貝克勒數Pe係表示藉由氣流運送粒子之效果與藉由擴 散運送粒子之效果之比例之數，其與流速、纖維直徑成正 比，且與擴散係數成反比。為了減少擴散之影響，而必需 使貝克勒數Pe變大。粒徑越小，則擴散係數越大，使得纖 12 201210672 維直徑選擇較小值，因Λ，可知較佳為提高流速 徑之選擇性。根據以上情況，可藉由任意地卿流速、\纖 維直徑等（具體而言，㈣地選擇粒子分級用薄片中之纖 維直徑、網眼、空間率及空間形狀中之至少一個），而利 用金屬纖維捕獲乃至分級目標粒子。 而且，於實施形態中，尤其可實現如下情形：藉由粗 子去除用償性過遽器3之等徑貫通孔化内之金屬纖維％ =填充量調整’而進行該粗粒子去除用慣性㈣器3之等 徑貫通孔3C内部之空隙度調整’以及藉由變更金屬纖維3d 之纖維直徑’而使等徑貫通孔3c内之氣流流通性不會大幅 :降’從而較小地抑制壓料。其結果，即便利用小型之 氣流吸引栗進行，』、内I 0；8 2丨 ___ 丁』机$及引，亦可獲得粗粒子去除所需之 粒子慣性效應。 又，可ϋ由作為實施形態之特徵之奈米粒+分級用慣 性過遽^ 5之粒子分級㈣4 9,而對奈米粒子進行分級， H粒子刀級㈣# 9呈網眼狀，故即便受到流體壓力作 用亦不會於流體通過方向上受到壓縮，又，藉由網眼狀而 使工間率工間形狀亦均一化，藉此，便可使分級特性清 晰。又，可使粒子分級用薄片9之填充度均一，故而不僅 易於控制刀級直徑，而且可藉由將粒子分級用薄片9積層 例如多層而容易於現場調整分級直徑。 又，由於幾乎不存在粒子分級用薄片9中之流體之流 通性低下之情形，故而，作 流量吸引，亦可一面將壓力 為吸引泵即便以小型者進行小 降抑制為較小，一面獲得奈米 13 201210672 粒子分級所需之粒子慣性效應。 使圖1所不之奈米粒子分級用慣性過濾器5之圓柱狀 板5b，如圖5之（al)、（M) ' (cl)中分別所示，作 為流量調整嘴13a〜i3c，可與其他流量調整嘴交換，從而 可進行"IL量調整。於各流量調整嘴i 3 a〜丨3 c各自之下端開 口側，分別配置有粒子分級用薄片15a〜15c。於該粒子分 級用薄片15a〜15c之外周配置有〇型環i7a〜17c，藉此， 圖中箭線所示之流體通道自外部得以密封。 於圖5之（a 1 )之具備流量調整嘴丨3 a之慣性過濾器 5a的情形時，縮徑貫通孔丨3a丨之每一流體通過方向單位長 度之縮徑率為普通之縮徑率，流體流速為基準流速。藉此， 當於圖5之（a2 )中，使橫軸取粒徑，使縱軸取捕獲效率時， 其捕獲特性由特性c 1表示。而且，於圖5之（b 1 )所示之 具備流量調整嘴1 3b之慣性過濾器5b之情形時，流量調整 嘴13b之縮控貫通孔13b 1之縮徑率變大，且流體流速變 大，因此，如圖5之（b2)所示，捕獲效率由效率ci變為 效率c2 ’ 50%阻斷（分級）直徑變小。又，於圖5之（ci ) 所示之具備流量調整嘴1 3c之慣性過濾器5C之情形時，流 量調整嘴13c之縮徑貫通孔13c 1之縮徑率變小，且流體流 速變小，因此，如圖5之（c2)所示，捕獲效率由效率cl 變為效率c3，分級直徑變大。 即，於使用流量固定之情形時’藉由將流量調整嘴與 流量調整嘴1 3a〜1 3c進行替換組合而階段性地變更分級直 徑，藉此可知粒徑分佈，又，即便連接於流量不同之裝置， 14 201210672 亦可藉由使流體通過速度恆定而使分級直徑固定。此情形 用於特定用途且分級直徑應固定之用途例如環境測定時較 為有效。 參照圖6A-1〜圖6Α-3對流量調整嘴之流量調整進行說 明，圖6Α-1所示之慣性過濾器25a係包含流量調整嘴19&、 粒子分級用薄片21a、及〇型環23a。於圖6A_2中表示有 流量調整嘴19a之表面，圖6a_3中表示有該流量調整嘴i9a 之背面。與此相對，圖6B_丨所示之慣性過濾器25b係包含 流量調整嘴19b、粒子分級用薄片21b、及〇型環23b。圖 6B-2係表示流量調整嘴19b之表面，圖6Β·3係表示該流量 凋整嘴1 9b之背面。再者，箭線係表示流體通過方向。 圖6A-1之慣性過濾器25a係流量調整嘴19&之縮徑貫 通孔270 i個，與之相比，_ _之慣性過渡器⑽係 流量調整嘴19b之縮徑貫通孔27b為複數個，故可使分級 特性保持值定，而更多地增加流量。 參照圖7對本發明之另一實施形態之粒子分級裝置進 行說明。於該粒子分級裝置29中，與圖i之粒子分級裝置 相同，具有粗粒子去除用慣性過滤器31、奈米粒子分級用 慣性過滤S 33、及粒子捕獲/裝置導入部35，而另一方面， 配置於奈米粒子分級用慣性過據器33之粒子分級用薄片37 係由複數個粒子分級用薄片37a〜37c積層而構成。而且， ^上所述，於構成粒子分級用薄片37a〜37e之積層構造之 情形時，若以…橫轴為粒子分級用薄片之積層片數且 縱軸為5〇%阻斷直徑（分級直徑）之分級特性所示之方式， 15 201210672 增加積層片數，則分級直徑變小，故可利用該情形，於現 場調整分級直徑。再者’ 39係奈米粒子分級用慣性過渡器 33之流量調整嘴。又’於圖7中’為了便於圖解，而使粒 子分級用薄片37之片數為3片，但並不限定於3片。 圖9A中表示奈米粒子分級用慣性過濾器41，圖9b中 表示其分解構成。該奈米粒子分級用慣性過濾器4丨係包含 流量調整嘴45 ’其可於過濾器箱43内部進行替換組合；複 數個粒子分級用薄片47a〜47c，其等係可替換組合；及複 數個插裝間隔物49a〜49c，其等係可替換組合。 粒子分級用薄片47a〜47c係具有特定之薄片厚度，並 且具有大於流量調整嘴45之下游側開口之圓形之面積的圓 形之薄片面積，且其中之一部分與流量調整嘴45之下游側 開口對向，並且插裝間隔物49a〜49c相對粒子分級用薄片 47a〜47c交替地積層，且分別形成有與粒子分級用薄片 〜47c為相同之圓形且面積相同，並且具有相同程度之間隔 物厚度，且直徑與流量調整嘴45之下游侧開口相同之貫通 孔50a〜50b。藉此，可藉由插裝間隔物49a〜49c之積層構 造之該等貫通孔50a〜50c之集合，而構成使流體流速恆定 之貫通孔。 根據以上情況’於圖9A、圖9B所示之奈米粒子分級 用慣性過+，構成各者之零件可進行替換組合，因 此’可藉㈣等之替換組合’而容易地控制流體流 制分級。 圖9B所示之奈米粒子分 參照圖10，對藉由在圖9 a、 16 201210672 級用慣性過濾器4 1中替換組合複數個粒子分級用薄片47a 4 7 c、與可替換組合之插裝間隔物4 9 a〜4 9 c而控制分級直 徑之例進行說明。於圖1 〇之（a丨）中表示具有3片粒子分 級用薄片47a〜47c、及3片插裝間隔物49a〜49c之慣性過 濾器5 1 ’於圖i 0之（a2 )中表示其分級特性c4。於圖i 〇 之（bl)中表示具有5片粒子分級用薄片47a〜47e、及4 片插裝間隔物49a〜49d之慣性過濾器53 ’於圖10之（b2) 中表不其分級特性C5。於圖1 〇之（c丨）中表示具有2片粒 子分級用薄片47a、47b、及2片插裝間隔物49a、49b之慣 性過濾器55，於圖1〇 ( C2 )中表示其分級特性c6。於圖1〇 之（d )中表示將粒子分級用薄片之片數作為橫軸且將分級 作為縱軸之分級直徑特性。如圖1〇之（d)所示，可知若 粒子分級用薄片之積層片數增加，則分級直徑變小。 參照圖11對藉由流量調整嘴及插裝間隔物來控制分級 直徑之例進行說明。於圖Π之（al)中表示具有賦予基準 流速之流量調整嘴45a、粒子分級用薄片47a〜47c、及插裝 間隔物48al〜48a3之慣性過濾器57。於圖11之（a2)中 表示有慣性過濾器57之分級特性c7。該分級特性c7，係由 流量調整嘴45a所具備之縮徑貫通孔5 la之流體通過方向上 之母一單位長度的直徑之縮徑率及插裝間隔物48al〜48a3 斤賦予者且將其稱為基準流體流速。而且，於圖1 1之（b 1 ) 中表示具有賦予大於基準流速之流速之流量調整嘴4 5 b、粒 子分級用薄片47a〜47c、及插裝間隔間48bl〜48b3之慣性 過濾器59。於圖11之（b2 )中表示慣性過濾器59之分級 17 201210672 特性c8。該流量調整嘴45b之縮徑貫通孔5ib之縮徑率較 大，且插裝間隔物48bl〜48b3之貫通孔徑較小，因此，流 體μ速大於上述基準流體流速，且流體中之奈米粒子之慣 性碰撞效應變大，其結果，該分級特性由特性c7變為特性 c8 ’從而可捕獲更小粒徑之奈米粒子。 於圖11之（c 1 )中表示具有賦予大於基準流速之流速 之流量調整嘴45c、粒子分級用薄片47a〜47c、及插裝間隔 物48cl〜48c3之慣性過濾器61。於圖π之（c2)中表示 慣性過濾器61之分級特性c9。該流量調整嘴4允之縮徑貫 通孔51c之縮徑率較小，且插裝間隔物“以〜“。之貫通 孔徑較大。因& ’流體流速小於上述基準流體流速，且流 體中之奈米粒子之慣性碰撞效應變小，其結果，該分級特 性由特性c7變為特性C9。 可由該等圖而清晰地獲知，可藉由流量調整嘴45a〜 45c及插裝間隔物48al〜48a3、48M〜48b3、Μ。〜判u 之替換組合’而控制分級直徑。 參照圖12,對藉由插裝間隔物來控制分級直徑之例進 仃說明。於圖12之（al )中表示具有賦予基準空間率之插 裝間隔物49al〜49cl之慣性過濾器63，於圖12之（a2) 中表不慣性過慮Is 63之分級特性c9。將該慣性過渡器63 之空間率作為基準空間率。將該慣性過濾器。之插裝間隔 物49al〜49cl各自之間隔物厚度設為例如t。整體而言， 藉由插裝間隔物49U〜49cl所構成之等徑貫通孔長度為孔 長3t。47a〜47c係為粒子分級用薄片。 18 201210672 而且，於圖12之（bl )中表示插裝間隔物49a2〜49c2 之慣性過濾器65，於圖12之（b2 )中表示慣性過濾器65 之分級特性c 1 〇。於該慣性過濾器65之情形時，插裝間隔 物49a2〜49c2各自之間隔物厚度為例如2t，藉此，與慣性 過濾器63相比，由插裝間隔物49a2〜49c2構成之等徑貫通 孔長度成為孔長6t。因此，空間率變大（填充度小），分 級特性係可捕獲更小粒徑之奈米粒子。 於圖12之（cl)中表示具有插裝間隔物49a3〜49c3 之慣性過濾器67，於圖12之（C2 )中表示慣性過濾器67 之分級特性c 1 1。於該慣性過濾器67之情形時，插裝間隔 物49a3〜49c3各自之間隔物厚度為例如〇 5t，藉此，與慣 性過濾器63相比，由插裝間隔物49a3〜49c3構成之等徑貫 通孔長度成為孔長1.51。因此，空間率變小（填充度大）。 可由該等圖明確地獲知，可藉由插裝間隔物之替換組合， 而以圖1 2之（a2 ) 、（ b2 ) 、（ C2 )所示之方式控制分級 直徑。 參照圖1 3 A-1〜圖1 3B-3，對藉由流量調整嘴及插裝間 隔物進行流量調整之例進行說明。圖13入_丨所示之慣性過 濾器69係包含流量調整嘴5〇a、粒子分級用薄片52&〜52卜 及插裝間隔物54al〜54cl。於圖13A_2中表示流量調整嘴 50a之俯視圖與後視圖，於圖13a_3中表示插裝間隔物54&ι 〜54c 1之俯視圖。流量調整嘴5〇a、粒子分級用薄片〜 52c、及插裝間隔物54al〜54cl係各自之與流體通過方向正 父之面内之外形尺寸相同。粒子分級用薄片52a〜52c係以 19 201210672 交替地由流量調整嘴50a與插裝間隔物54al〜54c]夾持之 狀態積層。於插裝間隔物54a 1〜54c 1，分別形成有直徑與 流量調整嘴50a之縮徑貫通孔70之下游側開口相同之單一 貫通孔70a〜70c，且該等單一貫通孔7〇a〜7〇c於相同位置 上，與流體通過方向A0疊合。 圖1 3B-1所示之慣性過濾器7】係包含流量調整嘴 5〇b'粒子分級用薄片52a〜52c、及插裝間隔物54a2〜 54c2。於圖13B-2表示流量調整嘴5〇b之俯視圖與後視圖， 於圖13B-3表示插裝間隔物54a2〜54c2之俯視圖。流量調 整嘴50b、粒子分級用薄片52a〜52c、插裝間隔物54a2〜 54c2係各自之與流體通過方向正交之面内之外形尺寸相 同。粒子分級用薄片52a〜52c係以交替地由流量調整嘴5〇b 與插裝間隔物54a2〜54c2夾持之狀態積層。於流量調整嘴 5〇b形成有複數個縮徑貫通孔7〇，於插裝間隔物Μ”〜 54c2，分別形成有與流量調整嘴5〇b之複數個縮徑貫通孔 70’各自之下游側開口對應且直徑與其相同之複數個貫通孔 70a〜70c，該等複數個貫通孔7〇a〜7〇c分別於相同之位置 上’在流體通過方向A1-A3上疊合。 圖1 3A-1所示之慣性過濾器69與圖1 3B-1所示之慣性 過濾器7 1，係流體通過方向上之貫通孔之數量不同，但可 使圖13A-1之慣性過濾器69之流體通過方向A〇上之流體 流速、與圖13B-1之慣性過濾器7丨之流體通道A1〜A3之 流體流速恆定且彼此相同，並使慣性過濾器71之流量更多 於慣性過濾器69之流量。 20 201210672 參照圖…對實施形態之慣性過滤器之實用例進 明於圖、'中表不橫轴取空氣力學直徑且縱軸取捕獲效率 之慣性過遽器之分級特性。cl2係理論值之分級特性，里 邊形♦&黑二邊形▲係具有5片粒子分級用薄片與 插裝間隔物之第i、第2慣性過攄器之分級特性，讀且： 5片粒子分級用薄片與2。片插裝間隔物之第3慣性過^ 之分級特性。Μ…、4.34、541(kpa)係各第i〜‘二 慣性過濾器之初始壓力損头 徑=165、160、130(⑽0 係各第1〜第3慣性過據器之分級直徑。又，流量係為15 升/分鐘。根據以上情形’判斷出實施形態之慣性過濾器， 係理論值與實驗值大致—致，且具有良好之分 ^ 性過濾器。 I價 參照圖15,表示作為製品之慣性過滤器。 U包含2個圓筒狀凹凸—對連接器8G、81，且藉由;^ 凸連接器80之前端凸部80a插入至另一凹連接器81 7而於内部構成箭線方向之流體通道。而且，成為如下構 k ·藉由於该狀態下自凸連接器8〇側將螺帽82旋入至 連接器81之外周碟热她0 η累方疋槽81 b，而由該螺帽82將兩連 80、81緊固。而且’構成為於凸連接器80之前端凸部8〇a 之内部設置有沿箭線方向縮徑之貫通孔議、複數個粒子分 級用薄片80C、及插裝間隔物_。 女以上說明，於本實施形態中’可提供如下之慣性過 滤器，其係如下慣性過遽器構成：包含以均勾之排列料 具有複數個粒子分級孔之粒子分級用薄片，且使該粒子； 21 201210672 級用溥片之面積大於設置有該粒子分級孔之位置上之流體 通過面積’並且設置為其之一部分於流體通過方向上將該 流體通道繼2個以進行粒子分級之分隔壁狀，因此， =在等徑貫通孔内填入有纖維之慣性過渡器不㈤，易於獲 =預期之初始分級性能，且長期使用過程中分級特性穩 疋。尤其可提供如下之慣性過濾器：不存在如以先前方式 在等徑貫通孔填人有纖維之情形般，@纖維之填充密度、 定向、空間形狀不均一而使初始分級特性難以控制之情 形’又，不存在於分級動作巾，因受到氣流之壓力，纖維 沿流體通過方向被壓縮而難以進行穩定之分級之情形， 又，由於自纖維改為薄片，故而，易於獲得過濾器清洗亦 變得容易且慣性過濾器之再利用亦變得容易等預期之初始 分級性能，且長期使用過程中捕獲效率難以下降可進行 穩定之粒子分級。 [產業上之可利用性] 本發明係作為配置於流體通道内且可藉由慣性碰撞效 應等而對流體中之粒子進行分級之慣性過濾器及具備該慣 陡過;慮器之粒子分級裝置尤為有效。 【圖式簡單說明】 圖1係表示具備本發明實施形態之慣性過遽器之粒子 分級裝置自側面觀察時之構成之圖。 圖2Α·1係本發明實施形態之慣性過濾器所具備之奈米 粒子分級用薄片的第1形狀例（平紋形狀）之主要部分放 大剖面圖。 22 201210672 圖2 A-2係本發明實施形態之慣性過濾器所具備之奈米 粒子分級用薄片的第1形狀例（平紋形狀）之主要部分放 大俯視圖。 圖2B-1係本發明實施形態之慣性過濾器所具備之$米 粒子分級用薄片的第2形狀例（斜紋形狀）之主要部分放 大剖面圖。 圖2B-2係本發明實施形態之慣性過濾器所具備之奈米 粒子分級用薄片的第2形狀例（斜紋形狀）之主要部分放 大俯視圖。 圖3 A係本發明實施形態之慣性過濾器所具備之奈米粒 子分級用薄片的第3形狀例（圓孔形狀）之主要部分放大 俯視圖。 圖3B係本發明實施形態之慣性過濾器所具備之奈米粒 子分級用薄片的第4形狀例（長孔形狀）之主要部分放大 俯視圖。 圖3C係本發明實施形態之慣性過濾器所具備之奈米粒 子分級用薄片的第5形狀例（方孔形狀）之主要部分放大 俯視圖》 圖4A係表示擴散過濾器與慣性過濾器各自之奈米粒子 分級用薄片之形狀之主要部分放大俯視圖。 圖4B係比較表示具有圖4A之構成之擴散過濾器與慣 性過濾器各自之奈米粒子分級用薄片之形狀之圖。 圖5係用於圖1之粒子分級裝置中所用的奈米粒子分 級用慣性過濾器中流量調整嘴之流速調整之說明之圖。 23 201210672 圖6A-1係圆1之粒子分級裝置中所用之第1奈米粒子 分級用慣性過濾器之剖面圖。 圖6A-2係第1奈米粒子分級用慣性過濾器之表面圖。 圖6A-3係第1奈米粒子分級用慣性過濾器之背面圖。 圖6B-1係圖1之粒子分級裝置中所用之第2奈米粒子 为級用慣性過遽之剖面圖。 圖6B-2係第2奈米粒子分級用慣性過濾器之表面圖。 圖6B-3係第2奈米粒子分級用慣性過濾器之背面圖。 圖7係具備經複數片積層之本發明實施形態之慣性過 濾器的粒子分級裝置之側視圖。 圖8係表示圖7之慣性過濾器之相對於片數之5〇%阻 斷直徑之圖。 圖9A係表示圊7之奈米粒子分級用慣性過濾器經分解 之狀態之外觀構成的立體圖。 圖9B係表示圖7之奈米粒子分級用慣性過濾器組裝後 之狀態下之剖面構成之圖。 圖W係用以說明在使用有圖7之慣性過濾器之粒子分 級裝置中替換組合粒子分級用薄片之積層片數時之粒徑與 捕獲效率之關係的圖。 圖11係用以說明在使用有圖7之慣性過渡器之粒子分 級裝置中替換組合流量調整嘴及複數個插裝間隔物時之粒 徑與捕獲效率之關係的圖。 園1 2係用以說明在使用有 -丨只丨土项媳裔 < 粒 級裝置中對複數個慣性過濾器替換組合其配置間隔時 24 201210672 徑與捕獲效率之關係的圖。 圖1 3 A-1係、於使用有圖7之償性過遽器之粒子分級束 置中使流量調整嘴與複數個插裝間隔物各自之貫通孔之形 狀乃至個數替換組合之慣性過濾器（其丨）之剖面圖。 圖13A-2係表示組裝於圖13A-1之慣性過濾器（其。 中之流量調整嘴之形狀的圖，左側為俯視圖，右側為背面 圖。 圖13A-3係組裝於圖Hi之慣性過遽器（其〇中之 插裝間隔物之俯視圓。 圖13B-1係於使用有圖7之慣性過濾器之粒子分級裝 置中使流量調整嘴與複數個插裝間隔物各自之貫通孔之形 狀乃至個數替換組合之慣性過濾器（其2)的剖面圖。 圖13B-2係表示組裝於圖13B-1之慣性過據_ (其2) 中之流董凋整嘴之形狀的圖’左側為俯視圖右側為背面 圖。 圖13B-3係組裝於圖13B-1之慣性過濾器（其2)中之 插裝間隔物之俯視圖。 圖14係以用於驗證本發明實施形態之慣性過濾器之過 濾器性能的橫軸為空氣力學直徑，以縱軸為捕獲效率之圖。 圖15係表示本發明實施形態之慣性過濾器之圖。 圖16係先前之慣性過濾器之側視圖。 【主要元件符號說明】 1 粒子分級裝置 3 粗粒子去除用慣性過濾器 25 201210672 5 奈米粒子分級用慣性過濾器 9 粒子分級用薄片 26

Claims (1)

1. 201210672 七、申請專利範圍： 1·一種慣性過濾器，係設置於供包含奈米粒子之流體通 過之流體通道’藉由粒子慣性效應而捕獲該流體通道内之 奈米粒子，且該流體流速愈大捕獲粒徑愈小之奈米粒子， 其特徵在於： 該慣性過濾器，具備： 流量調整嘴，係配置於該流體通道上游側，且具有於 該流體通過方向内徑縮徑之貫通孔，藉由該貫通孔之形態 來S周整該流體通道内之流體流速；以及 粒子分級用薄片，係配置於較該流量調整嘴更靠流體 通道下游側且以一樣之排列形態具有用以藉由粒子慣性效 應而捕獲奈米粒子之複數個粒子分級孔，且具有大於該流 罝凋整嘴之貫通孔之下游側開口之薄片面積且該薄片以阻 塞該下游側開口整面之方式設置成在流體通過方向將該流 體通道分隔成2個之分隔壁狀； 可藉由將該流量調整嘴與該貫通孔之數量不同之其他 流量調整嘴替換組合而進行流量調整。 2·如申請專利範圍第！項之慣性過滤器，其中，該粒子 分級用薄片於流體通過方向係以單一之薄片構成。 3·如申請專利範圍第1項之慣性m其中，該粒子 分級用薄片於流體通過方向係積層為複數片。 1項之慣性過濾器’其中，該粒子 排列形態具備多個貫通孔作為該 4_如申請專利範圍第 分級用薄片係以網眼狀之 粒子分級孔之薄片。 27 201210672 5·如申請專利範圍第4項之慣性過濾器，其中，該粒子 分級用薄片係線徑為5〜20 # m、網眼為40〜3〇〇 ΓΠ ^ 網眼狀薄片。 6. 如申請專利範圍第1項之慣性過濾器，其中，將兮救 子分級用溥片配置成可與纖維直徑 '網眼、空間 、 干、空間 形狀等不同之其他粒子分級用薄片替換組合。 7. 如申請專利範圍第1項之慣性過濾器，其中，將插穿 間隔物插裝於複數個粒子分級用薄片之流體通過方向間進 行積層，且將該插裝間隔物配置成可與貫通孔之直徑不同 之其他插裝間隔物替換組合。 8. 如申請專利範圍第7項之慣性過濾器其中，可藉由 將該粒子分級用薄片與至少纖維直徑 '網眼、空間率、空 間形狀不同之其他粒子分級用薄片替換組合而進行分級控 制。 9. 如申明專利範圍第7項之慣性過濾器，其中，可藉由 该粒子分級用薄片之積層片數控制而進行分級控制。 10. 如申請專利範圍帛7項之慣性過濾器，其中，可藉 由該插裝間隔物之積層片數控制而進行分級控制。 11 ·如申„青專利範圍第7項之慣性過濾器，其中，可藉 由使δ亥插裝間1¾¾物可* "S' iS t\ Ά1 /- 和初j與貫通孔之直杈不同之其他插裝間隔 物替換組合而進行流速調整。 1 2.如申4專利範圍第7項之慣性過渡器纟中，可藉 由該插裝間隔物之間隔物厚度控制而進行分級控制。 1 3.如申。奢專利範圍第7項之慣性過濾器其中，可藉 28 201210672 由5亥机里調整嘴之流路數量及與該流路數量對應之插裝間 隔物之貫通孔數量之控制而進行流量調整。 14. 一種慣性過濾器，係設置於供包含奈米粒子之流體 通過之流體通道，藉由粒子慣性效應而捕獲該流體通道内 之奈米粒子，且該流體流速愈大捕獲粒徑愈小之奈米粒 子’其特徵在於： 該慣性過濾器，具備： 流量調整嘴，係配置於該流體通道上游側，且具有於 該流體通過方向内徑縮徑之貫通孔，#由該I通孔之形態 來調整該流體通道内之流體流速；以及 、粒子分級用薄片’係配置於較該流量調整嘴更靠流體 通道下游側且以一樣之排列形態具有用以藉由粒子慣性效 應而捕獲奈米粒子之複數個粒子分級孔，且具有大於該流 1调整嘴之貫通孔之下游側開口之薄片面積且該薄片以阻 塞X下游側開口整面之方式設置成在流體通過方向將該流 體通道分隔成2個之分隔壁狀； 可藉由將該流量調整嘴與該貫通孔之縮徑率不同之其 他μ $ s周整嘴替換組合而進行流體流速調整。 •種粒子分級裝置，於流體通過方向上游側配置填 充有非壓縮性纖維之慣性過濾器用於去除粗粒子，且於下 游側配置申請專利範圍第1至14項中任一項之慣性過濾器 用於進行奈米粒子分級。 29