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発明の名称 繊維状活性炭フィルター
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−52616
公開日 平成10年(1998)2月24日
出願番号 特願平9−136467
出願日 昭和63年(1988)12月23日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】杉谷 勉
発明者 長浜 純 / 中東 義貴 / 前田 武士 / 宮田 一久 / 伊達 利夫 / 松下 保夫
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 開口率80%以上の網目を有する網の両側それぞれに通気性を有するように繊維状活性炭を配し、前記両繊維状活性炭の少なくとも一方の一部の繊維を、前記網の網目を通して他方側の繊維状活性炭に絡み付かせてフィルター材を構成し、上端側を平坦な底面にした有底筒状の凸部を備えた下側凸状部材と、中空筒状の凸部を備えた上側凸状部材とに対し、所定間隔を隔てた状態の両凸部にわたって、通気可能に芯材を連接し、両凸部の外周面と前記芯材の外周面を筒状に被覆するように前記フィルター材を巻き付けてあることを特徴とする繊維状活性炭フィルター。
【請求項2】 請求項1に記載の芯材が筒状の金網である繊維状活性炭フィルター。
【請求項3】 請求項1または請求項2に記載のフィルター材の上下両端縁側それぞれを両凸部の外周面に締め付け材で縛り付けてある繊維状活性炭フィルター。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、繊維状活性炭製のフィルター材を用いた繊維状活性炭フィルターに関する。
【0002】
【従来の技術】繊維状活性炭製のフィルター材としてのフェルト加工品(以下、フィルター材と称する)を得る場合、従来一般に、各種の合成繊維や天然繊維などを反毛式カード機およびニードルパンチ機によって処理し、必要な引張強度を備えた各種フェルトを作成している。
【0003】ところが、例えば、繊維状活性炭の場合は、その原料繊維の伸度が 5%未満であるといったように、繊維状活性炭における原料繊維の伸度が小さく、前述の従来方法と同じようにしてフェルト加工を行っても、その製造されたフェルトにおいて引張強度が不足し、二次加工などによる実用化が困難であった。そこで、従来では、ポリエステルやアラミド系繊維のように、 5〜15%の伸度を有する繊維を補強用として混合してフィルター材を作成していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、所定の引張強度を備えさせるためには、得られるフィルター材の総重量の20%以上、補強用の繊維を混合する必要がある。そのため、繊維状活性炭の含有重量が80%未満になってしまい、補強に起因して繊維状活性炭の含有重量が減少するとともに、得られたフィルター材において、外表面に占める繊維状活性炭の割合も減少し、繊維状活性炭が持っている本来の機能性が低下する問題があった。
【0005】また、上述問題を解消するものとして、実開昭54−139782号公報に、有機質繊維層と繊維状活性炭による活性炭素繊維層とをニードルパンチによって結合した活性炭素繊維構造体が開示されているが、有機質繊維層で補強するためには、所定の厚みの有機質繊維層を必要とし、それらの活性炭素繊維構造体を通気する場合に、補強のための有機質繊維層自体での圧力損失が大きく、フィルターとして使用するときに、繊維状活性炭の吸着能力を十分活かすことができない欠点があった。
【0006】本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項1に係る発明は、繊維状活性炭の機能性を低下させないようにするとともに圧力損失を減少させずに、また、再生処理を水蒸気雰囲気下で行うような場所にも、フィルター材の縮み変形による影響少なく好適に使用できる繊維状活性炭フィルターを提供できるようにすることを目的とし、また、請求項2に係る発明は、フィルター材の保形性を向上できるようにすることを目的とし、また、請求項3に係る発明は、再生処理を水蒸気雰囲気下で行う際のフィルター材のずれ落ちを良好に防止できるようにすることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明の繊維状活性炭フィルターは、このような目的を達成するために、開口率80%以上の網目を有する網の両側それぞれに通気性を有するように繊維状活性炭を配し、両繊維状活性炭の少なくとも一方の一部の繊維を、網の網目を通して他方側の繊維状活性炭に絡み付かせてフィルター材を構成し、上端側を平坦な底面にした有底筒状の凸部を備えた下側凸状部材と、中空筒状の凸部を備えた上側凸状部材とに対し、所定間隔を隔てた状態の両凸部にわたって、通気可能な芯材を連接し、両凸部の外周面と芯材の外周面を筒状に被覆するようにフィルター材を巻き付けて構成する。
【0008】網としては、ポリエステル、アクリル、ポリプロピレンなどのプラスチック製のネット状成形品や、金網のような金属製のネット状成形品、炭素繊維製のネット状成形品、更には、ガラス繊維製のネット状成形品などが使用でき、プラスチック製のネット状成形品の場合であれば、得られるフィルター材を使用する雰囲気に適した材質を選択して使用することにより、腐蝕損傷を防止できる利点があり、一方、金属製のネット状成形品の場合であれば、強度を要求される箇所とか高温雰囲気下において、耐久性高く好適に使用できる利点があり、また、炭素繊維製のネット状成形品は強度が高く、耐熱性および耐薬品性が有る。また、ガラス繊維製のネット状成形品の場合であれば、腐食損傷も無く、かつ、水蒸気雰囲気下でも縮み変形を生じること無く良好に使用できる利点がある。
【0009】繊維状活性炭としては、ピッチ系やポリアクリロニトリル(PAN)系、セルロース系などの各種の繊維状活性炭が使用できる。
【0010】また、請求項2に係る発明の繊維状活性炭フィルターは、前述のような目的を達成するために、請求項1に係る発明の繊維状活性炭フィルターにおける芯材を筒状の金網で構成する。
【0011】また、請求項3に係る発明の繊維状活性炭フィルターは、前述のような目的を達成するために、請求項1または請求項2に係る発明の繊維状活性炭フィルターにおけるフィルター材の上下両端縁側それぞれを両凸部の外周面に針金で縛り付けて構成する。
【0012】
【作用】請求項1に係る発明の構成によれば、網を、両側から繊維状活性炭によって挟み、一方側の繊維状活性炭の繊維の一部を、あるいは、両側の繊維状活性炭それぞれの繊維の一部をニードルパンチ機などにより網目を通して他方側に移動させ、他方側の繊維に絡ませ、網を介して繊維状活性炭を補強保持してフィルター材を構成する。
【0013】このフィルター材を、上側凸状部材の中空凸部と下側凸状部材の有底凸部とにわたって連接された筒状の金網に巻き付け、フィルター材、金網、その金網内の筒状空間、中空凸部にわたって通気路を形成してフィルターを構成し、これにより、塗装工場等の排気ガス中に含まれる有機溶剤ガスや空気中の悪臭成分などを吸着したり、また、その吸着物を加熱水蒸気によって脱着したりすることができる。
【0014】また、請求項2に係る発明の構成によれば、両凸部と筒状の金網の外周面にフィルター材を密着させて筒状に保形することができる。
【0015】また、請求項3に係る発明の構成によれば、フィルター材の上下両端縁側を両凸部の外周面に、針金や細幅の金属製バンドなどの締め付け材で保持し、加熱水蒸気の吸収などによりフィルター材の重量が増大しても、そのずれ落ちを防止できる。
【0016】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。先ず、本発明に係る繊維状活性炭フィルターに使用するフィルター材について説明する。
【0017】フィルター材の実施例1図1は、フィルター材の一部展開斜視図であり、ポリプロピレン製の網(日本石油化学株式会社製CONWEDネット、型番OV3018、試料サイズ50mm×100mmで、JIS L1096に準拠して測定した公称引張強度が縦方向17kg、横方向14kg)1の両側に、目付け量150g/m2 (両側で300g/m2) 、比表面積が2000m2/gのピッチ系繊維状活性炭不織布2a,2bが配設され、その一方側のピッチ系繊維状活性炭不織布2aの一部の繊維が、網1の網目3…を通して他方側のピッチ系繊維状活性炭不織布2bに絡み付かされ、フィルター材Aが構成されている。
【0018】前記ピッチ系繊維状活性炭不織布としては、比表面積が 500〜2500m2/gのものが使用でき、また、ピッチ系に限らず、ポリアクリロニトリル(PAN)系、セルロース系などの各種の繊維状活性炭が適用でき、そして、片面それぞれにおいて、単位面積当り目付け量で50〜 200g /m2の繊維状活性炭で構成される。
【0019】前記網1としては、厚みが 0.2mm程度で、単位面積当りに占める網目3の開口面積の合計の割合(以下、開口率と称する)が、約80%以上のもの、好ましくは95%以上のものが使用される。なお、開口率の上限値は、用途に応じて要求される強度を考慮して設定すれば良い。
【0020】次に、上記フィルター材Aの製造方法につき、図2の側面図を用いて説明する。
【0021】(イ)先ず、図2の(a)に示すように、水平コンベア4上に網1の端部を載置し、その網1を搬送しながら、その上方に設けられた反毛式カード機5を構成するレーキ状回転体6によって繊維状活性炭7を網1上に分散供給する。
【0022】(ロ)網1上に繊維状活性炭7を載置した状態で、水平コンベア4から上昇コンベア8を介してニードルパンチ機9に搬送供給し、針10…を突き刺す、いわゆるニードリングによって繊維状活性炭不織布2aの繊維の一部を、網1の網目3…を通して突出させ、しかる後に、巻き取りロール11に巻き取り、網1の片面側に繊維状活性炭不織布2aを備えた片面フィルター材Bを得、前段の工程を終了する。
【0023】(ニ)前述と同じ装置を用い、図2の(b)に示すように、上昇コンベア8の搬送始端側に設けられた繰り出しロール12に、前段の工程で得た片面フィルター材Bを収容しておき、水平コンベア4を駆動しながら、上方から反毛式カード機5によって繊維状活性炭7…を分散供給する。
【0024】(ホ)繊維状活性炭7…を水平コンベア4から上昇コンベア8に受け渡して上方に搬送しながら、繰り出しロール12から、それに巻かれた片面フィルター材Bを、網1側が下側になる状態で上昇コンベア8の繊維状活性炭7…上に繰り出し供給する。
【0025】(ヘ)上昇コンベア8からニードルパンチ機9に搬送供給し、前述の場合と同様にして、再度、ニードリングによって繊維状活性炭不織布2aの繊維の一部を、網1の網目3…を通して突出させ、網1の下方の繊維状活性炭不織布2bの繊維に絡み付かせ、両繊維状活性炭不織布2a,2bを網1に一体化して巻き取りロール11に巻き取り、網1の両面側それぞれに繊維状活性炭不織布2a,2bを備えたフィルター材Aを得、後段の工程を終了し、これによって、網で補強された、補強された繊維状活性炭フィルター材の製造を完了する。
【0026】上記のものでは、前段の工程と後段の工程とを、同じ装置を用いて行うようにしているが、例えば、一方の装置を水平コンベア4上などに設け、それによって得られる片面フィルター材Bを他方の装置に供給し、フィルター材Aを連続的に製造するように構成しても良い。
【0027】また、例えば、繰り出しロール12を水平コンベア4の搬送始端側に設け、水平コンベア4に、網1が上になる状態で片面フィルター材Bを供給し、その網1上に繊維状活性炭7…を分散供給するように構成し、ニードルパンチ機9によって、先にニードリングを行った繊維状活性炭不織布2aとは別の繊維状活性炭不織布2bに対してニードリングを行い、両繊維状活性炭不織布2a,2bそれぞれの一部の繊維どうしを互いに絡み付かせるようにしても良い。
【0028】フィルター材の比較例1目付け量 300g /m2のピッチ系繊維状活性炭 100%を用いてフィルター材を作成した。
【0029】フィルター材の比較例2先に従来例で例示したポリエステル繊維を20%混合した目付け量 300g /m2のものを用いてフィルター材を作成した。
【0030】上記実施例1(表中の■)、比較例1(表中の■)および比較例2(表中の■)それぞれのフィルター材を用い、引張強度およびトルエン吸着能それぞれについて比較実験したところ、表に示す結果を得た。
【0031】引張強度は、JIS L1096に準拠して試料サイズ50mm×100 mmで測定した。トルエン吸着能(g /g )は、溶剤蒸気吸着性能試験装置を用い、JIS K1474に準拠して測定した。
【0032】
【表1】

【0033】上記結果から、本発明の実施例1のフィルター材Aによれば、比較例1および比較例2それぞれのフィルター材に比べ、引張強度およびトルエン吸着能のいずれにおいても優れ、しかも、フェルト加工をしない繊維状活性炭と同じトルエン吸着能が得られており、本来の機能性のひとつである溶剤吸着性能を全く低下せずに引張強度を向上できることが明らかであった。
【0034】フィルター材の実施例2前述実施例1のポリプロピレン製の網に代えて、厚みが 0.2mmで、空間率が95%のガラス繊維製ネット状成形品(倉敷紡績株式会社製クレネット、型番G3380、試料サイズ 100mm×100 mmで、JIS L1096に準拠して測定した公称引張強度が縦方向75kg、横方向72kg)を用いた。
【0035】前述実施例1および実施例2のフィルター材それぞれを、試料サイズ 100mm×100mm にして乾燥炉内に入れ、温度 120℃の高温雰囲気下で 1時間加熱保持してサイズの変化を求めたところ、実施例2のフィルター材では縮み変形が見られなかったが、実施例1のフィルター材では、縦方向で 7%、横方向で 3%の縮みが見られた。
【0036】この結果から、網をガラス繊維製のネット状成形品で形成することにより、耐熱性に優れた補強された繊維状活性炭フィルター材を得られることが明らかである。
【0037】フィルター材の実施例3網1の片面側に、比表面積が 700m2/gのピッチ系繊維状活性炭不織布2aを配してニードリングを施した後、他方側に、比表面積が1500m2/gのピッチ系繊維状活性炭不織布2bを、前記のものの 2/3の重量分だけ配し、ニードリングを施してフィルター材Aを作成した。
【0038】この実施例3のフィルター材によれば、全体としての比表面積は約1000m2/gでありながら、一方側のピッチ系繊維状活性炭不織布2aにおける細孔半径は小さくて吸着力を大きくでき、低濃度の溶剤ガスをも良好に吸着でき、それに対して他方側のピッチ系繊維状活性炭不織布2bにおける細孔半径は大きくて吸着量を大にでき、高濃度の溶剤ガスを多量に吸着でき、吸着しようとする溶剤ガスの濃度のいかんにかかわらず、溶剤ガスを良好に吸着できる利点を有している。
【0039】実施例3のフィルター材を用い、天然ガス(都市ガス)中の付臭成分であるジメチルサルファイドを濃度2ppmで流し、その破過吸着量を測定したところ、 9.1mg/gであり、例えば、細孔半径の小さい比表面積が 700m2/gのピッチ系繊維状活性炭不織布の場合には破過吸着量が 7.5mg/gであるのに対し、それよりも比表面積が大きいにもかかわらず破過吸着量を増大でき、全体として良好な吸着性能を得られることが明らかであった。
【0040】実施例3においては、吸着しようとする溶剤ガスの性状に応じて、網1の一方側のピッチ系繊維状活性炭不織布2aと他方側のピッチ系繊維状活性炭不織布2bとの比表面積を互いに異ならせるようにすれば良く、また、得ようとする全体としての比表面積に応じて、両者の重量比を調整すれば良い。
【0041】この実施例3に使用する網1としては、プラスチック製、金属製、炭素繊維製、ガラス繊維製いずれのネット状成形品であっても良い。
【0042】次に、実施例1のフィルター材Aを用いて溶剤吸着装置を構成する場合に、上述高温雰囲気下での縮み変形による性能低下を防止できるように構成した本発明に係る繊維状活性炭フィルターについて説明する。
【0043】図3は、繊維状活性炭フィルターを構成する円塔状部材の全体正面図、図4は、繊維状活性炭フィルターの全体正面図、図5は、繊維状活性炭フィルターの全体縦断面図である。
【0044】鋼板またはステンレス鋼板により形成した下側凸状部材13の凸部13aの上面と、鋼板またはステンレス鋼板により形成した上側凸状部材14の凸部14aの下部とにわたり、筒状に形成した芯材としての金網15が溶接によって連接され、両凸部13a,14aおよび金網15それぞれの外周面全面を被覆するように、前記フィルター材Aが巻き付けられ、溶剤回収のための加熱水蒸気の供給に起因して網1が縮み変形し、フィルター材Aの上下幅が短くなってフィルター材Aと下側凸状部材13および上側凸状部材14それぞれの平板部分との間に隙間を生じたとしても、その隙間から溶剤が洩れて吸着不良を生じることを両凸部13a,14aによって防止できるように構成されている。芯材としては、上述のような筒状の金網15に限らず、例えば、両凸部13a,14aに周方向に所定間隔を隔ててロッドを連接するなど、各種の構成が採用できる。
【0045】また、フィルター材Aの上下それぞれにおいて、針金16により両凸部13a,14aに縛り付けられており、溶剤回収のために供給される加熱水蒸気をフィルター材Aが吸収し、その重量増大に起因してフィルター材Aがずれ落ち、フィルター材Aの上端と上側凸状部材14との間に隙間を生じ、その隙間から溶剤が洩れて吸着不良を生じることをより良好に防止できるように構成されている。
【0046】下側凸状部材13の凸部13aは、有底筒状体を逆向きにして上端側が平坦な底面になるように構成され、加熱水蒸気による処理に際し、水滴が溜まることを防止できるように構成されている。
【0047】一方、上側凸状部材14の凸部14aは、中空筒状体で構成され、フィルター材Aと金網15と上側凸状部材14の凸部14a内空間とを通じて処理ガスや水蒸気が流されるようになっている。
【0048】上記構成の繊維状活性炭フィルターを水槽中に浸漬し、上側凸状部材14に配管を介してエアーポンプを連通接続し、繊維状活性炭フィルター内にエアーを供給したところ、フィルター材Aの全面から気泡が発生し、フィルター材Aの上下端それぞれからの洩れが無いものであった。
【0049】また、水中より取り出して、24時間静置したが、フィルター材Aのずれ落ちは生じなかった。更に、上記繊維状活性炭フィルターを溶剤吸着装置に組み込み、濃度が2000ppm のフロンガス含有ガスをブロアーによって 3m3/min供給したが、出口側においてフロンガスは検知されず、フィルター材Aによって良好に吸着されていることが明らかであった。
【0050】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項1に係る発明によれば、繊維状活性炭で網を挟み、その網目を利用して繊維状活性炭を補強保持するから、得られたフィルター材の外表面のすべてに繊維状活性炭を露出させることができ、補強構成に影響されること無く、繊維状活性炭が本来的に持っている機能を 100%発揮させることが可能になった。
【0051】そのうえ、網に、開口率80%以上の網目を備えさせるから、溶剤吸着装置などに使用する場合において、その通気に伴う圧力損失を減少でき、繊維状活性炭の吸着能力を十分発揮させることができるようになった。
【0052】また、繊維状活性炭は炭素繊維の表面に微細な孔を有しており、その強度が非常に弱いため、丁寧に取り扱わないと、破れなどの損傷を生じやすいが、本発明によると、その一部の繊維の絡み付きにより、網によって補強するから、得られたフィルター材全体としての強度が高くて容易に取り扱うことができるとともに、縮み変形を抑えることができる。しかも、両凸部の外周面と芯材の外周面を筒状に被覆するようにフィルター材を巻き付けるから、加熱水蒸気などに起因して網の上下幅が短くなっても、フィルター材の上下両端縁が両凸部の外周面に接する状態で移動するだけであり、吸着不良の発生を良好に防止できる。また、網をガラス繊維で形成する場合には、溶剤吸着装置などに組み込み、加熱水蒸気の雰囲気下に曝して、溶剤の回収と再生とを行うときに、金属製の網のような腐食損傷を回避でき、また、プラスチック製の網のような縮み変形をも回避でき、その吸着性能を長期にわたって良好に発揮でき、耐久性に優れた繊維状活性炭フィルターを提供できる。
【0053】また、請求項2に係る発明によれば、両凸部と筒状の金網の外周面にフィルター材を密着させて筒状に保形できるから、保形性を向上できて使用に伴う変形を抑えることができ、吸着性能および耐久性を一層向上できる。
【0054】また、請求項3に係る発明によれば、フィルター材の上下両端縁側を両凸部に締め付け材で保持し、加熱水蒸気の吸収などによりフィルター材の重量が増大しても、そのずれ落ちを防止でき、吸着性能を長期にわたって一層良好に発揮できるようになった。




 

 


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