省エネルギー型超高性能エアフィルターの開発

省エネルギー型超高性能エアフィルターの開発

研究代表者 江見 準

雑誌名 平成1(1989)年度 科学研究費補助金 一般研究(B)  研究成果報告書

巻 1987‑1988

ページ 52p.

報告年度 1990‑03

研究課題番号 62470106

URL http://doi.org/10.24517/00048953

二

省 エ ネ ル ギ ー 型

超 高 性 能 エ ア フ ィ ル タ ー の 開 発

(研究課題番号62470106）

平成元年度科学研究費補助金（一般研究(B))

石 】 干 究 厄 吃 果 幸 侵 告 喜 言

平成2年3月

研 究 代 表 者 江 見 準

（金沢大学工学部教授）

､ 土 L 一 力 室 三 二

精 密 加 工 技 術 の 進 歩 と 共 に 、 製 品 歩 留 ま り を 維 持 す る た め に 、 よ り 高 度 な 清 浄 空 間 が 要 求 さ れ 、 ク リ ー ン ル ー ム で は 従 来 の H E P A

(HighEfficiencyParticulateAir)フィルター(0.3"mで捕集 効 率 9 9 ． 9 7 ％ ） よ り さ ら に 集 塵 性 能 の 優 れ た U L P A ( U l t r a L o w PenetrationAir)フィルター(0．1〃mで捕集効率99.9995%以 上 ） が ス ー パ ー ク リ ー ン ル ー ム に 用 い ら れ る よ う に な っ た 。 さ ら に 、 半 導 体 プ ロ セ ス ガ ス 供 給 ラ イ ン に は 、 上 記 フ ィ ル タ ー よ り 捕 集 効 率 が 数 桁 大 き い メ ン ブ レ ン フ ィ ル タ ー が 使 用 さ れ て い る 。 こ の よ う に 捕 集 効 率 が 現 場 の 要 求 を 満 た す に 十 分 な 値 に 到 達 し た 現 段 階 で は 、 集 塵 性 能 の も う 一 つ の 指 標 で あ る 圧 力 損 失 を 如 何 に 低 く お さ え れ る か が 、 コ ス ト ダ ウ ン の 面 か ら 今 後 の 重 要 課 題 で あ る 。

本 研 究 で は 以 上 の 観 点 か ら 、 捕 集 効 率 と 圧 力 損 失 を 同 時 に 考 慮 に 入 れ た 性 能 評 価 の 指 標 を 導 入 し 、 こ れ に 理 論 的 考 察 を 加 え 、 省 エ ネ ギ ー 型 超 高 性 能 フ ィ ル タ ー が 備 え る べ き 内 部 構 造 に つ い て 検 討 し た 。

さ ら に 、 将 来 、 高 効 率 低 圧 損 フ ィ ル タ ー と し て 実 用 化 が 期 待 さ れ る 帯 電 フ ィ ル タ ー に つ い て も 性 能 を 評 価 し た 。

一 目 次 一

第 1 章 繊 維 層 フ ィ ル タ ー の 集 塵 性 能 に 及 ぼ す

内 部 構 造 の 影 響 ・ ・ ・ 1

フ ィ ル タ ー の 集 塵 評 価 の 指 標 ． ． ・ ・ ・ ・ 集 塵 性 能 に 及 ぼ す 繊 維 径 の 影 響 ・ ・ ・ ・ 集 塵 性 能 に 及 ぼ す 繊 維 配 向 の 影 響 ・ ・ ・ ・ 集 塵 性 能 に 及 ぼ す バ イ ン ダ の 影 響 ・ ・ ・ ・ 高 性 能 化 の た め に 望 ま し い フ ィ ル タ ー 構 造

１２３４５

１１１１１ １４６０１_{●●●守り０＆１Ⅱ＆●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●}

第 2 章 メ ン プ レ ン フ ィ ル タ ー の 集 塵 性 能 ^{1 3}

メ ン ブ レ ン フ ィ ル タ ー の 内 部 構 造 と 分 類 ・ ・ ・ ・ ． l 各 種 メ ン ブ レ ン フ ィ ル タ ー の 性 能 評 価 ・ ・ ・ ・ ・ ・ l 高 空 間 率 メ ン ブ レ ン フ ィ ル タ ー の 透 過 率 推 定 ・ ・ ・ l 低 空 間 率 メ ン プ レ ン フ ィ ル タ ー の 透 過 率 推 定 ・ ・ ・ 2 4．lNucleporefilterの透過率・・・・・・・・2 4 ． 2 そ の 他 の メ ン ブ レ ン フ ィ ル タ ー の 透 過 率 ・ ・ 2

●●●● １２３４

２２２２ ３６９１５５

２２

第 3 章 エ レ ク ト レ ッ ト フ ィ ル タ ー の 集 塵 性 能 の 安 定 性 ・ ・ ・ 3 3

初 期 捕 集 効 率 の 理 論 解 析 ・ 初 期 捕 集 効 率 の 実 験 的 検 討 2 ． 1 実 験 装 置 お よ び 方 法 2 ． 2 実 験 結 果 お よ び 考 察 集 塵 性 能 の 経 時 変 化 ・ ・ ・ 3 ． 1 湿 度 の 影 響 ・ ・ ・ ・ 3 ． 2 堆 積 粒 子 の 影 響 ． ．

１２３

●●●●

３３３３

●●●

３３３ _{p●● ●●●●●●●} ^{３３３３４４４ ３７７７１１２}

● ● ●

言

結 4 6

研究組織

研究代表者：

研究分担者：

研究分担者：

準 （ 金 沢 大 学 工 学 部 教 授 ） 千嘉男（金沢大学工学部教授）

吉生（金沢大学工学部助手）

見岡谷江金大

研究費用

昭和62年度 昭和63年度 平成元年度

計

4700千円 500千円 500千円 5700千円

研究発表 口頭発表

1 ） 江 見 準 ， 大 谷 吉 生 ， 金 岡 千 嘉 男 ， 安 藤 伸 治 ， 山 本 卓 也 ， 森 治 朔：「エアフィルターの集塵性能に及ぼす内部構造の影響」，第6回エア

ロゾル科学・技術研究討論会，大阪,1988

2）江見準，金岡千嘉男，大谷吉生，林敏昭：「エレクトレットフィ ルターの安定性」，第7回空気清浄とコンタミネーションコントロール研 究大会，東京,1988

3)H・Emi,C・Kanaoka,Y・0taniandT・Hayashi:"StabilityofCharge inHighPerformanceElectretFilters",AnnualMeetingofAmerican AssociationforAerosolResearch,ChapelHill,USA,1988

4 ） 森 治 朔 ， 江 見 準 ， 大 谷 吉 生 ， 安 藤 伸 治 ： 「 メ ン ブ レ ン フ ィ ル タ ー の集塵性能に及ぼす内部構造の影響」，第7回エアロゾル科学・技術研究 討論会，群馬,1989

5）森治朔，江見準，大谷吉生：「メンプレンフィルターの集塵性能」

化学工学第22回秋季大会，東京，1989

第 1 章 繊 糸 佳 犀 雪 ご フ イ ノ レ タ 集 屋 室 ′ f 生 育 廷

、 ご 及 、 ま ‐ す 一 ロ ミ I 音 胚 構 云 苣 の 景 三 響

エ ア フ ィ ル タ ー の 集 塵 性 能 は 、 捕 集 効 率 だ け で な く 、 圧 力 損 失 も 同 時 に 考 慮 し て 評 価 す る 必 要 が あ る 。 筆 者 ら は 、 フ ィ ル タ ー 性 能 評 価 の 指 標 と し て 、 透 過 効 率 P の 対 数 と 圧 力 損 失 △ p の 比 I = 1 n P /

△ p を 定 義 し 、 ま ず 種 々 の 繊 維 層 フ ィ ル タ ー の 性 能 を 評 価 し た 。 さ ら に 、 フ ィ ル タ ー 性 能 に 及 ぼ す フ ィ ル タ ー 内 部 構 造 （ 繊 維 径 、 繊 維 配 向 ） 、 お よ び 、 フ ィ ル タ ー 強 度 を 持 た せ る た め に 使 用 さ れ て

い る バ イ ン ダ の 影 響 に つ い て 検 討 し た 。

1 ． ， 1 性 能 評 価 の 指 標

フ ィ ル タ ー 性 能 を 評 価 す る に あ た っ て は 、 捕 集 効 率 と 圧 力 損 失 を 同 時 に 考 慮 し な け れ ば な ら な い 。 繊 維 層 フ ィ ル タ ー に つ い て は 、 粒 子 透 過 率 を P と す る と 、 単 一 繊 維 捕 集 効 率 刀 と の 間 に 次 の 対 数 透 過 式 が 成 り 立 つ 。

lnP=−土

兀

刀

ｆＬ．

α

ａ

１ (1‑1)

一 方 、 圧 力 損 失 △ p は 、 抵 抗 係 数 を C D と す る と

ＤＣ

ｚｕｐ２

ｆＴＬつｑ

ａ

ａ

１

幻４−兀

一一ｐ

△ (1−2）

Eqs.(1‑1)、(1‑2)より、

I = 1 n P / A p = ( 刀 / C D ) ( 2 / p u z ) Iを性能評価の指標(Filterlndex)と呼ぶ。

(1‑3)

空 間 率 の 低 い 多 孔 状 フ ィ ル タ ー に つ い て は 、 通 路 モ デ ル を 適 用 す る と 、 繊 維 層 と 類 似 の 関 係 式

I = 1 n P / A p = ( V d ｡ / f ) ( 2 / p u 2 ) ( 1 ‑ 4 )

が 成 立 す る 。 こ こ で 、 α は フ ィ ル タ ー 充 填 率 、 L は フ ィ ル タ ー 厚 さ 、 d 毒 は 繊 維 径 、 u は 炉 過 速 度 、 V 。 ． = V d / u は 無 次 元 沈 着 速 度 、 fは通路摩擦係数である。Eq.(1‑3)またはEq.(1‑4)のIは、1nP‑

△ p 座 標 上 に 、 あ る 条 件 で の P と △ p の 実 測 値 を プ ロ ッ ト し た と き 、

戸

一

口‐

'○o

5

'○I

5

'○‑2

5

'○‑3

5

'○‑4

5

'○‑5

5

'○‑6

5

d n = C

a W

'○‑7

○ ○ ○ 2 ○ ○ ろ ○ ○ 4 ○ ○ s ○ ○ AP[Po]

Fig．1‑1Relationshipbetweenparticlepenetration andpressuredropofvariousfibrouS

airfilters.

そ の 点 と 原 点 を 結 ぶ 直 線 の 勾 配 を 表 わ し て お り 、 同 じ フ ィ ル タ ー で 厚 さ L と 充 填 率 α の み を 変 化 さ せ る と 、 デ ー タ 点 は 同 じ 直 線 上 を 移 動 す る 。 し た が っ て 、 同 じ 捕 集 効 率 （ ま た は 圧 力 損 失 ） に 対 す る 二 つ の フ ィ ル タ ー の 圧 力 損 失 （ ま た は 捕 集 効 率 ） の 大 小 、 つ ま り 、 性 能 の 良 否 は 直 線 の 勾 配 の 大 小 で 判 断 で き る 。 F i g . 1 ‑ 1 は 粗 フ ィ ル タ ー か ら 高 性 能 フ ィ ル タ ー に 至 る 各 種 フ ィ ル タ ー に 関 す る 実 験 結 果 を 示 し た も の で 、 E q ． ( 1 ‑ 3 ) か ら も 分 か る よ う に 、 炉 過 速 度 u を 小 さ く す る と 性 能 が 向 上 す る 。

5

u = 2 0 c m

ー ○ ̲ と 、

2

IO‑I

A J

︑︑△︑︐︑︑口八川述︑口

へ１︶且 ５ □１１１

2

1○一三

5

O . O 2 0 . O S O . I O ． 2 0 . s

dp(ﾉ』m)

Fig.1‑2Penetrationthroughtestfilters composedofuniform‑sizefibers.

1 ． 2 集 塵 性 能 に 及 ぼ す 繊 維 径 の 影 響

T a b l e l ‑ 1 に 示 す よ う な 、 比 較 的 均 一 な 繊 維 か ら な る 3 種 類 の フ ィ ル タ ー を 試 作 し 、 透 過 率 を 測 定 し た 結 果 を F i g . 1 ‑ 2 に 示 す 。

E q . ( 1 ‑ 3 ) で 定 義 さ れ る フ ィ ル タ ー の 集 塵 性 能 の 指 標 は 、 2 / p u z が 実 験 条 件 に よ っ て 定 ま る の で 、 結 局 単 一 捕 集 効 率 〃 と 、 抵 抗 係 数

C D に よ っ て 決 ま る 。 F i g . 1 ‑ 2 に 示 し た 0 . 1 " m の 粒 子 に 対 す る 透 過 率 よ り 刀 を 求 め 、 刀 / C D を 繊 維 径 d f に 対 し プ ロ ッ ト し た の が F i g . 1 ‑ 3 で あ る 。 同 図 で は 、 T a b l e l ‑ 1 に 示 し た よ う に 、 S E M に

I

ｌｎｌｕｏＯ︑倖

＝（】.（

M=O.Oa dn=C

I

○ . l O . 2 0 . 5 1 2 5 I O

■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■

dfに"、．

Fig．1‑3Comparisonofratioofsinglefiberefficiency todragcoefficienctwithpredictedone.

Tablel‑1PhysicalpropertiesoftestfilterswithunifOrm

fibers．

よ る 繊 維 径 の 測 定 値 と 、 メ ー カ ー 表 示 の 繊 維 径 に は 、 大 き な 違 い が あ る の で 、 両 方 の 繊 維 径 に 対 し て デ ー タ を プ ロ ッ ト し て い る 。 ま た 、

1

〕

図 中 の 実 線 と 破 線 は 充 填 率 α ＝ 0 ． 0 4 ， 0 ． 0 3 に お け る 理 論 線 で あ る 。 理 論 計 算 結 果 は 、 充 填 率 に よ る 刀 / C D の 差 は ほ と ん ど な く 、 繊 維 径 が 小 さ く な る と り / C D の 値 が 大 き く な り フ ィ ル タ ー の 集 塵 性 能

が向上することを示している。ところが、刀/CDの実験値は繊維 径が小さくなると大きくなる傾向を示しているものの、この図から は、繊維径の取り方によりプロット点が大きく異なるため、理論計 算結果の妥当性を検証されたとはいえない。電子顕微鏡による測定 で は 、 倍 率 に よ っ て 見 え る 繊 維 と 見 え な い 繊 維 が あ り 、 ま た 、 フ ィ ルターの表と裏では平均繊維径が違い、フィルターの内部も観察す ることが困難なため正確な繊維径を求めることは』かなり難しい。そ こで、平均繊維径を求めるもう一つの方法として、BETにより比 表面積を求め、比表面積より平均繊維径と繊維径分散oの関係を示 したのがFig.1‑4である。o一定の場合、コード番号が小さくなる

code 108B 104 102

packingdensity( ^{− 0．0299 0.0415 0.0407} filterthickness(mm) ^1.15 0.185 0.085

n o m

Me"er ^{（u m） 1.8 0．45 0．35}

m e a

瀧認tgber

varlance

１１

且 、

一

１１ 0．67

0.67

0．44 0．61

戸﹄洞ＵＰ儘口︺

へａ︑Ｕ戸ｎｎＵ●●００

pressuredrop ( P a ) ^{225 478 328}

と 繊 維 径 が 小 さ く な る と い う 傾 向 は メ ー カ ー 表 示 お よ び 測 定 し た 繊 維 径 の 傾 向 と 一 致 し て い る が 、 平 均 繊 維 径 、 繊 維 分 散 の い ず れ か を 特 定 し な い か ぎ り 、 こ の 図 よ り d f を 求 め る こ と は で き な い 。

２○２２

５０

●●１１﹇Ｅユ︺↑ロＩ ??

OeS OSS

Qら

○

l . 0 I ､ 5 2 . O 2 5

1＋ぴ[−］

ろ . O ろ . 5

Fig.1‑4Relationshipbetweenaveragefiber

diameterandvarianceoffiber diameter.

集 塵 性 能 に 及 ぼ す 繊 維 配 向 の 影 響

3 1

フ ィ ル タ ー の 炉 過 理 論 は す べ て の 繊 維 が 流 れ に 対 し 垂 直 で あ る と い う 仮 定 の も と に 組 み 立 て ら れ て い る 。 と こ ろ が 、 実 際 の フ ィ ル タ ー を 観 察 す る と 、 繊 維 は 流 れ に 対 し 垂 直 で な い が 繊 維 が か な り 存 在

し て い る 。 そ こ で 、 こ こ で は 極 端 な 例 と し て 、 流 れ に 対 し て 繊 維 が 垂 直 な な 場 合 と 並 行 な 場 合 に つ い て フ ィ ル タ ー 性 能 を 比 較 す る 。 粒 子 が 拡 散 に よ り 捕 集 さ れ る 場 合 、 捕 集 効 率 は 繊 維 の 全 表 面 積 に よ り 決 定 さ れ 繊 維 の 配 向 に は あ ま り 依 存 し な い と 考 え ら れ る 。 ま た 、 圧 力 損 失 は 繊 維 を 並 行 に 配 列 し た ほ う が よ り 小 さ い こ と は 容 易 に 推 測 さ れ る 。 つ ま り 、 拡 散 域 に お い て は 流 れ に 繊 維 を 並 行 に 配 列 し た ほ う が 集 塵 性 能 が 優 れ て い る と 予 測 さ れ る 。 そ こ で 、 並 行 配 列 の 場 合 に つ い て 捕 集 効 率 と 圧 力 損 失 を 理 論 的 に 求 め 、 垂 直 配 列 の 場 合 ］ ） と 比較したのがFig.1‑5である。Fig.1‑5を見ると、並行配列の場合

I

q=O.O94

df=II．2ﾙjm

U=2.5cm/s

dp=O．1脚、

A/perpendiculor

α＝○.O94

df＝11．2ﾙjm

U＝2．5cm／s

dp＝0．1脚、

△／perpendiculor

IO‑I

￨び2

３ぴ

︵１︶且

Iぴ4

porollel porollel 165

'○‑6

○ ￨・O

L(cm)

2.O

Fig.1‑5Comparisonofcalculatedparticle penetrationthroughparallel‑fiber 丘lterwiththatthroughperpendi(nlterw1tntnatthroughperpendicular‑

fiberfilter.

L ( フ ィ ル タ ー の 厚 み ） が 増 加 す る と 集 塵 性 能 が 低 下 す る も の の 、 計 算 範 囲 で は 、 垂 直 配 列 よ り も 並 行 配 列 の 方 が 性 能 が よ く な っ て い

る の が わ か る 。 こ の こ と を 実 験 的 に 確 か め る た め 、 繊 維 が 一 定 の 方 向 性 を も つ フ ィ ル タ ー を 試 作 し 、 i 戸 過 実 験 を 行 っ た 。 試 作 フ ィ ル タ ー は 、 繊 維 径 1 1 . 2 " m の シ ガ レ ッ ト フ ィ ル タ ー に 用 い ら れ る ア セ テ ート繊維よりなり、並行配列の場合は厚さ、2.lcm、4.0cm、垂直

I

u=2．5cm/s

／

￨ぴI

I =

恥︲剛

I =4.【

￨ぴ2

︵１︶凡

O ノ リ

Iぴ3 】 ‐ 『 【 】 、 【 o r

￨ぴ4

lO1澆一:言岩Fと一全一計

dp(ﾉ｣m)

particlepenetration perpendicularfiber Fig．1‑6Experimental

paralleland through

filters.

配 列 の 場 合 は 2 . l c m で あ る 。 ま た 充 填 率 も ほ ぼ 等 し く し た 。 透 過 率 の測定結果をFig.1‑6に示す。L=2.lcmのフィルターについて比 較 す る と 、 理 論 の 場 合 と は 反 対 に 垂 直 配 列 の 方 が 透 過 率 は 小 さ く な っ て い る 。 こ れ は 、 並 行 配 列 の 方 が 充 填 の 不 均 一 に よ る 影 響 が 大 き いためと思われる。そこで、Fig.1‑6の結果から、粒径が0.06"m と 0 . 1 " m の 場 合 の 透 過 率 を 圧 力 損 失 に 対 し プ ロ ッ ト し た の が F i g . l ‑ 7 で あ る 。 こ の 図 よ り 、 い ず れ の 粒 径 に お い て も 、 繊 維 を 流 れ に 対 し 並 行 に 配 列 し た も の の 方 が 垂 直 に 配 列 し た も の よ り 、 直 線 の 傾

ご

… ご

…

'○一！

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ld2 ^{、 −、}_、

、

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３．

︵１︶匹

竜

≦

'ず fiber

orientotion

key L(cm) ^､_、

porollel perpendIculor

4.○

I ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■

2.l

四一㈹

porollel

2．1

￨O5

2 5 5 0 7 5

4p(Po)

○ '○○

Fig．1‑7Influenceoffiberorientationonfilter performance.

き が 大 き く 集 塵 性 能 が 優 れ て い る の が 確 認 で き た 。 し か し 、 並 行 配 列 の 理 論 で 見 ら れ た L が 増 加 す る と 集 塵 性 能 が 低 下 す る 傾 向 は 見 ら れ な か っ た 。 こ れ は 、 理 論 に お け る 繊 維 に 沿 っ た 流 れ と 実 際 の 流 れ の 違 い に よ る と 思 わ れ る 。

1 ． 4 集 塵 性 能 に 及 ぼ す バ イ ン ダ の 影 響

市 販 さ れ て い る H E P A フ ィ ル タ ー を S E M で 見 る と 、 膜 状 に 広 が っ た 繊 維 を つ な ぎ 止 め て い る バ イ ン ダ が 観 察 さ れ る 。 こ の バ イ ン ダ は 繊 維 径 を 見 掛 け 上 大 き く し フ ィ ル タ ー 性 能 を 低 下 さ せ て い る と

考 え ら れ る 。

そ こ で 、 バ イ ン ダ の フ ィ ル タ ー 性 能 へ の 影 響 を 見 る た め 、 平 均 繊 維 径 が 約 0 . 6 " m で バ イ ン ダ の 含 有 量 が 異 な る 4 種 類 の フ ィ ル タ ー を 試 作 し 、 3 5 0 ℃ で 熱 処 理 し て バ イ ン ダ を 揮 散 さ せ る 前 後 で 、 透 過 率 と 圧 力 損 失 を 測 定 し た 。 そ の 結 果 を F i g . 1 ‑ 8 に 示 す 。

F i g ． 1 ‑ 8 よ り 、 バ イ ン ダ が 初 め か ら 無 か っ た も の や 、 バ イ ン ダ を 揮 散 さ せ た 後 、 透 過 率 、 圧 力 損 失 が と も に 小 さ く な っ て い る こ と か ら 、 バ イ ン ダ は 捕 集 効 率 を 下 げ ､ 、 圧 力 損 失 を 増 加 さ せ 、 フ ィ ル タ ー 性 能 を 低 下 さ せ て い る こ と が わ か る 。 し か し 、 バ イ ン ダ を す べ て 取 り 除 け ば 、 フ ィ ル タ ー 強 度 が 低 下 し 、 ま た 、 繊 維 の 飛 散 が 起 き る た め 、 必 要 最 小 限 に 留 め て お く こ と が 望 ま れ る 。

1 ． 5 高 性 能 化 の た め に 望 ま し い フ ィ ル タ ー 構 造

1）繊維の微細化・･････I値を大きくするにはEq.(1‑3)の刀/CD を大きくすればよい。刀/CDはFig．1‑3に示すようにd涯が小さ いほど大きくなる。したがって、df=0.5"m近辺の繊維を使用 している通常のHEPAフィルターの場合、0.1〜0.2"mの繊維 の 割 合 を 増 や せ ば 1 値 を 大 き く で き る 。

lOo

5 ^{●。↑edO1}

350oC

２ぴ５１ ２２↑０５１ ８２↓０５

︵１︶ａ

uaSc

dpcO.I

２ずＳ２ぴ５２ぴ１１１

Z O O 3 0 0

dp(Po)

IOO 4 0 0 5 0 0

0

Fig.1‑81nfluenceofbinderonthecollection performenceoffibrousfilter.

2 ） 繊 維 配 向 の 三 次 元 化 ． ． ・ ・ ・ ・ 現 状 の H E P A フ ィ ル タ ー の 繊 維 配 列 は 流 れ に 垂 直 な 面 内 で ラ ン ダ ム 配 向 を し て い る 。 主 た る 捕 集 機 構 で あ る ブ ラ ウ ン 拡 散 に よ る 単 一 繊 維 捕 集 効 率 の 繊 維 配 向 に よ る 依 存 度 は 圧 力 損 失 の 依 存 度 に 比 べ て 小 さ い の で 、 拡 散 支 配 域 で は 、 平 行 配 列 繊 維 層 の 方 が 1 値 が 大 き い こ と が 分 か る 。 し た が っ て 、 現 状 の フ ィ ル タ ー 製 造 技 術 を 改 善 し 平 行 配 列 繊 維 の 割 合 を 増 や し た 三 次 元 構 造 の 繊 維 層 に す る 必 要 が あ る 。

3 ） バ イ ン ダ 含 有 量 の 低 減 と 均 一 化 ． ． ・ ・ ･ ･ H E P A フ ィ ル タ ー の 電 顕 写 真 を 注 意 深 く 観 察 す る と 、 所 々 に 繊 維 間 に ま た が る バ イ ン ダ （ 樹 脂 ） が 形 成 さ れ て い る の が 分 か る 。 こ の 部 分 は 、 単 一 繊 維 の 効 率 を 低 下 さ せ る だ け で な く 圧 力 損 失 も 増 加 さ せ る 。 バ イ ン ダ は 、 フ ィ ル タ ー の 強 度 を 維 持 す る の に 不 可 欠 で あ る が 、 量 を 最 小 限 に 止 め し か も 均 一 に 分 布 さ せ る こ と が フ ィ ル タ ー の 高 性 能 化 へ つ な が る 。

買 言 2 章 メ ン ブ ー レ ン フ ィ ノ レ タ ー の 集 塵 菫 ′ I 生 肯 筐

メ ン ブ レ ン フ ィ ル タ ー は ， 液 炉 過 用 の フ ィ ル タ ー と し て 以 前 か ら 使 用 さ れ て い る が ， 最 近 で は ， 捕 集 効 率 が 高 く フ ィ ル タ ー か ら の 繊 維 の 飛 散 が な い た め ， 高 圧 プ ロ セ ス ガ ス の イ ン ラ イ ン フ ィ ル タ ー と し て の 需 要 が 高 ま っ て き て い る ． メ ン ブ レ ン フ ィ ル タ ー の 構 造 は 製 造 法 に よ り 大 き く 異 な り ， 空 間 率 も 数 ％ か ら 9 0 ％ を 超 え る も の ま で ， 多 種 多 様 な も の が あ る ．

本 章 で は ， 多 種 多 様 な メ ン ブ レ ン フ ィ ル タ ー の 内 部 構 造 を 走 査 型 電 子 顕 微 鏡 で 観 察 し ， 繊 維 状 か ら 多 孔 板 状 の も の に 五 つ の グ ル ー プ に 分 類 し ， 各 グ ル ー プ を 代 表 す る フ ィ ル タ ー の 捕 集 効 率 と 圧 力 損 失 を 測 定 し ， 第 1 章 で 提 案 し た フ ィ ル タ ー 性 能 評 価 の 指 標 を 用 い て ， フ ィ ル タ ー 性 能 と 内 部 構 造 の 関 係 に つ い て 検 討 し た ． さ ら に ， 繊 維 状 フ ィ ル タ ー に つ い て は ， 粒 子 が 繊 維 の 周 り を 通 過 す る 際 に 捕 集 さ れる(Externalflowmodel)を用いて透過率の推定を行い，また，

比 較 的 空 間 率 の 小 さ い メ ン ブ レ ン フ ィ ル タ ー に 対 し て は ， フ ィ ル タ ー内部の空隙を気流が通過する際に捕集される(Internalflow model)により透過率の推定を行った．

2 ． 1 メ ン ブ レ ン フ ィ ル タ ー の 内 部 構 造 と 分 類

メ ン ブ レ ン フ ィ ル タ ー は ， そ の 素 材 ， 製 法 等 に よ り ， 表 面 ・ 内 部 構 造 は 多 種 多 様 で あ る ． こ れ ら の フ ィ ル タ ー を 走 査 型 電 子 顕 微 鏡 で 観 察 す る と ， 内 部 構 造 は 短 い 繊 維 状 の も の ， 網 目 状 の も の ， 不 均 一

．︑の酒角①ＱＯ料Ｑ褐①昌碧も目飼切拐の萬瑁の目甸Ｈｐ日①日切︒︒国︑彦哨○口ｏ漫甸ｏ頃扇切里○門Ｉ因望ｐ︑僧

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︵屋○一響○の﹄

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１○の角﹃でのロ︒︶の蕎看２国

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一 一

(g)AWOS _{3 川 （}^ー

(b)FALP(1川)3"

9DOre(8

Fig．2‑1Scanningelectronmicrographsofvariousmembrane

filters ⁿ

な凝集粒子状のもの,Nucleporefilterのように多孔板状のものな ど が あ る ． 筆 者 ら は ， こ れ ら を 五 つ の グ ル ー プ に 分 類 整 理 し ， そ れ ぞ れ 次 の よ う な 形 状 名 を 付 け た ．

①放射状繊維(Fiber‑likeinrandomdirection)

②綾目状繊維(Fiber‑likeinonedirection)

③網目模様(Net‑like)

④凝集粒模様(Aggromeratesandporous)

⑤多孔板状(Pore‑like)

Table2‑1に各グループの代表的なフィルターとその物性値を示し，

Fig.2‑1に内部構造の電子顕微鏡写真を示す．

2 ． 2 各 種 メ ン プ レ ン フ ィ ル タ ー の 性 能 評 価

Table2‑1に示した各グループを代表するフィルターについて，

繊 維 層 フ ィ ル タ ー と 同 様 に 粒 子 透 過 率 と 圧 力 損 失 を 測 定 し た ． F i g . 2 − 2 は ， 炉 過 速 度 5 c m / s に お け る 粒 子 透 過 率 P を エ ア ロ ゾ ル 粒 子 径

d p に 対 し て プ ロ ッ ト し た も の で ， い ず れ の フ ィ ル タ ー の 透 過 率 も ， 粒 子 径 が 約 0 ． 1 〃 m で 最 大 透 過 率 を 持 っ て お り ， 繊 維 層 フ ィ ル タ ー

と 同 様 な 上 に 凸 の 透 過 率 曲 線 と な っ て い る ． こ れ は 粒 子 径 が 小 さ い と こ ろ で は 粒 子 は 拡 散 に よ り ， ま た 大 き い と こ ろ で は さ え ぎ り に よ り 捕 集 さ れ て い る た め で あ る ．

各 フ ィ ル タ ー の 性 能 を 比 較 す る た め ， 第 1 章 で 提 案 し た フ ィ ル タ ー性能評価の指標を導入する.Fig．2‑3は，最大透過粒径0．1〃m に お け る 各 フ ィ ル タ ー の 透 過 率 を そ れ ぞ れ の フ ィ ル タ ー の 圧 力 損 失

０一○つ﹄Ｉ５２２５２３５２４ら２５５２６

○○○

○○

○○

一 三 一 、 。 ■ ー

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u=Scm/S

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j

dp(J｣m)

Fig．2‑2Particlepenetration

membranefiltersas

particlesize.

throughvarious

afunctionof

○○○寸○○○Ｎ ﹃１国望旦甸隠口肩口の戸門︑の料甸の縄．即唄望昌一口﹃己①の．望○昌画揚四・叩縛①雪頃

●ぬ︒○﹃縄⑯シ圃唱ＯＱＯ縄もの門︒⑩の①ＨＱｐｐ⑮一口Ｏ君国肖一の口のＱ里昌一肖甸Ｑ一口の①彦碧のロＱ﹃星切目昌一⑮詞国師ｌ詞・即肩四

●

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一 一 一 一

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I I

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価 の 指 標 I に 等 し く ， 勾 配 の 急 な フ ィ ル タ ー ほ ど 性 能 が 良 い フ ィ ル タ ー で あ る ． こ の 図 を 見 る と ， 各 種 メ ン ブ レ ン フ ィ ル タ ー の 性 能 は 繊維層フィルターであるHEPAフィルターとNucleporefilterの間に あ り , T a b l e 2 ‑ 2 に 示 し た グ ル ー プ ② ， ③ ， ④ と 繊 維 層 フ ィ ル タ ー か ら 多 孔 板 状 に な る に つ れ て ， 直 線 の 勾 配 は 小 さ く な っ て お り ， 繊 維 状 構 造 か ら 離 れ る ほ ど フ ィ ル タ ー 性 能 が 悪 く な る の が 分 か る ． ま

た,Goretex1,2の勾配は，市販のHEPAフィルターの勾配よりもお お き く ， 性 能 が 良 く な っ て い る ． こ れ は ， グ ル ー プ ① の 繊 維 径 が 0.1〜0.2"mとHEPAフィルターの繊維径0．3〜0．5座mに比べて 細 い た め で ， 第 1 章 で 示 し た フ ィ ル タ ー 性 能 に 及 ぼ す 繊 維 径 の 理 論 計 算 結 果 と 一 致 し て い る ．

2 ． 3 高 空 間 率 メ ン ブ レ ン フ ィ ル タ ー の 透 過 率 推 定

メ ン ブ レ ン フ ィ ル タ ー の 中 で も ， 比 較 的 繊 維 層 フ ィ ル タ ー の 構 造 に 似 た 繊 維 状 フ ィ ル タ ー は ， 空 間 率 も 大 き い た め ， こ れ ま で 繊 維 層 フ ィ ル タ ー に 対 し て 展 開 さ れ て き た 炉 過 理 論 が 適 用 で き る も の と 考

1

）

えられる．Fig.2‑4は,Kirschらの提案した半実験式により透過率 を 推 定 し た 結 果 と 実 験 値 を 比 較 し た も の で あ る が ， 両 者 は 一 致 し て い る と は 言 い 難 い ． こ れ は ， メ ン プ レ ン フ ィ ル タ ー の 構 造 が ， 繊 維 層 フ ィ ル タ ー に 比 べ て 不 均 一 （ 例 え ば ， 積 層 状 の メ ン ブ レ ン フ ィ ル タ ー で は フ ィ ル タ ー の 裏 表 で 構 造 が 大 き く 異 な る こ と な ど ） で あ る こ と に 起 因 し て お り ， 今 後 ， 従 来 の 炉 過 理 論 を 繊 維 状 の メ ン ブ レ ン フ ィ ル タ ー 適 用 す る に は ， こ の 不 均 一 性 を 以 下 に 考 慮 す る か が 重 要 な 課 題 と 考 え ら れ る ．

u = 5 ℃ m / s ^● calculatedline''‑w calculatedline‑

filter

◇◆○● ９１伺乙ＯｖｎｖＸＸ︽ＵｎｖｅＢＦＤ戸ＤＴＴ一一ヶ・酢ｐ△ｐ△肘ｗＷＦＯＯ

10‑1

l>◇◇◇

一

10‑2

へ

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一

一

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− 一

一

10‑ム ^{■■■■■■■■}

OSO.1 5

dp(ﾉ｣m)

Ol

Comparisonofexperimentalparticle penetrationsandpredictedonesfor

fiber‑likemembranefilters.

Fig．2−4

2 ． 4 低 空 間 率 メ ン ブ レ ン フ ィ ル タ ー の 透 過 率 推 定

空 間 率 の 小 さ い メ ン ブ レ ン フ ィ ル

タ ー の 内 部 は 流 路 が 複 雑 に 入 り 組 ん 信 一 児 → だ 構 造 を し て お り ， 従 来 ， 繊 維 層 フ

イ ル タ ー に 対 し て 発 展 さ れ て き た 炉 過 理 論 は 適 用 で き な い ． し た が っ て ，

こ の よ う な メ ン ブ レ ン フ ィ ル タ ー に 対 し て は ， 粒 子 が 通 路 を 通 過 す る 際 に捕集される流路モデル(Internal flowmodel)を適用するのが妥当と 考 え ら れ る ．

=di/'百

Fig．2‑5Collectionunit forrelativelyhigh‑packing densitymembranefilters.

い ま ， こ の よ う な 空 間 率 の 比 較 的 低 い フ ィ ル タ ー の 最 小 捕 集 単 位 と し て ， 複 雑 な 流 路 の 分 岐 点 か ら 分 岐 点 ま で の 直 円 管 ( F i g ． 2 ‑ 5 : こ の モ デ ル で は ， 簡 略 化 の た め ， 捕 集 単 位 の 外 径 と 長 さ は 等 し い も の と し て い る ） を 考 え る と ， 炉 過 速 度 が 小 さ く 粒 子 径 が サ ブ ミ ク ロ ン 以 下 の 場 合 ， 粒 子 は 表 面 お よ び 孔 内 部 で の 拡 散 ・ さ え ぎ り に よ り 捕 集 さ れ る ． し た が っ て ， 最 小 捕 集 単 位 の 捕 集 効 率 〃 は 次 式 に よ り 与 え る こ と が で き る ．

" = ( " D R ) s + ( 1 ‑ ( " D R ) s ) ( " D R ) p ( 2 ‑ 1 ) こ こ で , " D R は 拡 散 ・ さ え ぎ り に よ る 捕 集 効 率 ， 添 字 S , P は そ れ ぞ れ 捕 集 体 表 面 ， 孔 内 部 を 表 す ． 直 円 管 の み か ら な る 多 孔 板 状 フ ィ ルターのNucleporefilterでは，最小捕集単位の長さはフィルター の 厚 さ L に 等 し く , E q . ( 2 ‑ 1 ) の り は フ ィ ル タ ー 全 体 の 捕 集 効 率 E に 等 し い ． ま た ， 多 数 個 の 最 小 捕 集 単 位 か ら 構 成 さ れ る フ ィ ル タ ー

で は ， フ ィ ル タ ー 内 部 の 微 小 体 積 で の 物 質 収 支 を と る こ と に よ り ， 最小捕集単位の捕集効率〃とフィルター全体の透過率Eは次式によ

り 関 係 づ け ら れ る ．

l n P = ‑ L " / 4 ( 2 ‑ 2 ) こ こ で ， 4 は フ ィ ル タ ー の 孔 径 d i と 空 間 率 6 よ り 次 式 で 与 え ら れ る も の と す る ．

4 = d ! / e （2−3）

以 上 の こ と よ り ， 最 小 捕 集 単 位 の 表 面 で の 捕 集 効 率 ( " D R ) S お よ び 孔 内 部 の 捕 集 効 率 ( " D R ) P を 求 め る こ と が で き れ ば , E q s . (2‑1），（2‑2）によりフィルターの捕集効率が推定できる．

( 1 ) 最 小 捕 集 単 位 表 面 で の 捕 集 効 率 ( " D R ) S

("DR)Sを理論的に求めるためには，孔に絞られる流れを用い

て ， さ え ぎ り を 考 慮 し た 境 界 条 件 の 下 で 対 流 拡 散 方 程 式 を 解 く 必 要 あ る が ， こ こ で は ， 拡 散 に よ る 捕 集 を 無 視 し ， さ え ぎ り の み に よ り 粒 子 が 孔 入 口 部 で 捕 集 さ れ る も の と す る . F i g ． 2 ‑ 6 は ， ク リ ー ピ ン グ 流 れ ( R e = 0 ) と 一 様 な 流 れ の 場 合 に つ い て ， さ え ぎ り に よ る 捕 集 効 率 〃 R を 示 し た も の で ， こ の 図 よ り ， さ ' え ぎ り パ ラ メ ー タ R

= d p / d § と 空 間 率 ど の 関 数 と し て 〃 R を 求 め る こ と が で き る ． ( 2 ) 孔 内 部 で の 捕 集 効 率 ( " D R ) P

円 管 内 を 気 流 が 充 分 発 達 し た 層 流 で 流 れ る 場 合 に は ，

2）

andKennedyにより次の解析解が与えられている．

Gormley

P=0．8191exp(‑3．657B)+0．0975exp(‑22.3B)

＋0．0325exp(‑57B)+・・・ forβ≧0．0312 P=1‑2．56B2/3+1．2e+0．177B4/3+・・・

l.O

〆／

／

f f

U

／

○.S

ｎｌＵに八 U

○ 6

O.4

O.2

／

／

／

○

○ ○.2 ○.4 ○.e 0．s

Rr−可

Fig．2‑6Interceptionalcollectionefficiencyof.theconection unitattheinletofpore.

こ こ で ， β は 円 管 内 の 拡 散 沈 着 に 関 す る 無 次 元 パ ラ メ ー タ で ， β ＝ 4 D L / ( d ! 2 u ) , D は 拡 散 係 数 で あ る ． メ ン ブ レ ン フ ィ ル タ ー の よ う に 孔 径 の 小 さ い フ ィ ル タ ー で は , E q ． ( 2 ‑ 4 ) に 希 薄 流 れ の 影 響 ， お よ び 粒 子 の さ え ぎ り を 考 盧 す る 必 要 が あ る と 考 え ら れ る ． F i g . 2 ‑ 7 は ， 希 薄 流 れ の 影 響 ( K n = 2 i / d & , A : 空 気 分 子 の 平 均 自 由 行 程 ） と ， 粒 子 の さ え ぎ り ( R = d p / d ! ) の 透 過 率 へ の 影 響 を 数 値 計 算 に よ り 求 め た も の で あ る ． 図 よ り , K n と R の い ず れ が 大 き く な っ て も ， 透 過 率 は 大 き く な っ て お り ， 捕 集 効 率 が 高 く な る の が 分 か る ． し た が っ て ， こ の 図 よ り ， 孔 内 部 で の 拡 散 さ え ぎ り 捕 集 効 率 ( " D R ) P は ， β お よ び K n と R の 関 数 と し て 与 え る こ と が で き る ．

IOo

−−−ミミミ

−−−ミミミ^{− − 三− −} _{K､=○Kn=OKn=}

5 _{｡ 、｡ 、} ^{〜〜〜 〜〜〜 ︑︑︑ ＫＫＫＫＫＫ ︑ｎ︑ｎ︑ｎ 一一一一一一一一一一一一 ００００ ●●●● ２５} }〆一○

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ＲＲ ２５●●ＯＯ_一一一一

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2

0 0 0

IO‑2 ₅

IOo2 IO‑12 5

IO22 5

β ［ − ｺ

Fig．2‑7InfluenceofKnudsennumberandinterceptionparameter

2．4.1Nucleporefilterの透過率

Fig.2‑8は，多孔板状フィルターであるNucleporefilter(E=

0 ． 0 3 〜 0 ． 1 5 ） の 透 過 率 を 粒 径 に 対 し て プ ロ ッ ト し た も の で あ る ． 孔 径 が 小 さ い ほ ど 透 過 率 は 低 く ， 粒 子 は 粒 径 が 小 さ い と こ ろ で は 拡 散 に よ り ， ま た 大 き い と こ ろ で は さ え ぎ り に よ り 捕 集 さ れ る た め ， い ず れ の 孔 径 の フ ィ ル タ ー も 上 に 凸 の 曲 線 と な っ て お り ， 最 大 透 過 粒 径 は 0 ． 1 〃 m 近 辺 に あ る ． こ の 図 に 示 し た 透 過 率 の 実 測 値 ， お よ び Fig.2‑6より求まる表面での捕集効率("DR)SをEq．(2‑1)に代 入 し て 孔 内 部 で の 捕 集 効 率 ( " D R ) P を 求 め , P p = 1 ‑ ( " D R ) $

を β に 対 し て プ ロ ッ ト し た の が , F i g ． 2 ‑ 9 で あ る ． 同 図 に は , G o r m ‑ leyandKennedyの式（破線）およびFig．2‑7より求めた推定線

（ 実 線 ） も 示 し て い る ． 孔 径 が 0 ． 4 " m の 場 合 か な り 推 定 線 が 実 験 値 を 下 ま わ っ て い る が ， 推 定 線 は 実 験 値 の 傾 向 を 良 く 表 し て お り ， Nucleporefilterの透過率は，本モデルによりほぼ推定できると思 わ れ る ．

2 ． 4 ． 2 そ の 他 の メ ン ブ レ ン フ ィ ル タ ー の 透 過 率

F i g ． 2 ‑ 1 に 示 し た メ ン プ レ ン フ ィ ル タ ー の う ち ， 網 目 状 の フ ィ ル ター(e)A500,凝集粒状のフィルター(f)SSWPなどは，空間率が75

％ 程 度 で か な り 繊 維 が 密 に 充 填 さ れ て い る た め ， 流 路 モ デ ル が 適 用 できると考えられる．Fig．2‑10は，このような網目状，凝集粒状の フ ィ ル タ ー に 分 類 で き る メ ン ブ レ ン フ ィ ル タ ー の 透 過 率 を 示 し た も のである．Nucleporefilterの透過率と同様に，いずれのフィルタ ー も 上 に 凸 の 透 過 率 曲 線 と な っ て お り ， 粒 径 の 小 さ い と こ ろ で は 粒 子 は 拡 散 に よ り ， ま た 大 き い と こ ろ で は さ え ぎ り に よ り 捕 集 さ れ て

'○o 二一︑︑ ^一一く

︑▽も︑１１１△ ①◇

︾舞い／

Nuclepore

filter

5

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2

訓一︑２○

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'○‑2

5

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O.OlO.O20．OSO.lO.20.5

dp["m]

Fig．2‑8ParticlepenetrationthroughnUcleporefilters withvariousporesizes.

￨Oo ①Ｉ 一一 炉 ｓ ^{一一 ①} も ^一一や

一 一 一

季 詩 書 書 菫 ご ＼

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5 ジ[zv leya

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5

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Nucleporefilter

u = 5 c m / s ⁰

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5

◎

2I0‑3251O‑22510‑125

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2 5

IOo

Fig．2‑9Comparisonofexperimentalparticlepenetrationthrough nucleporefilterswiththosepredictedbythepresent

model.

Key F

○

一

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■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■

八

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10

5

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IO3

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5 u=5cm/s

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5

／△ノノ△

〃″″″▲″▲

2

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ロⅡⅧⅡい▲１１１

︑︑△杣Ⅶ

︵口︼一口Ｆ︐０

1

5

2

‑6

○と一sIslO22O22一吉^S ）〔｢'251

dp["m]

Fig．2‑10Particlepenetrationthroughrelativelyhigh‑

packingdensitymembranefilters.

い る ． 同 じ 種 類 の フ ィ ル タ ー で は ， 孔 径 d ｣ ( メ ー カ 表 示 に よ る 公 称 径 ） が 小 さ い と 透 過 率 は 低 く な っ て い る が ， フ ィ ル タ ー の 種 類 が 異 な る と 同 じ 孔 径 で あ っ て も 透 過 率 に は か な り の 差 が あ り ， 公 称 の 孔 径 だ け で は メ ン プ レ ン フ ィ ル タ ー の 粒 子 透 過 率 を 規 定 で き な い こ

と が 分 か る ．

Fig．2‑11は,A500のフィルターの透過率を，前述のモデルにより 推 定 し た 結 果 ( 1 点 鎖 線 ） と 比 較 し た も の で あ る ． 公 称 径 で あ る

d i p = 5 " m を 用 い た 場 合 の 推 定 線 は ， 粒 径 が 大 き い と こ ろ で も さ え ぎ り が 働 か な い た め ， 粒 径 に 対 し て 単 調 に 増 加 す る 曲 線 と な っ て い る ． さ ら に ， 推 定 線 は ， 拡 散 が 支 配 的 と 考 え ら れ る 粒 径 が 小 さ い と こ ろ の デ ー タ と も 大 き な 隔 た り が あ り ， 孔 径 を さ ら に 大 き な 7 ． 8

〃 m と 仮 定 し な い と 実 験 値 と 推 定 線 が 一 致 し な い の が 分 か る ． こ の 原因としては,Fig．2‑12に示すように，フィルター内部は複雑な構 造 を し て い る た め 通 路 は 一 様 な 径 で な く ， 粒 子 は ， 通 路 の 狭 く な っ て い る と こ ろ で さ え ぎ り に よ り ， ま た ， 大 部 分 の 表 面 積 を 占 め る 公 称 径 よ り も 大 き な 通 路 で 拡 散 に よ り 捕 集 さ れ て い る こ と が 考 え ら れ

る．

▲d1・望 ^一一一一

】Ir [今

一 一 − 1 ■ ■ ■ ■ ■

1

dis

dip

I=di／ゾ言 2

Fig．2‑12Conectionunitforrelativelyhigh‑

Packingdensitymembranefilters.

2 ＩＩＩＩＩＩｌ

dip=7･S"

IO‑s

5

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L 2

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／I

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0 ．

／

ノA5○○

．ⅡＩⅡⅡＩＩ０１︐Ｊ︲ｌ︲︲○Ｉ︲

5

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○ ・ ○ 2 ○ . ○ s ○ . ○ 2 ○ . S

dp["m]

Fig.2‑11Comparisonofexperimentalparticle penetrationofA500filterwith predictedones.

したがって，複雑な通路を持つメンブレンフィルターでは，さえぎ り捕集に有効な孔径と拡散捕集に有効な孔径とを別々に分けて考え る必要があると思われる．Fig．2‑12の右図は，このようなメンブレ ン フ ィ ル タ ー の 最 小 捕 集 単 位 と し て 考 え ら れ る も の う ち ， 最 も 簡 単 な も の を 示 し た も の で ， 入 口 部 の 孔 径 の 小 さ い と こ ろ （ 孔 径 d ｣ $ ) で粒子はさえぎりにより，また孔径dipの円管内で拡散により捕集 さ れ る と 考 え た も の で あ る ． こ の 最 小 捕 集 単 位 の 各 部 の 寸 法 を d i s

IO‑s

.in=6.S 5

2

IO‑4

﹇Ｉ﹈且

5

2

IO‑5

Ｓろ

○.020.05○.I○.2 ○・s

dp["m]

Fig．2‑13Comparisonofexperimentalparticle penetrationthroughSMWPfilter withpredictedones.

=1.6"m,dip=7．8が、として透過率を推定したのが,Fig.2‑

1 1 の 実 線 で あ る ． 推 定 線 は ， 最 大 透 過 率 付 近 で 多 少 の 実 験 値 よ り 高 く な っ て い る が ， か な り 良 く 実 験 値 の 傾 向 を 表 現 で き て い る ． ま た ， Fig.2‑13は，凝集粒状のフィルターであるSMWPについて，透過率の 推 定 線 と 実 験 値 を 比 較 し た も の で あ る が ， こ の フ ィ ル タ ー で は , d

is=1.6"m,dip=6．9四mと仮定することにより，推定線は実 験データをうまく表現できることがわかる．なお，これらFigs、2‑

11,13に示したフィルターの公称孔径はいずれも5がmであり，拡 散捕集に有効な孔径dipと比較的近い値となっている．公称の孔径 は ， お も に バ プ リ ン グ テ ス ト と 呼 ば れ る 簡 単 な 試 験 に よ り 決 定 さ れ て い る た め ， 粒 子 の 捕 集 に 有 効 な 径 と は 大 き く 異 な っ て も 不 思 議 で は な い と 考 え ら れ る が ， こ の よ う に 比 較 的 近 い 値 に な っ た こ と は 興

味 深 い ．