(57)【要約】      （修正有）【課題】換気フードの排出空気から不必要な物質を除去するための空気処理装置を含む装置の提供。【解決手段】換気フード及び空気処理装置を含む装置であって、空気処理装置６５はＯ・、Ｎ・、ＯＨ・及びＯ３を含む空気副生物を生成し、そしてこれらの空気副生物を換気フードの排出空気の中に導入し、それにより換気フードの排出空気を処理するための非熱プラズマ反応器のステージ７０及び非熱プラズマ反応器のステージの下流の空気をさらに処理するための非熱プラズマ反応器のステージの下流にある触媒ステージ７５を含む。【選択図】図８
2020110800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
換気フード；および
換気フードの排出空気から不必要な物質を除去するための空気処理装置
を含む装置であって、この空気処理装置は：
Ｏ・、Ｎ・、ＯＨ・およびＯ３を含む空気副生物を生成し、そしてこれらの空気副生物を換気フードの排出空気の中に導入し、それにより換気フードの排出空気を処理するための非熱プラズマ反応器のステージ；および
非熱プラズマ反応器のステージの下流の空気をさらに処理するための、非熱プラズマ反応器のステージの下流にある触媒ステージ、を含む、
前記装置。
【請求項２】
装置を用意する工程であって、装置は：
換気フード；および
換気フードの排出空気から不必要な物質を除去するための空気処理装置を含み、この空気処理装置は：
Ｏ・、Ｎ・、ＯＨ・およびＯ３を含む空気副生物を生成し、そしてこれらの空気副生物を換気フードの排出空気の中に導入し、それにより換気フードの排出空気を処理するための非熱プラズマ反応器のステージ；および
非熱プラズマ反応器のステージの下流の空気をさらに処理するための、非熱プラズマ反応器のステージの下流にある触媒ステージを含む、前記工程；および
換気フードの排出空気を空気処理装置に通すことを含む、換気フードを運転する工程：を含む方法。
【請求項３】
空気から不必要な物質を除去するための空気処理装置であって、この新規な空気処理装置は：
非熱プラズマ反応器のステージ；および
ＭｎＯ２を含む触媒ステージ
を含む、前記空気処理装置。
【請求項４】
触媒ステージは非熱プラズマ反応器のステージの下流にある、請求項３に記載の空気処理装置。
【請求項５】
非熱プラズマ反応器のステージは少なくとも一つの非熱プラズマ反応器のユニットを含み、そしてさらに、その非熱プラズマ反応器のユニットは、ワイヤ電極とこのワイヤ電極の周囲に配置された円筒状電極とを含む冠状チューブを含む、請求項３に記載の空気処理装置。
【請求項６】
ワイヤ電極と円筒状電極は同軸に配置されている、請求項５に記載の空気処理装置。
【請求項７】
非熱プラズマ反応器のユニットは電気パルスによって駆動され、そしてさらに、その電気パルスはアーク放電を最小限にするように調整される、請求項５に記載の空気処理装置。
【請求項８】
非熱プラズマ反応器のステージは少なくとも一つの非熱プラズマ反応器のユニットを含み、そしてさらに、その非熱プラズマ反応器のユニットは誘電体バリア放電（ＤＢＤ）の構造を有する、請求項３に記載の空気処理装置。
【請求項９】
非熱プラズマ反応器のユニットは、ワイヤ電極、このワイヤ電極の周囲に配置された円筒状電極、およびワイヤ電極と円筒状電極の間に配置された円筒状誘電体を含む、請求項
８に記載の空気処理装置。
【請求項１０】
ワイヤ電極、円筒状電極および円筒状誘電体は同軸に配置されている、請求項９に記載の空気処理装置。
【請求項１１】
非熱プラズマ反応器のユニットは、ワイヤ電極、プレート電極、およびワイヤ電極とプレート電極の間に配置されたプレート誘電体を含む、請求項８に記載の空気処理装置。
【請求項１２】
非熱プラズマ反応器のユニットは、第一のプレート電極、第二のプレート電極、および第一のプレート電極と第二のプレート電極の間に配置されたプレート誘電体を含む、請求項８に記載の空気処理装置。
【請求項１３】
触媒ステージはＣｕＯをさらに含む、請求項３に記載の空気処理装置。
【請求項１４】
触媒ステージは複数の異なる触媒を含む、請求項３に記載の空気処理装置。
【請求項１５】
非熱プラズマ反応器のステージの上流に配置されたフィルターをさらに含む、請求項３に記載の空気処理装置。
【請求項１６】
触媒ステージの下流に配置されたフィルターをさらに含む、請求項３に記載の空気処理装置。
【請求項１７】
空気から不必要な物質を除去するための方法であって：
空気から不必要な物質を除去するための空気処理装置を用意する工程であって、この空気処理装置は：
非熱プラズマ反応器のステージ；および
ＭｎＯ２を含む触媒ステージを含む、前記工程；および
空気を空気処理装置に通す工程：
を含む前記方法。
【請求項１８】
触媒ステージは非熱プラズマ反応器のステージの下流にある、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
非熱プラズマ反応器のステージは少なくとも一つの非熱プラズマ反応器のユニットを含み、そしてさらに、その非熱プラズマ反応器のユニットは、ワイヤ電極とこのワイヤ電極の周囲に配置された円筒状電極とを含む冠状チューブを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
ワイヤ電極と円筒状電極は同軸に配置されている、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
非熱プラズマ反応器のユニットは電気パルスによって駆動され、そしてさらに、その電気パルスはアーク放電を最小限にするように調整される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
非熱プラズマ反応器のステージは少なくとも一つの非熱プラズマ反応器のユニットを含み、そしてさらに、その非熱プラズマ反応器のユニットは誘電体バリア放電（ＤＢＤ）の構造を有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
非熱プラズマ反応器のユニットは、ワイヤ電極、このワイヤ電極の周囲に配置された円筒状電極、およびワイヤ電極と円筒状電極の間に配置された円筒状誘電体を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
ワイヤ電極、円筒状電極および円筒状誘電体は同軸に配置されている、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
非熱プラズマ反応器のユニットは、ワイヤ電極、プレート電極、およびワイヤ電極とプレート電極の間に配置されたプレート誘電体を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
非熱プラズマ反応器のユニットは、第一のプレート電極、第二のプレート電極、および第一のプレート電極と第二のプレート電極の間に配置されたプレート誘電体を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
触媒ステージはＣｕＯをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２８】
触媒ステージは複数の異なる触媒を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２９】
非熱プラズマ反応器のステージの上流に配置されたフィルターをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項３０】
触媒ステージの下流に配置されたフィルターをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項３１】
空気から不必要な物質を除去するための空気処理装置であって：
非熱プラズマ反応器のステージであって、この非熱プラズマ反応器のステージは複数の非熱プラズマ反応器のユニットを含み、この複数の非熱プラズマ反応器のユニットは互いに実質的に隣接して配置されていて、また互いに実質的に平行な配列をなしていて、その配列は非熱プラズマ反応器のステージの有効作用範囲を画定する断面を有する、前記ステージ；および
触媒ステージ；
を含む前記空気処理装置。
【請求項３２】
空気から不必要な物質を除去するための方法であって：
空気処理装置を用意する工程であって、この空気処理装置は：
非熱プラズマ反応器のステージであって、この非熱プラズマ反応器のステージは複数の非熱プラズマ反応器のユニットを含み、この複数の非熱プラズマ反応器のユニットは互いに実質的に隣接して配置されていて、また互いに実質的に平行な配列をなしていて、その配列は非熱プラズマ反応器のステージの有効作用範囲を画定する断面を有する、前記ステージ；および
触媒ステージを含む、前記工程；および
空気を空気処理装置に通す工程：
を含む前記方法。
【請求項３３】
空気から不必要な物質を除去するための空気処理装置であって：
処理すべき空気を入れるための上流端と処理された空気を排出するための下流端を有する処理通路；
処理通路の上流端と処理通路の下流端の中間にある処理通路と連通している側面通路；
側面通路と連通していて、Ｏ・、Ｏ３およびＯＨ・を含む空気副生物を生成し、これらの空気副生物を処理通路に導入するための非熱プラズマ反応器のステージ；および
側面通路の下流にある処理通路の中に配置された触媒ステージ；
を含む前記空気処理装置。
【請求項３４】
空気から不必要な物質を除去するための方法であって：
空気処理装置を用意する工程であって、この空気処理装置は：
処理すべき空気を入れるための上流端と処理された空気を排出するための下流端を有する処理通路；
処理通路の上流端と処理通路の下流端の中間にある処理通路と連通している側面通路；
側面通路と連通していて、Ｏ・、Ｏ３およびＯＨ・を含む空気副生物を生成し、これらの空気副生物を処理通路に導入するための非熱プラズマ反応器のステージ；および
側面通路の下流にある処理通路の中に配置された触媒ステージを含む、前記工程；および
空気を空気処理装置に通す工程：
を含む前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
係属中の先行する特許出願についての関連
本特許出願は：
（１）係属中の先行する米国特許出願１３／７９３１４５号（Francois Hauvilleによっ
て２０１３年３月１１日に提出された「空気から不必要な物質を除去するための方法と装置」（代理人整理番号FIPAK-12））の一部係属出願であり、
その米国特許出願は：
（ｉ）それ自体が、先行する米国特許出願１２／９９８１３４号（Francois Hauvilleに
よって２０１１年３月２１日に提出された「空気から不必要な物質を除去するための方法と装置」（代理人整理番号FIPAK-0809 PCT US））の一部係属出願であり、さらにその米
国特許出願は先行する国際特許出願（ＰＣＴ出願）ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０５７６６６号（Francois Hauvilleによって２００９年９月２１日に提出された「空気から不必要な
物質を除去するための方法と装置」（代理人整理番号FIPAK-0809 PCT））の利益を権利請求するものであり、さらにその国際特許出願は（ａ）先行する米国仮特許出願６１／０９８４４０号（Francois Hauvilleによって２００８年９月１９日に提出された「空気から不必要な物質を除去および／または空気中の不必要な物質を中和するための方法と装置」（代理人整理番号FIPAK-8 PROV））、（ｂ）先行する米国仮特許出願６１／２４４２１８号（Francois Hauvilleによって２００９年９月２１日に提出された「空気から不必要な物質を除去するための方法と装置」（代理人整理番号FIPAK-9 PROV））、および（ｃ）先行する米国非仮特許出願１２／４６５４３４号（Francois Hauvilleによって２００９年５月１３日に提出された「空気から不必要な物質を除去するための方法と装置」（代理人整理番号FIPAK-8））の利益を権利請求するものであり、
またその米国特許出願は：
（ii）先行する米国仮特許出願６１／６０８８７１号（Francois Hauvilleによって２０
１２年３月９日に提出された「空気からアンモニアおよび／またはその他の標的化学物質を除去するための方法と装置」（代理人整理番号FIPAK-12 PROV））の利益を権利請求す
るものであり、
そして本特許出願は：
（２）係属中の先行する米国仮特許出願６１／７０９７７３号（Francois Hauville等に
よって２０１２年１０月４日に提出された「非熱プラズマ反応器ステージとそれに続く触媒ステージを含む新規な二つのステージの空気処理装置」（代理人整理番号FIPAK-13 PROV））の利益を権利請求する。
【０００２】
上記の８件の特許出願は参考文献として本明細書に取り込まれる。
本発明は概して空気処理装置に関し、特に、空気から不必要な物質を除去する種類の空気処理装置、すなわち、空気から不必要な物質を除去し、そして／または、空気中の不必要な物質を中和し、そして／または、空気中の不必要な物質をより許容できる物質に転換する空気処理装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
空気から不必要な物質を除去するために空気フィルターが用いられる。例として、（これに限定するのではないが）空気フィルターは一般に実験室において、空気が換気フードから例えば（ダクトのある換気フードの場合）大気中または（ダクトのない換気フードの場合）実験室の周囲空気へ排出される前に、換気フードの中の空気から不必要な物質を除去するために用いられる。
【０００４】
上記の実験室への適用において、空気フィルターでは典型的に、空気から不必要な物質
を除去するために活性炭の細粒を用いる。活性炭の細粒は一般に空気フィルターにおいて用いるのに好ましい。というのは、活性炭の細粒は空気から溶媒を除去するのに極めて有効だからである。さらに、活性炭の細粒の使用は一般にかなり有利であり、というのは、活性炭の細粒は容易に扱うことができて、またそれらは閉鎖容器の中に自然に収まるとともに細粒どうしの間に空間ができて、これが優れた空気の流れとの高い表面積の接触をもたらすからである。典型的に、活性炭の細粒は単純なフィルター枠の中に配置され、二つの向かい合ったスクリーン（例えば、網、格子など）の間に保持され、そこを空気が通過するが、しかし活性炭の細粒はその間に保持される。
【０００５】
活性炭の細粒は空気から溶媒を除去するのに極めて有効であるが、それらは空気から酸を除去するのにはほとんど効果がない。その結果、換気フードの中で酸が用いられる場合、空気から酸を除去するために、特別な添加剤（例えば、希土類金属、有機金属触媒など）を活性炭の細粒に添加しなければならない。しかし、これらの添加剤は活性炭の細粒の有効表面積を減少させる傾向があり、それによりフィルターの能力を低下させる。さらに、これらの酸除去用添加剤は一般に、空気から酸を除去するのにあまり大きくない有効性しか示さず、また多くの場合、比較的毒性の物質を含み、それらの物質がフィルターを通る空気の流れによって大気中に放出されるかもしれない。
【０００６】
従って、酸除去用添加剤を活性炭の細粒に混和させることは、溶媒を除去するには低い効率の空気フィルターをもたらし、またそのフィルターは酸を除去するのにあまり大きくない有効性しか持たないことがわかるだろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、空気から溶媒と酸の両方を除去するのに高い有効性があり、そして有毒な添加剤を用いることなく高い効率で機能する新規で改善された空気フィルターに対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記の目的およびその他の目的は、酸の除去ステージと溶媒の除去ステージの少なくとも二つのステージを含む新規な空気フィルターを提供し、それを用いることによって対処される。酸の除去ステージは、概して言えば、酸中和性の物質を取り付けた通気性の骨組みを含む。溶媒の除去ステージは、概して言えば、二つの向かい合ったスクリーン（例えば、網、格子など）の間に充填した溶媒除去用の細粒を含む。
【０００９】
本発明の一つの好ましい態様において、空気から不必要な物質を除去するための空気フィルターが提供され、この空気フィルターは下記の各ステージを含む：
酸の除去ステージ；および
溶媒の除去ステージ。
【００１０】
本発明の別の好ましい態様において、空気から不必要な物質を除去するための空気フィルターが提供され、この空気フィルターは下記の各ステージを含む：
酸の除去ステージであって、この酸の除去ステージは酸中和性の物質を取り付けた通気性の骨組みを含み、この通気性の骨組みはガラス繊維を含み、そして酸中和性の物質は重炭酸ナトリウムを含み、そしてさらに、重炭酸ナトリウムは接着剤を用いてガラス繊維に固定されている；および
溶媒の除去ステージであって、この溶媒の除去ステージは二つの通気性のスクリーンの間に保持された溶媒除去用の細粒を含み、そしてさらに、溶媒除去用の細粒は活性炭の細粒を含む。
【００１１】
本発明の別の好ましい態様において、空気から不必要な物質を除去するための空気フィルターが提供され、この空気フィルターは下記の各ステージを含む：
酸の除去ステージであって、この酸の除去ステージは酸中和性の物質を取り付けた通気性の骨組みを含み、この通気性の骨組みは連続気泡ポリウレタンフォームを含み、そして酸中和性の物質は重炭酸ナトリウムを含み、そしてさらに、重炭酸ナトリウムは接着剤を用いて連続気泡ポリウレタンフォームに固定されている；および
溶媒の除去ステージであって、この溶媒の除去ステージは二つの通気性のスクリーンの間に保持された溶媒除去用の細粒を含み、そしてさらに、溶媒除去用の細粒は活性炭の細粒を含む。
【００１２】
本発明の別の好ましい態様において、空気から不必要な物質を除去するための方法が提供され、この方法は下記の各工程を含む：
空気から不必要な物質を除去するための空気フィルターを用意する工程であって、この空気フィルターは下記の各ステージを含む：
酸の除去ステージ；および
溶媒の除去ステージ；および
ろ過すべき空気を空気フィルターに通し、それにより空気から不必要な物質を除去する工程。
【００１３】
また、本発明の別の好ましい態様において、空気から不必要な物質を除去するための方法が提供され、この方法は下記の各工程を含む：
空気から不必要な物質を除去するための空気フィルターを用意する工程であって、この空気フィルターは下記の各ステージを含む：
酸の除去ステージであって、この酸の除去ステージは酸中和性の物質を取り付けた通気性の骨組みを含み、この通気性の骨組みはガラス繊維を含み、そして酸中和性の物質は重炭酸ナトリウムを含み、そしてさらに、重炭酸ナトリウムは接着剤を用いてガラス繊維に固定されている；および
溶媒の除去ステージであって、この溶媒の除去ステージは二つの通気性のスクリーンの間に保持された溶媒除去用の細粒を含み、そしてさらに、溶媒除去用の細粒は活性炭の細粒を含む；および
ろ過すべき空気を空気フィルターに通し、それにより空気から不必要な物質を除去する工程。
【００１４】
また、本発明の別の好ましい態様において、空気から不必要な物質を除去するための方法が提供され、この方法は下記の各工程を含む：
空気から不必要な物質を除去するための空気フィルターを用意する工程であって、この空気フィルターは下記の各ステージを含む：
酸の除去ステージであって、この酸の除去ステージは酸中和性の物質を取り付けた通気性の骨組みを含み、この通気性の骨組みは連続気泡ポリウレタンフォームを含み、そして酸中和性の物質は重炭酸ナトリウムを含み、そしてさらに、重炭酸ナトリウムは接着剤を用いて連続気泡ポリウレタンフォームに固定されている；および
溶媒の除去ステージであって、この溶媒の除去ステージは二つの通気性のスクリーンの間に保持された溶媒除去用の細粒を含み、そしてさらに、溶媒除去用の細粒は活性炭の細粒を含む；および
ろ過すべき空気を空気フィルターに通し、それにより空気から不必要な物質を除去する工程。
【００１５】
本発明の別の好ましい態様において、空気から不必要な物質を除去するための空気フィルターが提供され、この空気フィルターは下記の各要素を含む：
ろ過基材；および
ろ過基材に付加した少なくとも１種の反応物質。
【００１６】
本発明の別の好ましい態様において、空気から不必要な物質を除去するための方法が提供され、この方法は下記の各工程を含む：
下記の各要素を含む空気フィルターを用意する工程：
ろ過基材；および
ろ過基材に付加した少なくとも１種の反応物質；および
ろ過すべき空気を空気フィルターに通し、それにより空気から不必要な物質を除去する工程。
【００１７】
本発明の別の好ましい態様において、下記の各要素を含む装置が提供される：
換気フード；および
換気フードの排出空気から不必要な物質を除去するための空気処理装置、この空気処理装置は下記の各要素を含む：
Ｏ・、Ｎ・、ＯＨ・およびＯ３を含む空気副生物を生成し、そしてこれらの空気副生物を換気フードの排出空気の中に導入し、それにより換気フードの排出空気を処理するための非熱プラズマ反応器のステージ；および
非熱プラズマ反応器のステージの下流の空気をさらに処理するための、非熱プラズマ反応器のステージの下流にある触媒ステージ。
【００１８】
本発明の別の好ましい態様において、下記の各工程を含む方法が提供される：
下記の各要素を含む装置を用意する工程：
換気フード；および
換気フードの排出空気から不必要な物質を除去するための空気処理装置、この空気処理装置は下記の各要素を含む：
Ｏ・、Ｎ・、ＯＨ・およびＯ３を含む空気副生物を生成し、そしてこれらの空気副生物を換気フードの排出空気の中に導入し、それにより換気フードの排出空気を処理するための非熱プラズマ反応器のステージ；および
非熱プラズマ反応器のステージの下流の空気をさらに処理するための、非熱プラズマ反応器のステージの下流にある触媒ステージ；および
換気フードの排出空気を空気処理装置に通すことを含む、換気フードを運転する工程。
【００１９】
本発明の別の好ましい態様において、空気から不必要な物質を除去するための空気処理装置が提供され、この新規な空気処理装置は下記の各要素を含む：
非熱プラズマ反応器のステージ；および
触媒ステージ、この触媒ステージはＭｎＯ２を含む。
【００２０】
本発明の別の好ましい態様において、空気から不必要な物質を除去するための方法が提供され、この方法は下記の各工程を含む：
空気から不必要な物質を除去するための空気処理装置を用意する工程、この空気処理装置は下記の各要素を含む：
非熱プラズマ反応器のステージ；および
触媒ステージ、この触媒ステージはＭｎＯ２を含む；および
空気を空気処理装置に通す工程。
【００２１】
本発明の別の好ましい態様において、空気から不必要な物質を除去するための空気処理装置が提供され、この空気処理装置は下記の各要素を含む：
非熱プラズマ反応器のステージ、この非熱プラズマ反応器のステージは複数の非熱プラズマ反応器のユニット（単位装置）を含み、この複数の非熱プラズマ反応器のユニットは互いに実質的に隣接して配置されていて、また互いに実質的に平行な配列をなしていて、
その配列は非熱プラズマ反応器のステージの有効作用範囲を画定する断面を有する；および
触媒ステージ。
【００２２】
本発明の別の好ましい態様において、空気から不必要な物質を除去するための方法が提供され、この方法は下記の各工程を含む：
下記の各要素を含む空気処理装置を用意する工程：
非熱プラズマ反応器のステージ、この非熱プラズマ反応器のステージは複数の非熱プラズマ反応器のユニット（単位装置）を含み、この複数の非熱プラズマ反応器のユニットは互いに実質的に隣接して配置されていて、また互いに実質的に平行な配列をなしていて、その配列は非熱プラズマ反応器のステージの有効作用範囲を画定する断面を有する；および
触媒ステージ；および
空気を空気処理装置に通す工程。
【００２３】
本発明の別の好ましい態様において、空気から不必要な物質を除去するための空気処理装置が提供され、この空気処理装置は下記の各要素を含む：
処理すべき空気を入れるための上流端と処理された空気を排出するための下流端を有する処理通路；
処理通路の上流端と処理通路の下流端の中間にある処理通路と連通している側面通路；
側面通路と連通していて、Ｏ・、Ｏ３およびＯＨ・を含む空気副生物を生成するとともにこれらの空気副生物を処理通路に導入するための非熱プラズマ反応器のステージ；および
側面通路の下流にある処理通路の中に配置された触媒ステージ。
【００２４】
本発明の別の好ましい態様において、空気から不必要な物質を除去するための方法が提供され、この方法は下記の各工程を含む：
下記の各要素を含む空気処理装置を用意する工程：
処理すべき空気を入れるための上流端と処理された空気を排出するための下流端を有する処理通路；
処理通路の上流端と処理通路の下流端の中間にある処理通路と連通している側面通路；
側面通路と連通していて、Ｏ・、Ｏ３およびＯＨ・を含む空気副生物を生成するとともにこれらの空気副生物を処理通路に導入するための非熱プラズマ反応器のステージ；および
側面通路の下流にある処理通路の中に配置された触媒ステージ；および
空気を空気処理装置に通す工程。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本発明の上記の目的およびその他の目的と特徴点は、本発明の好ましい態様についての以下の詳細な説明によってさらに十分に開示され、あるいは明らかにされるであろう。それは添付する図面とともに考察されるが、そこでは同じ番号は同じ部分を指している。
【図１】図１は本発明に従って形成された新規な空気フィルターを示す概略図である。
【図１Ａ】図１Ａは本発明に従って形成された別の新規な空気フィルターを示す概略図である。
【図２】図２は図１の新規な空気フィルターの酸の除去ステージをどのようにして製作することができるかを示す概略図である。
【図３】図３は図１の新規な空気フィルターの酸の除去ステージをどのようにして製作することができるかを示す概略図である。
【図４】図４は図１の新規な空気フィルターの酸の除去ステージをどのようにして製作することができるかを示す概略図である。
【図５】図５は図１および図１Ａの新規な空気フィルターの溶媒の除去ステージのさらなる詳細を示す概略図である。
【図５Ａ】図５Ａは本発明の新規な空気処理装置とともに用いることができる典型的なダクトのない換気フードを示す概略図である。
【図６】図６は粒状のクエン酸の結晶を含浸する前の一片の連続気泡ポリウレタン（ＰＵ）フォームを示す写真である。
【図７】図７は、連続気泡ポリウレタン（ＰＵ）フォームに粒状のクエン酸の結晶を含浸させ、それにより空気からアンモニアおよび／またはその他の標的化学物質を除去するためのフィルターを形成した後の、一片の連続気泡ポリウレタン（ＰＵ）フォームの写真である。
【図８】図８は空気から不必要な物質を除去するための新規な装置を示す概略図であり、この新規な装置は非熱プラズマ反応器のステージとそれに続く触媒ステージを含む新規な二つのステージの空気処理装置を含んでいる。
【図９】図９は非熱プラズマ反応器のステージとそれに続く触媒ステージを含む新規な二つのステージの空気処理装置の概略図である。
【図１０】図１０は非熱プラズマ反応器のステージとそれに続く触媒ステージを含む新規な二つのステージの空気処理装置の概略図である。
【図１１】図１１は図９と図１０の新規な二つのステージの空気処理装置において用いることができる種類の非熱プラズマ反応器のユニット（単位装置）を示す概略図である。
【図１２】図１２は図９と図１０の新規な二つのステージの空気処理装置において用いることができる種類の非熱プラズマ反応器のユニットを示す概略図である。
【図１３】図１３は図１１と図１２の非熱プラズマ反応器のユニットを運転する二つの異なるやり方を示す概略図である。
【図１４】図１４は図１１と図１２の非熱プラズマ反応器のユニットを運転する二つの異なるやり方を示す概略図である。
【図１５】図１５は空気から不必要な物質を除去するための装置の代替的な態様を示す概略図であり、この新規な装置は非熱プラズマ反応器のステージとそれに続く触媒ステージを含む新規な二つのステージの空気処理装置を含む。
【図１６】図１６は本発明の新規な二つのステージの空気処理装置について用いることができる非熱プラズマ反応器のユニットの代替的な態様を示す概略図である。
【図１７】図１７は本発明の新規な二つのステージの空気処理装置について用いることができる非熱プラズマ反応器のユニットの代替的な態様を示す概略図である。
【図１８】図１８は本発明の新規な二つのステージの空気処理装置について用いることができる非熱プラズマ反応器のユニットの代替的な態様を示す概略図である。
【図１９】図１９は本発明の新規な二つのステージの空気処理装置について用いることができる非熱プラズマ反応器のユニットの代替的な態様を示す概略図である。
【図２０】図２０は非熱プラズマ反応器のステージの代替的な態様を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
１．酸の除去ステージと溶媒の除去ステージを含む空気フィルター
１．１ 概要
本発明は高い効率で空気から溶媒と酸の両方を除去するのに有効な新規で改善された空気フィルターを提供する。それを目的として、ここで図１と図１Ａを参照すると、本発明に従って形成された新規な空気フィルター５が示されている。空気フィルター５は概して、酸の除去ステージ１０とそれに続く溶媒の除去ステージ１５の二つのステージを含む。
【００２７】
酸の除去ステージ１０は概して、酸中和性の物質２５（例えば、図４を参照）を取り付
けた通気性の骨組み２０（例えば、図４を参照）を含む。本発明の一つの好ましい態様において、図１を参照すると、酸の除去ステージ１０は重炭酸ナトリウムを付着させた繊維（例えば、ガラス繊維）を含む。本発明の別の好ましい態様において、図１Ａを参照すると、酸の除去ステージ１０は重炭酸ナトリウムを付着させた連続気泡フォーム（例えば、連続気泡ポリウレタンフォーム）を含む。
【００２８】
溶媒の除去ステージ１５は概して、二つの向かい合った通気性のスクリーン（例えば、網、格子など）３５の間に充填された溶媒除去用の細粒３０（例えば、図５を参照）を含む。本発明の一つの好ましい態様において、溶媒除去用の細粒は活性炭の細粒を含む。
【００２９】
この構成の結果、空気が空気フィルター５を通過するとき、空気は最初に酸の除去ステージ１０を通過し、そこで酸中和性の物質２５（例えば、重炭酸ナトリウム）が空気中に存在するであろう全ての酸を効果的に中和する。その後、空気は溶媒の除去ステージ１５を通過し、そこで溶媒除去用の細粒３０（例えば、活性炭の細粒）が空気中に存在するであろう全ての溶媒を除去する。
【００３０】
１．２ 酸の除去ステージ（Acid-Purging Stage）
次に図１、１Ａおよび２〜４を参照すると、酸の除去ステージ１０は概して、酸中和性の物質２５（例えば、重炭酸ナトリウム）を取り付けた通気性の骨組み２０（例えば、繊維、連続気泡フォームなど）を含む。
【００３１】
本発明の一つの好ましい態様において、図１を参照すると、酸の除去ステージ１０は重炭酸ナトリウムを付着させたガラス繊維を含む。重炭酸ナトリウムは酸を中和するのに極めて有効であり、また比較的安価であるが、しかしその粉末状の稠度（コンシステンシー：consistency）は、高い表面積での接触を必要とする空気フィルターにおいて用いることを困難にする。本発明は、酸の除去ステージにおいて重炭酸ナトリウムを支持するための新規で改善された方法を提供することによってこの問題を解決し、そして空気フィルターにおいて重炭酸ナトリウムを用いることを実用的にする。
【００３２】
より詳しくは、図２を参照すると、酸の除去ステージ１０は好ましくはガラス繊維からなる通気性の塊りを含み、これらガラス繊維は結合して通気性の骨組み２０を形成する。これらのガラス繊維は酸と塩基に対して耐性が高く、わずかな圧力損失で空気を容易に通過させる。次に図３を参照すると、ガラス繊維は接着剤４０で被覆されている。このとき、図４を参照すると、重炭酸ナトリウムの粉末がガラス繊維の上に堆積され、そして接着剤４０は重炭酸ナトリウムの粉末をガラス繊維に結合させている。
【００３３】
従って、重炭酸ナトリウムは通気性の骨組み２０の全体に散在していて、それに接着していることがわかるであろう。それにより、そこを通る空気は重炭酸ナトリウムと優れた表面積の接触を行い、そのときに重炭酸ナトリウムは空気中の酸を中和することができる。
【００３４】
所望により、酸の除去ステージ１０は、ガラス繊維とは異なるか、あるいはガラス繊維に追加する構造および／または材料（例えば、ポリウレタン繊維、連続気泡フォームなど）を用いて作られた通気性の骨組み２０を含んでいてもよく、そして／または、酸の除去ステージ１０は、重炭酸ナトリウムとは異なるか、あるいは重炭酸ナトリウムに追加する酸中和性の物質２５（例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、重炭酸カルシウム、水酸化カルシウムなど）を含んでいてもよい。
【００３５】
従って、本発明の別の好ましい態様において、図１Ａを参照すると、酸の除去ステージ１０は酸中和性の物質を付着させた連続気泡フォームを含む。例として、（これに限定は
されないが）酸の除去ステージ１０は好ましくは、重炭酸ナトリウムを付着させた連続気泡ポリウレタンフォーム（好ましくは２０ＰＰＩ（すなわち、１インチ当り２０個の細孔）で特徴づけられる細孔を有するもの）を含む。この連続気泡ポリウレタンフォームは広範囲の酸と塩基に対して耐性が高く、わずかな圧力損失で空気を容易に通過させる。
【００３６】
１．３ 溶媒の除去ステージ（Solvent-Purging Stage）
ここで図５を参照すると、溶媒の除去ステージ１５は、概して、二つの向かい合った通気性のスクリーン（例えば、網、格子など）３５の間に充填した溶媒除去用の細粒３０を含む。本発明の一つの好ましい態様において、溶媒除去用の細粒は二つの向かい合った通気性のスクリーン（例えば、網、格子など）の間に保持された活性炭の細粒を含み、そこを空気が通過するが、しかし活性炭の細粒はその間に保持される。
【００３７】
１．４ 二つのステージの構成
ここで図１に戻ると、新規な空気フィルター５は中に二つのフィルターステージを取り付けたフィルター枠４５を含み、その二つのフィルターステージは酸の除去ステージ１０と後続の溶媒の除去ステージ１５からなることがわかるであろう。フィルター枠４５は、換気フード（例えば、図５Ａに示すような、ダクトのない換気フード）の中に適切に取り付けられるような大きさと構成のものである。言い換えると、フィルター枠４５の「形状因子」（幅×高さ×長さ）は、共に用いられる換気フードと適合する。中でも、フィルター枠４５は、空気フィルター５によって処理すべき気流の範囲と同一の断面（すなわち、幅×高さ）を有する。酸の除去ステージ１０は、酸中和性の物質２５（好ましくは、重炭酸ナトリウム）を取り付けた通気性の骨組み２０（好ましくは、ガラス繊維または連続気泡ポリウレタンフォーム）を含む。溶媒の除去ステージ１５は、溶媒除去用の細粒３０（好ましくは、活性炭の細粒）を含む。この構成の結果、空気が（例えば、ダクトのない換気フードから））空気フィルター５を通過するとき、空気は最初に酸の除去ステージ１０を通過し、そこで酸中和性の物質２５（例えば、重炭酸ナトリウム）が空気中に存在するであろう酸を中和する。その後、空気は溶媒の除去ステージ１５を通過し、そこで溶媒除去用の細粒３０（例えば、活性炭の細粒）が空気中に存在するであろう溶媒を除去する。従って、本発明のこの新規な空気フィルターは、フィルターを通過する空気から酸と溶媒の両方を除去することができる。
【００３８】
重要なこととして、上述した構成は先行技術を上回るかなりの利点を与えるのであり、というのは、この構成によって溶媒の除去操作から酸の除去操作が分離され、単一のフィルター枠の個別のステージにおいて各々の操作が具現化され、それにより各々の操作は、他方の操作の効果を減じることなく、それ自体の特定の目的について最適化されうるからである。
【００３９】
特に、酸を中和するために、好ましくは通気性の骨組みの構造（例えば、ガラス繊維、連続気泡ポリウレタンフォームなど）２０の上に支持された高度に有効で比較的安価な重炭酸ナトリウムを用いることによって、本発明の酸の除去ステージは最適化される。この点で、重炭酸ナトリウムは、空気から酸を除去するために空気フィルターにおいて慣例的に用いられる希土類金属や有機金属の触媒よりも、空気からの酸を中和するのにかなり有効であることを認識すべきである。重要なこととして、空気フィルターにおいて重炭酸ナトリウムを使用すると、先行技術の希土類金属や有機金属の触媒を用いる場合に生じることのある有毒性の問題も解消される。
【００４０】
さらに、溶媒の除去能力を減じることのある上述の酸の除去用の希土類金属や有機金属の触媒を添加することなく、空気から溶媒を除去するために、好ましくは高度に有効な活性炭の細粒を用いることによって、本発明の溶媒の除去ステージは最適化される。
【００４１】
１．５ ステージの順序を逆にすること
前述の検討において、酸の除去ステージ１０は空気の流れにおいて溶媒の除去ステージ１５よりも先にある。すなわち、空気フィルターを移動する空気は、溶媒の除去ステージ１５を移動する前に酸の除去ステージ１０を移動する。しかし、所望により、酸の除去ステージを溶媒の除去ステージの後に設けてもよいこと、すなわち、空気フィルターを移動する空気は、酸の除去ステージを移動する前に溶媒の除去ステージを移動してもよいことが認識されるであろう。
【００４２】
１．６ 酸の除去ステージと溶媒の除去ステージを含む新規な空気フィルターのさらな
る態様
従って、本発明は多くの点で独特なものであることがわかるであろう。そのような点としては、（ｉ）酸の除去ステージと溶媒の除去ステージを組み合わせた、空気フィルターの二ステージの複合した構成、（ii）空気フィルターにおける重炭酸ナトリウムの使用、および（iii）空気フィルターの中に重炭酸ナトリウムを支持するやり方（例えば、ガラ
ス繊維や連続気泡ポリウレタンフォームなどの通気性の骨組みの上への支持）、がある。
【００４３】
さらに、本発明は有毒な添加剤（例えば、希土類金属、金属触媒など）を使用することを要せずに空気から酸を除去する。
また、本発明は空気から溶媒を除去するための空気フィルターの能力を減じることなく、空気から不必要な酸を除去する。
【００４４】
また、本発明は空気から酸を除去するために安価な酸除去用の物質（例えば、重炭酸ナトリウム）を利用する。
さらに、本発明は繊維および／または連続気泡フォームへの酸除去用粉末の結合を提供し、それは安価なやり方で工業化することができる。
【００４５】
また、本発明は換気フード（ダクトが無いもの、および／または、ダクトがあるもの）の中の空気をろ過するのに特に有利な新規な空気フィルターを提供する。
当業者であれば、本開示を考慮すると、上記の空気フィルターのさらなる他の利点は明白なことであろう。
【００４６】
２．空気からのアンモニアおよび／またはその他の標的化学物質の除去
２．１ 含浸した活性炭の細粒フィルターを用いて空気からアンモニアおよび／または
その他の標的化学物質を除去することに伴う困難さ
アンモニアは実験室の中に存在する最も厄介な化学物質のうちの一つである。中でも、アンモニアは高度に揮発性で、極めて低い嗅覚限界を有し、そして人間の健康にかなり有害である。同時に、アンモニアは実験室の中で見いだされる１２の最も一般的な化学物質のうちの一つでもある。この理由から、アンモニアの有害な影響から実験室の職員（例えば、化学者など）を保護するための有効な方法と装置があることが重要である。
【００４７】
上述したように、アンモニアの有害な性質の故に、実験室の職員をアンモニアを吸い込むことから保護することが重要である。その目的で、実験室の職員によって自身をアンモニアから守るためにろ過換気フードが一般的に用いられている。ろ過換気フード（再循環式換気フードおよび／またはろ過式換気フードおよび／または無ダクト換気フードとしても知られている）においては、アンモニアの蒸気を捕捉するために（この特定の用途のために設計された）含浸活性炭細粒フィルターが一般的に用いられる。特に、これらの活性炭細粒フィルターにおいては、アンモニアと反応させるために特別に選択された化学物質が活性炭の細粒に含浸される（例えば、硫酸、ＺｎＣｌ２など）。「基本的な」（すなわち、非含浸の）活性炭の細粒は空気からアンモニアを効果的に除去しないので、活性炭の細粒にアンモニア除去用の反応物質を含浸する必要がある。従って、活性炭の細粒にアン
モニア除去用反応物質を含浸し、それによりアンモニアの蒸気を引きつけて中和する必要がある。
【００４８】
この先行技術の含浸活性炭細粒フィルターの一つの特徴は、活性炭の細粒とこの活性炭の細粒に含浸させたアンモニア除去用反応物質の合同した特性によって、一定量の含浸活性炭の細粒について、小さな濃度のアンモニアの中和を高い効率で（すなわち、フィルターが正しく設計された場合、９９％を超える効率で）可能にすることである。しかし、この先行技術の含浸活性炭細粒フィルターの一つの限界は、含浸のために用いられる化学物質（すなわち、アンモニア除去用反応物質）が活性炭の細粒の多孔質網状構造の中に詰め込まれて、それにより含浸活性炭細粒フィルターに他の中和性物質および／または浄化物質を添加することが実行不可能になることである。その結果、アンモニアを中和するために反応物質が選択される場合、この含浸活性炭細粒フィルターはアンモニア（および関連性の高い化学物質）を中和することに対して効果が限定されてしまう。
【００４９】
空気からアンモニア以外の化学物質を除去するために他の反応物質を用いる含浸活性炭細粒フィルターについても、これと同じ問題が生じる傾向がある（例えば、無機酸を除去するための炭酸カリウムなど）。
【００５０】
従って、含浸活性炭細粒フィルターを用いると、各々のフィルターは選抜された候補の化学物質を処理することについて効果が限定されてしまうことが理解されるであろう。その結果、ろ過換気フードの使用者は、彼らが換気フードにおいて処理するであろう化学物質に応じて、自身の用いる換気フードに対して特定の含浸活性炭細粒フィルターを選択しなければならず、例えば、アンモニアを処理するときには硫酸を含浸した活性炭細粒フィルターを用い、無機酸を処理するときには炭酸カリウムを含浸した活性炭細粒フィルターを用いる、といったことになる。このことは問題となることがあって、何故ならば、換気フードの中で異なる物質を処理すべきときにはフィルターを交換する必要があるかもしれないからである。
【００５１】
さらに、ある場合においては、使用者が特定の時間において換気フードにおいて処理するであろう一連の全ての化学物質を中和するための適切なフィルターは存在しない。例として、（これに限定はされないが）一連の酸、塩基および溶媒を処理する必要のある化学者は、これらの化学物質の全てに対して同時に防護することのできる単一の換気フードフィルターを現在は容易に見つけることはできない。
【００５２】
従って、実験室の職員によって安全に処理される必要のある広範囲の化学物質を効果的に処理することのできる、新規で改善されたフィルターが必要とされている。
２．２ 空気からアンモニアおよび／またはその他の標的化学物質を除去するための新
規なフィルター
本発明はまた、化学的な中和のための（そして好ましくは、アンモニア蒸気の中和のための）新規なフィルターの提供と使用を含み、この新規なフィルターは、連続気泡フォーム、この連続気泡フォームの表面上に配置された反応物質（例えば、アンモニアを中和するためのクエン酸）、および連続気泡フォームの表面上の反応物質（例えば、クエン酸）を保持するための接着剤を含む。
【００５３】
連続気泡フォームは好ましくは、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリエチレン（ＰＥ）、シリコーン、ゴム、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）または除去すべき標的化学物質（例えば、アンモニア）の影響に対して耐性のあるその他の材料で形成される。連続気泡フォームは、（ａ）連続気泡フォームが大きな表面積を呈することを可能とし、そして（ｂ）フィルターを通る空気の流れに著しい圧力低下をもたらすことなく空気が容易に通過することのできる細孔サイズを有し、例えば、連続気泡フォームは１インチ当り２０個の細孔（ＰＰＩ）がある細孔サイズを有していてもよい。
【００５４】
反応物質は連続気泡フォームの表面上に含浸され、そのため反応物質は連続気泡フォームを通過する空気に晒され、それにより反応物質は空気中の標的化学物質と効果的に反応することが可能となり、標的化学物質との反応物質の化学反応によって標的化学物質が中和される。
【００５５】
本発明の一つの好ましい態様において、標的化学物質はアンモニアであり、そして反応物質はクエン酸である。
本発明の一つの特に好ましい態様において、クエン酸は細粒状になっていて、そしてクエン酸の結晶（小さな粒子）は連続気泡フォームの表面上に直接散布され、このとき連続気泡フォームの上に配置するためにクエン酸を溶液中に配合することを必要としない（クエン酸の結晶を直接散布すれば（乾燥させる必要がないので）エネルギーをあまり消費せず、また連続気泡フォームの上により多くの量のクエン酸を堆積させることができる）。本発明の一つの好ましい態様において、クエン酸の結晶は大部分が２５のＡＳＴＭメッシュと５０のＡＳＴＭメッシュの間で構成される平均粒径を有する。
【００５６】
連続気泡フォームの表面上に反応物質（例えば、クエン酸の結晶）を保持するために接着剤が用いられる。接着剤は、接着剤が連続気泡フォームと、および／または反応物質（例えば、クエン酸）と、および／または空気からろ過されるべき標的化学物質（例えば、アンモニア）と互いに悪く影響し合わないように選択される。本発明の一つの好ましい態様において、接着剤にはポリ酢酸ビニルまたはエチレン酢酸ビニル共重合体またはアクリル共重合体またはその他の乳濁液が含まれる。
【００５７】
製造する際に、最初に連続気泡フォームに接着剤が（例えば、はけ塗り、噴霧などによって）塗布され、次いで、その接着剤を保持した連続気泡フォームの表面上に反応物質（例えば、クエン酸の結晶）が（例えば、散布、吹込み（ブローイング）などによって）付与される。
【００５８】
図６を参照されたい。これはクエン酸の結晶を含浸する前の一片の連続気泡ポリウレタン（ＰＵ）フォーム５０を示す写真である。また、図７は粒状のクエン酸５５を表面上に堆積させた後の一片の連続気泡ポリウレタン（ＰＵ）フォーム５０の写真であり、これにより空気からアンモニアおよび／またはその他の標的化学物質を除去するためのフィルター６０が形成されている。
【００５９】
使用する際には、気流中の標的化学物質（例えば、アンモニア）は、連続気泡フォームによって担持された反応物質（例えば、クエン酸）と反応した後、連続気泡フォームの表面上で中和される。アンモニア蒸気とクエン酸の場合、それはクエン酸アンモニウム塩の生成をもたらす基本的な酸−塩基反応である。このクエン酸アンモニウム塩は固体であり、クエン酸の結晶は連続気泡フォームの表面に付着しているので、クエン酸アンモニウム塩も連続気泡フォームの表面上に保持される。
【００６０】
空気からアンモニア蒸気および／またはその他の標的化学物質を除去するために、クエン酸以外の反応物質を用いて新規なフィルターを形成することもできる。例として、（これらに限定はされないが）上述したクエン酸の代わりに下記の代替の酸を用いることができる：シュウ酸、酒石酸、マレイン酸、アスコルビン酸、コハク酸、無水リン酸、その他。この点で、反応物質（すなわち、クエン酸または代替の酸）は強酸でも、あるいは弱酸であってもよい、ということを認識すべきである。さらに、その酸性の性質に加えて、連続気泡フォームによって担持された反応物質は標準の温度と圧力において固体である、ということも認識すべきである。
【００６１】
重要なこととして、そして活性炭の細粒を用いる先行技術のフィルターとは異なって、本発明の連続気泡フォームは空気から複数の標的化学物質を除去するために複数の反応物質を担持することができる。従って、本発明を用いると、フィルターは、一つの標的化学物質だけに対して用いるものとして限定する必要はない。
【００６２】
２．３ 空気からアンモニアおよび／またはその他の標的化学物質を除去するための新
規なフィルターを他のフィルターステージとともに用いること
空気からアンモニアおよび／またはその他の標的化学物質を除去するための新規なフィルターは（例えば、アンモニアおよび／またはその他の標的化学物質を除去するために）単独で用いることができて、あるいはこのフィルターを、空気から除去することのできる標的化学物質の範囲をさらに広くするために（上流と下流のいずれかに配置するか、あるいは同時に用いる）他のフィルターと組み合わせて用いることができる、ということを認識すべきである。
【００６３】
例として（これに限定されるのではないが）、本発明のアンモニアおよび／またはその他の標的化学物質を除去するための新規なフィルターは多ステージフィルターのうちの一つのステージとして用いることができ、このとき多ステージフィルターの別のステージは活性炭細粒フィルターを含んでいてもよい（この活性炭細粒フィルターには反応物質が含浸されていてもよく、あるいは含浸されていなくてもよい）。
【００６４】
さらなる例として（これに限定されるのではないが）、本発明のアンモニアおよび／またはその他の標的化学物質を除去するための新規なフィルターは三つのステージのフィルターのうちの一つのステージを形成していてもよく、すなわち、その三つのステージのフィルターは、酸の除去ステージ（例えば、重炭酸ナトリウムを担持している連続気泡フォームを含むもの）、活性炭の細粒を含む溶媒の除去ステージ、およびクエン酸（または代替の反応物質）を担持している連続気泡フォームを含むアンモニアの除去ステージを有していてもよい。本発明のこの態様において、アンモニアの除去ステージは好ましくは溶媒の除去ステージの前に配置され、また所望により、酸の除去ステージの前に配置されてもよい。
【００６５】
３．非熱プラズマ反応器のステージとそれに続く触媒ステージを含む新規な二つのステージの空気処理装置
３．１ 概要
以上の各項において、空気から不必要な物質を除去するのに用いるための新規なフィルターを開示した。これらの新規なフィルターは、個々に用いるか、あるいは（例えば、多ステージフィルターにおける個々のステージとして）互いに組み合わせて用いてもよく、また空気からアンモニアを除去することを含めて、空気から酸を除去するために、または空気から溶媒を除去するために、または空気から酸と溶媒の両方を除去するために用いてもよい。これらの新規なフィルターは特に、空気が例えば（ダクトのある換気フードの場合）大気中または（ダクトのない換気フードの場合）換気フードを有する実験室の周囲空気へ排出される前に、換気フードの中の空気から不必要な物質を除去するのに用いることに適している。
【００６６】
本発明に従って、空気から不必要な物質を除去するのに用いるための別の新規な装置がここで開示される。この新規な装置は単独で用いてもよく、あるいは上で開示した一つ以上のフィルターと組み合わせて用いてもよく、あるいは一つ以上の他のフィルターまたは一つ以上の他の空気処理装置と共に用いてもよい。重要なこととして、以下で開示する新規な装置は特に、空気が例えば（ダクトのある換気フードの場合）大気中または（ダクトの無い換気フードの場合）換気フードを有する実験室の周囲空気へ排出される前に、換気
フードの中の空気から不必要な物質を除去するのに用いることに適している。
【００６７】
ここで図８〜１０を参照すると、本発明によれば、新規な二つのステージの空気処理装置６５が提供され、この装置は非熱プラズマ反応器のステージ７０とそれに続く触媒ステージ７５を含む。本発明の一つの態様において、非熱プラズマ反応器のステージ７０と触媒ステージ７５は単一のハウジング８０（例えば、換気フード（例えば、ダクトの無い換気フード）の中に適切に取り付けるための大きさと形状を有するハウジング）の中に収容される。従って、本発明のこの態様において、二つのステージの空気処理装置６５は非熱プラズマ反応器のステージ７０と触媒ステージ７５を含む集成体を有する。所望により、空気が空気処理装置６５に入る前に空気を処理するために、別の空気処理装置８５（例えば、フィルター）を空気処理装置６５の上流に配置してもよく、そして／または、空気が空気処理装置６５から出た後に空気を処理するために、別の空気処理装置９０（例えば、フィルター）を空気処理装置６５の下流に配置してもよい。例として、（これらに限定はされないが）空気処理装置８５は上述した空気フィルター５のうちの一つのステージまたは両方のステージ（例えば、そのフィルターの酸の除去ステージ１０、および／または、そのフィルターの溶媒の除去ステージ１５）を含んでいてもよく、そして／または、空気処理装置８５は空気からアンモニアおよび／またはその他の標的化学物質を除去するための上述した新規なフィルター６０を含んでいてもよい。さらなる例として、（これらに限定はされないが）空気処理装置９０は上述した空気フィルター５のうちの一つのステージまたは両方のステージ（例えば、そのフィルターの酸の除去ステージ１０、および／または、そのフィルターの溶媒の除去ステージ１５）を含んでいてもよく、そして／または、空気処理装置９０は空気からアンモニアおよび／またはその他の標的化学物質を除去するための上述した新規なフィルター６０を含んでいてもよい。
【００６８】
非熱プラズマ反応器のステージ７０は、ろ過換気フードから排出される有機分子を酸化するように設計された複数の非熱プラズマ反応器のユニット（単位装置）９５（図９および図１０）を含む。図９と図１０は所定の幅×高さ×長さを有する典型的な形態を示しているが、ハウジング８０のいわゆる「形状因子」に応じて他の形態を用いてもよい、という意味において、図９と図１０は概略的なものであることが意図されていることに留意されたい（ハウジング８０は、それ自体が、新規な二つのステージの空気処理装置６５と共に用いる換気フードの形状因子に依存するだろう）。好ましくは、各々の非熱プラズマ反応器のユニット９５は、以下の要件を満たすように最適化される：
（ｉ）それ自体は好ましくは換気フードの囲い（図示せず）の頂部に取り付けられる二つのステージの空気処理装置６５の非熱プラズマ反応器のステージ７０の中に取り付けるために、ユニット９５はできるだけ小さくするべきである。本発明の一つの好ましい態様において、一つの非熱プラズマ反応器のユニット９５の最大の寸法は、４０４ｍｍ（幅）×２００ｍｍ（高さ）×７５５ｍｍ（長さ）よりも小さくするべきである。
（ii）各々の非熱プラズマ反応器のユニット９５は好ましくは、約１００ｍ３/ｈと約３
００ｍ３/ｈの間の気流を処理することが可能であるべきである。
（iii）各々の非熱プラズマ反応器のユニット９５は好ましくは、９５％よりも高い効率
で約０ｐｐｍと約２００ｐｐｍの間の汚染物質濃度を処理することが可能であるべきである。注：本発明の目的について、非熱プラズマ反応器のユニット９５の効率は、（ａ）非有害副生物（例えば、ＣＯ２やＨ２Ｏ）に全体的に転化される汚染物質の量と（ｂ）非熱プラズマ反応器のユニット９５の中に導入する前の汚染物質の初期の量との間の比率として定義される。
（iv）非熱プラズマ反応器のユニット９５のエネルギー消費量は、非熱プラズマ反応器のユニット９５の中に導入される空気について約５０Ｊ/Ｌよりも少なくあるべきである。
【００６９】
換気フードから出てくる空気の有機汚染物質を酸化するために、二つのステージの空気処理装置６５は二つの物理的・化学的プロセスを組み合わせるものであり、その第一のプ
ロセスは非熱プラズマ反応器のステージ７０において行われ、そして第二のプロセスは触媒ステージ７５において行われる：
（ｉ）最初に、換気フードからの空気は非熱プラズマ反応器のステージ７０の中で生成されるプラズマの中を通過する。詳しく言うと、プラズマとは、分子の特定の部分がイオン化している、ガスに類似する物質の状態である。広範囲の様々な種類のプラズマが存在する。本発明の非熱プラズマ反応器のユニット９５においては非熱プラズマが生成され、これは、プラズマが室温において生成されることを意味する。このプラズマは、（後述する）二つの電極の間で発生する放電によって生成される。換気フードからの空気がプラズマの中を通過するとき、例えばＯ・、Ｏ３、ＯＨ・などの多くの副生物が生成する。これらの副生物は比較的不安定かつ反応性であり、換気フードから取り出される空気の中に含まれる有機汚染物質を酸化するのに用いられ、それにより換気フードから取り出される空気の中に含まれる有機汚染物質を処理する。
（ii）次に、非熱プラズマ反応器のステージ７０からの空気は、二つのステージの空気処理装置６５の触媒ステージ７５の中に含まれる触媒層の中を通過する。二つのステージの空気処理装置６５のこの後者のステージは、有機汚染物質の酸化を行うとともに、（前の非熱プラズマ反応器のステージ７０において生成した）残留オゾンを破壊するために用いられるが、これは、二つのステージの空気処理装置６５からの処理済みの空気を放出する前に（例えば、ダクトのある換気フードの場合は大気へ排出するために、あるいはダクトのない換気フードの場合は実験室の周囲空気へ排出するために）行われるか、あるいは大気または実験室の周囲空気へ排出する前に空気をさらに処理するために処理済みの空気を下流のフィルター（例えば、図８に示すフィルター９０）へ送るために行われる。
【００７０】
３．２ 非熱プラズマ反応器のステージ（The Non-Thermal Plasma Reactor Stage）
上述したように、非熱プラズマ反応器のステージ７０は複数の非熱プラズマ反応器のユニット９５を含む。各々の非熱プラズマ反応器のユニット９５において、プラズマは二つの電極の間で生成する。詳しく言うと、ここで図１１と図１２を参照すると、本発明の一つの好ましい態様において、本発明の各々の非熱プラズマ反応器のユニット９５は、いわゆる「冠状チューブ（coronal tube）」の構造を有し、すなわち、非熱プラズマ反応器のユニット９５はワイヤ電極１００（好ましくは、約２０ミクロンと約６０ミクロンの間の直径を有するもの）と円筒状電極１０５（好ましくは、約１０ｍｍと約３０ｍｍの間の内径を有するもの）を有する。ワイヤ電極１００および／または円筒状電極１０５を作製するためには、様々な金属（例えば、銅、鉄、ステンレス鋼、タングステンなど）を用いることができる。円筒状電極１０５の長さは、好ましくは、約２０ｃｍと約６０ｃｍの間である。各々の非熱プラズマ反応器のユニット９５は、冠状チューブの長手方向に沿って通る０Ｌ/分と約１００Ｌ/分の間の気流を処理することができる。
【００７１】
換気フードから排出される全ての気流を処理するために、図９と図１０に示すように多くの非熱プラズマ反応器のユニット９５を平行に組み立て、それにより完成した非熱プラズマ反応器のステージ７０を形成する。平行な冠状チューブのこの配列は好ましくは、二つのステージの空気処理装置６５によって処理される気流の面積と等しい断面（幅×高さ）を有し、それにより空気の最大限の処理が保証される。
【００７２】
各々の非熱プラズマ反応器のユニット９５の内部で（すなわち、各々の円筒状電極１０５の内部で）、短い電気パルス（好ましくは、およそ１００００〜３００００Ｖで、好ましくはおよそ５０〜２０００Ｈｚ、そして各々のパルスの持続時間はブラシの中間高さ（pick middle height）で約２０ナノ秒）を印加することによって非熱プラズマが生成する。特に、各々の非熱プラズマ反応器のユニット９５が冠状チューブの構造を有するとき、非熱プラズマ反応器のユニット９５の中で電気アークが生成することを避けるのが重要である。というのは、電気アークが生成すると大量のエネルギーを消費し、非熱プラズマ反応器のステージ７０が非効率的なものになるからである。例えば、図１３を参照すると、
これは、非熱プラズマ反応器のユニット９５に印加される電気パルスが注意深く調整されないとき、アーク放電が生じる場合があり、電気パルスの最前線の部分だけが非熱プラズマ反応器のユニット９５の中で望ましいプラズマを生成させるのに用いられ、電気パルスの残りの部分はプラズマとアークを生成させる、ということを示している。非熱プラズマ反応器のユニット９５に印加される電気パルスを注意深く調整することによって、例えば、電気パルスを図１４に示すような短い持続時間にすることによって、アーク放電を効果的に解消し、非熱プラズマ反応器のユニット９５をかなり高い効率で運転することができる。
【００７３】
換気フードからの空気が非熱プラズマ反応器のユニット９５を通過するとき、（特に）下記の反応が生じる：
Ｏ２→２Ｏ・
Ｎ２→２Ｎ・
Ｈ２Ｏ→ＯＨ・
２Ｏ２→Ｏ３
非熱プラズマ反応器のユニット９５の中で生成する副生物は比較的不安定であり、このことは、より安定な副生物を生成するために、それらが換気フードからの空気の中に存在する他の分子と反応するであろうことを意味する。それらの反応の大部分は換気フードからの空気の中に含まれる有機汚染物質の酸化を生じさせ、それにより換気フードからの空気は処理される。
【００７４】
非熱プラズマ反応器のユニット９５から空気が排出されるとき、それは、残留Ｏ３（オゾン）、有機汚染物質の酸化の副生物、および残留濃度の非酸化有機汚染物質を含む場合がある。次いで、この混合物は二つのステージの空気処理装置６５の第二ステージ、すなわち触媒ステージ７５で処理される。
【００７５】
３．３ 触媒ステージ（The Catalyst Stage）
二つのステージの空気処理装置６５の触媒ステージ７５は少なくとも一つの触媒を含み、そして本発明の好ましい態様においては、触媒ステージ７５は好ましくは複数の異なる触媒を含む。
【００７６】
本発明の一つの好ましい態様において、触媒ステージ７５は触媒としてＭｎＯ２（二酸化マンガン）を含む。ＭｎＯ２はＯ３のＯ２への転化を促進するので、触媒としてのＭｎＯ２の使用はかなり望ましいことである。Ｏ３のＯ２へのこの転化反応は大量のＯを遊離させるが、これは比較的に不安定な分子であり、その周囲にある他の分子と反応して、それらを酸化するだろう。言い換えると、ＭｎＯ２触媒はＯ３の転化を促進し、それにより有機汚染物質および無機汚染物質の副生物と反応する大量の強力な酸化剤を解放し、それらはＣＯ、ＣＯ２およびＨ２Ｏのような小さな分子に転化する。ＭｎＯ２は様々な基材（例えば、セラミックの細粒、セラミックのラシヒリング、連続気泡フォーム（例えば、ポリウレタン、ポリスチレンなど）、アルミナ、活性炭、チャコールクロス、カーボンフェルトなど）の上に担持することができる。ＭｎＯ２触媒はナノ構造にすることもできる。すなわち、それは、基材の表面上にナノサイズのクラスターとして形成することができる（これは、基材の表面上に連続した切れ目の無い被膜として形成することに対するものである）。
【００７７】
閉鎖空間（例えば、換気フードを有する実験室の周囲空気）へのＣＯの排出を制限するために、触媒ステージ７５における第二の触媒としてＣｕＯを用いるのが好ましい。この場合も、ＣｕＯ触媒は上述した様々な基材の上に担持することができる。このＣｕＯ触媒はＣＯをＣＯ２へ転化させる。
【００７８】
触媒ステージ７５において他の触媒（例えば、ＣｕＯ２、白金、酸化白金、金など）を用いてもよく、これらの触媒は上述した様々な基材の上に担持してもよい。
所望により、触媒をフィルター要素（例えば、活性化チャコールの細粒）の中に組み込んでもよく、それにより触媒作用とろ過作用を同時に与える。
【００７９】
触媒ステージ７５は好ましくは、非熱反応器のステージ７０の「形状因子」と（少なくとも、「幅×高さ」で定義される断面に関して）一致する形状因子を有し、それにより非熱反応器のステージ７０から出る空気の最大限の処理が保証される。
【００８０】
３．４ 代替の設計
次に図１５を参照すると、本発明の代替の態様が示されている。詳しくは、本発明のこの態様において、非熱プラズマ反応器のステージ７０はハウジング８０の外側に配置されていて、非熱プラズマ反応器のステージ７０の排出物は触媒ステージ７５に入る前に換気フードからの空気と混合される。この設計は一定の利点を有し、例えば、非熱プラズマ反応器のステージ７０に動力を供給する動力源が換気フードからの気流（これは揮発性の化学物質を含んでいる場合がある）から取り除かれるので、より安全であろう。また、この設計はより効率的であるかもしれない。というのは、非熱プラズマ反応器のステージ７０に入る空気を予備調整することによってプラズマの生成を最適化することができるからである（例えば、プラズマの生成を困難にするかもしれない水分を除去するために予備調整する。実際に、換気フードから排出される空気はしばしばかなり水分を含んでいるので、このことはかなりの利点となるかもしれない）。
【００８１】
図１５に示す構成の場合は、非熱反応器のステージ７０の「形状因子」（すなわち、その幅×高さ×長さ）はハウジング８０の形状因子（すなわち、その幅×高さ×長さ）および／または触媒ステージ７５の形状因子（すなわち、その幅×高さ×長さ）とは異なるかもしれない、ということが認識されよう。
【００８２】
３．５ 非熱プラズマ反応器のステージについての代替の設計
これまでの説明において、非熱プラズマ反応器のステージ７０は複数の非熱プラズマ反応器のユニット９５を含むものとして記述され、各々の非熱プラズマ反応器のユニット９５は一つのワイヤ電極１００と一つの円筒状電極１０５を含むいわゆる冠状チューブの構造を有し、ワイヤ電極は円筒状電極１０５と同軸になっていて、またその円筒状電極の内部に配置されていた。しかし、これも上述したように、非熱プラズマ反応器のユニット９５が冠状チューブの構造を利用するものである場合、上述したアーク放電の問題を回避するためには、非熱プラズマ反応器のユニット９５を駆動させる電気パルスの波形を調整することにかなりの注意を払わなければならない。
【００８３】
あるいは、図１６を参照すると、所望により、非熱プラズマ反応器のユニット９５はいわゆる誘電体バリア放電（ＤＢＤ）の構造を利用するものであってもよく、この場合、誘電体チューブ１１０がワイヤ電極１００および円筒状電極１０５と同軸に配置されていて、誘電体チューブ１１０はワイヤ電極１００と円筒状電極１０５の間に配置されている。非熱プラズマ反応器のユニット９５が誘電体バリア放電（ＤＢＤ）の構造を利用するものである場合、上述したアーク放電の問題を回避するために、非熱プラズマ反応器のユニット９５を駆動させる電気パルスの波形を調整することには、さほど注意を払う必要はない。
【００８４】
非熱プラズマ反応器のユニット９５については、電極のうちの一方がプレートを含む誘電体バリア放電（ＤＢＤ）の構造を利用するものであることも可能である。詳しくは、図１７を参照すると、ワイヤ電極１００とプレート電極１１５を含む非熱プラズマ反応器のユニット９５が示されていて、ワイヤ電極１００は誘電体プレート１２０によってプレー
ト電極１１５から分離されている。
【００８５】
図１７は、ワイヤ電極１００が誘電体プレート１２０から離れていることを示している。
あるいは、図１８は、ワイヤ電極１００が誘電体プレート１２０に取り付けられていることを示している。
【００８６】
さらに、非熱プラズマ反応器のユニット９５については、両方の電極がプレートである誘電体バリア放電（ＤＢＤ）の構造を利用するものであることも可能である。詳しくは、図１９を参照すると、第一のプレート電極１１５と第二のプレート電極１２５を含む非熱プラズマ反応器のユニット９５が示されていて、第一のプレート電極１１５は誘電体プレート１２０によって第二のプレート電極１２５から分離されている。
【００８７】
図２０は、完成した非熱プラズマ反応器のステージ７０を構成するために、複数のプレート型のプラズマ反応器のユニット９５をハウジング１３０の中に取り付けるやり方を示している。好ましくは、ハウジング１３０は二つのステージの空気処理装置６５によって処理すべき気流の範囲と一致する断面（すなわち、幅×高さ）を有し、それにより空気の最大限の処理が達成される。
【００８８】
３．６ 新規な二つのステージの空気処理装置の非熱プラズマ反応器のステージの代わ
りに他のオゾン源を用いること
これまでの項においては、非熱プラズマ反応器のステージ７０とそれに続く触媒ステージ７５を含む新規な二つのステージの空気処理装置６５を開示した。これに関して、非熱プラズマ反応器のステージ７０の主な機能はオゾン発生器として用いることであり、次いで、そのオゾン発生器はオゾンを換気フードから取り出される空気と混合し、それにより、分子が触媒ステージ７５へ通される前に、換気フードから取り出される空気の中に含まれる有機汚染物質が処理される、ということを認識すべきである。このことを念頭に置いて、新規な二つのステージの空気処理装置６５の非熱プラズマ反応器のステージ７０の代わりに他のオゾン源を用いることも可能であることを認識すべきである。
【００８９】
従って、本発明の別の態様においては、新規な二つのステージの空気処理装置はオゾン源のステージとそれに続く触媒ステージを有していてもよく、この場合、オゾン源は上述した非熱プラズマ反応器のステージ７０以外のオゾン発生器を含む。
【００９０】
３．７ フィルターおよび／または他の装置と共に二つのステージの空気処理装置を用
いること
本発明の二つのステージの空気処理装置６５は換気フードの空気を処理するために単独で用いてもよく、あるいはその装置はフィルターおよび／または他の装置と共に用いてもよい。従って、例えば、本発明の一つの好ましい態様において、図８と図１５を参照すると、換気フードからの空気は、二つのステージの空気処理装置６５の中に導入される前に別の空気処理装置８５（例えば、フィルター）に通してもよく、そして／または、二つのステージの空気処理装置６５から出た空気は、（ダクトのある換気フードの場合）大気中または（ダクトのない換気フードの場合）実験室の周囲空気へ排出される前に、別の空気処理装置９０（例えば、フィルター）に通してもよい。
【００９１】
本発明の一つの好ましい態様において、空気は空気処理装置６５の中に導入される前にフィルター８５に通され、それによりろ過技術を用いて選択された物質が空気から除去され、次いで、それは空気処理装置６５に通され、それにより空気処理装置６５の効率が改善される。例として、（これに限定するのではないが）フィルター８５は、空気が空気処理装置６５の中に導入される前にこの空気から様々な物質（例えば、ベンゼン、イソプロ
ピルアルコールなど）を除去するための活性炭細粒フィルターであってもよい。これにより空気処理装置６５の効率が改善される。何故ならば、この場合、空気処理装置６５は比較的少ない数の汚染物質を処理するだけでよいからである。そして本発明の一つの好ましい態様において、空気処理装置６５から出た空気は、（ダクトのある換気フードの場合）大気中または（ダクトのない換気フードの場合）実験室の周囲空気へ排出される前に、別のフィルター９０に通される。
【００９２】
本発明の変更
本発明の特徴を説明するために本明細書で説明および例証した細目、材料、工程および部品の配置についての多くの追加的な変更は、本発明の原理と範囲に含まれるままで当業者によって成されうる、ということが理解されるべきである。
【符号の説明】
【００９３】
５  空気フィルター、  １０  酸の除去ステージ、  １５  溶媒の除去ステージ、  ２０  通気性の骨組み、  ２５  酸中和性の物質、  ３０  溶媒除去用の細粒、  ３５  通気性のスクリーン、  ４０  接着剤、  ４５  フィルター枠、  ５０  連続気泡ポリウレタンフォーム、  ５５  クエン酸、  ６０  フィルター、  ６５  二つのステージの空気処理装置、  ７０  非熱プラズマ反応器のステージ、  ７５  触媒ステージ、  ８０  ハウジング、  ８５  空気処理装置、  ９０  空気処理装置、  ９５  非熱プラズマ反応器のユニット、  １００  ワイヤ電極、  １０５  円筒状電極、  １１０  誘電体チューブ、  １１５  プレート電極、  １２０  誘電体プレート、  １２５  プレート電極、  １３０  ハウジング。
【図１】
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【図１Ａ】
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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５Ａ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2020110800.tif 000018
【図１５】
2020110800.tif 000019
【図１６】
2020110800.tif 000020
【図１７】
2020110800.tif 000021
【図１８】
2020110800.tif 000022
【図１９】
2020110800.tif 000023
【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年3月26日(2020.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
換気フード；および
換気フードの排出空気から不必要な物質を除去するための空気処理装置
を含む装置であって、この空気処理装置は：
Ｏ・、Ｎ・、ＯＨ・およびＯ３を含む空気副生物を生成し、そしてこれらの空気副生物を換気フードの排出空気の中に導入し、それにより換気フードの排出空気を処理するための非熱プラズマ反応器のステージ；および
非熱プラズマ反応器のステージの下流の空気をさらに処理するための、非熱プラズマ反応器のステージの下流にある触媒ステージ、を含む、
前記装置。