(57)【要約】【課題】汚染物質の除去性能に優れ、圧力損失の低いガスフィルターを提供する。【解決手段】フィルター内部の壁面が活性炭紙で構成されるハニカム状のガスフィルターであって；ハニカムを構成するセルのうち、片端が閉塞したセルの割合が５０〜１００％であり、両端が解放されたセルの割合が０〜５０％であり、片端が閉塞したセルのうち、ガスの入口が閉塞したセルと、ガスの出口が閉塞したセルの割合（入口／出口）が３０／７０〜７０／３０であり、活性炭紙が、１０〜９０質量％の活性炭と１０〜９０質量％のバインダーとを含み、活性炭紙の目付が２０〜２００ｇ／ｍ２であり、かつ活性炭の平均粒径が１〜１００μｍであることを特徴とするガスフィルター。【選択図】図１
2014136178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルター内部の壁面が活性炭紙で構成されるハニカム状のガスフィルターであって；
前記ハニカムを構成するセルのうち、片端が閉塞したセルの割合が５０〜１００％であり、両端が解放されたセルの割合が０〜５０％であり、
前記片端が閉塞したセルのうち、ガスの入口が閉塞したセルと、ガスの出口が閉塞したセルの割合（入口／出口）が３０／７０〜７０／３０であり、
前記活性炭紙が、１０〜９０質量％の活性炭と１０〜９０質量％のバインダーとを含み、
前記活性炭紙の目付が２０〜２００ｇ／ｍ２であり、かつ
前記活性炭の平均粒径が１〜１００μｍであることを特徴とするガスフィルター。
【請求項２】
フラットシートとコルゲートシートとを交互に積層することによって前記ハニカム内部の壁面が構成されてなる請求項１記載のガスフィルター。
【請求項３】
２枚のフラットシート間において、入口が閉塞したセルと出口が閉塞したセルとがコルゲートシートを介して交互に配置されてなる請求項２記載のガスフィルター。
【請求項４】
前記ハニカムのセル密度が２０〜４００ｃｐｓｉである請求項１〜３のいずれかに記載のガスフィルター。
【請求項５】
前記活性炭のベンゼン吸着能が２０〜７０質量％である請求項１〜４のいずれかに記載のガスフィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルター内部の壁面が活性炭紙で構成されるハニカム状のガスフィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業設備や輸送機械などから排出されるガスには有機溶剤など揮発性の汚染物質が含まれていることがある。排出規制や臭気などの問題からガスを排出する際には当該ガスに含まれる汚染物質を除去する。また、クリーンルームなどでは雰囲気中に微量でも汚染物質が含まれることが嫌われるためフィルター等を使用して汚染物質が除去された清浄な空気が使用される。
【０００３】
ガスや空気に含まれる揮発性化合物を除去する方法としてケミカルフィルターを用いる方法が知られている。従来、ケミカルフィルターとして、粒状活性炭をフィルターケースに充填したものや、活性炭を内部又は表面に含む活性炭紙をプリーツ状やハニカム状に成型したものが使用されている。ケミカルフィルターを用いて被処理ガスに含まれる汚染物質を効率良く除去するには、被処理ガスとケミカルフィルターに含まれる活性炭などの吸着成分とを確実に接触させることが重要になる。
【０００４】
しかしながら、粒状活性炭を充填したケミカルフィルターは活性炭の粒径が大きいため、活性炭と被処理ガスとの接触効率が悪く汚染物質の除去率を高めることは難しい。また、フィルターが大きくなるため通気時の圧力損失が大きくなる問題もある。
【０００５】
活性炭紙を使用したプリーツ状のケミカルフィルターは、被処理ガスが活性炭紙を通過するので、活性炭と被処理ガスとの接触効率が良く、汚染物質の除去率を高めることが可能である。しかしながら、被処理ガスとの接触効率を上げて優れた除去性能を得るためにはプリーツ数を増やし表面積を大きくする必要がある。また、フィルター自体の構造強度を上げるために補助支材をフィルター骨格などに組み込む必要がある。
【０００６】
活性炭紙を使用したハニカム状のケミカルフィルターは、通気抵抗が小さく強度にも優れている（特許文献１）。しかしながら、被処理ガスと活性炭との接触効率に改善の余地があり、汚染物質の除去性能のより優れたハニカム状のケミカルフィルターの開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００４／１１０９２８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、揮発性の汚染物質の除去性能に優れ、圧力損失の低いガスフィルターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、フィルター内部の壁面が活性炭紙で構成されるハニカム状のガスフィルターであって；前記ハニカムを構成するセルのうち、片端が閉塞したセルの割合が５０〜１００％であり、両端が解放されたセルの割合が０〜５０％であり、前記片端が閉塞したセルのうち、ガスの入口が閉塞したセルと、ガスの出口が閉塞したセルの割合（入口／出口）が３０／７０〜７０／３０であり、前記活性炭紙が、１０〜９０質量％の活性炭と１０〜９０質量％のバインダーとを含み、前記活性炭紙の目付が２０〜２００ｇ／ｍ２であり、かつ前記活性炭の平均粒径が１〜１００μｍであることを特徴とするガスフィルターを提供することによって解決される。
【００１０】
このとき、フラットシートとコルゲートシートとを交互に積層することによって前記ハニカム内部の壁面が構成されてなることが好ましい。２枚のフラットシート間において、入口が閉塞したセルと出口が閉塞したセルとがコルゲートシートを介して交互に配置されてなることも好ましい。
【００１１】
前記ハニカムのセル密度が２０〜４００ｃｐｓｉであることも好ましい。前記活性炭のベンゼン吸着能が２０〜７０質量％であることも好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、揮発性の汚染物質の除去性能に優れ、圧力損失の低いガスフィルターを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のガスフィルターの好適な実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１のガスフィルターの一部を入口の方向から見た拡大図である。
【図３】図１のガスフィルターの上下のフラットシートを取り去ったときの１枚のコルゲートシートを示した斜視図である。
【図４】全てのセルの両端が開放されたハニカム成型体を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、フィルター内部の壁面が活性炭紙で構成されるハニカム状のガスフィルターに関する。まず、図面を参照しながら本発明の実施形態に係るガスフィルター１について簡単に説明する。図面に示した態様は具体例を示すものであり本願発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。
【００１５】
図１は、本発明のガスフィルター１の好適な実施形態を示す斜視図である。図１の矢印は被処理ガスの進行方向を示す。図１の矢印で示されているように、被処理ガスは入口（Ｉｎ）から入りガスフィルター１の内部を通過して出口（Ｏｕｔ）から排出される。
【００１６】
図２は、図１のガスフィルターの一部を入口の方向から見た拡大図である。図２に示すように、ガスフィルター１は、波形状の活性炭紙（コルゲートシート２）と平板状の活性炭紙（フラットシート３）とが交互に積層されている。また、図２に示すように、ハニカムを構成するセル４の片端は接着剤５により閉塞されている。図２において図示は省略したが、実際には出口の片端も接着剤５により閉塞されている。
【００１７】
ここで、図３を参照してハニカムを構成するセル４について説明する。図３は、図１のガスフィルター１の上下のフラットシート３を取り去ったときの１枚のコルゲートシート２を示した斜視図である。図３に示すように、入口又は出口の片端は接着剤５により閉塞されている。具体的には、入口の片端が閉塞されている場合、出口の片端は開放されている。一方、入口の片端が開放されている場合、出口の片端は閉塞されている。言い換えると、ガスフィルター１のセル４は、入口又は出口の片端のうちのどちらかが閉塞している。さらに、セル４は交互に入口又は出口の片端が閉塞されている。したがって、図３の矢印で示すように、入口から入った被処理ガスは、コルゲートシート２の壁面６又はフラットシート３の壁面（図示せず）を少なくとも必ず１回は通過してから、隣接するセル４を通って出口から排出される。以上が本発明の実施形態に係るガスフィルター１についての簡単な説明である。
【００１８】
本発明において、ハニカムを構成するセルのうち、片端が閉塞したセルの割合が５０〜１００％であり、両端が解放されたセルの割合が０〜５０％であることが重要である。片端が閉塞したセルの割合が５０％未満であると活性炭紙を通過する被処理ガスの割合が減り汚染物質の除去性能が劣る。片端が閉塞したセルの割合が７０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましく、実質的に１００％であることがさらに好ましい。ここで、片端とは、入口の片端及び出口の片端の両方を意味する。したがって、図１〜３で示したガスフィルター１の場合、片端が閉塞したセルの割合は１００％であり、両端が解放されたセルの割合は０％である。一方、両端が解放したセルの割合が５０％を超えると、通気抵抗は小さくなるが汚染物質の除去性能が劣る。汚染物質の除去性能をより向上させる観点から、両端が解放したセルの割合が３０％以下であることが好ましく、１０％以下であることがより好ましく、実質的に０％であることがさらに好ましい。
【００１９】
また、片端が閉塞したセルのうち、ガスの入口が閉塞したセルと、ガスの出口が閉塞したセルの割合（入口／出口）が３０／７０〜７０／３０であることも重要である。これによって、被処理ガスと活性炭とを効率よく接触させることができる。上記割合（入口／出口）は、４５／５５〜５５／４５であることが好ましく、実質的に５０／５０であることがより好ましい。このとき、セルは一つおきに入口又は出口の片端が閉塞されていることが好ましい。図１〜３で示したガスフィルター１の場合、セル４は交互に入口又は出口の片端が閉塞されており、セルの割合（入口／出口）は５０／５０である。
【００２０】
本発明のガスフィルターにおいて、両端が閉塞したセルを含んでいてもかまわないが、処理量を増やす観点から片端が閉塞したセル及び両端が解放した以外のセル、すなわち両端が閉塞したセルは実質的に含まないことが好ましい。
【００２１】
本発明のガスフィルターにおけるセルの密度が２０〜４００ｃｐｓｉであることが好ましい。セルの密度が２０ｃｐｓｉ未満であると通気抵抗が大きくなるとともに、ガスフィルターの寿命が短くなるおそれがある。セルの密度は６０ｃｐｓｉ以上であることがより好ましい。一方、セル４の密度が４００ｃｐｓｉを超えるとコルゲート加工が困難になるおそれがある。セルの密度は２００ｃｐｓｉ以下であることがより好ましい。ここでセル密度（ｃｐｓｉ）とは１平方インチ当たりのセル数のことをいう。セルの形状が図２に示すようなコルゲート状の場合、セル４の山高（ｈ）及びピッチ（ｐ）を調整することによって上記セル密度を調整することができる。
【００２２】
本発明のガスフィルターに用いられる活性炭紙は、活性炭とバインダーとを含むものである。ここで、活性炭紙が、１０〜９０質量％の活性炭を含むことが重要である。活性炭紙における活性炭の含有量が１０質量％未満であると汚染物質の除去性能が劣る。活性炭の含有量は２０質量％以上が好ましい。一方、活性炭紙における活性炭の含有量が９０質量％を超えると活性炭紙の強度が低下したり、発塵を引き起こしたりする。活性炭の含有量は８０質量％以下が好ましい。
【００２３】
上記活性炭の原料は特に限定されないが、例えば植物系材料（例えば、木材、鉋屑、木炭、ヤシ殻やクルミ殻などの果実殻、果実種子、パルプ製造副生成物、リグニン、廃糖蜜などの植物由来の材料）、鉱物系材料（例えば、泥炭、亜炭、褐炭、瀝青炭、無煙炭、コークス、コールタール、石炭ピッチ、石油蒸留残渣、石油ピッチなどの鉱物由来の材料）、合成樹脂系材料（例えば、フェノール樹脂、ポリ塩化ビニリデン、アクリル樹脂などの合成樹脂由来の材料）などを挙げることができる。これらの原料は、単独でまたは２種類以上組み合わせても使用できる。
【００２４】
原料は、炭化及び賦活されて活性炭となるが、炭化及び賦活の方法は特に限定されない。炭化の方法としては、例えば、回分式ロータリーキルンに少量の不活性ガスを流しながら３００℃以上で処理する方法が挙げられる。
【００２５】
賦活の方法としては、ガス賦活や薬品賦活などが挙げられる。ガス賦活において使用されるガスは、水蒸気、炭酸ガス、酸素、燃焼ガスなどがある。賦活温度は通常３００〜１２００℃であり、好ましくは９００℃まで昇温する。賦活時間及び昇温速度は、原料の量、種類、形状、サイズなどにより適宜設定される。薬品賦活において使用される薬品は、硫酸、リン酸、硝酸などの酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物、塩化カルシウム、塩化亜鉛などの金属塩化物などを挙げることができる。処理温度は通常３００〜８００℃である。薬品賦活で用いる薬品の種類や濃度は、原料の量、種類、形状、サイズなどにより適宜設定される。
【００２６】
本発明において、活性炭の平均粒径が１〜１００μｍであることも重要である。平均粒径が１μｍ未満であると活性炭が飛散したり凝着したりして取扱い性が悪くなるだけでなく、活性炭紙にしたときに当該活性炭紙から微粉末として落下する。平均粒径は５μｍ以上であることが好ましい。一方、平均粒径が１００μｍを超えると抄紙が困難になったり活性炭紙から脱落したりするとともに、活性炭と被処理ガスの接触効率が劣り汚染物質の除去性能が低下したりする。平均粒径は７０μｍ以下であることが好ましい。ここで平均粒径とは、レーザー回折・散乱式粒度分析計によって求めた体積粒径分布において累積百分率が５０％のときの粒径を意味する。
【００２７】
また、活性炭のベンゼン吸着能は２０〜７０質量％であることが好ましい。活性炭のベンゼン吸着能が２０質量％未満であると汚染物質の除去性能が劣るおそれがある。活性炭のベンゼン吸着能は３０質量％以上であることがより好ましい。ガスフィルターに活性炭を用いる場合、通常はベンゼン吸着能が高い方が汚染物質の吸着量が増える。したがって、ベンゼン吸着能が高い方が寿命の延長及びガスフィルターの小型化の観点から望ましい。しかしながら、ベンゼン吸着能が高い活性炭は製造コストがかかるため、使用目的やコストなどを考慮して適当なものが適宜選択して使用される。
【００２８】
本発明において、活性炭紙が１０〜９０質量％のバインダーを含むことが重要である。
活性炭紙におけるバインダーの含有量が１０質量％未満であると抄紙が困難になる。バインダーの含有量は２０質量％以上が好ましい。一方、活性炭紙におけるバインダーの含有量が９０質量％を超えると、活性炭紙における活性炭の含有量が１０質量％未満になり、汚染物質の除去性能が劣る。バインダーの含有量は８０質量％以下が好ましい。
【００２９】
上記バインダーの形態は特に限定されないが、繊維であることが好ましく、短繊維であることがより好ましい。繊維の素材は特に限定されず、パルプなどのセルロース繊維；ポリビニルアルコール繊維；ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン繊維；ポリエステル繊維；ポリアクリロニトリル繊維などを挙げることができる。ここで用いられる繊維は、単独繊維に限らず、複数のポリマーからなる複合繊維であってもかまわない。複合繊維としては例えば、ポリエステルを芯、ポリオレフィンを鞘とする芯鞘型の熱融着性複合繊維が挙げられる。前記繊維が、難燃剤その他の添加剤を含んでいてもかまわない。
【００３０】
本発明において、前記活性炭紙の目付が２０〜２００ｇ／ｍ２であることも重要である。本発明においては活性炭紙に被処理ガスを通過させることが特徴の１つであることから、圧力損失を低くするためには目付が低い方が好ましい。しかしながら、活性炭紙の目付が２０ｇ／ｍ２未満であると活性炭紙の強度が不足する。一方、目付が２００ｇ／ｍ２を超えると通気抵抗が大きくなりすぎる。強度の観点から活性炭紙の目付が５０ｇ／ｍ２以上であることが好ましい。一方、通気抵抗の観点から目付が１２０ｇ／ｍ２以下であることが好ましい。活性炭紙の厚みは使用目的やコストなどを考慮して適宜設定されるが、厚さは通常０．０５〜１．０ｍｍであり、好適には０．２〜０．５ｍｍである。
【００３１】
活性炭紙の製造方法は、上記の条件を満足する活性炭紙が得られる方法であれば特に限定されない。例えば、活性炭、バインダー及び水とを混合撹拌して得られたスラリーを、抄紙機に流し込み水分を取り除く湿式抄紙法により得ることができる。
【００３２】
ガスフィルターの製造方法は特に限定されない。例えば、平板状の活性炭紙と所定の形状に成型された活性炭紙とを接着剤で接着する方法で製造することができる。活性炭紙をコルゲート状に成型すれば、図２に示すようにセルがコルゲート状になる。セルの形状も特に限定されず、図２に示すようなコルゲート状のほか、多角形状であってもよい。加工が容易である観点から、コルゲートシートとフラットシートとを交互に積層することによって前記ハニカム内部の壁面が構成されてなることが好ましい。具体的には、活性炭紙をコルゲート状に成型したコルゲートシートを作製する。そして、当該コルゲートシートとフラットシートとを交互に積層し、コルゲートシートの頂部とフラットシートとを接着し、フラットシートで側面を覆うようにして作製する方法が好ましい。
【００３３】
また、セルの片端を閉塞する方法も特に限定はされない。好適な方法として、接着剤をセルの端部に流し込んで閉塞する方法が挙げられる。このとき、図１〜３に示すように、２枚のフラットシート３間において、入口が閉塞したセル４と出口が閉塞したセル４とがコルゲートシート２を介して交互に配置されるようにすることが好ましい。このような場合には、１枚のコルゲートシートにおいて、その一端の表面の凹部に接着剤を充填するとともに、他端の裏面の凹部に接着剤を充填する方法が簡便であり、好適に採用される。
【００３４】
こうして得られた本発明のガスフィルターは、揮発性有機化合物などの汚染物質の除去性能に優れ、しかも圧力損失が低いので様々な用途に用いることができる。例えば、クリーンルーム用などに好適に用いられる。
【実施例】
【００３５】
以下、実施例を用いて本発明を更に具体的に説明する。本実施例及び比較例で用いた活性炭の粒径及びベンゼン吸着能は以下の方法に従って測定した。
【００３６】
［活性炭の粒径の測定］
本実施例及び比較例で用いた活性炭の粒径はレーザー回折・散乱法により測定した。すなわち、測定対象である活性炭を界面活性剤と共にイオン交換水に入れ、超音波振動を与え均一分散液を作製した。そして、米国マイクロトラック社製のレーザー回折・散乱式粒度分析計「Ｍｉｃｒｏｔｒａｃ  ＭＴ３２００」を用いて測定した。均一分散液の活性炭濃度は同分析計で表示される測定濃度範囲に収まるように調整した。また、均一分散を目的に使用される界面活性剤は株式会社花王製の「Ｔｒｉｔｏｎ−Ｘ  １００」を用いた。界面活性剤は測定に影響を与える気泡等が発生しない適当量を添加した。そして、上記の分析計によって求めた体積粒径分布において累積百分率が５０％のときの粒径を平均粒径とした。
【００３７】
［ベンゼン吸着能の測定］
ＪＩＳ  Ｋ１４７４に従い、活性炭にベンゼンを含む乾燥空気を通し、当該活性炭に吸着されたベンゼンの質量を測定し、以下の式（１）によってベンゼン吸着能（質量％）を求めた。このとき、飽和濃度の１／１０の濃度のベンゼンを含む空気を用いて測定した。
ベンゼン吸着能（質量％）＝［｛（ベンゼン吸着後の試料質量）−（ベンゼン吸着前の試料質量）｝／（ベンゼン吸着前の試料質量）］×１００  （１）
【００３８】
実施例１
ヤシ殻を原料とする活性炭を平均粒径が約１０μｍになるまで粉砕した。粉砕された活性炭のベンゼン吸着能は６５質量％であった。粉砕した活性炭（Ａ）、パルプ（Ｂ）、ポリエステル繊維（Ｃ）及び難燃性アクリル繊維（Ｄ）を、重量比で（Ａ）：（Ｂ）：（Ｃ）：（Ｄ）が３０：２０：４０：１０になるように混合して混合物を得た。得られた混合物に水を加えて撹拌してスラリーを得た。そして、得られたスラリーを抄紙し、厚さが０．２ｍｍ、目付が５０ｇ／ｍ２の活性炭紙を得た。
【００３９】
得られた活性炭紙をコルゲート状（ピッチ４．３ｍｍ、山高２．６ｍｍ）に成型した。コルゲート状に成型された活性炭紙（コルゲートシート）と平板状の活性炭紙（フラットシート）とを交互に積層した。コルゲートシートの頂部とフラットシートとを接着し、フラットシートで側面を覆うようにして図４に示すようなセル密度が１２０ｃｐｓｉのハニカム成型体７を得た。図示例のハニカム成型体７は、縦の長さが５０ｍｍ、横の長さが５０ｍｍ、奥行きが５０ｍｍである。
【００４０】
得られたハニカム成型体において、ガスの入口の片端をアクリル樹脂系の接着剤で１セルおきに閉塞した。一方、ガスの出口の片端は入口が閉塞されていないセルを閉塞した。このようにして、図１に示すようなガスフィルターを得た。このガスフィルターは、片端が閉塞したセルの割合が１００％であり、両端が解放されたセルの割合が０％である。また、片端が閉塞したセルのうち、ガスの入口が閉塞したセルと、ガスの出口が閉塞したセルの割合（入口／出口）が５０／５０である。
【００４１】
得られたガスフィルターの入口から出口に向けて濃度が３００ｐｐｍのブタンガスを２５℃で１０Ｌ／分の流量で５分間流した。そして、出口から出たガスに含まれるブタンガスの濃度を測定した。この値が小さいほど、ブタンガス（揮発性有機化合物）の除去性能に優れていることを示す。結果を表１に示す。
【００４２】
また、得られたガスフィルターの通気抵抗を測定した。具体的には、通気抵抗の測定は、入口から２５℃で線速度１ｍ／秒で空気を通流させた際の入口と出口の両側の圧力差を測定することで求めた。結果を表１に示す。
【００４３】
実施例２〜６
活性炭紙に含まれる活性炭のベンゼン吸着能、活性炭紙の目付及びハニカム成型体のセル密度を表１に示すように変更した以外は実施例１と同様にしてガスフィルターを得た。そして上記の測定方法に従って、ブタンガス濃度と通気抵抗を測定した。結果を表１に示す。
【００４４】
比較例１
ガスの入口及び出口を接着剤で閉塞していない以外は実施例４と同様にしてガスフィルターを得た。すなわち、比較例１のガスフィルターは、片端が閉塞したセルの割合が０％であり、両端が解放されたセルの割合が１００％である。そして上記の測定方法に従って、ブタンガス濃度と通気抵抗を測定した。結果を表１に示す。
【００４５】
比較例２
実施例１で用いたフラットな活性炭紙をそのまま用いて上記の測定方法に従って、ブタンガス濃度と通気抵抗を測定した。結果を表１に示す。
【００４６】
【表１】
2014136178.tif 000003
【００４７】
表１に示すように、比較例１のガスフィルターと各実施例のガスフィルターとを比較すると、ブタンガス濃度は大きく低下した。本発明のガスフィルターは、従来のハニカム状のガスフィルターと比べて、被処理ガス中に含まれる汚染物質の除去率に優れていることがわかった。また、実施例１と４、実施例２と５、及び実施例３と６とをそれぞれ比較すると、セル密度が高くなると通気抵抗は小さくなることもわかった。
【符号の説明】
【００４８】
１  ガスフィルター
２  コルゲートシート
３  フラットシート
４  セル
５  接着剤
６  側壁
７  ハニカム成型体
【図１】
2014136178.tif 000004
【図２】
2014136178.tif 000005
【図３】
2014136178.tif 000006
【図４】
2014136178.tif 000007