Brevet FR2488521A1 — publié le 19820219

La présente invention concerne un élément de filtre à air capable de recueillir des poussières d'une façon très efficace et présentant d'autres avantages tels qu'une faible perte de charge et une aptitude à subir une réduc- tien importante de son encombrement par incinération. Dans la technologie récente la plus avancée, on a réussi à réaliser, par exemple, des unités d'intégration à grande échelle (qu'on dénomme par abréviation "unités LSI"). Dtautre part, la présence de poussières dans l'at- mosphère de chaque atelier de fabrication pose un problème sérieux et même, si l'on utilise un élément de filtre considéré à l'heure actuelle comme ayant la plus grande efficacité possible, il est preel impossible d'éviter les effets des poussières, par exemple au cours du procédé de fabrication d'un semiconducteur. En outre, dans l'indus- trie de l'énergie nucléaire, par exemple dans une généra- trice atomique, il est indispensable pour protéger l'envi- ronnement et d'empêcher une décharge de poussières radio- actives vers l'atmosphère extérieure, de sorte que ceci nécessite également un élément de filtre de grande effi- cacité. En outre, étant donné qu'on doit réduire la quanti- té de déchets radioactifs, il est fortement recommandé de réduire par incinération l'encombrement d'un élément de filtre usé; en conséquence, il est urgent et obligatoire de créer un élément de filtre capable de satisfaire aux conditions indiquées. Dans ce contexte, en peut indiquer qu'un élément de filtre hautement efficace qui a été très largement utilisé Jusqu'à maintenant a été obtenu en con- fectionnant avec des fibres de verre une sorte de papier et plus le diamètre des fibres utilisées est faible, plus l'efficacité collectrice de poussières de l'élément de fil- tre sera importante. La Demanderesse a cherché à préparer un élément de filtre en fibres de verre après avoir remar- qué que les diamètres des fibres de verre pouvaient être réduits à des dimensions très petites par comparaison avec les diamètres des fibres synthétiques et naturelles qu'on utilise couramment pour fabriquer des filtres classiques, à la suite de quoi la Demnanderesse a réussi à prGduire facilement un élément de filtre dont l'efficacité collec- trice de poussières est plus élevée que dans aucun filtre connu, en donnant entièrement satisfaction à toutes les exigences précitées aussi bien dans Ilindustrie des semi- conducteurs que dans d'autres industries en permettant d'obtenir, par exemple, un élément de filtre dont l'effi- cacité collectrice de poussières atteint 99,9999 % ou plus dans le cas de particules ayant 0,12 micron de diamètre. Il est cependant évident, qu'un élément de filtre ne peut être considéré d'un emploi pratique simplement du fait qu'il possède une efficacité élevée collectrice de poussiè- res; plus précisément, on doit, outre cette efficacité élevée collectrice de poussières, réduire au minimum sa résistance à l'air ou la perte de charge. Cependant, en- général dans le cas de production d'éléments de filtres de haute efficacité avec utilisation de fibres de petits diamètres, même si les épaisseurs sont les mêmes, la chute de pression augmente notablement avec l8élévation de ltef- ficacité collectrice de poussières. En conséquence, un élé- ment de filtre pratique ne peut être obtenu qu'avec lfuti- lisation de fibres de verre de petits diamètres. La présente invention a donc pour objet un élément de filtre à air qui répond aux exigences précitées, telles qu'une efficacité élevée collectrice de poussières, une faible perte de charge, un prix de revient modique et la possibilité d'en réduire l'encombrement par incinération. Selon l'invention, un élément de filtre à air com- prend une couche collectrice de poussières en fibres de verre ayant le diamètre nécessaire pour obtenir l'effica- cité collectrice désirée de poussières, cette couche étant formée sur une couche de support en fibres ayant une faible efficacité collectrice de poussières et une faible perte de charge jusqu'à une épaisseur suffisante pour obtenir l'efficacité désirée collectrice de poussières et la perte de charge désirée de l'élément de filtre à air. Diverses autres caractéristiques de l'invention qTrng. uo T$ TT lo 9uuJodmT zo*s9 J.nogTudP ouni s.o4TTJ$ Op m*qusPTP eoT 4uouMoZ$oqVDTTqo OnbT;quJ uo '"uSTUAVuoo -uT oo xoqT&p znod *uo;Tossd Op 9o0nwu scp aud snduoi!o C 9wguxop quoAnos Iuos Q.TTJ P op guOUPT goT so'.TTJ oT wud mosqTgonod g*p uoTIu49.p op p4Touduo sT aoquou nuup onA u- C *OpDUO np.Tu8p epATJ.l&p OVJJ.nS uT OOAU UO*TeudUOO Jud oquu4odmT 4ToU. Tu1p iBsmBud Sp oJJU u *nUT ob o&;Tuu. op C ipuo un * onb$;qpuLzo UoT40UO oun OSAV 4o uop.iooou u- oC FTd t 4UePTPgT Op qUsOoupPW mqueOde BOt osiuo Z wpTnpuo mxsquezudmp Sp 4uoMoouTd oT e1qO. z.d OfT$Uu. 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En conséquence, un élément de filtre dont l'effica- cité collectrice de poussières est aussi élevée que 99,9999% ou mme plus pour des particules de 0,12 micron de diamètre, comme il est nécessaire dans l'industrie d'unités LSI pré- citée et ainsi de suite, n'a pas encore été réalisé pas plus au Japon que dans un autre pays. On va maintenant décrire l'invention de façon détail- lée en regard du dessin annexé. La fig. 2 est unoe vue partielle en perspective mon- trant un mode de réalisation de l'invntion, qui est carac- térisé en ce que pour former une couche 5 de fibres de verre collectrice de poussibres dont l'épaisseur est étudiée pour assurer la perte de charge désirée, on prépare un pa- pier avec des fibres de verre dont le diamètre permet d'as- surer l'efficacité collectrice désirée de poussières, sur une couche de fibres 4 présentant une faible perte de char- ge, cette couche n'étant pas destinée à recueillir la poussière (cette couche étant désignée par la suite "couche en fibres de support"). Selon l'invention, en se basant sur l'idée nouvelle selon laquelle la couche en fibres de support 4 compense la résistance mécanique insuf- S fisante de la couche collectrice de poussières 5 en fibres de verre, on obtient une couche mince on fibres de verre de petit diamètre, c'est-àdire une couche collectrice de poussières dont l'efficacité collectrice est remarqua- blement élevée et dont la perte de charge est faible, ce qui donne la possibilité de créer un élément de filtre d'une efficacité tellement élevée qu'on peut le considérer comme à l'origine d'une nouvelle ère dans cette industrie, bien entendu d'un type qui n'a Jamais été réalisé par la technique antérieure. La quantité de fibres de verre qu'on utilise pour la couche collectrice de poussières 5, selon l'invention, est beaucoup plus faible que la quantité de fibres 4 ser- vant à préparer la couche de support et, en outre, la cou- che de support 4 n'est pas destinée à recueillir des pous- sières et il suffit que sa perte de charge soit faible. En conséquence, si l'on forme la couche de fibres de sup- port, par exemple, en fibres synthétiques de grand diamètre (fibres de polypropylène, de nylon et ainsi de suite) ou en fibres naturelles qui sont moins coûteuses que les fi- bres de verre et qu'on peut incinérer, il est possible de réaliser un élément de filtre de haute efficacité dont le prix est modique et dont le volume peut tre réduit par incinération. Dtautre part, la couche de fibres de support 4 peut être formée seulement de fibres de verre pour des utilisations à haute température et elle peut également tre formée uniquement de fibres synthétiques pour assurer une bonne résistance aux alcalis. On va maintenant décrire quelques exemples d'un élément de filtre à air selon l'in- vention. EXEMPLE 1 On presse à chaud des fibres de polypropylène ayant environ 2 à 5 microns de diamètre Jusqu'à une épaisseur de 0,3 mm et à une masse volumique de 80 g/m pour former la couche de support 4 sous forme d'une étoffe non tissée. Sur cette couche de support, on installe une couche 5 en fibres de verre pour recueillir les pouemières, l'épaisseur de cette couche étant d'environ 0205 à 0,1 mm et sa pro- duction étant réalisée par une technique de fabrication de papier à partir de fibres de verre dont les diamètres moyens sont d'environ 0,2 à 0,29 micron et dont la masse volumique est de 15 à 20 g/m2. L'élément de filtre ainsi obtenu possède une efficacité collectrice de poussières de 99,9999 % ou méme plus életrée pour des particules ayant 0,1 à 0,12 micron de diamètre, qu'il est impossible de filtrer par des techniques classiques. La perte de charge est de 10 à 23.mM de H20 pour une vitesse de passage d'air de 2,5 cm/s, alors que la perte de charge de la seule cou- che de support 4 est de 2 à 3 mm de H20. Alors qu'un élé- ment de filtre selon la technique antérieure utilisant des fibres de verre de diamètres différents nécessite des fi- bres de verre d'une masse volumique de 80 g/m2, jusqu'à 75 % des fibres de verre (c'est-à-dire 60 g/m2) sont rem- placées par des fibres synthétiques selon la présente in- vention, de sorte que l'élément filtrant décrit dans le présent exemple est d'un prix modique et, en outre son volume après incinération est réduit à environ 1/4 de celui d'un élément de filtre classique par suite de la combustion des fibres synthétiques. Quand on soumet un échantillon ayant 15 mm de largeur découpé dans cet élément de filtre à un essai de tension, on obtient une résistance à la traction de 1 kg ce qui prouve que l'élément de filtre de cet exemple possède une résistance mécanique suffisante. Par conséquent, on peut obtenir à un prix de revient modi- que un élément de filtre à air pratique que l'on peut con- sidérer comme possédant une efficacité "ultra-élevée" si on donne à un élément de filtre classique possèdant la meil- leure efficacité collectrice de poussières l'appellation. d'un filtre de "haute efficacité", ce qui contribue gran- dement à rehausser la qualité des produits dans l'industrie de production des unités LSI. Dans l'exemple choisi, la couche collectrice de poussières 5 est réalisée par une technique de fabrication de papier sur la couche de sup- port 4 mais il est également possible dans ce cas d'incor- porer un liant adhésif d'une concentration appropriée dans les fibres de verre de sorte que l'adhérence de la couche de fibres de verre à la couche de support 4 est amé- liorée de manière à empocher la première de se détacher de la seconde sous l'effet de la pression du courant d'air, En outre, la couche collectrice de poussières 5 peut égale- ment itre confectionnée séparément de la couche de support 4 et ensuite collée à cette dernière à l'aide d'un adhésif. EXEMPLE 2 Sur la couche de support en fibres 4 préparée par la mime technique que celle de l'exemple 1, on installe la couche collectrice de poussières 5 en fibres de verre ayant un diamètre moyen de 0,2 à 0,29 micron, l'épaisseur de la couche étant comprise entre environ 0,05 et 0,08 mm pour une masse volumique de 8 à 13 g/cem. L'élément de fil- tre ainsi obtenu présente une-efficacité collectrice de peussières de 99, 97 % pour des particules de 0,3 micron de diamètre et une perte de charge de 7 à 10 mm de H20 à une vitesse d'écoulement d'air de 2,5 cm/s. Cette valeur de la porte de charge est intérieure à la moitié de la perte de charge de 20 mm de H20 (vitesse d'écoulement d'air de 2,5 cm/s) d'un élément de filtre préparé par un procédé classique à partir d'un mélange de fibres de verre de dia- mètres variés et possèdent une efficacité collectrice de poussières de 99, 97 %; plus précisément, une aussi faible perte de charge n'a pas été obtenue dans la technique anté- rieure. On peut dire qu'une haute efficacité est atteinte par l'idée nouvelle de l'invention, à savoir la formation d'une couche collectrice 5 en fibres de verre minces et dent le diamètre peut étre réduit par comparaison avec les fibres synthétiques et naturelles tout en préservant la résistance mécanique EXEMPLE 3 On prépare la couche de fibres de support 4 en uti- lisant des fibres de nylon de 10 à 20 microns de diamètre et d'une épaisseur de 0,5 mm par une technique de fabrica- tion de papier pour une masse' volumique de 50 g/m2. Sur cette couche de support, on installe la couche 5 collectri- ce de poussières en utilisant des fibres de verre d'un diamètre moyen de0,3 à 0,33 -micron, également par une technique de fabrication de papier avec une masse volumi- que de 3 A 5 g/m2. On peut ainsi obtenir un élément de fil- tre qu'on peut appeler d'efficacité moyenne dont ltoffica- cité collectrice de pcuesibres ût do 60 à 75 % pour des particules de 3 microns de diamètre et une porte de charge de 2 à 3 mm de H20 pour une vitease d'écoulement d'air de 2,5 cm/s. La perte de charge de cet éliment de filtre est à peu près la moitié de celle d'un élément de filtre clas- sique et la quantité utilisée de fibtreos de verre représente environ 10 % alors que les fibres synthétiques représentent environ 90 %. On obtient donc un élément de filtre d'effi- cacité moyenne possédant des propriétés qui sont excellen- tes du point de vue de la perte de charge et qu'on peut produire sensiblement avec le même prix de roevilent qutanté- rieurement. La présente invention contribue grandement non seulement à la réalisation d'éléments de filtres d'une efficacité ultra-élevée mais aussi à l'amélioration des performances des éléments de filtres de haute efficacité et d'efficacité moyenne. Il ressort de ce qui précède que l'invention ne permet pas seulement la réalisation pratique d'un élément de filtre d'une efficacité ultra-élevée et de faible parte de charge qu'il était impossible d'obtenir Jusqu'à mainte- nant, mais aussi la production d'excellents éléments de filtre de haute efficacité et d'efficacité moyenne; en ou- tre, les éléments de filtre peuvent Stre d'un faible prix de revient et leur volume peut tre notablement réduit par incinération. Dans ces conditions, l'invention contribue grandement aux industries d'unités LSI, à l'industrie ato- mique et à d'autres industries. *o.qunTp op UOioTU 'q Z UOlTAUO quuLu C ouqTldoadLtod op seaqTj ua (ly) q!oddng op eqonoo uT jns zsTdud unp uoTquoTaqwv; op.nbu'qoo. eun.ud uo. oTO 6z'o 0 Z'O UOJTAuo5p u.&om oasXqquTp un quol asGA op ssaqTj op Tzqvd 'q ( ) ooT.ooTToo oqnonoo Vt OaUoJ uo&nb eo ue P8O$4oWuvO '6 uOJuqOTpuQAOS UT uOTjepppooi- 9 oc À oz5o op mozqT; eo4TpuoT aud e..zo; ( ) soaqTsnod op *oTezqoTToo elonoo aunp *oPTspP eiujqo op e4sad uT 9o seTssunod op soTisoeTToo apsTupp 9%TovoTJoiT aTTqqp inod uuuaTjjuns anossoudp aun e nb"nP o2jBqo op o4.od oTqTj sun a 9 so axTesnod op *oT4oyTlOO S PTOUOTjj eTqTuj eun quvs (t)!zoddnm op meOqTj us eqonoo sun 'nL e,9aTpp soiTenXUod op 0OT;aOeTTOO PmTouoTJJO.T aTueqqo.xnod aiTusseopu eequueTp eT 4uuLu o5oA op sexqTj sap 05kW aeTdud un sa.dp.d uotnb ao us Paçap4ovivo 'zT, 0. 4TrT; op 4uslUpT unp uoTqoupo.d op 9ppooid - ç oz *ÀOzZA *p seqT;j op epu.oj que (s) 43oddns op eqonoo uT snb oo ua 99s90ou3so 'T UO4u0TpUAej sT uoTsm q4uemTa - *Àoq6muup puel Bop.o TTe4nvu seoqTj op e*nXoj que (t) 4zoddnu op oqonoo UT anb ao us T pg.ouzuo 'T uoçOvTpusAoj uV uotos u*wPIT - C *ÀoqquuTp puu.zJ osp sonbTqiq4uX osjqT; op efmp.zoj qu (l) 4zoddns op eqonoo UT anb ao u- pUT.zptouxo 'T uoT4voTpusAse uW uoTOs quwmpla - w T ey TTq; ep 4uopTs 4Tpnp epaTapp o2jxqo op *oqd 0T uT q. gseeuesnod op ooT.zooTToo oaTsapp 9qTOeO;JJosT JTTq -vq anod uuss;Tjjns nosmTvdp sun 'q1nbanr e"Suqo *p oqed oTq;'J oun qo sojqTesnod op oTJoeSTToo 9qTouoTo;J sqTuj aunsnb luupqsuod ou (t) seqTj ue qxodduns op sqonoo aun TnI emaWoj que 8 e@oaTsgod ep eoTzQoeTyoo espTepp poTo ç -T;$eaT aTue4qo inod e*T"vsoou e!qmuTp eT quuL gJj*A op seaq;j ua saoeTesnod op ooTaloeTToo ( ) *qonoo oun8nb oo ue PeTipqoeuio 'TU %? o4TTj; op quomplT - T SoOIJvDI"NcLAx 7 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on forme la couche collectrice (5) en fibres de verre ayant un diamètre moyen d'environ 0,3 à 0,33 micron par une technique de fabrication de papier sur la couche de support (4) en fibres de nylon ayant 10 à 20 microns de diamètre.