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除菌空気フィルターの定格を0.2ミクロンとする理由

無菌空気フィルターの定格は0.2ミクロンと決められています。 フィルターが汚染物質を捕集するメカニズムにはさまざまなものがありますが、詳細はよく知られていません(以下の「フィルトレーションのメカニズム」を参照してください)。 捕集の物理的メカニズムは、粒子のサイズによって異なることがわかっています。 意外に思われるかもしれませんが、フィルターは、必ずしも小さい粒子径の定格にすればよいわけではありません。 ドナルドソンの無菌空気フィルターは、以下の理由により、定格と効率を0.2ミクロンと定義しています。

一次粒子フィルトレーションメカニズム
  1. 0.2ミクロンは、捕集するのが最も難しい粒子サイズです。 0.2ミクロンより大きいまたは小さい粒子はすべて、0.2ミクロンと同等かそれ以上の効率で捕集されます。

  2. 無菌空気フィルターは、微生物を除去するために特別に設計されており、細菌の平均サイズは0.2ミクロンです。 

右のグラフで示すように、0.01ミクロンの粒子サイズでは、99.9%を超える非常に高い効率を容易に実現できます。 たとえフィルターが0.01ミクロンで99.9%という宣伝が正しいとしても、0.2ミクロンでは効率が大幅に低下し、細菌が通過し無菌プロセスを汚染する可能性が十分にあります。 無菌空気フィルターを購入する前に、サプライヤーが0.2ミクロンの効率を明記していることをご確認ください。

拡散 

拡散は主に0.1ミクロン未満の小さな粒子に作用します。 これらの小さな粒子は空気分子と衝突することで、毎秒数千回も方向を変えます。 このランダムな動きは、流路の平均自由行程に対してさまざまな角度で発生するため、粒子が繊維に接触する可能性が高まります。

遮断

遮断は、主に、大きすぎて拡散しにくい0.5ミクロン以上の粒子に作用しますが、慣性が生じるほど質量が大きくない粒子に限ります。 気流は、個々の材料繊維の周りを流れるために強制的に方向を変えられ、この流れが通過する際、中程度の大きさの粒子がこの繊維に接触します。

衝突

衝突は、フィルターを通過し流路の方向変化を維持できない、より大きな粒子に作用します。 粒子の質量によって空気の方向が変わると、粒子は繊維に向かってまっすぐに飛んでいきます。

ふるい分け

ふるい分けは、体積の大きい粒子に作用します。 粒子体積が非常に大きいため、繊維の間を通り抜けることはできません。 これが、よく知られたフィルトレーションメカニズムです。

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