KR0169209B1 - 개량된 극-저 투과 공기 필터 - Google Patents

개량된 극-저 투과 공기 필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수의 정화 공기 여과 용도에 사용하기 적합한 개량된 필터 장치에 관한 것으로서, 상기 필터 장치는 상기 필터를 따라 발생하는 최소 압력 강하와 함께, 0.1μm 에서 99.99999%의 놀라운 여과 효율을 제공하도록, 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌과 같은 연속적인 미세 다공성의 여과막을 사용한다. 또한, 본 발명의 필터 장치는 입자의 확산 및/또는 기체의 배출에 의한 필터의 오염, 및 상기 필터가 열화됨이 없이 노출될 수 있는 화학 물질의 제한과 같은, 종래의 HEPA 및 ULPA 필터 장치의 다수의 결점들을 예방하는 잇점을 가진다. 결과적으로, 본 발명은 전자 산업 및 약학 산업과 같은 여러가지 상이한 산업 분야에서 발생하는 오염 문제를 해결하는데 사용될 수 있는 보다 내구성이 있는 신규 필터를 제공한다.

Description

[발명의 명칭]
개량된 극-저 투과 공기(ULPA) 필터
[발명의 분야]
본 발명은 무균실, 소규모 환경, 및 이와 유사한 시설에서 사용하기 위한 필터 장치, 및 특히 상기 시설들에서 사용하기 위한 극-정화 필터에 관한 것이다.
[관련 기술의 개시]
여과 효율 및 오염 억제는 정화 및 극-정화 시설을 필요로 하는, 예를 들어 약학 및 반도체 제조업과 같은 여러 산업 분야에서 그 관심이 고조되고 있다. 오염에 대한 관용이 점점 더 엄격해짐에 따라서, 다양한 개량된 공기 조절 및 공기 여과 제품이 개발되고 있다.
가장 의욕적인 관심 영역중 하나는 공기로부터 초미세 입자 및 기타 오염 물질을 제거할 수 있는 개량된 공기 필터를 개발하는 것이다. 고 효율 입자 공기(HEPA) 필터는 통상적으로 최소 효율이 0.3μm 에서 약 99.97%이다. 보다 민감한 환경에서는, 여과 효율이 0.1μm 에서 99.999% 이상인 극-저 투과 공기(ULPA) 필터가 사용된다.
미합중국 특허 제 5,158,586호 및 제 5,238,477호(Layton)에는 한가지 형태의 HEPA 필터가 개시되어 있다. 상기 필터는 기체는 허용하되, 상기 기체에 의해 생성되는 입자는 허용치 않는 미소한 세공을 구획하는 간극을 갖는 다공성 금속(예 : 스테인레스 스틸, 티타늄, 알루미늄)으로 이루어진 연속적인 시이트, 또는 미세한 와이어로 이루어진 조밀한 부직 시이트로부터 형성되는 막을 포함한다. 상기 특허들에는 여과 효율은 개시되어 있지 않으나, 강 시이트는 통상적으로 약 0.01 인치의 두께 및 약 0.5μm 의 세공을 갖는 것으로 생각된다.
다수의 HEPA 및 ULPA 필터는, 예를 들어 뉴칼레도니아, 마리에타 소재의 플란더스 필터스, 인코오포레이티드 : 켄터키, 루이즈빌 소재의 어메리칸 에어 필터 컴패니 : 뉴저지, 하우톤 소재의 필트라 코오포레이숀 : 및 미네소타, 미니아폴리스 소재의 도날드슨 컴패니, 인코오포레이티드 등에서 시판되고 있다. 통상적으로, 이들 필터는 프레임내의 주름 모양의 구조물내로 배향되는 섬유성 필터 매질(즉, 아크릴 수지를 주성분으로 하는 섬유 유리 섬유)을 포함한다. 이들 필터는 여러가지 용도에 사용 가능한 반면, 또한 다수의 결점을 가진다.
우선은, 섬유성 필터 매질이 특정 조건하에서 미소 섬유의 털을 제거할 수 있는 지에 그 관심이 고조되고 있다. 이것은 대부분의 용도에서는 관심 사항이 되지 못하나, 극도로 적은 수의 입자가 요구되는 경우에 있어서는 주요한 오염 문제로 대두된다.
두번째로, 다수의 현존하는 필터 장치는 특정 조건하에서 화학 물질에 의한 공격에 민감하다. 예를 들어, 반도체 습화 공정 용도에 사용되는 플루오르화 수소산은 통상의 공기 여과 매질에 특히 공격적이다. 상기 화학 물질을 사용하는 무균 환경내에서 공기가 재순환되는 상기 경우에 있어서는, 다수의 필터 제품은 일찍 파손되며, 오염성 입자가 확산되기 시작하게 된다.
세번째로, 다수의 현존하는 필터 매질은 공기 시스템에서의 단순한 습기에 의해 공격을 받는 경향이 있다. 예를 들어, 섬유 유리 물질은 다량의 습기에 의해 또는 장기간의 액체에의 노출 동안에 고장 및 파손될 수 있다.
네번째로, 몇몇 필터 제품은 사용 동안의 기체 배출로 인한 또다른 필터 오염 문제를 가진다. 이러한 기체 배출은 통상적으로 필터 매질을 프레임내에 고정시키는데 사용되는 다수의 포팅 물질(즉, 폴리우레탄), 여과 매질, 및/또는 상기 여과 매질의 화학적 처리(즉, 내화제 처리)로부터 발생한다. 또한, 특히 민감한 환경하에서는, 여과 장치로부터 비록 소량의 화학 물질이 방출된다해도, 이것은 그 자체로 해로울 수 있다. 이러한 화합물의 예로는 붕소 및 인을 들 수 있다.
다섯번째로, 100 ft/분 이상으로 작동하는 공기 시스템은 필터 매질의 진동을 유발하는 것으로 알려져 있다. 섬유 유리와 같은 섬유성 필터매질을 사용하는 경우, 상기 진동은 입자의 확산 및 오염을 야기할 수 있다. 또한, 부피 측정을 위한 흐름의 필요성으로 인해, 상기 필터로부터 90 내지 100 ft/분의 하향 흐름을 성취하기 위해서는, 상기 필터의 표면에서 110 내지 120 ft/분 또는 그 이상의 유속이 요구된다.
미합중국 특허 제 5,114,447 호(Davis)에는 기체 처리용 인-라인(in-line) 공급 시스템에서 사용하기 위한, 여과 효율이 99.9999999% 인 극-고 효율의 다공성 금속 필터가 개시되고 있다. 상기 특허에는 극도로 높은 여과 효율이 가능한 반면, 이러한 정화 정도를 성취하기 위해 사용되는 구조물은 넓은 표면적상에서 다량 부피의 공기를, 무균실 또는 소규모 환경 여과 시스템에서 통상적으로 사용되는 방식으로 여과하는데 사용하기에는 완전히 적절한 것은 아닌 것으로 개시되어 있다. 또한, 상기 필터에 의해 야기되는 압력 강하는 단지 고압 기체 라인에서는 최소 관심 사항이 될 수도 있으나, 공기 조절/여과 용도에서는 무시되는 것으로 생각된다.
따라서, 본 발명의 제1목적은 필터 매질을 따라 수용 가능한 압력 강하를 유지하면서, 극도로 깨끗한 무균 환경을 위한 공기 공급 시스템에서 사용하기 위한 필터를 제조하는 것이다.
본 발명의 제2목적은 사용 동안에, 예를 들어 입자의 확산에 의한 또는 기체의 배출을 통한 오염을 유발하지 않는, 무균 환경을 위한 공기 공급 시스템에서 사용하기 위한 공기 필터를 제조하는 것이다.
본 발명의 제3의 목적은 화학적으로 불활성이며, 필터 매질의 파손 또는 손상을 유발함이 없이 광범위한 화학 물질 존재하에서 사용할 수 있는, 무균 환경을 위한 공기 공급 시스템에서 사용하기 위한 공기 필터를 제조하는 것이다.
본 발명의 제4의 목적은 물 또는 습기로부터의 손상에 내성을 갖는, 무균 환경을 위한 공기 공급 시스템에서 사용하기 위한 공기 필터를 제조하는 것이다.
본 발명의 상기 목적 및 기타 다른 목적들은 후술하는 명세서로부터 확인할 수 있을 것이다.
[발명의 요약]
본 발명은 광범위한 공기 및 기체 여과 용도에 사용하기 적합한 개량된 필터에 관한 것이다. 본 발명의 필터는 특히, 예를 들어 무균실, 소규모 환경, 및 이와 유사한 기타 시설들을 형성시키는 것과 같은, 무균 시설에서 사용하기 위한 ULPA 필터로서 사용하기 적합하다.
본 발명의 필터 장치는 하나 이상의 미세 다공성 여과층, 바람직하게는 상향 흐름 지지 물질과 하항 흐름 지지 물질로 된 하나 이상의 층 사이에 샌드위치된 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 막을 포함하는 여과 매질을 사용한다. 상기 여과 매질은 주름진 모양을 취할 수 있으며, 공기 도관내에서의 설치를 용이하게 하기 위해 프레임내에 설치될 수 있다.
본 발명의 필터는 종래의 HEPA 및 ULPA 필터에 비해 상당히 개량된 필터이다. 먼저, 상기 필터 자체는 공기 스트림을 오염시키지 않는다. 섬유 유리 필터 및 이와 유사한 섬유성 필터와는 달리, 본 발명의 필터는 단지 사용 동안에 섬유 또는 기타 입자들을 확산시키지 않는 연속적인 물질(즉, 여과용의 팽창된 PTFE 막 및 지지용의 NAL-TEX(상표명) 스크림)만을 하향 흐름 성분상에 사용한다. 또한, 본 발명의 상기 연속적인 물질은 섬유 유리 및 이와 유사한 매질에 비해 손상이 덜하다. 결과적으로, 취급 동안에 세심한 주의가 필요 없으며, 또한 보호성 덮개도 필요 없다.
두번째로, PTFE 와 같이 화학적으로 불활성인 물질을 사용하는 경우, 상기 필터 장치는 필터의 완전성에 손상을 입히지 않으면서, 가능하게는 거친 용도를 비롯한 광범위한 용도에 사용할 수 있다. 유사하게, 본 발명의 필터는 극도로 소수성이며, 따라서 그 표면을 비교적 과량의 물 또는 습기에 노출시킬 수 있는바, 이때, 상기 필터 매질은 습기를 흡수하지 않으며, 또한 손상되거나 파손되지 않는다.
세번째로, 본 발명의 필터 장치는 안정하며, 또한 기체 배출에 의한 오염을 유발하지 않는 물질로부터 제조된다.
마지막으로, 본 발명의 필터는 H2O 0.7 인치의 압력 강하를 겪으면서, 0.1μm 또는 그 이상에서 99.99999% 또는 그 이상의 대단히 높은 여과 효율을 성취할 수 있다. 이것은 통상적으로 기능을 적절하게 유지하기 위해서는 여과 효율 또는 압력 강하를 희생시켜야만 하는 현재 시판되고 있는 필터 장치에 비해 두드러지게 향상된 특징이다.
[도면의 간단한 설명]
다음에, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
제1도는 제거된 상태로 도시한 보호용 덮개부를 갖는, 프레임내에 설치된 본 발명의 필터의 3/4 등각도.
제2도는 제1도의 라인 2-2를 따라 주어진 본 발명의 필터 및 프레임의 부분 단면도.
제3도는 상세하게 나타내기 위해 노출된 상태로 도시한 개개의 층을 갖는, 본 발명의 필터 물질의 한가지 양태의 3/4 입면도.
제4도는 상세하게 나타내기 위해 노출된 상태로 도시한 개개의 층을 갖는, 본 발명의 필터 물질의 또다른 양태의 3/4 입면도.
제5도는 본 발명의 필터를 테스트하는데 사용되는 테스트 고리의 약도.
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 다양한 공기 여과 시설물에서 사용하기 적합한, 및 구체적으로는 무균실, 소규모 환경, 및 이와 유사한 시설에서의 극-정화 공기 조절 여과를 위한 개량된 필터에 관한 것이다.
제1도는 본 발명의 필터(10)를 도시한 것이다. 상기 필터(10)는 프레임(14)내에 설치된 복합 여과 매질(12)을 포함한다. 선택적으로, 상기 필터 장치(10)의 한면 또는 양면상에는 깨끗하고 세정 가능한 표면을 제공하도록 공기 투과성 보호용 덮개(16)가 설치될 수 있다. 프레임(14)의 규모는 특정 용도에 따라 다르나, 여과하고자 하는 공기를 운반하는 도관내에 밀착 고정되도록 고안되어야 한다.
제2도에서 보다 확실히 알 수 있는 바와 같이, 여과 매질(12)은 바람직하게는 보다 양호한 구조적 완전성을 제공하도록, 및 여과하고자 하는 노출된 표면적을 상당히 증가시키도록 주름진 형태로 서로에 대해 접힌다. 여과 매질(12)은 상기 여과 매질(12)과 프레임(14)이 서로간에 공기가 통하지 않게 조밀하게 고정되도록, 그리고 여과 매질(12) 주위의 여과되지 않은 공기의 침투를 방지하도록 프레임(14)내에 설치해야만 한다.
이상적으로는, 여과 매질(12)은 폴리우레탄, 에폭시, 실리콘, 고온-용융 접착제 또는 플라스티졸과 같은 포팅 물질(18)을 사용하여 프레임(14)에 설치한다. 조밀한 봉합을 이루기 위해서, 상기 포팅 물질(18)은 연속적인 봉합을 보장하도록 선택하거나, 또는 여과 매질(12)내로 습화 처리해야만 한다. 실리콘과 같은 물질은 상기 막을 적당히 충분하게 습화시킨다. 폴리우레탄과 같은 기타 물질은 습화를 이루기 위해서는 약간의 계면활성제를 첨가해야만 한다. 계면활성제는 또한 접착제를 충분히 습화시키도록 상기 여과 매질에 첨가할 수도 있다.
본 발명의 필터와 함께 사용하기 바람직한 포팅 물질(18)로는 화학적으로 내성을 지닌 물질을 들 수 있으며, 이것은 기체 배출에 의한 오염을 제거함은 물론, 여과 매질(12)내로 신속하게 흡수된다. 적합한 상기 포팅 물질로는 폴리우레탄, 에폭시, 실리콘, 고온-용융 접착제, 플라스티졸 등이 있다. 이중, 바람직한 물질은 접착제를 함유하지 않으면서도 기체 배출을 최소로 하는 완전히 가교 결합된 실리콘 고무 중합체이다.
본 발명의 핵심은 여과 매질(12) 그 자체이다. 제3도에 도시한 바와 같이, 가장 간단한 형태의 본 발명의 여과 매질(12)은 상향 흐름 지지 물질(22)과 하향 흐름 지지 물질(24) 사이에 샌드위치된 제1의 미세 다공성 여과층(20)을 포함한다. 바람직한 여과층(20)은 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 플루오르화된 에틸렌프로필렌(FEP), 퍼플루오로알콕시 중합체(PFA), 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 및 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)과 같은 미세 다공성 플루오로 중합체이다. 등급 10 또는 그 이상의 등급의 무균실에서 사용하기 위해서는, 상기 물질로부터 제조된 필터는 입자의 비확산, 기체의 비배출, 0.3μm 에서 99.97% 이상의 여과 효율, 및 100 ft/분의 공기 속도에서 1.0 인치 이하의 H2O 압력 강하 등의 특성을 가져야 한다.
선택되는 여과 물질은 본원에 참고로 인용되는 미합중국 특허 제 3,953,566호(Gore)에 따라서 제조된 것과 같은, 하나 또는 그 이상의 팽창된 PTFE 시이트 물질층을 포함한다. 적합하게는, 상기 여과 물질은 팽창된 PTFE 막으로 이루어진 5개의 층을 포함하며, 상기 각각의 층은 60 ft/분(18.29 m/분)의 공기 속도에서 0.5 인치(12.7 mm) H2O의 내성을 가진다. 상기 층들은 점적되어 단일 여과 물질 시이트를 형성시킬 수 있다. 바람직하게는, 상기 층들은, 예를 들어 종래의 가열 및 가압 라미네이션 기법으로, 이들이 신속하게 분리되지 않도록 서로 결합시킬 수 있다. 대안적으로, 상기 층들은 간단히 서로에 대해 점적시킬 수 있으며, 이들의 가장자리를 따라 제 위치에 고정시킬 수 있다.
상기 방법으로 제조하는 경우, 고 강도의 막 물질은 공기 흐름 또는 여과 효율에 해를 끼치지 않으면서, 상기 물질의 강도 및 모양을 그대로 유지한채로 제조할 수 있다. 0.7 인치 H2O 이하의 압력 강하에서 보다 높은 정도의 여과(즉, 0.1μm에서 99.99999%) 효율을 위해서, 상기 막은 0.5 인치 H2O의 압력 강하에서 약 12 ft/분의 공기 흐름을 가져야만 한다. 편평한 시이트 샘플에 대해서, 상기 물질은 10.5 ft/분의 유속 및 0.3μm에서 99.97% 이상의 여과 효율을 가져야만 한다. 더욱 바람직하게는, 상기 효율은 10.5 ft/분 및 0.1μm에서 99.99%이상이다. 여과 효율은 하기에 상세히 기술하는 환경 과학학회(Institute of Environmental Sciences(IES)) 테스트 방법 IES-RP-CC-7.1에 따라서 계산하였다.
또한, 상기 막은 평균 볼 파열 테스트 값이 3.0 1b-힘 또는 그 이상이어야 하며, 상기 값은 최대값과 최소값간의 차가 1.4 이하 범위이어야 한다. 상기 값은 ASTM 표준 D3787-89 편물 제품의 파열 강도(Burst Strength for Knitted Goods) 에 따라서 계산하였으며, 이때, 측정 챔버의 내부 직경은 3인치(7.62 cm) 이었으며, 클램핑 속도는 10 인치/분(25.4 cm/분) 이었다.
더욱 바람직하게는, 상기 여과층(20)은 제1여과층, 및 상기 제1여과층과 평행하게(즉, 상기 제1여과층과 제2여과층이 직접 접촉하거나 또는 상기 2개의 층사이에 설치된 하나 또는 그 이상의 물질층을 갖도록)설치된, 팽창된 PTFE 물질로 이루어진 하나 또는 그 이상의 제2여과층을 포함한다. 공기를 다중 여과층을 통해 연속적으로 여과하도록 조정함으로써, 단일 막내에서 발생할 수 있는 조그마한 누수는 인접층내의 응집성 막으로 조정할 수 있으며, 이로써 여과의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 다중 여과층은 상기 여과 물질을 추가로 보호할 수 있다.
지지 물질(22 및 24)은 사용 동안에 여과층이 적절한 배향을 유지하도록 하기 위해서 제공된다. 상기 지지 물질이 이것을 통하는 공기의 흐름을 방해함이 없이, 여과층을 적절한 위치에 유지시킨다는 것은 중요하다. 바람직하게는, 상기 물질은 상기 막을 지지하기에 충분한 감성을 지니되, 상기 막에 대한 손상을 방지하기에 충분한 연성 및 가요성을 지녀야만 한다. 주름진 배향에 있어서, 상기 물질은 (여과 매질의 주름 부위가 와해되지 않도록) 상기 부위들을 분리된 상태로 유지시키면서, 공기 흐름 채널을 상기 부위내로 제공해야만 한다. 텍사스, 오스틴 소재의 날르 플라스틱스에서 시판되는 NAL-TEX 스크림과 같은 물질, 또는 이와 유사한 기타 부직 스크린은 상기 용도에 적합하다.
제4도는 본 발명의 여과 매질(12)의 또다른 양태를 도시한 것이다. 상기 양태에 있어서, 여과 매질(12)은 상향 흐름 지지 물질(26), 제2의 상향 흐름 지지 물질층(28), 2개의 팽창된 PTFE 여과 물질층(30 및 32), 및 하향 흐름 지지 물질(34)을 포함한다. 상기 양태에 사용하기 위한 바람직한 지지 물질로는 전술한 NAL-TEX 스프림과 같은 스프림을 들 수 있다.
상기 제2의 상향 흐름 지지 물질층(28)은 스트림 물질에 의한 손상으로부터, 팽창된 PTFE 막을 보호하기 위해서 제공된다. 상기 목적에 적합한 물질로는 테네시, 올드 히코리 소재의 리메이 인코오포레이티드에서 시판되는 REEMAY 2250을 들 수 있다.
바람직한 여과층이 전술한 바와 같은 팽창된 PTFE 막을 포함하는 반면, 본 발명에 사용하는데 적합할 수 있는 기타 여과 매질로는 플루오르화된 에틸렌프로필렌(FEP), 퍼플루오로알콕시 중합체(PFA), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 및 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)을 들 수 있다.
본 발명의 주요 잇점중 하나는 상기 필터가 거친 환경하에서 사용되는 경우에도, 공기 스트림을 오염시키지 않는 다는 점이다. 시판되는 섬유 유리 및 이와 유사한 섬유성 HEPA 필터와는 달리, 본 발명의 필터는 단지 사용 동안에 섬유 또는 기타 입자들을 확산시키지 않는 연속적인 물질만을 하향 흐름 성분상에 사용한다. PTFE 와 같이 화학적으로 불활성인 물질을 사용하는 경우, 상기 필터 장치는 이것의 필터의 완전성에 손상을 입히지 않으면서, 가능하게는 거친 용도를 비롯한 광범위한 용도에 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 필터 장치는 안정하며, 또한 기체 배출에 의한 오염을 유발하지 않는 물질로부터 제조된다.
본 발명의 또다른 잇점은 필터 전역에 최소의 압력 강하(즉, 0.7 인치 H2O)를 유지시키면서 매우 높은 여과 효율(즉, 0.1 μm에서 99.99999% 이상)을 제공할 수 있다는 점이다.
필터 매질의 층들을 결합시키는 바람직한 방법이 이들 층을 라미네이트시키기 보다는, 이들을 함께 느슨하게 주름잡히게 한다는 것은 중요하다. 이로써, 막에 손상을 입히지 않으면서, 상기 층들을 자유롭게 주름잡히게 할 수 있다(필요한 경우, 그 위치는 다소 이동 가능함). 몇가지 용도에 있어서는, 이들 층들을 함께 라미네이트시킬 수도 있으나, 이 경우에는 주름진 부위를 분리된 상태로 고정시키기 위해서는 분리기가 필요하며, 이 방법은 막을 손상시킬 수도 있다. 라미네이션은 또한 공기 흐름을 제한할 수도 있다.
본 발명은 0.1 μm에서 99.99999% 이상의 매우 높은 여과 효율을 제공하나, 본 발명은 상기 용도로만 한정되는 것으로 생각해서는 안된다. 보다 적은수의 여과막 층을 갖는 본 발명의 필터를 사용하거나, 또는 단지 99.97%의 여과 효율을 필요로 하는 HEPA 용도 및 단지 99.99 내지 99.999%의 여과 효율을 필요로 하는 기타 용도에 필터를 사용하는 것과 같이 여과 효율이 덜한 막을 사용하는 경우에도 놀라운 잇점을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 필터의 기타 다른 특성, 예를 들어 입자 또는 섬유의 비확산 및 기체의 비배출은 특정 환경하에서는 매우 유리할 수도 있다.
하기의 실시예는 본 발명을 설명하고자 제공되는 것으로서, 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다.
각각의 폭이 60cm 이고, 길이가 2000cm 인 2개의 팽창된 PTFE 시이트를 포함하는 여과 매질을 사용하여 ULPA 필터를 제조하였다. 각각의 팽창된 PTFE 시이트는 5개의 팽창된 PTFE 막층을 포함하였으며, 상기 각 층은 60 ft/분(18.29 m/분)의 공기 흐름에서 0.5 인치(12.7 mm) H2O의 저항을 가진다. 상기 층들을 함께 점적 및 결합시켜 단일 여과 물질 시이트를 형성시켰다. 상기 막의 공기 유량은 압력 강하 0.5 인치 H2O에서 약 12 ft/분이었으며, 여과 효율이 0.1 μm 및 10.5 ft/분에서 99.99% 이상이었고, 평균 볼 파열 테스트 값이 3.0 이하였다.
여과 매질을, 9가닥/인치로 90°의 각도로 압출 및 결합된, 두께가 0.030인치(0.762 cm)이고, 폭이 25인치(63.5 cm)인 가닥과 함께, 각각의 폭이 60 cm 이고, 길이가 2000 cm 인 2개의 P/N 4085 NAL-TEX 천연 폴리프로필렌 스크림 시이트 사이에 설치하였다. 상기 PTFE/스크림 복합체를 cm 당 0.79의 주름(8 주름/인치)을 갖게 하면서, 5.08 cm(2 인치) 깊이로 주름지게한 후, 60 cm X 61 cm 크기로 절단하였다.
양극 산화 처리한 알루미늄 프레임을 외부 직경이 61 cm X 61 cm가 되게 형성시켰다. 상기 프레임은 제2도에 도시한 바와 같이, 그 둘레에 내부 폭의 크기가 약 9.76 cm 인 홈(그 안에 상기 주름진 복합체를 설치하기에 충분함)을 가졌다. 상기 프레임을 뉴욕, 워터포드에 소재하는 지이 실리콘스에서 시판되는 Part No. SS 4155 실리콘 하도제로 하도시켜 상기 프레임에 대한 포팅의 접착력을 보다 양호하게 하였다.
이어서, 상기 주름진 복합체를 상기 프레임내에 설치한 후, 1.0 내지 1.5 cm 깊이로 상기 프레임을 따라 위치시킨 실리콘(지이 실리콘스에서 시판되는 RTV-615 실리콘)의 포팅과 함께 제 위치에 고정시켰다. 이어서, 상기 프레임을 약 150℃에서 5분간, 및 주위 조건에서 24시간 동안 경화시켰다.
다음에, 본원에 참고로 인용되는 환경 과학 학회(IES)테스트 방법 IES-RP-CC-7.1에 따라서 상기 필터를 테스트하였다. 상기 방법은 후술한다.
제5도에 도시한 바와 같이, 가변 속도 송풍기(38), 예비 필터(40), 에어로졸발생기(42), 전하 중화기(44), 상향 흐름 혼합기(46), 상향 흐름 공기 흐름 확산기(48), 상향 흐름 시료 채취 지점(52) 및 하향 흐름 시료 채취 지점(54)으로부터의 샘플을 측정하는 입자 계수기(50), 필터 압력 강하 측정기(56), 하향 흐름 혼합기(58), 하향 흐름 공기 흐름 확산기(60), 공기 흐름 측정 노즐(62), 및 공기 흐름 측정 압력계(64)를 포함하는 테스트 장치(36)를 형성시켰다. 이어서, 테스트하고자 하는 필터를 지시된 챔버내에 삽입시켰다.
다음과 같은 방식으로 공기 필터(66)를 측정하였다. 먼저, 상기 노즐(62) 전역의 압력 강하를 통하여 공기 흐름을 측정하였다. 이어서, 송풍기(38)를 조정하여 소망하는 정도로 지정함으로써, 공기 흐름을 테스트 필터(66) 전역에 100 ft/분의 속도가 되게 하였다. 일단 상기 방식으로 지정한 경우에는, 대부분의 입자는 예비 필터(40)에 의해 공기 스트림으로부터 제거되었다. 이어서, 중화된 에어로졸을 전하 중화기(44)를 통해 공기 스트림내로 주입하였다. 상기 경우에 있어서는, 상기 에어로졸로서 105 nm의 폴리스티렌 라텍스(PSL)구를 사용하였다.
이어서, 상기 공기 스트림을 상향 흐름 혼합기(46)로 혼합한 후, 확산기(48)로 조건화시켰다. 입자의 계수는 콜로라도, 보울더에 소재하는 Particle Measurement Systems에서 시판되는 Part No. PMS LPC-070과 같은 PMS LPC-0710 0.07μm, 1 CFM 입자 계수기를 사용하여, 시료 채취 지점(52)에서 필터(66)의 상향 흐름을 취하여 수행하였다.
상기 공기 스트림을 필터(66)에 통과시킨 후, 표준 마그네헬릭(magnehelic)게이지를 사용하여 상기 필터를 통한 압력 강하를 측정 및 계산하였다.
이어서, 하향 흐름 혼합기(58)로 상기 공기 스트림을 다시 혼합한 후, 시료 채취 지점(54)에서 시료를 채취하였다.
필터의 여과 효율은 다음과 같이 계산하였다.
샘플의 속도는 1 CGM 이었다. 퍼센트 효율(%)은 다음과 같이 계산하였다 :
먼저, 초기, 중기, 및 말기의 다수의 물질 롤로부터의 편평한 막 샘플에 대하여 테스트를 수행하였다. 상기 물질의 퍼센트 효율은 하기 표에 요약하였다 :
다음에, 전술한 바와 같이 제조한 완성 필터 샘플에 대하여 테스트를 수행하였다. 상기 물질의 퍼센트 효율을 하기 표에 요약하였다 :
이상과 같이, 본 발명의 특정 양태들을 기재 설명하였으나, 본 발명은 이러한 기재 및 설명으로 한정되는 것으로 해석해서는 안된다. 본 발명은 하기 특허 청구의 범위내에서 변경 및 변형될 수 있는 것으로 이해하여야 한다.

Claims (20)

  1. 미세 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 이루어진 제1여과층 ; 투과성 지지 물질로 이루어진 하나 이상의 상향 흐름층 ; 투과성 지지 물질로 이루어진 하나 이상의 하향 흐름층을 포함하고 ; 상기 제1여과층은 상기 지지 물질로 이루어진 상향 흐름층과 하향 흐름층 사이에 느슨하게 샌드위치되며, 상기 제1여과층은 상기 지지 물질과 결합하여 0.3μm에서 99.97% 이상의 여과 효율을 제공하는, 무균 시설의 공기 조절 시스템에 사용하기 위한 필터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 필터를 통해 균일한 여과를 제공하도록, 상기 제1여과층과 연속적으로 설치된 미세 다공성 PTFE로 이루어진 제2여과층을 추가로 포함하는 필터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 상향 흐름 지지 물질 및 하향 흐름 지지 물질은 각각 스크린층을 포함하는 필터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 상향 흐름 지지 물질은 비교적 연성이며, 가요성인 지지 물질로 이루어진 부가의 층을 포함하는 필터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 미세 다공성 PTFE 로 이루어진 제2여과층은 상기 필터를 통해 균일한 여과를 제공하도록, 상기 제1여과층과 연속적으로 설치되는 필터.
  6. 제3항에 있어서, 상기 제1여과층 및 스크린에는 주름이 형성되어 있는 필터.
  7. 제6항에 있어서, 상기 주름진 여과층 및 스크린은 프레임내에 설치되어 봉합되는 필터.
  8. 제7항에 있어서, 상기 주름진 여과층 및 스크린은 기체 배출에 저항하는 포팅 물질에 의해 프레임내에 봉합되는 필터.
  9. 제8항에 있어서, 상기 포팅 물질은 실리콘, 폴리우레탄, 에폭시, 플라스틱 접착제, 및 플라스티졸로 구성되는 군에서 선택되는 필터.
  10. 제1항에 있어서, 상기 필터는 여과 효율이 0.1μm에서 99.99% 이상인 필터.
  11. 제1항에 있어서, 상기 필터는 여과 효율이 0.1μm에서 99.999% 이상인 필터.
  12. 제10항에 있어서, 상기 필터는 여과 효율이 0.1μm에서 99.99999% 이상인 필터.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제1여과층에 설치되는, 미세 다공성 PTFE로 이루어진 제2여과층을 추가로 포함하고, 상기 2개의 여과층은 손상으로부터 서로를 보호하며, 이들중 하나의 내부의 불규칙한 구멍을 통한 누수를 방지하고자 제공되는 필터.
  14. 미세 다공성 물질로 이루어진 제1여과층 ; 상기 제1여과층에 평행하게 설치되는, 미세 다공성 물질로 이루어진 제2여과층 ; 상기 2개의 여과층의 상향 흐름에 설치되는 하나 이상의 지지 물질층 ; 및 상기 2개의 여과층의 하향 흐름에 설치되는 하나 이상의 지지 물질층을 포함하며, 상기 2개의 여과층 및 지지 물질층에는 주름이 형성되어 있고, 상기 필터의 여과 효율은 0.1μm에서 99.999% 이상인, 무균 시설에 사용하기 위한 공기 오염 물질 여과용 필터.
  15. 제13항에 있어서, 상기 추가의 지지 물질층은 상기 2개의 여과층의 상향 흐름에 설치되는 필터.
  16. 제13항에 있어서, 상기 주름진 2개의 여과층 및 지지 물질은 프레임내에 설치되며, 상기 프레임, 상기 주름진 2개의 여과층 및 지지 물질은 기밀 연결부에 의해 서로 단단하게 연결되는 필터.
  17. 제15항에 있어서, 상기 기밀 연결부에 의한 단단한 연결은 실리콘, 고온-용융 접착제, 폴리우레탄, 에폭시 또는 플라스티졸로 구성되는 군에서 선택되는 포팅 물질을 포함하는 필터.
  18. 제13항에 있어서, 상기 각각의 필터 층은 여과 효율이 0.1μm 및 10.5 ft/분에서 99.99% 이상인 미세 다공성의 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 포함하는 필터.
  19. 제17항에 있어서, 상기 각각의 필터 층은 압력 강하가 12 ft/분에서 물 0.5 인치 이하인 물질을 포함하는 필터.
  20. 제17항에 있어서, 상기 각각의 필터 층은 평균 볼 파열값이 3.0 1b-힘 이상이되, 상기 값의 최대값과 최소값간의 차이는 1.4범위인 물질을 포함하는 필터.
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