(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的絶縁材料の複数のディスクを含む空気フィルター本体であって、それらのディスクが積み重ね体として配置され、隣接ディスクの接触面間に小さなフィルタリング通路を規定するリブ付き接触面を持つ場合において；前記ディスクの各々が隣接ディスクの電極からそれぞれのディスクにより絶縁された電極層を持ち、各電極がそれぞれのディスクの縁で電気ターミナルに電気的に連結されており；交互のディスクの電気ターミナルを電圧源の一方側に、そして残りの交互のディスクの電気ターミナルを前記電圧源の他方側に連結するための電気導体を含むことを特徴とするフィルター本体。
【請求項２】
前記電極が平坦であり、それらのそれぞれのディスクのリブ付き面の全領域に渡り延びていることを特徴とする請求項１に記載のフィルター本体。
【請求項３】
各対の接触面の一方のディスク面内のリブがその対の接触面の他方のディスク面のリブに対して直角方向に延びていることを特徴とする請求項１に記載のフィルター本体。
【請求項４】
前記ディスクが環状形状のものであり、交互のディスクの電気ターミナルがそれらのそれぞれのディスクの内縁上にあり、残りの交互のディスクの電気ターミナルがそれらのそれぞれのディスクの外縁上にあることを特徴とする請求項１に記載のフィルター本体。
【請求項５】
各対の接触面の一方のディスク面内のリブがそれらの主要部がそれぞれのディスクの半径方向に延びる波状形状のものであり、その対の接触面の他方のディスク面内のリブが前記一方のディスク面内の波状リブの前記主要部に対して直角に延びる環状形状のものであることを特徴とする請求項４に記載のフィルター本体。
【請求項６】
交互のディスクが両面上に前記波状リブを形成されており、残りの交互のディスクが両面上に前記環状リブを形成されていることを特徴とする請求項５に記載のフィルター本体。
【請求項７】
前記電極がそれらのそれぞれのディスク内に埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載のフィルター本体。
【請求項８】
絶縁材料のディスクを含むフィルター素子であって、絶縁材料のディスクが積み重ねられたとき他方のディスクの外面上のリブと接触可能なリブを形成された平坦な外面を持ち、それによりディスクの接触面間にフィルタリング通路を規定するものにおいて；電極層が前記ディスクにより担持され、その絶縁材料により覆われており、前記電極層がそのディスクの一縁で露出された電気ターミナルに電気的に連結されていることを特徴とするフィルター素子。
【請求項９】
前記電極がディスクのリブ付き面の全領域に渡って延びていることを特徴とする請求項８に記載のフィルター素子。
【請求項１０】
入口と出口を持つハウジング；入口中に供給された空気を出口を通してその空気を排出する前にフィルタリングするための前記ハウジング内の請求項１によるフィルター本体；及びディスクの接触面を通る空気内の固体粒子を電気的に引きつけるように絶縁ディスク内の電極の前記ターミナルに連結された電圧源を含むことを特徴とする空気フィルター装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は空気または他のガスから固体粒子（例えばダスト）を除去するための空気フィルターに関する。この発明は特に新規な構成の空気フィルター本体に関しかつそのようなフィルター本体に含まれたフィルター素子に関する。
【０００２】
ここで用いられる語句“空気フィルター”は空気のみならず他のガスのためのフィルターを含むことを意図している。
【０００３】
現時点での空気フィルターに対する大きな用途の一つは内燃機関及び空気圧縮機に供給される空気を清浄化することである。内燃機関のために使用される空気フィルターの最も普通のタイプは紙または他の繊維の多重層から作られた紙フィルターである。しかし、小さな粒子を除去するフィルターのためには、多重繊維層により規定される貫通通路は非常に小さなものでなければならない。これはフィルターを通る空気流に比較的大きな抵抗を作り出し、この抵抗はフィルター内の汚染粒子の蓄積により増える。空気流に対するかかる抵抗はシステムの効率を減らすのみならず、フィルター自身に大きな力を課し、これがその破裂を起こす。加えて、このようなフィルターは一般的に清浄化が困難で、従って通常一度または二度の使用後に捨てられる。更に、かかるフィルターの汚染保持能力は非常に限られており、従ってフィルターは特に砂漠、採鉱所、道路構築、等のような非常に汚れた環境で使用されるところではしばしば取り換えられなければならない。
【０００４】
空気浄化のために、特に大きな空気流を含む用途で使用されるフィルターの今一つのタイプは、電気集塵器フィルターである。このフィルターは電極間の空間内を通過する空気中の粒子を電極の一方に引きつけるように対向した電荷を含む間隔を置いた電極を含む。しかし、このような電気集塵器は、一般的に電圧低下を防ぐために電極板間の比較的大きな間隔を必要とし、従ってフィルターを通過する空気から全ての粒子（すなわち予め決められた粒子寸法以上の）を除去しない。また、電力供給の中断の際には、集塵器は機能を停止し、粒子はそれを通過するであろう。更に、このようなフィルターは一般的にそれらの設計のために比較的大きな容積を必要とし、従ってそれらは現在発電所のような、大きな設備で主として使用されている。
【０００５】
ディスクフィルターと呼ばれる、フィルターの更なるタイプが水灌漑システムの水のような液体からの固体粒子の除去のために広く使用されている。フィルターのこのタイプは積み重ね体として配置された複数のディスクを含み、隣接ディスクの接触面間に小さなフィルタリング通路を規定するリブ付き接触面を持つ。通路の寸法がブロックされる粒子の寸法を決定する。そのような通路をブロックする粒子はそれらの中に残り、それにより粒子が清浄化により、例えば逆フラッシングにより除去されるまでそれを通る流体の流れに対するフィルターの抵抗を増す。
【０００６】
多くのタイプのディスクフィルターが知られており、水または他の液体から固体粒子を除去するために使用されている。例は米国特許４６６１２５０，４７４０３０２及び５１７１４３３に記述されている。しかし、我々の知る限りでは、このようなディスクタイプフィルターは大抵または専ら水または他の液体から固体粒子を除去するために使用されており、空気または他のガスからダストまたは他の固体粒子を除去するためではない。
【０００７】
本発明の一観点によれば、複数の積み重ね体として配置された電気的絶縁材料のディスクを含み、隣接するディスクの接触面間に小さなフィルタリング通路を規定するリブ付き接触面を持つ空気フィルター本体が提供され；それは前記ディスクのそれぞれが隣接ディスクの電極からそれぞれのディスクにより絶縁された電極層を持ち、各電極はそれぞれのディスクの縁で電気ターミナルに電気的に連結されていること；及び交互のディスクの電気ターミナルを電圧源の一方側に、そして残りの交互のディスクの電気ターミナルを電圧源の他方側に連結するための電気導体を含むことを特徴とする。
【０００８】
以下に述べられるように、前記特徴により構成された空気フィルター本体はディスクタイプフィルターと静電集塵器フィルターの両者の利点を利用し、従って“ハイブリッド”フィルターであると考えられることができる。このようなフィルターは、電界が粒子の殆どをディスクのリブなし面上に蓄積させ、小さなフィルタリング通路をブロックしないので、高い粒子保持能力を持つ。フィルターは従ってフィルターが比較的きれいなときのみならず空気から除去された固体粒子の比較的大量を蓄積した後でも空気流に対して低い抵抗を表す。このようなフィルターはまた通路の最小寸法以下の粒子を効果的に除去する。更に、電力供給の停止の際にも、フィルターを通しての固体粒子の通過は小さなフィルター通路によりブロックされ、それにより例えば静電集塵器フィルターに比べたときより“フェイルセーフ”な操作を提供する。フィルター本体はまた比較的信頼性のある操作を提供する頑丈な構成のものである。
【０００９】
新規な“ハイブリッド”フィルターのなお更なる利点はそれが例えばディスクタイプフィルターより効果的に清浄化されることである。かくして、清浄化モード時に、ディスクのターミナルに適用される電圧は逆転されることができ、それによりフィルター本体ディスクの接触面から粒子を追い出し、ディスクの逆フラッシュ時のそれらの除去を強化する。
【００１０】
この発明はまた上記の空気フィルター本体内で使用するための新規なフィルター素子及び新規な空気フィルター本体を含む新規な空気フィルター装置を提供する。
【００１１】
図１は本発明により構成された空気フィルターの一形態を例示する縦断面図であり；
図２は図１のフィルター内の空気フィルター本体の構成をより詳細に例示する拡大概略図であり；
図３は図２のフィルター本体内に含まれるフィルターディスクの二つのタイプを例示する断片的な透視図であり；
図４ａ，４ｂ及び５ａ，５ｂはそれぞれ図２のフィルター本体内のフィルターディスクの二つのタイプを示し；
図６は図２のフィルター本体内のフィルターディスクを作る一態様を示し；
図７は図２のフィルター本体が空気から固体粒子を除去する態様を示す。
【００１２】
例示目的として図１に示されここに説明されるフィルターは上に引用した米国特許４６６１２５０に記載された多段ディスクフィルターに似ているが、本発明により空気または他のガスからダスト粒子または他の比較的小さな粒子を除去するのに使用するためにそれを適合させるように改変されている。このタイプの多段ディスクフィルターは例示目的のためにのみここに説明されること、及びこの発明は多くの他のタイプのフィルター構成を用いることができることは認められるであろう。
【００１３】
図１に例示されたフィルターは円筒状ハウジング２を含み、ハウジングはハウジングの一端を閉鎖するキャップ４内に形成された入口３、及びハウジングの対向端を閉鎖する端壁６内に形成された出口５を持つ。ハウジング内に配置されているのは、それぞれが中央開口を持って形成された環状フィルターディスクの積み重ね体を含む、概括的にＦＢで示されたフィルター本体である。開口のないディスク７が積み重ね体の前端を閉じるようにばね８により強制されている。ハウジング２の内面は複数の軸方向に延びる円周的に間隔を置いたリブ９を形成されており、従って入口３を介して流入した空気がフィルター本体ＦＢ周りの環状領域内に、そのフィルターディスクの接触面間を半径方向に流れ、そして出口５から流出するように強制される。
【００１４】
フィルター本体ＦＢは概括的にそれぞれ１０と２０で示され、積み重ね体内に図２と３に詳細に示された交互関係で二つのタイプのディスクの積み重ね体を含む。フィルターディスク１０の構成は図４ａと４ｂにより詳細に示されており、フィルターディスク２０の構成は図５ａと５ｂにより詳細に示されている。
【００１５】
図４ａと４ｂに示されるように、フィルターディスク１０はその対向側にそれぞれ波状リブ１１，１２を形成された実質的に平坦な面を含む。このディスクは適当なプラスチック材料のような電気的絶縁材料から作られている。それは電極に連結されディスクの内縁１５で露出している電気ターミナル１４を除き、積み重ね体の隣接するディスクから電気的に絶縁されるようにディスク内に埋め込まれた電極層１３を含む。ディスク１０内の電極１３はまた実質的に平坦であり波状リブ１１，１２を形成されたディスクの二面の全領域に渡り実質的に延びている。
【００１６】
第二タイプのフィルターディスク２０は図５ａと５ｂに示されるように、絶縁材料のものであり、ディスク１０と同じ寸法のものである。しかし、この場合、それはその対向した実質的に平坦な面上に内縁２５から外縁２６まで直径が増加する複数の同心的環状リブ２１，２２が形成されている。ディスク２０はまた平坦な形状の電極層２３を含む。電極層２３はディスクのリブ付き面の実質的に全領域に渡り延び、積み重ね体の隣接ディスクから電気的に絶縁されている。その電極層２３に電気的に連結された電気ターミナル２４がディスクの外面２６上に露出している。
【００１７】
図３に詳細に示されるように、積み重ね体のディスクの接触面の各対はディスク１０の波状リブ（１１，１２）とディスク２０の環状リブ（２１，２２）を含む。波状リブ１１，１２の主要部はそれらのそれぞれのディスクの実質的に半径方向に延びており、一方ディスク２０の環状リブ２１，２２はディスク周りに円形的に延びている。従って、環状リブは波状リブを実質的に直角に横切り、リブ間に小さなフィルタリング通路を規定する。そのようなフィルタリング通路のそれぞれは波状リブ１１，１２の高さに等しい高さ、波状リブ１１，１２間の距離に等しい長さ、及び環状リブ２１，２２の厚さに等しい幅を持つ。
【００１８】
例示のフィルターは更にフィルターディスク１０と２０のそれぞれの電極１３と２３に電気的に連結されたＤＣ電圧源３０を含む。一つのターミナル（例えば“＋”）が電気導体３１によりディスク１０の電極１３のターミナル１４に連結され、他のターミナル（例えば“−”）が電気導体３２によりディスク１０と交互のディスク２０の電極２３のターミナル２４に連結される。
【００１９】
図１に示されるように、電気導体３２はハウジング２の内面上に形成された軸方向に延びるリブ９の一つにより保持され、従ってそれは交互のディスクの外縁上の全てのターミナル２４と係合する。内部電気導体３１はディスク７上に形成された環状リブ３３及び出口５周りのハウジング端壁６の内表面上に形成された今一つの環状リブ３４上に支持され、従って電気導体３１は残りの交互のディスクの内縁上のターミナル１４と接触する。
【００２０】
図６はそれらのそれぞれのディスク内に電極を組み込む一方法を示す。かくして、電極１３は互いに結合される二つのディスク部分１０ａ，１０ｂ間にサンドイッチされ、従って電極は完全にディスク内に埋め込まれ、ただそのターミナル１４のみがディスクの内縁１５で露出される。同じ技術が電極２３をそれらのディスク内に組み込むために使用されることができる。他の技術がまた使用されることができ、例えばディスク部分上に電極層をメッキし、次いでそれに他のディスク部分を結合することができる。
【００２１】
説明されたフィルターはかくして機械的フィルター作用及び静電集塵作用の両者により空気中の固体粒子を除去する。入口３を介して流入した空気は非開口端ディスク７によりフィルター本体ＦＢとハウジング２の内表面間の外部環状領域に向けられ、軸方向リブ９により規定される軸方向通路を通して、次いでフィルター本体ＦＢ内のフィルターディスク１０，２０の接触面間を半径方向に向けられ、出口５を通して、流出される。フィルターディスク１０の波状リブ１１，１２とフィルターディスク２０の環状リブ２１，２２間の上述の狭いフィルタリング通路が空気流中の固体粒子がフィルター本体ＦＢを通って流れるのを防ぐ。加えて、ディスク１０の陰電荷電極１３とディスク２０の陽電荷電極２３の間に作られた静電界が汚染粒子を図７に示されるようにディスク２０の表面に引きつけ、そこでそれらは環状リブ２１，２２の入口側上に蓄積する傾向がある。粒子はかくしてそれらが小さなフィルタリング通路に到達する前に除去され、従って通路をブロックしないばかりか通路を通る流れ抵抗も増加しない。しかし、電力供給がないとしても、フィルタリング通路は粒子が出口に到達するのをブロックする結果となるであろう。
【００２２】
希望のときは何時でもフィルターは出口５から入口３に向けて空気を流してそれによりフィルター本体ＦＢを逆フラッシングすることにより清浄化されることができる。フィルター本体が逆フラッシュされると同時に、電極１３，２３への電気接続が逆転されることができ、従ってこれらの電極により作られる静電界が粒子が引きつけられた表面から粒子を今や追い出すであろうし、それによりフィルター本体の逆フラッシングを強化する。
【００２３】
フィルターを逆フラッシングするために用いられる空気供給は別個の圧縮空気源からのものであることができ、例えば圧縮空気タンクにより供給されることができる。フィルター本体はまたそれを空気で逆フラッシングする前にまずスチームまたは液滴の噴霧で逆フラッシングすることにより清浄化されることもできる。
【００２４】
頑丈な構成を提供する例示のフィルターは、操作に信頼性があり、空気から小さな粒子さえ効果的に除去し、その寸法に対して大きな粒子保持能力を提供し、比較的大量の汚染粒子が蓄積されたときでさえフィルター本体を通る低い空気抵抗を導き、電力停止の場合でも“フェイルセーフ”の操作を提供し、そして希望のときは何時でもフィルターの効果的な清浄化を可能とする。
【００２５】
この発明が一つの好適実施例に関して説明されたけれども、この実施例は例示目的のためにのみ記載されていること、そしてこの発明の多くの他の変更、改変及び応用がなされうることは認められるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明により構成された空気フィルターの一形態を例示する縦断面図である。
【図２】  図２は図１のフィルター内の空気フィルター本体の構成をより詳細に例示する拡大概略図である。
【図３】  図３は図２のフィルター本体内に含まれるフィルターディスクの二つのタイプを例示する断片的な透視図である。
【図４】  図４ａ，４ｂは図２のフィルター本体内のフィルターディスクの一方のタイプを示す。
【図５】  図５ａ，５ｂは図２のフィルター本体内のフィルターディスクの他方のタイプを示す。
【図６】  図６は図２のフィルター本体内のフィルターディスクを作る一態様を示す。
【図７】  図７は図２のフィルター本体が空気から固体粒子を除去する態様を示す。
【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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