(57)【要約】０．３μｍの粒子を７０％〜９０％除去可能な上流側不織布と、０．３μｍの粒子を９９．９９％以上除去可能な下流側不織布とを一体成形した積層濾材１２を有し、該積層濾材１２が、その厚み方向の膜形状がミニプリーツ形状とされ、かつ、同厚み方向の全体断面形状が、複数の連続したＶ字形状に形成されている高容量ＨＥＰＡフィルタ１０を採用した。また、この高容量ＨＥＰＡフィルタ１０を備えた集塵装置を採用した。また、この集塵装置を備えたガスタービンの吸気装置を採用した。この高容量ＨＥＰＡフィルタ１０／集塵装置／ガスタービンの吸気装置によれば、小型でありながら高効率の集塵能力を長期間維持することが可能となる。
2003043717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．３μｍの粒子を７０％〜９０％除去可能な上流側不織布と、０．３μｍの粒子を９９．９％以上除去可能な下流側不織布とを一体成形した積層濾材を有し、
該積層濾材は、その厚み方向の膜形状がミニプリーツ形状とされ、かつ、同厚み方向の全体断面形状が、複数の連続したＶ字形状に形成されていることを特徴とする集塵フィルタ。
【請求項２】
前記積層濾材は、高さ寸法６００±２０ｍｍ、幅寸法６００±２０ｍｍ、奥行寸法３００±２０ｍｍのフィルタ枠内に収容され、前記Ｖ字形状を５組〜７組形成していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の集塵フィルタ。
【請求項３】
前記上流側不織布は、線径が０．３μｍ〜１５μｍが主体の繊維からなる、厚み０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの濾材であり、
前記下流側不織布は、線径が０．１μｍ〜２μｍが主体の繊維からなる、厚み０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの濾材である
ことを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の集塵フィルタ。
【請求項４】
前記ミニプリーツ形状は、幅寸法が１０ｍｍ〜３０ｍｍで、かつ、ピッチ寸法が１．７ｍｍ〜３．２ｍｍであることを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の集塵フィルタ。
【請求項５】
前記上流側不織布及び前記下流側不織布は、ポリエステル繊維にガラス繊維を混成した不織布からなることを特徴とする請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載の集塵フィルタ。
【請求項６】
前記積層濾材がなす各Ｖ字形状の上流側角部には、これら上流側角部に至った流体を、これらＶ字形状をなす隣り合う壁部間に形成される間隙に向かって導く整流部が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載の集塵フィルタ。
【請求項７】
前記積層濾材がなす各Ｖ字形状の下流側空間には、これらＶ字形状をなす隣り合う壁部間を通過した後の流体同士間を仕切る仕切部材が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項〜第６項のいずれかに記載の集塵フィルタ。
【請求項８】
粒子の除去効率が相対的に低い第１不織布と高い第２不織布とを一体成形してなる積層濾材を有することを特徴とする集塵フィルタ。
【請求項９】
前記第１不織布は、線径が相対的に太い第１繊維と細い第２繊維とにより混成され、前記第２不織布は、線径が相対的に太い第３繊維と細い第４繊維とにより混成され、
前記第２繊維の線径を前記第１繊維の線径で割り算した比を第１繊維比とし、前記第４繊維の線径を前記第３繊維の線径で割り算した比を第２繊維比とした場合に、
前記第１繊維比は、前記第２繊維比よりも小さいことを特徴とする請求の範囲第８項に記載の集塵フィルタ。
【請求項１０】
前記第１繊維及び前記第３繊維は、ポリエステル繊維であり、
前記第２繊維及び前記第４繊維は、ガラス繊維であることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の集塵フィルタ。
【請求項１１】
前記第１不織布は、主として線径が０．３〜１５μの繊維からなり、
前記第２不織布は、主として線径が０．１μｍ〜２μｍの繊維からなることを特徴とする請求の範囲第８項〜第１０項のいずれかに記載の集塵フィルタ。
【請求項１２】
前記第１不織布は、０．３μｍの粒子を７０％〜９０％除去可能であり、
前記第２不織布は、０．３μｍの粒子を９９．９％以上除去可能であることを特徴とする請求の範囲第８項〜第１１項のいずれかに記載の集塵フィルタ。
【請求項１３】
前記集塵フィルタは、前記第１不織布及び前記第２不織布からなる２層構造であることを特徴とする請求の範囲第８項〜第１２項のいずれかに記載の集塵フィルタ。
【請求項１４】
前記第１不織布及び前記第２不織布の厚みが、共に０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求の範囲第８項〜第１３項のいずれかに記載の集塵フィルタ。
【請求項１５】
前記積層濾材の厚み方向の膜形状が、ミニプリーツ形状であることを特徴とする請求の範囲第８項〜第１４項のいずれかに記載の集塵フィルタ。
【請求項１６】
前記ミニプリーツ形状は、幅寸法が１０ｍｍ〜３０ｍｍで、かつ、ピッチ寸法が１．７ｍｍ〜３．２ｍｍであることを特徴とする請求の範囲第１５項に記載の集塵フィルタ。
【請求項１７】
前記積層濾材は、厚み方向の全体断面形状が、複数の連続したＶ字形状に形成されていることを特徴とする請求の範囲第１５項または第１６項に記載の集塵フィルタ。
【請求項１８】
前記積層濾材がなす各Ｖ字形状の上流側角部には、これら上流側角部に至った流体を、これらＶ字形状をなす隣り合う壁部間に形成される間隙に向かって導く整流部が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１７項に記載の集塵フィルタ。
【請求項１９】
前記積層濾材がなす各Ｖ字形状の下流側空間には、これらＶ字形状をなす隣り合う壁部間を通過した後の流体同士間を仕切る仕切部材が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１７項または第１８項に記載の集塵フィルタ。
【請求項２０】
前記積層濾材は、高さ：幅：奥行き＝２：２：１のフィルタ枠内に収納されていることを特徴とする請求の範囲第１７項〜第１９項のいずれかに記載の集塵フィルタ。
【請求項２１】
前記積層濾材は、前記Ｖ字形状を５組〜７組形成していることを特徴とする請求の範囲第２０項に記載の集塵フィルタ。
【請求項２２】
請求の範囲第１項〜第２１項のいずれかに記載の集塵フィルタが備えられていることを特徴とする集塵装置。
【請求項２３】
前記集塵装置は、ガスタービンの吸気口に設けられ、
前記吸気口に取り込まれる吸気からの大気塵除去に用いられることを特徴とする請求の範囲第２２項に記載の集塵装置。
【請求項２４】
請求の範囲第２２項に記載の集塵装置が備えられていることを特徴とするガスタービンの吸気装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、例えば、ガスタービンの空気圧縮機に吸気を供給する吸気装置と、該吸気装置に備えられて前記吸気に含まれる大気塵を集塵除去する集塵装置と、この集塵装置に備えられる集塵フィルタとに関するものである。
背景技術
ガスタービンでは、大気を取り込む構成となっている。一般に、空気中には０．１μｍ〜１０μｍの範囲の粒子径分布を有する大気塵が混在しているが、このような大気塵がガスタービン内に吸気されて空気圧縮機の動翼に付着すると、流体抵抗が増えて出力ロスが増大するため、結果として発電出力が低下する問題を生じる。このような問題の防止を目的として、ガスタービンの吸気装置には、その空気圧縮機に向かって吸い込まれる空気中より大気塵を除去して浄化すべく、例えば図１０に示す集塵装置１（フィルタユニット）が設置されている。
同図に示す２段式の集塵装置１は、前記空気圧縮機（図示せず）に接続されたハウジング２と、該ハウジング２内で最も上流側に配置された粗塵フィルタ３（プレフィルタ）と、該粗塵フィルタ３よりも細かい粒子径の大気塵を主に集塵除去する中性能フィルタ４とを備えて構成されている。
この集塵装置１によれば、ハウジング２内に取り込まれた吸気は、まず粗塵フィルタ３を通過することによって粒子径１μｍの大気塵が３０％程度集塵除去され、さらに中性能フィルタ４を通過することによって粒子径が１μｍ程度である大気塵が７０％程度集塵除去されるようになっている。
前述のように、ガスタービンの発電効率向上の観点からは、空気圧縮機に取り込まれる大気塵量が極力少ないことが好ましいため、更なる集塵率の向上が望まれるものとなり、このような場合には、例えば図１１に示す３段式の集塵装置５が用いられることとなる。
同図に示す集塵装置５は、前記粗塵フィルタ３及び中性能フィルタ４に対し、さらに下流側に高性能フィルタ７（Ｈｉｇｈ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ａｉｒ  Ｆｉｌｔｅｒ。以下、ＨＥＰＡフィルタと称する）を追加装備したものである。このＨＥＰＡフィルタ７は、主に０．３μｍ近傍の粒径を有する大気塵を９９．９７％以上除去することが可能であり、これら３つのフィルタ３，４，７によって空気中に含まれる殆どの大気塵を除去することが可能となっている。
上述のように、３段式の集塵装置５は、高い集塵効率を達成できるものの、ＨＥＰＡフィルタ７を追加設置する分、装置自体が大型化する傾向にある。このような装置の大型化は、設置スペースを大きく取って設置困難となる場合が多々あるため、装置の小型化が望まれていた。
このような装置の小型化を目的として、中性能フィルタとＨＥＰＡフィルタを一体化した積層フィルタ装置が開発されている。この従来の積層フィルタ装置を図１２に示す。同図に示す積層フィルタ装置８は、四角枠状のフレーム８ａと、該フレーム８ａ内に折り畳まれて収容された積層フィルタ８ｂと、該積層フィルタ８ｂの隣り合う壁体間を仕切るパーティション８ｃとを備えて構成されている。積層フィルタ８ｂは、中性能フィルタ８ｂ１とＨＥＰＡフィルタ８ｂ２を単純に重ね合わせて折り畳んだものであり、これらの間は分離した状態となっている。
この従来の積層フィルタ装置８によれば、中性能フィルタ８ｂ１とＨＥＰＡフィルタ８ｂ２を一体化したことによって装置の小型化が達成可能となっている。しかしながら、その集塵効率の観点から見た場合、積層フィルタ８ｂを折り畳むことによって濾過面積を増やすだけでは必ずしも所望の性能を満足できない場合がある。すなわち、大気塵の捕集容量が少ないためにフィルタ寿命が短くなり、短期間で交換しなければならなくなることになる。
一般に、ガスタービンでは、フィルタを交換せずに１年間の連続運転（運転時間として約８７６０時間）を行えることが望まれているが、上述の従来の積層フィルタ装置８では、フィルタ寿命が短命であるために半年ももたない場合が有った。
前記積層フィルタ装置８のフィルタ寿命をより長くすることを考えた場合、積層フィルタ８ｂに例えば細かな凹凸形状を形成するなどして、濾過面積を増大させることが考えられる。しかしながら、上述のように、この積層フィルタ８ｂは、中性能フィルタ８ｂ１とＨＥＰＡフィルタ８ｂ２を単純に重ね合わせて折り畳んだものであり、これらの間は分離した状態となっているため、これらが互いに剥離しない状態を保ちながら細かな凹凸形状を加工するには無理があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、小型でありながら高効率の集塵能力を長期間維持するために、濾過面積を増大させることが可能な積層濾材を備えた、集塵フィルタ及び集塵装置及びガスタービンの吸気装置の提供を目的とする。
発明の開示
本発明の集塵フィルタは、０．３μｍの粒子を７０％〜９０％除去可能な上流側不織布と、０．３μｍの粒子を９９．９％以上除去可能な下流側不織布とを一体成形した積層濾材を有し、該積層濾材の、その厚み方向の膜形状がミニプリーツ形状とされ、かつ、同厚み方向の全体断面形状が、複数の連続したＶ字形状に形成されていることを特徴とする。
この集塵フィルタによれば、上流側不織布と下流側不織布とを１枚の積層濾材に纏める方法として、単純に重ね合わせるだけではなく、一体成形とする方法を採用したことで、積層濾材を容易にミニプリーツ形状に加工することが可能となる。また、このようなミニプリーツ形状の積層濾材を採用することにより、従来のような平坦な膜形状に比較して、より広い濾過面積を確保することができるようになるので、小型でありながら高効率の集塵能力を長期間維持することが可能となる。
また、本発明の集塵フィルタは、前記積層濾材が、高さ寸法６００±２０ｍｍ、幅寸法６００±２０ｍｍ、奥行寸法３００±２０ｍｍのフィルタ枠内に収容され、前記Ｖ字形状を５組〜７組形成していることを特徴とする。
この集塵フィルタによれば、小型のフィルタ枠内に対し、Ｖ字形状を５組〜７組形成させた状態で収容することにより、３０ｍ２〜６０ｍ２もの広い濾過面積を確保することが可能になる。このとき、Ｖ字形状を４組以下にしてしまうと、３０ｍ２〜６０ｍ２の濾過面積を確保することができなくなる。また、濾過抵抗を減らすために濾過面積を増やすことを考えて、Ｖ字形状を８組以上にしてしまうと、このＶ字形状を形成する各濾材壁部間のピッチ寸法が狭くなるため、かえって流路抵抗が増大して流れにくくなる。このような観点より、Ｖ字形状は５組〜７組であることが好ましい。
また、本発明の集塵フィルタは、前記上流側不織布が、線径が０．３μｍ〜１５μｍが主体の繊維からなる、厚み０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの濾材であり、前記下流側不織布が、線径が０．１μｍ〜２μｍが主体の繊維からなる、厚み０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの濾材であることを特徴とする。
この集塵フィルタによれば、上流側不織布では、０．３μｍの粒子を７０％〜９０％確実に除去することができ、また下流側不織布では、０．３μｍの粒子を９９．９％以上確実に除去することが可能となる。
また、本発明の集塵フィルタは、前記ミニプリーツ形状が、幅寸法が１０ｍｍ〜３０ｍｍで、かつ、ピッチ寸法が１．７ｍｍ〜３．２ｍｍであることを特徴とする。
この集塵フィルタによれば、濾過面積に見合った最適な集塵効率を確保することができるようになる。すなわち、積層濾材の濾過面積を大きくするためには、ミニプリーツ形状の幅寸法を大きくしてピッチ寸法を小さくする必要がある。しかし、これらを過度に行うと、Ｖ字形状をなす隣接する濾材壁部間の接触や形状による流れ抵抗の増加により、濾材全面で均等に通気しなくなり、濾過面積に見合った集塵効率が確保できなくなる。そこで、本発明のような寸法形状のミニプリーツ形状を採用することにより、濾過面積に見合った高い集塵効率を確保することが可能となる。
また、本発明の集塵フィルタは、前記上流側不織布及び前記下流側不織布が、ポリエステル繊維にガラス繊維を混成した不織布からなることを特徴とする。
この集塵フィルタによれば、線径が比較的大きいポリエステル繊維は、その柔軟性により密に絡み合うことができ、粒径が中〜大の粉塵を効果的に除去することができる。一方、このポリエステル繊維よりも線径の小さいガラス繊維は、ポリエステル繊維が密に絡み合った組織内にバランス良く混成して、より小さい粒子径の粉塵を効果的に除去することができるようになる。このように、粒子径の大きい粉塵から小さい粉塵まで、効果的に除去することが可能となる。
また、本発明の集塵フィルタは、前記積層濾材がなす各Ｖ字形状の上流側角部に、これら上流側角部に至った流体を、これらＶ字形状をなす隣り合う壁部間に形成される間隙に向かって導く整流部が設けられていることを特徴とする。
この集塵フィルタによれば、特に流れの剥離が生じやすい各上流側角部に対して流れをスムーズに招き入れることができ、フィルタ入口部における圧力損失を低減させることが可能となる。すなわち、濾過面積を増やすためにＶ字形状の数を多くすると、フィルタ入口部の通気面積が減少し、場合によっては流れが各上流側角部で剥離して縮流を形成し、圧力損失の増加を引き起こしてしまう。そこで、特に流れの剥離が生じやすい各上流側角部に整流部を設けて、流れをスムーズに招き入れることにより、フィルタ入口部における圧力損失を低減させることができるようになる。
また、本発明の集塵フィルタは、前記積層濾材がなす各Ｖ字形状の下流側空間に、これらＶ字形状をなす隣り合う壁部間を通過した後の流体同士間を仕切る仕切部材が設けられていることを特徴とする。
この集塵フィルタによれば、例えば仕切部材を備えない場合には、積層濾材の隣り合う壁部間を通過した直後の流れが互いに干渉し合って圧力損失が増大する。そこで、隣り合う壁部間に仕切部材を配置して仕切ることにより、前述の干渉を阻止することができ、集塵フィルタを通過する際の圧力損失の増加を極力減らすことが可能となる。
また、本発明の集塵フィルタは、粒子の除去効率が相対的に低い第１不織布と高い第２不織布とを一体成形してなる積層濾材を有することを特徴とする。
この集塵フィルタによれば、第１不織布及び第２不織布を１枚の積層濾材に纏める方法として、単純に重ね合わせるだけではなく、一体成形とする方法を採用したことで、該積層濾材を、例えばミニプリーツ形状などに容易に加工することができるようになり、従来のような平坦な膜形状に比較して、その濾過面積を増大させることが可能となる。したがって、本集塵フィルタは、限られた空間内において容易に濾過面積を増大できる積層濾材を備えているので、小型でありながら高効率の集塵能力を長期間維持することができるようになる。
また、本発明の集塵フィルタは、前記第１不織布が、線径が相対的に太い第１繊維と細い第２繊維とにより混成され、前記第２不織布が、線径が相対的に太い第３繊維と細い第４繊維とにより混成され、前記第２繊維の線径を前記第１繊維の線径で割り算した比を第１繊維比とし、前記第４繊維の線径を前記第３繊維の線径で割り算した比を第２繊維比とした場合に、前記第１繊維比が、前記第２繊維比よりも小さいことを特徴とする。
この集塵フィルタによれば、粒子径の大きい粉塵から小さい粉塵まで、効果的に除去することが可能となる。
また、本発明の集塵フィルタは、前記第１繊維及び前記第３繊維が、ポリエステル繊維であり、前記第２繊維及び前記第４繊維が、ガラス繊維であることを特徴とする。
この集塵フィルタによれば、線径が比較的太いポリエステル繊維は、その柔軟性により密に絡み合うことができ、粒径が中〜大の粉塵を効果的に除去することができる。一方、このポリエステル繊維よりも線径が細いガラス繊維は、ポリエステル繊維が密に絡み合った組織内にバランス良く混成して、より小さい粒子径の粉塵を効果的に除去することができるようになる。このように、粒子径の大きい粉塵から小さい粉塵まで、効果的に除去することが可能となる。
また、本発明の集塵フィルタは、前記第１不織布が、主として線径が０．３〜１５μの繊維からなり、前記第２不織布が、主として線径が０．１μｍ〜２μｍの繊維からなることを特徴とする。
この集塵フィルタによれば、第１不織布では、０．３μｍの粒子を７０％〜９０％確実に除去することができ、また第２不織布では、０．３μｍの粒子を９９．９％以上確実に除去することが可能となる。
また、本発明の集塵フィルタは、前記第１不織布が、０．３μｍの粒子を７０％〜９０％除去可能であり、前記第２不織布が、０．３μｍの粒子を９９．９％以上除去可能であることを特徴とする。
この集塵フィルタによれば、粒子径の大きい粉塵から小さい粉塵まで、効果的に除去することが可能となる。
また、本発明の集塵フィルタは、該集塵フィルタが、前記第１不織布及び前記第２不織布からなる２層構造であることを特徴とする。
この集塵フィルタによれば、集塵効率をより増やそうとして３層以上の多層構造にすると、濾過抵抗が著しく増大する恐れがあるため、２層構造を採用するのが好ましい。
また、本発明の集塵フィルタは、前記第１不織布及び前記第２不織布の厚みが、共に０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲内であることを特徴とする。
この集塵フィルタによれば、膜厚を０．１ｍｍ以上とすることで、集塵のための耐久強度を確保することが可能となり、また、膜厚を０．３ｍｍ以下とすることで、積層濾材を通過する際の濾過抵抗を許容限度以下に収めることが可能となる。
また、本発明の集塵フィルタは、前記積層濾材の厚み方向の膜形状が、ミニプリーツ形状であることを特徴とする。
この集塵フィルタによれば、従来のような平坦な膜形状に比較して、より広い濾過面積を確保することができるようになるので、小型でありながら高効率の集塵能力を長期間維持することが可能となる。
また、本発明の集塵フィルタは、前記ミニプリーツ形状が、幅寸法が１０ｍｍ〜３０ｍｍで、かつ、ピッチ寸法が１．７ｍｍ〜３．２ｍｍであることを特徴とする。
この集塵フィルタによれば、濾過面積に見合った最適な集塵効率を確保することができるようになる。すなわち、積層濾材の濾過面積を大きくするためには、ミニプリーツ形状の幅寸法を大きくしてピッチ寸法を小さくする必要がある。しかし、これらを過度に行うと、濾材壁部間の接触や形状による流れ抵抗の増加により、濾材全面で均等に通気しなくなり、濾過面積に見合った集塵効率が確保できなくなる。そこで、本発明のような寸法形状のミニプリーツ形状を採用することにより、濾過面積に見合った高い集塵効率を確保することが可能となる。
また、本発明の集塵フィルタは、前記積層濾材の、厚み方向の全体断面形状が、複数の連続したＶ字形状に形成されていることを特徴とする。
この集塵フィルタによれば、限られたスペース内での濾過面積を大幅に増やして、より高い集塵効率を確保することが可能となる。
また、本発明の集塵フィルタは、前記積層濾材がなす各Ｖ字形状の上流側角部に、これら上流側角部に至った流体を、これらＶ字形状をなす隣り合う壁部間に形成される間隙に向かって導く整流部が設けられていることを特徴とする。
この集塵フィルタによれば、特に流れの剥離が生じやすい各上流側角部に対して流れをスムーズに招き入れることができ、フィルタ入口部における圧力損失を低減させることが可能となる。すなわち、濾過面積を増やすためにＶ字形状の数を多くすると、フィルタ入口部の通気面積が減少し、場合によっては流れが各上流側角部で剥離して縮流を形成し、圧力損失の増加を引き起こしてしまう。そこで、特に流れの剥離が生じやすい各上流側角部に整流部を設けて、流れをスムーズに招き入れることにより、フィルタ入口部における圧力損失を低減させることができるようになる。
また、本発明の集塵フィルタは、前記積層濾材がなす各Ｖ字形状の下流側空間に、これらＶ字形状をなす隣り合う壁部間を通過した後の流体同士間を仕切る仕切部材が設けられていることを特徴とする。
この集塵フィルタによれば、例えば仕切部材を備えない場合には、積層濾材の隣り合う壁部間を通過した直後の流れが互いに干渉し合って圧力損失が増大する。そこで、隣り合う壁部間に仕切部材を配置して仕切ることにより、前述の干渉を阻止することができ、集塵フィルタを通過する際の圧力損失の増加を極力減らすことが可能となる。
また、本発明の集塵フィルタは、前記積層濾材が、高さ：幅：奥行き＝２：２：１のフィルタ枠内に収納されていることを特徴とする。
この集塵フィルタによれば、同一容積のフィルタ枠の中でも、高さ：幅：奥行き＝２：２：１の形状比を有するものを採用することで、高い集塵効率を確保することが可能となる。
また、本発明の集塵フィルタは、前記積層濾材が、前記Ｖ字形状を５組〜７組形成していることを特徴とする。
この集塵フィルタによれば、限られた容積内において、低圧力損失及び高い集塵効率の双方を達成することが可能となる。すなわち、Ｖ字形状を４組以下にしてしまうと、濾過面積を十分に確保することができなくなる。また、濾過抵抗を減らすために濾過面積を増やすことを考えて、Ｖ字形状を８組以上にしてしまうと、このＶ字形状を形成する各濾材壁部間のピッチ寸法が狭くなるため、かえって流路抵抗が増大して流れにくくなる。このような観点より、Ｖ字形状は５組〜７組であることが好ましい。
また、本発明の集塵装置は、上述のいずれかに記載の集塵フィルタが備えられていることを特徴とする。
この集塵装置によれば、小型でありながら高効率の集塵能力を長期間維持できる集塵フィルタを備えているので、該集塵装置の小型化と、メンテナンス回数を減らすことによるランニングコストの削減とが可能となる。
また、本発明の集塵装置は、前記集塵装置が、ガスタービンの吸気口に設けられ、前記吸気口に取り込まれる吸気からの大気塵除去に用いられることを特徴とする。
この集塵装置によれば、小型でありながら高効率の集塵能力を長期間維持できる集塵フィルタを備えているので、該集塵装置の小型化と、メンテナンス回数を減らすことによるランニングコストの削減とが可能となる。
また、本発明のガスタービンの吸気装置は、前記集塵装置が備えられていることを特徴とする。
このガスタービンの吸気装置によれば、その集塵装置が、小型でありながら高効率の集塵能力を長期間維持できる集塵フィルタを備えているので、該吸気装置の小型化が可能となり、設置に要するスペースが比較的小さくて済むようになる。また、その集塵フィルタが、高効率の集塵能力を長期間維持することができるので、集塵フィルタを長期間交換することなくガスタービンの連続運転が可能となる。
発明を実施するための最良の形態
本発明の集塵フィルタ及び集塵装置及び吸気装置の各実施形態を、図面を参照しながら以下に説明するが、本発明がこれらのみに限定解釈されるものでないことは勿論である。
なお、各実施形態の説明においては、本発明の集塵フィルタ／集塵装置を、ガスタービンの吸気装置に装備し、この吸気装置の吸気口より、空気圧縮機に取り込まれる吸気から大気塵除去して清浄化する場合を例に説明するものとする。
まず、図１〜図６を参照しながら、本発明の第１実施形態の説明を以下に行う。なお、図１は、本実施形態の集塵装置に用いられる高容量ＨＥＰＡフィルタを示す斜視図である。また、図２は、同高容量ＨＥＰＡフィルタを示す図であって、（ａ）は平断面図であり、（ｂ）は下流側から見た背面図である。また、図３は、同高容量ＨＥＰＡフィルタに用いられる積層濾材のミニプリーツ形状を示す、部分拡大断面図である。また、図４は、同高容量ＨＥＰＡフィルタに用いられる積層濾材の一部分を示す図であって、厚み方向で見た場合の断面図である。また、図５は、同高容量ＨＥＰＡフィルタのフィルタ性能を試験的に求めたグラフであり、横軸が粉塵保持量、縦軸が圧力損失を示している。また、図６は、同高容量ＨＥＰＡフィルタの積層濾材が形成するミニプリーツ形状の、最適なピッチ寸法を試験的に求めたグラフであり、横軸がミニプリーツ形状のピッチ寸法、縦軸が圧力損失を示している。
本実施形態の集塵装置は、前記空気圧縮機に接続されたハウジングと、該ハウジング内の上流側に配置された粗塵フィルタ（プレフィルタ）と、該粗塵フィルタの下流側に配置された高容量ＨＥＰＡフィルタ（集塵フィルタ）とを備えた２段式の構成を採用している（以上、図示せず）。そして、この集塵装置によれば、前記ハウジング内に取り込まれた吸気は、まず前記粗塵フィルタを通過することによって粒子径が１μｍの大気塵が３０％程度集塵除去され、さらに高容量ＨＥＰＡフィルタを通過することによってより細かい粒子径の大気塵が集塵除去されるものとなっている。
本実施形態では、前記高容量ＨＥＰＡフィルタの構成が特に特徴的となっているので、この点を中心として以下に説明を行うものとする。
図１及び図２（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態の高容量ＨＥＰＡフィルタ１０は、フィルタ枠１１と、該フィルタ枠１１内に収容された積層濾材１２及びシール材１３とを備えて構成されている。
フィルタ枠１１は、底壁１１ａ及び上壁１１ｂ及び両側壁１１ｃ，１１ｄからなる四角枠であり、その開口部の一方が前記粗塵フィルタ側を向いた上流側、他方が下流側となっている。そして、このフィルタ枠１１は、その内部寸法が、高さ寸法６００±２０ｍｍ、幅寸法６００±２０ｍｍ、奥行寸法３００±２０ｍｍとなっている。すなわち、その内部寸法は、高さ寸法：幅寸法：奥行寸法の相対寸法比が、おおよそ２：２：１となっており、この相対寸法比を有するフィルタ枠１１内に、積層濾材１２が収容されている。
図３及び図４に示すように、積層濾材１２は、０．３μｍの粒子を７０％〜９０％除去可能な上流側不織布１２ａ（中性能フィルタ。第１不織布）と、０．３μｍの粒子を９９．９％以上除去可能な下流側不織布１２ｂ（ＨＥＰＡフィルタ。第２不織布）とを一体成形したものであり、さらに、その厚み方向の膜形状がミニプリーツ形状とされている。すなわち、積層濾材１２は、粒子の除去効率が相対的に低い上流側不織布１２ａ（第１不織布）と、粒子の除去効率が相対的に高い下流側不織布１２ｂ（第２不織布）とを一体成形した２層構造となっている。
さらに、このミニプリーツ形状に加工された積層濾材１２を、その厚み方向の全体断面形状が、６〜７個の連続したＶ字形状（図１及び図２（ａ）参照。同図の例では６個のＶ字形状を採用している）に加工することで、前記フィルタ枠１１内に高密度収容されるようになっている。
積層濾材１２は、上述のように、中性能フィルタに相当する上流側不織布１２ａと、ＨＥＰＡフィルタに相当する下流側不織布１２ｂとを１枚に纏めたことで、中性能フィルタとＨＥＰＡフィルタが別体とされていた従来の構成（従来の技術において説明した前記中性能フィルタ４及び高性能フィルタ７に相当）に比較して、小型化できるようになっている。
このとき、上流側不織布１２ａと下流側不織布１２ｂを１枚に纏める方法として、単純に重ね合わせるだけではなく、一体成形とする方法を採用したことで、細かなミニプリーツ形状を容易に加工することができるようになっている。そして、このミニプリーツ形状を積層濾材１２に持たせることにより、従来のような平坦な膜形状に比較してより広い濾過面積を確保することができるようになる。
すなわち、従来の技術において説明した図１２の濾材ように単純に重ね合わせただけでは、細かなミニプリーツ形状を形成することができず、広い濾過面積を確保することができないが、積層濾材１２ではミニプリーツ形状の加工が容易にできるため、広い濾過面積を確保することが可能となっているのである。
さらに、このミニプリーツ形状の積層濾材１２を、５組〜７組のＶ字形状に加工した状態でフィルタ枠１１内に収容する構成としたことで、３０ｍ２〜６０ｍ２もの広い濾過面積を確保することができるようになっている。このとき、Ｖ字形状を４組以下にしてしまうと、３０ｍ２〜６０ｍ２の濾過面積を確保することができなくなる。また、濾過抵抗を減らすために濾過面積を増やすことを考えてＶ字形状を８組以上にすることを考えた場合、このＶ字形状を形成する各濾材壁部Ｖｗ，Ｖｗ間のピッチ寸法Ｐ１が狭くなる（図２（ａ）参照）ため、かえって流路抵抗が増大して吸気が流れにくくなる。このような観点より、Ｖ字形状の数としては５組〜７組が好ましく採用される。
このような数のＶ字形状及びミニプリーツ形状を採用することにより、本実施形態の高容量ＨＥＰＡフィルタ１０は、従来の粉塵フィルタ（図１２で説明した前記積層フィルタ装置８）に比較して、より高い粉塵保持量を確保可能となっている。これを実験的に求めて表したものが図５のグラフである。
同図において、破線に示す曲線が従来の積層フィルタ８の傾向であり、実線に示す曲線が本実施形態の高容量ＨＥＰＡフィルタ１０の傾向を表している。これらフィルタを通過することによる圧力損失が、フィルタ交換の必要を示す所定値に達した時点の粉塵保持量を両者で比較した場合、本実施形態の高容量ＨＥＰＡフィルタ１０は、従来に対しておよそ３倍近いものとなっている。
一般に、ガスタービンでは、フィルタを交換せずに１年間の連続運転（運転時間として約８７６０時間）を行えることが望まれているが、本実施形態の高容量ＨＥＰＡフィルタ１０は、極めて高い粉塵保持量を有しているため、交換せずに連続使用することができ、ガスタービンの１年間連続運転に要する時間を上回る１１０００時間もの長寿命を達成可能としている。
このような長寿命を達成することは、フィルタの廃棄量を減らすことにもなるので、環境にやさしい集塵装置ともなっている。
前記上流側不織布１２ａは、積層濾材１２の吸気上流側に面して配置される層をなすものであり、線径が０．３μｍ〜１５μｍが主体の繊維からなる、厚み０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの濾材となっている。
また、前記下流側不織布１２ｂは、積層濾材１２の吸気下流側に面して配置される層をなすものであり、線径が０．１μｍ〜２μｍが主体の繊維からなる、厚み０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの濾材となっている。
そして、上流側不織布１２ａは、線径が相対的に太いポリエステル繊維（第１繊維）と、線径が相対的に細いガラス繊維（第２繊維）とを混成した不織布からなる濾材として構成されている。同様に、下流側不織布１２ｂも、線径が相対的に太いポリエステル繊維（第３繊維）と、線径が相対的に細いガラス繊維（第４繊維）とを混成した不織布からなる濾材として構成されている。
線径が比較的大きいポリエステル繊維は、その柔軟性により密に絡み合うことができ、粒径が中〜大の粉塵を効果的に除去することができる。一方、このポリエステル繊維よりも線径の小さいガラス繊維は、ポリエステル繊維が密に絡み合った組織内にバランス良く混成して、より小さい粒子径の粉塵を効果的に除去することができるようになっている。
なお、上流側不織布１２ａにおける前記ガラス繊維（第２繊維）の線径を前記ポリエステル繊維（第１繊維）の線径で割り算した比を上流側繊維比ＵＲ（第１繊維比）とし、下流側不織布１２ｂにおける前記ガラス繊維（第４繊維）の線径を前記ポリエステル繊維（第３繊維）の線径で割り算した比を下流側繊維比ＤＲ（第２繊維比）とした場合に、上流側繊維比ＵＲ＜下流側繊維比ＤＲとなっている。
以上説明の構成により、上流側不織布１２ａでは、０．３μｍの粒子を７０％〜９０％確実に除去することができ、また下流側不織布１２ｂでは、０．３μｍの粒子を９９．９％以上確実に除去することができるようになっている。
ところで、この積層濾材１２は、図３に示すように、そのミニプリーツ形状が、幅寸法Ｂが１０ｍｍ〜３０ｍｍで、かつ、ピッチ寸法Ｐ２が１．７ｍｍ〜３．２ｍｍとなっている。このような寸法形状を採用することにより、濾過面積に見合った最適な集塵効率を確保することができるようになっている。すなわち、積層濾材１２の濾過面積を大きくするためには、ミニプリーツ形状の幅寸法Ｂを大きくしてピッチ寸法Ｐ２を小さくする必要がある。しかし、これらを過度に行うと、Ｖ字形状をなす隣接する濾材壁部間の接触や形状による流れ抵抗の増加により、濾材全面で均等に通気しなくなり、濾過面積に見合った集塵効率が確保できなくなる恐れがある。そこで、上述のような寸法のミニプリーツ形状を採用することにより、濾過面積に見合った高い集塵効率を確保することが可能となる。
これを試験結果に基づいて表したものが図６のグラフである。ミニプリーツ形状の幅寸法Ｂが３０ｍｍ一定の状態で、そのピッチ寸法Ｐ２を徐々に狭くしていくと、圧力損失が最も低くなるピッチ寸法Ｐ２＝２．５〜３．０ｍｍに向かって圧力損失が下降する傾向を示す。これは、濾過面積の増大によるものである。しかしながら、同図に示すように、これ以上濾過面積を増やすべくピッチ寸法Ｐ２を狭くしても、今度は隣接する濾材壁部間が接触してしまうため、かえって圧力損失が上昇してしまう。このような観点から、許容可能な圧力損失を得るためのピッチ寸法Ｐ２として、前述の１．７ｍｍ〜３．２ｍｍが採用されている。
以上説明の本実施形態の集塵装置、高容量ＨＥＰＡフィルタ１０、及びガスタービンの吸気装置の効果を以下に纏める。
本実施形態の集塵装置は、その高容量ＨＥＰＡフィルタ１０が、上流側不織布１２ａと下流側不織布１２ｂとを一体成形した積層濾材１２を有し、該積層濾材１２が、その厚み方向の膜形状がミニプリーツ形状とされ、かつ、同厚み方向の全体断面形状が、複数の連続したＶ字形状に形成されている構成を採用した。この構成によれば、２枚の濾材を１枚の積層濾材１２にまとめたことで、集塵装置の小型化が可能となり、なおかつ、その積層濾材１２の形状をミニプリーツ形状としたことで、単純な平坦形状の場合に比較して濾過面積をより増大させることができ、集塵容量を増大させて長寿命化することが可能となっている。したがって、小型でありながら高効率の集塵能力を長期間維持することが可能となる。
また、本実施形態の高容量ＨＥＰＡフィルタ１０は、その積層濾材１２が、高さ寸法６００±２０ｍｍ、幅寸法６００±２０ｍｍ、奥行寸法３００±２０ｍｍのフィルタ枠１１内に収容され、Ｖ字形状を５組〜７組形成する構成を採用した。この構成によれば、その積層濾材１２が、小型のフィルタ枠１１内に収容されながらも３０ｍ２〜６０ｍ２もの広い濾過面積を確保することが可能となる。
また、本実施形態の高容量ＨＥＰＡフィルタ１０は、その上流側不織布１２ａが、線径が０．３μｍ〜１５μｍが主体の繊維からなる、厚み０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの濾材であり、下流側不織布１２ｂが、線径が０．１μｍ〜２μｍが主体の繊維からなる、厚み０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの濾材である構成を採用した。この構成によれば、上流側不織布１２ａでは、０．３μｍの粒子を７０％〜９０％確実に除去することができ、また下流側不織布１２ｂでは、０．３μｍの粒子を９９．９％以上確実に除去することが可能となる。
また、本実施形態の高容量ＨＥＰＡフィルタ１０は、その積層濾材１２のミニプリーツ形状が、幅寸法Ｂが１０ｍｍ〜３０ｍｍで、かつ、ピッチ寸法Ｐ２が１．７ｍｍ〜３．２ｍｍである構成を採用した。この構成によれば、濾過面積に見合った高い集塵効率を確保することが可能となる。
また、本実施形態の高容量ＨＥＰＡフィルタ１０は、その積層濾材１２の上流側不織布１２ａ及び下流側不織布１２ｂが、ポリエステル繊維にガラス繊維を混成した不織布からなる構成を採用した。この構成によれば、粒子径の大きい粉塵から小さい粉塵まで、効果的に除去することが可能となる。
そして、本実施形態では、高容量ＨＥＰＡフィルタ１０を備えた集塵装置を、ガスタービンの吸気口に設ける構成を採用した。この構成によれば、その高容量ＨＥＰＡフィルタ１０が小型であるため、設置に要するスペースが比較的小さくて済むようになる。また、その高容量フィルタ１０が、高効率の集塵能力を長期間維持することができるので、長期間交換することなくガスタービンの連続運転が可能となる。
続いて、図７を参照しながら本発明の第２実施形態の説明を以下に行うが、上記第１実施形態との相違点を中心に説明するものとし、その他については上記第１実施形態と同様であるとして説明を省略する。
なお、図７は、本実施形態の集塵装置に用いられる高容量ＨＥＰＡフィルタを示す図であって、（ａ）は平断面図であり、（ｂ）は下流側から見た背面図である。
本実施形態の集塵装置では、その高容量ＨＥＰＡフィルタ１０における積層濾材２０（以下、前記積層濾材１２と区別するために符号２０を与えて説明する）のミニプリーツ形状の形成方向が、特に特徴的となっている。すなわち、上記第１実施形態では、平断面視して山谷形状が生じる方向（吸気の流れ方向に山谷が生じる方向）にミニプリーツ形状を形成するものとしたが、本実施形態では、吸気の流れ方向に垂直をなす断面で見た場合に、山谷形状が生じる方向（鉛直方向）にミニプリーツ形状を形成している。
以上説明の本実施形態の高容量ＨＥＰＡフィルタ１０／集塵装置によれば、上記第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となっている。
続いて、図８を参照しながら本発明の第３実施形態の説明を以下に行うが、上記第１実施形態との相違点を中心に説明するものとし、その他については上記第１実施形態と同様であるとして説明を省略する。
なお、図８は、本実施形態の集塵装置に用いられる高容量ＨＥＰＡフィルタを示す図であって、図２（ａ）に相当する平断面図である。
本実施形態の集塵装置では、その高容量ＨＥＰＡフィルタ１０において、前記積層濾材１２がなす各Ｖ字形状の上流側角部に、これら上流側角部に至った吸気を、これらＶ字形状をなす隣り合う壁部Ｖｗ，Ｖｗ間に形成される間隙に向かって導く整流部３０を設けた点が特に特徴的となっている。
各整流部３０は、積層濾材１２がなす各Ｖ字形状を対向視した場合（図８の視線で見た場合）の形状が、吸気の上流側に向かって凸形の半円断面形状をなす部品である。そして、これら整流部３０によれば、この高容量ＨＥＰＡフィルタ１０の吸気入口における圧力損失を極力低減させることができるようになる。すなわち、濾過面積を増やすためにＶ字形状の数を多くすると、吸気入口の通気面積が減少し、場合によっては流れが各上流側角部で剥離して縮流を形成し、圧力損失の増加を引き起こしてしまう。そこで、特に流れの剥離が生じやすい各上流側角部に整流部３０を設けて、流れをスムーズに招き入れることにより、吸気入口における圧力損失を低減させることが可能となる。
なお、本実施形態では、各整流部３０の形状を、半円断面形状としたが、前記各上流側角部に至った吸気をスムーズに内部に導ければ良く、上流側に向かって尖った山形形状など、その他の形状を採用しても良い。
続いて、図９を参照しながら本発明の第４実施形態の説明を以下に行うが、上記第１実施形態との相違点を中心に説明するものとし、その他については上記第１実施形態と同様であるとして説明を省略する。
なお、図９は、本実施形態の集塵装置に用いられる高容量ＨＥＰＡフィルタを示す図であって、図２（ａ）に相当する平断面図である。
本実施形態の集塵装置では、その高容量ＨＥＰＡフィルタ１０において、前記積層濾材１２がなす各Ｖ字形状の下流側空間４０に、これらＶ字形状をなす隣り合う壁部Ｖｗ，Ｖｗ間を通過した後の吸気同士間を仕切る仕切部材４１を設けた点が特に特徴的となっている。
各仕切部材４１は、吸気の流れ方向に平行かつ互いに平行をなす複数枚（図示の例では５枚）の平板であり、各濾材壁部を通過した後の吸気が互いに干渉しないための隔壁となっている。
例えばこのような仕切部材４１を備えない場合には、積層濾材１２の隣り合う壁部Ｖｗ，Ｖｗ間を通過した直後の流れが互いに干渉し合って圧力損失が増大する。そこで、隣り合う壁部Ｖｗ，Ｖｗ間に仕切部材４１を配置して仕切ることにより、前述の干渉を阻止して圧力損失の増大を防止することができるようになる。したがって、高容量ＨＥＰＡフィルタ１０を通過する際の圧力損失の増加を極力減らすことが可能となる。
以上説明の第１〜第４実施形態では、本発明の高容量ＨＥＰＡフィルタ１０を備えた集塵装置を、ガスタービンの吸気口に適用した場合を例に説明したが、これに限らず、送風機や空調機の吸気口など、その他の場所に適用しても良いことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の集塵装置に用いられる集塵フィルタの第１実施形態を示す斜視図である。
図２は、同実施形態の集塵フィルタを示す図であって、（ａ）は平断面図であり、（ｂ）は下流側から見た背面図である。
図３は、同実施形態の集塵フィルタに用いられる積層濾材のミニプリーツ形状を示す、部分拡大断面図である。
図４は、同実施形態の集塵フィルタに用いられる積層濾材の一部分を示す図であって、厚み方向で見た場合の断面図である。
図５は、同実施形態の集塵フィルタのフィルタ性能を試験的に求めたグラフであり、横軸が粉塵保持量、縦軸が圧力損失を示している。
図６は、同実施形態の集塵フィルタの積層濾材が形成するミニプリーツ形状の、最適なピッチ寸法を試験的に求めたグラフであり、横軸がミニプリーツ形状のピッチ寸法、縦軸が圧力損失を示している。
図７は、本発明の集塵装置に用いられる集塵フィルタの第２実施形態を示す図であって、（ａ）は平断面図であり、（ｂ）は下流側から見た背面図である。
図８は、本発明の集塵装置に用いられる集塵フィルタの第３実施形態を示す図であって、図２（ａ）に相当する平断面図である。
図９は、本発明の集塵装置に用いられる集塵フィルタの第４実施形態を示す図であって、図２（ａ）に相当する平断面図である。
図１０は、従来の２段式の集塵装置を示す縦断面図である。
図１１は、従来の３段式の集塵装置を示す縦断面図である。
図１２は、従来の積層型集塵フィルタを示す斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2003043717.tif 000011
【図１０】
2003043717.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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2003043717.tif 000016
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