(57)【要約】  空気から粒子を除去する装置であって、この装置は、空気流を受け入れる吸気口、前記吸気口と流路連通した第一のチャンバーであって、前記粒子がスプレー液滴に静電的に誘引されて保持されるように、第一の極性を有する半導性流体液滴の荷電スプレーを通過する前記空気流に導入する第一のチャンバー、及び前記第一のチャンバーと流路連通した排気口であって、前記空気流が実質的に前記粒子を含まずに前記装置から排出される排気口を含む。装置の第一のチャンバーは更に、スプレー液滴を引き寄せる収集面、電源、及び流体を受け入れてスプレー液滴を生成する、電源に接続されたスプレーノズルを含む。また、装置は、空気流が第一のチャンバーに入る前に空気流に同伴された粒子が第一の極性とは反対の第二の極性に帯電される、第一の末端部で吸気口１４と、第二の末端部で第一のチャンバー２４と流路連通した第二のチャンバーを含むことができる。装置の第二のチャンバーは更に、電源、第二のチャンバーに電界を形成する、電源に接続された少なくとも１つの電荷移動要素、及び電界を画定して引き寄せる、第二のチャンバーに連結された接地要素を含む。このとき、空気流は電荷移動要素と接地要素の間を通過する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気清浄装置でスプレーとして使用する流体であって、前記空気清浄装置に入った空気流中の粒子が前記スプレーの液滴に静電的に引き寄せられ、前記流体は、指定されたアルゴリズムに基づく噴霧可能係数が規定範囲内である物理的特性を有する流体。
【請求項２】
前記規定範囲が２．４〜７．０、好ましくは前記規定範囲が３．１〜５、より好ましくは前記規定範囲が４．０〜４．９である、請求項１に記載の流体。
【請求項３】
前記噴霧可能係数が前記流体の形成可能なスプレー液滴サイズに関連した所定の物理的特性の関数である、請求項１又は２に記載の流体。
【請求項４】
前記噴霧可能係数が、前記流体の密度、比抵抗、又は表面張力の関数である、請求項３に記載の流体。
【請求項５】
前記噴霧可能係数が前記流体の流速の関数である、請求項１又は２に記載の流体。
【請求項６】
前記噴霧可能係数が前記流体の粘度又は比誘電率の関数である、請求項１又は２に記載の流体。
【請求項７】
前記流体が非水性である、請求項１〜６のいずれかに記載の流体。
【請求項８】
前記流体が不活性、不揮発性及び無毒性である、請求項１〜７のいずれかに記載の流体。
【請求項９】
前記流体が、油脂、シリコーン、鉱油、調理油、多価アルコール、ポリエーテル、グリコール、炭化水素、イソパラフィン、ポリオレフィン、芳香族エステル、脂肪族エステル、フッ素界面活性剤、及びこれらの混合物から選択される、請求項１〜８のいずれかに記載の流体。
【請求項１０】
前記流体が、グリコール、シリコーン、エーテル、炭化水素及び分子量４０００未満のそれらの置換又は非置換のオリゴマー、及びこれらの混合物から選択される、請求項１〜８のいずれかに記載の流体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に空気を清浄にする装置及び方法に関する。より詳細には、空気流に導入した流体の荷電スプレー液滴に特定のサイズの粒子を引き込むことにより、空気流からこのような粒子を除去する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
室内空気には、ヒトが吸入したり、あるいは別の方法で接触すると悪影響を与える多数の小さな粒子が含まれる。ほこりだけでも、ヒトに免疫反応を起こさせる滑落した皮膚、チリダニの糞便、ペットの鱗屑、及びその他の微小粒子（サイズが１０ミクロン未満）を含む。例えば、チリダニの糞便は、呼吸過敏を引き起こし、多くのアレルギー症状の原因になるセリン及びシステインプロテアーゼ酵素の広い配列を含む。
【０００３】
選択した場所に存在する小さな粒子の量を減らすために濾過システムが使用されているが、最も一般的な刺激性物質の多くは、サイズが約０．１〜約１０ミクロンの範囲の粒子として、依然存在している。このサイズ範囲の粒子の除去に有効なほど十分に小さな孔口を有するフィルターは、容易に詰まって高い逆圧を生じるため、高い送風力が必要となることが知られている。更に、このような相当量の電気エネルギーを必要とするフィルターを使用して適切な空気状態を維持するには、費用がかかって大変である。
【０００４】
イオン性や静電気性装置などの別の種類の空気清浄装置では、粒子上の電荷を利用して、反対の極性に帯電した特定の収集面に粒子を引き寄せる。このような装置では、常に収集面を掃除し、効率に換算して正常範囲に適合するようにしておく必要がある。
【０００５】
公共の場所に見られる複雑で電力消費の高い濾過システムがないと、小さな粒子は家庭内に溜まり居住者が再呼吸する可能性があることは理解されるであろう。先行技術システムの形跡の１つはそのサイズと高い電力要求であり、これらは稼動費用と濾過装置のサイズ的な美観に影響を与える。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、順応性があり、邪魔にならず、人間工学的に適合性があるように特定のサイズ（約０．１〜約１０ミクロン）の粒子を除去できる空気清浄装置とその方法が開発されることが望ましい。電気的要件やスプレーとしての使用に求められる噴霧可能要件に適合した、空気清浄装置及び方法に使用する流体とそれに付随する必要条件が決定されることもまた望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の観点では、空気から粒子を除去する装置を開示し、この装置は、空気流を受け入れる少なくとも１つの吸気口、前記吸気口と流路連通した第一のチャンバーであって、前記粒子がスプレー液滴に静電的に誘引されて保持されるように、第一の極性を有する半導性流体液滴の荷電スプレーを通過する前記空気流に導入する第一のチャンバー、及び実質的に粒子を含まない空気流を装置から排出する、第一のチャンバーと流路連通した排気口を含む。装置の第一のチャンバーはスプレー液滴を引き寄せる収集面、電源、及び流体を受け入れてスプレー液滴を生成し、スプレー液滴を帯電させる電源に接続されたスプレーノズルを更に含む。
【０００８】
本発明の第二の観点では、装置は、空気流が第一のチャンバーに入る前に、空気流に同伴された粒子が前記第一の極性とは反対の第二の極性に帯電される第一の末端部で吸気口と、第二の末端部で第一のチャンバーと流路連通した第二のチャンバーも含むことができる。装置の第二のチャンバーは更に、電源、第二のチャンバーに電界を形成する、電源に接続された少なくとも１つの電荷移動要素、及び電界を画定して引き寄せる、第二のチャンバーに連結された接地要素を含む。このとき、空気流は電荷移動要素と接地要素の間を通過する。
【０００９】
本発明の第三の観点では、装置は、収集面からスプレーノズルに流体を供給する、第一のチャンバーと流路連通した流体再循環システムを更に含むことができる。流体再循環システムは、収集面と流路連通した装置、装置と流路連通した容器、及び流体をスプレーノズルに供給するポンプを含む。流体再循環システムは、収集面とポンプの間に配置されて流体から粒子を除去するフィルター、並びにスプレーノズルに送り出される前に流体の品質をモニターする装置も更に含むことができる。交換可能なカートリッジを利用して容器を収容することもできる。このとき、カートリッジは、第一の末端部で第一のチャンバーの収集面と、第二の末端部で容器と流体連通した入口、及び第一の末端部で容器と、第二の末端部でポンプと流体連通した出口を含む。
【００１０】
本発明の第四の観点では、空気から粒子を除去する装置を開示し、この装置は、空気流を受け入れる吸気口と空気流が出るための排気口を有する少なくとも１つの画定通路、及び通路内に第一の極性を有する半導性流体液滴の荷電スプレーを導入し、空気流に同伴された粒子がスプレー液滴に静電的に引き寄せて保持される、各吸気口と各排気口の間に配置された第一の領域を含む。装置は、スプレー液滴を引き寄せる、通路の第一の領域に連結された収集面、並びに流体を受け入れ、通路の第一の領域でスプレー液滴を生成し、スプレー液滴を帯電させる、収集面に連結されたスプレーノズルを更に含む。装置は、空気流に同伴された粒子が第一の極性とは反対の第二の極性に帯電される、吸気口と第一の領域の間に配置された第二の領域もまた含むことができる。第二の領域は、通路の第二の領域に電界を形成する、第二の領域に連結された少なくとも１つの電荷移動要素、及び通路の第二の領域に電界を画定して引き寄せる、第二の領域に連結された接地要素を含む。
【００１１】
本発明の第五の観点では、空気から粒子を除去する方法を開示し、この方法は、粒子を同伴した空気流を画定領域に導入する工程、第一の極性を有する半導性流体液滴の荷電スプレーを画定領域に提供し、粒子をスプレー液滴に静電的に引き寄せて保持させる工程、及びスプレー液滴を収集面に引き寄せる工程を含む。この方法は、流体からスプレー液滴を形成する工程、及びスプレー液滴を帯電させる工程を更に含む。この方法は、空気流中の粒子に第一の極性とは反対の第二の極性の電荷を与える工程を含むことが好ましい。この方法は更に次の工程を１つ以上含むことができる。特定のサイズより大きなサイズを有する粒子について空気流を濾過する工程、空気流の品質をモニターする工程、スプレー液滴から粒子を濾過する工程、スプレー液滴を流体の凝集体として収集する工程、スプレーに使用するために流体凝集体を再循環させる工程、及びスプレーを生成する前に再循環させた流体の品質をモニターする工程。
【００１２】
本発明の第六の観点では、半導性流体液滴の荷電スプレーを空気流に導入して、流体凝集体を形成するように収集する、空気清浄装置に使用するためのカートリッジを開示し、このカートリッジは、入口及び出口を有するハウジング、及び第一の末端部で入口と、第二の末端部で出口と流路連通した流体凝集体を保存する容器を含む。カートリッジは、入口と容器の間に配置されたフィルター、及び容器と出口の間に配置されたポンプもまた含むことができる。カートリッジは、収集された流体凝集体と入口が流路連通するように、また出口が空気清浄装置で流体液滴を形成するための装置と流路連通するように設計される。カートリッジのハウジングは空気清浄装置の収集面として機能し、ハウジングに連結したスプレーノズルを含むことができる。
【００１３】
本発明の第七の観点では、空気清浄装置に入った空気流中の粒子を静電的にスプレー液滴に引き寄せるために、空気清浄装置でスプレーとして使用する流体を開示している。流体は、指定されたアルゴリズムに基づく噴霧可能係数が規定範囲内である物理的特性を有し、噴霧可能係数は、流体の所定の物理的特性の一関数であり、形成可能なスプレーの液滴サイズ及びスプレーの適用範囲と効果に関連する。このような流体の物理的特性には、流速、密度、比抵抗、表面張力、誘電率、及び粘度率が含まれる。噴霧可能係数は、空気清浄装置で形成されて流体が導入される電界の関数であることもできる。流体は、半導性、非水性、不活性、不揮発性、及び無毒性であることが好ましい。
【００１４】
前述及びその他の目的、特徴、並びに利点については、以下の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲を読むことにより当業者には明らかとなるであろう。本明細書におけるすべての百分率、比率及び割合は、特に指定のない限り重量を基準とする。特に指定しない限り、温度は全て摂氏（℃）による。関連部分において記載するすべての文献は、参照文献として本明細書中に組み込まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以上本発明の特定の実施態様及び／又は個々の特徴について説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明に様々な変更及び修正を加えることができることは当業者には明白であろう。更に、このような実施形態及び特徴の全ての組み合わせが可能であり、またこれにより本発明を好ましく実施できることも明らかである。
【００１６】
図１に示すように、空気清浄装置１０は、吸気口１４及び排気口１６を有するハウジング１２を含む。吸気口１４は、参照番号１８で一般的に示した空気流を受け入れるように配置されることが理解されるであろう。空気流１８は、特定のサイズ範囲（約０．１〜約１０ミクロン）の粒子（参照番号２０で示す）を含むという意味で汚れた空気であると考えられる。特定のサイズより大きい粒子が装置１０に入らないように、フィルター２２を吸気口１４に隣接して配置することが好ましい。装置１０に入る空気の品質をモニターするために、センサー２３を吸気口１４に隣接して配置することもできる。
【００１７】
装置１０は、より詳細には、第一のチャンバーを通過して排気口１６へ移動する空気流１８に第一の極性（つまり、正又は負）を有する半導性流体液滴２８の荷電スプレー２６を導入する、吸気口１４と流路連通した第一のチャンバー又は画定領域２４を含む。スプレー液滴２８は、粒子２０がスプレー液滴２８に静電的に引き寄せられて保持されるように、第一のチャンバー２４内でほぼ均一に分配されることが好ましい。第一のチャンバー２４は、供給された半導性流体３０からスプレー液滴２８を形成する第一の装置、及びスプレー液滴２８を帯電させる第二の装置を含むことが理解されるであろう。ただし、帯電装置は、第一の装置がスプレー液滴２８を形成する前でも形成した後でも、どちらでも機能を実行できることは理解されるであろう。
【００１８】
スプレーノズル３４は、第一及び第二の装置を作動するために電源３６（約１８キロボルト）に接続され、半導性流体を受け取り、スプレー液滴２８を生成して、スプレー液滴２８を帯電させることが好ましい。また、収集面３８は、スプレーノズル３４から予め定められた距離を空けて第一のチャンバー２４に配置されており、スプレー液滴２８と液滴に保持された粒子２０を引き寄せる。このような方法で、装置１０を通過して循環する空気流１８から粒子２０が除去される。収集面３８が接地されるか、あるいは引力を高めるためにスプレー液滴２８の第一の極性とは反対の第二の極性に帯電されることは理解されるであろう。装置１０が有効に機能するように、収集面３８に接触して中和されるまで、スプレー液滴２８上の電荷が保持されることが好ましい。
【００１９】
装置１０は、空気流１８が第一のチャンバー２４に入る前に、空気流１８に同伴された粒子２０がスプレー液滴２８の第一の極性とは反対の第二の極性に帯電される、第一の末端部で吸気口１４と、第二の末端部で第一のチャンバー２４と流路連通した第二のチャンバー又は画定領域４０を含むことが好ましい。このような電荷を提供するために、第二のチャンバー４０は、電源４４（例えば、約８．５キロボルトを提供する）に接続された少なくとも１つの電荷移動要素４２（つまり、帯電針）によって電界を形成されることが好ましい。電荷移動要素４２はどの方向に向いていてもよいが、第二のチャンバー４０内で空気流１８にほぼ平行になるように配置されることが好ましい。このような配置は、図４に示すように、第二のチャンバー４０を横切って伸びている中央支持要素４６によって配置することができる。中央支持要素４６は、電荷移動要素４２に必要な支持を与えて空気流１８の第二のチャンバー４０内の通過を邪魔しない限り、複数の方法で設計できることは理解されるであろう。
【００２０】
第二のチャンバー４０は更に、形成された電界を画定して引き寄せる、第二のチャンバーに連結された接地要素４８を含む。空気流１８が電荷移動要素４２と接地要素４８の間を通過することは理解されるであろう。収集面も第二のチャンバー４０と連結することができる。この収集面は、電荷移動要素４２によってスプレー液滴２８とは反対の極性に帯電されることにより、引力を提供する。より効率的に粒子２０を帯電させるために、空気流１８に乱流を起こす装置を第二のチャンバー４０に設置することができる。
【００２１】
第一のチャンバー２４に関して、スプレーノズル３４及び収集面３８は様々な構成や設計を利用することができるが、第一のチャンバー２４にほぼ均一な電界を保つように調和される必要があることは理解されるであろう。従って、スプレーノズル３４が線対称である場合、収集面３８は、図５〜９にそれぞれ示すように、環状洗濯機型、漏斗型、穿孔ディスク型、又はワイヤーメッシュのシリンダー型を有することが好ましい。スプレーノズル３４が線状である場合、収集面３８は、固体プレート、固体バー、又は穿孔プレートの設計であることが好ましいことは理解されるであろう。
【００２２】
スプレーノズル３４の別の代表的な設計は、複数のノズル構成を利用した設計である。この場合、複数のスプレー管５４を有するデルリン（Delrin）体５２の形状を有することができる。このときスプレー管５４は、第一の末端部でデルリン（Delrin）体５２と、第二の末端部で第一のチャンバー２４と流路連通している（図１０参照）。複数のノズル設計を用いる場合、例えば図１１Ａ〜１１Ｈに示すように、スプレーノズル３４によって複数の流路パターンを提供できることは理解されるであろう。
【００２３】
スプレー液滴２８が様々な方法で流体３０から形成できることは理解されるであろう。スプレー液滴を形成するには、噴霧される流体３０と周囲の空気又は気体との間に高い相対速度が必要とされるため、流体３０を比較的ゆっくり移動する空気又は気体の流れに高速で放出したり、あるいは比較的ゆっくり移動する流体を高速の空気の流れにさらすことにより達成される。従って、当業者には、加圧噴霧器、回転噴霧器、及び超音波噴霧器が利用可能であることは理解されるであろう。別の装置では、均一な液滴の流れを作るために振動毛管を使用する。図１２〜１４に示すように、本発明は空気補助型噴霧器の使用を意図している。この種類のスプレーノズルでは、半導性流体３０は高速で空気流にさらされる。この過程は、気体と流体が出口から排出される前にノズル内で混合される内部混合配置（図１２及び１３参照）、又は気体と流体が出口で混合される外部混合配置（図１４参照）の一部として生じることができる。
【００２４】
各スプレーノズルの配置は、半導性流体を出口５３へ導く主導管５１、及び流体又はスプレー液滴２８に望ましい電荷を与える、主導管５１に接続された帯電要素５５を含むことが好ましい。通路５７がスプレーノズル３４に空気を供給することも理解されるであろう。図１２では、通路５７は主導管５１と直接流路連通しているため、流体と空気は出口５３を出る前に混合される。図１３及び１４では、通路５７は内部空間５９と流路連通している。内部空間５９を通過して供給された空気は、出口５３を出る前に別の空間６１で流体と混合されるか（図１３）、あるいは流体が、内部空間５９と流路連通して出口５３に隣接する別の通路６３を通って出口５３から出るときに混合される（図１４）。空気の補助を利用する代表的なスプレーノズルには、シーワイズ・インダストリアル社（Seawise Industrial Ltd.）製造のモデルＳＷ７５０として設計されたものがある。
【００２５】
スプレーノズル３４や収集面３８の配置に関係なく、スプレー液滴２８が第一のチャンバー２４内でほぼ均一に分配されると好ましいことは理解されるであろう。スプレー液滴２８が空気流１８とほぼ同じ速度で第一のチャンバー２４に入ると好ましいことが確認されている。スプレーノズル３４も種々の方向に向けることができる。例えば、スプレー液滴２８が空気流１８とほぼ同じ方向（図２参照）、空気流１８とほぼ反対の方向（図３参照）、又は空気流１８から傾斜した向き（例えば、ほぼ垂直）（図１参照）に流れるようにすることができる。スプレー液滴２８のサイズは、粒子２０のサイズに関連する重要なパラメータである。従って、スプレー液滴２８のサイズは、好ましくは約０．１〜１０００ミクロン、更に好ましくは約１．０〜５００ミクロン、最も好ましくは約１０〜１００ミクロンの範囲である。
【００２６】
ハウジング１２の排気口１６は第一のチャンバー２４と流路連通しているので、第一のチャンバー２４を通過して導かれた空気流（矢印５６で示す）は実質的に粒子２０を含まない。第一のチャンバー２４で収集面３８に引き込まれなかったスプレー液滴２８を除去するために、フィルター５８を排気口１６に隣接して設置することもできる。装置１０から出る空気流５６の品質をモニターするために、センサー６０を排気口１６に設置すると好ましい。更に、装置１０の効果と、空気流１８から粒子２０を実質的に除去する能力とを比較評価するために、装置１０を通過する空気流１８は予め定められた流速を有することは理解されるであろう。望ましい流速をより良く保つために、吸気口１４及び／又は排気口１６に装置６２又は６４を設置することもできる。これには例えば、吸気口１４から第一及び第二のチャンバー２４、３２を通過するように空気流１８をそれぞれ押し出したり、引き込んだりするファンが挙げられる。
【００２７】
装置１０を操作するために、管理ユニット５０（図４参照）、より詳細には、電源３６、電源４４、ファン６２、及びファン６４が提供される。管理ユニット５０は更に、装置１０から出る空気の品質をモニターするセンサー６０、及び流体再循環システム６６内を再循環する流体３０の品質と流速をモニターするセンサー７６に接続される。
【００２８】
流体再循環システム６６は、スプレー液滴２８から凝集した流体３０を取り込んで、連続使用のためにスプレーノズル３４に戻すように収集面３８と流路連通していることが好ましいことは、図１〜４から理解される。特に、流体再循環システム６６は、収集面３８及び第一のチャンバー２４を画定する壁面６７から流体３０を収集する装置を含む。この流体収集機構は、例えば図６〜９に示す構成の開口部のように、収集面３８に組み込まれていることが好ましい。流体再循環システム６６は、流体３０（スプレー液滴２８から収集面３８で凝集された流体）を保存する、装置と流路連通した容器７０、及び流体３０をスプレーノズル３４に供給するポンプ機構７２も含む。
【００２９】
また、流体再循環システム６６は、収集面３８とスプレーノズル３４の間に配置された、流体３０から粒子２０を除去するフィルター７４を含むことが好ましいことは理解されるであろう。このフィルターは、流体３０をより高純度に保つことに役立ち、スプレーノズル３４が詰まらないように予防する。スプレーノズル３４に送り出される前の流体３０の品質をモニターするために、フィルター７４と連結した装置７６を設置することができる。この装置７６は、流体３０の交換時期を示すことができる。
【００３０】
図５に示す流体再循環システム６６の好ましい実施形態では、システムの少なくとも一部分を収容するために使い捨てカートリッジ７８を利用する。これにより、スプレー液滴２８に使用される半導性流体３０を望ましい時期に容易に交換することができる。より詳細には、カートリッジ７８は、第一の末端部で収集面３８と、第二の末端部で容器７０と流路連通した入口８２を有するハウジング８０を含む。カートリッジのハウジング８０は、第一の末端部で容器７０と、第二の末端部でポンプ機構７２と流路連通した出口８４も有する。また、図５に示すように、カートリッジのハウジング８０内にフィルター７４を含むことができ、流体３０は容器７０に入る前にこのフィルターを通過する。あるいは、フィルター７４は、流体３０が最初に容器７０に入るように配置されることができる。モニター装置７６はカートリッジ７８内に含まれても含まれなくてもよいが、ポンプ機構７２の前に配置される必要があることは理解されるであろう。モニター装置７６がカートリッジ７８内に含まれる場合、装置は流体３０の交換時期を示すことが好ましい。カートリッジのハウジング８０の入口８２及び出口８４は、それぞれキャップ部分８６及び８８を有する。これらのキャップ部分は、ハウジング８０から突出して、好ましくは各キャップ部分を通過する通路９２及び９４を覆う自動封鎖膜９０を有する。
【００３１】
カートリッジ７８は、入口８２が収集面３８で凝集された流体３０と流路連通するように配置されることが好ましい。実際には、ハウジング８０の一部は、それ自体、収集面３８として機能することができる。同様に、カートリッジ７８は、出口８４がスプレーノズル３４と流路連通するように、あるいはスプレーノズルを内部に組み込むように配置されることが好ましい。流体３０が汚れたり、純度が低いと判断された場合に流体３０を容器７０から排出できるように、開口部９６と対応する取り外し可能なプラグ部材９８をハウジング８０に設置することが好ましい。新しい流体もこのような方法で容器７０に注入されることができる。
【００３２】
流体３０が出口８４を通過するのを補助するために、更にポンプ（図５の参照番号１００の点線で示す）をカートリッジ７８内に配置できることは理解されるであろう。また、カートリッジが内部に配置されていないときは装置１０が作動しないように、カートリッジ７８にスイッチ１０２を組み込むことも任意に選択できる。同様に、このような配置を有するカートリッジだけが使用可能と判断されるように、カートリッジ７８を特定の方法で配置することができる。
【００３３】
装置１０、特に第一のチャンバー２４でスプレーノズル３４によって形成されるスプレー液滴２８のサイズ、密度、及び電荷が、特定の範囲内の効率設計パラメータ（ＥＤＰ）を満たすように設計されると好ましいことが知られている。経験上、効率設計パラメータは、約０．０〜０．６の範囲が適用可能であり、約０．０〜０．３の範囲が好ましく、約０．０〜０．１５の範囲が最適と考慮されることが知られている。この効率設計パラメータは、複数のパラメータの関数として計算されると好ましい。第一の成分は電荷依存パラメータ（ＣＤＰ）であり、粒子２０とスプレー液滴２８が共に帯電している場合（つまり、Ｋ＝１）、次の式で計算される。
ＣＤＰ＝１０aL+bL-cL-dL+25.45
スプレー液滴２８だけが帯電している場合（Ｋ＝−１）、電荷依存パラメータは次のように計算されると好ましい。
ＣＤＰ＝［（１０2×aL+2×bL-PL-dL+18.26）0.4］＋１
式中、
ａ＝静電的にスプレーされた粒子２０の単位面積当たりの電荷（クーロン／平方ｃｍ）
ｂ＝収集される粒子２０の電荷（クーロン）
ｃ＝収集される粒子２０の直径（ミクロン）
ｄ＝粒子２０とスプレー液滴２８間の相対速度（ｍ／秒）
Ｐ＝スプレー液滴２８の直径（ミクロン）
ａＬ、ｂＬ、ｃＬ、ｄＬ、及びＰＬが前述の各変数の対数であることは理解されるであろう。
【００３４】
効率設計パラメータ（ＥＤＰ）の第二の成分は無次元パラメータ（ＮD）であり、次の式に従って計算されると好ましい。
ＮD＝Ｐ3Ｑ／（−１．９１０×１０12＋Ｐ3Ｑ）
式中、
Ｐ＝スプレー液滴２８の直径（ミクロン）
Ｑ＝スプレー液滴２８の数（粒子／立方ｃｍ）
効率設計パラメータ（ＥＤＰ）は次の式から計算されると好ましい。
ＥＤＰ＝ｅｘｐ［（ＮD×ＣＤＰ×Ｗ×３８１００）／（Ｐ×Ｚ）］
式中、
ＮD＝無次元パラメータ
ＣＤＰ＝電荷依存パラメータ（無次元）
Ｗ＝空気が最初にスプレーに接触する位置から空気がスプレーを出る位置までの、空気流１８の方向における直線距離（インチ）
Ｐ＝スプレー液滴２８の直径（ミクロン）
Ｚ＝速度依存パラメータ（無次元）
速度依存パラメータ（Ｚ）は、空気流１８がスプレー液滴２８の流れる方向とほぼ同じ又はほぼ反対の方向に移動する場合に１と等しくなることは理解されるであろう。スプレー液滴２８の流れが空気流１８に対して傾斜した向きである場合、速度依存パラメータ（Ｚ）は次のように計算される。
Ｚ＝ｃｏｓ［ａｒｃｔａｎ（Ｖ2／Ｖ1）］
効率設計パラメータ（ＥＤＰ）の計算がどのように実施されるかをより良く理解するために、５００粒子／ｃｍ3の密度を有する静電的に帯電した１０ミクロンのスプレー液滴のスプレーを使用して、空気流から１ミクロンのエアゾール粒子を除去する場合について、代表的な計算方法を使用して判定する。エアゾール粒子は、２．１ｍ／秒の速度を有する空気中でスプレーの中に入る。スプレー液滴は２ｍ／秒の速度で収集面３８まで移動する。この移動は空気流１８と同じ方向である。エアゾール粒子２０は、スプレー２６に入る前に第二のチャンバー４０で帯電されたコロナであり、６×１０-17クーロンの電荷を有する。静電的に帯電したスプレー液滴２８は９．５×１０-9クーロン／平方ｃｍの単位面積当たりの電荷を有し、スプレー２６の距離は２インチである。
【００３５】
上記の例で与えられた情報から、以下のようになる。
【００３６】
【表１】
2005510340.tif 000003
前述した例の設計は適合可能な範囲内と判定されるが、この例でスプレー密度を２０００粒子／立方ｃｍ、スプレー液滴のサイズを３０ミクロンに変更すると、電荷依存パラメータ（ＣＤＰ）が１６２、無次元パラメータ（ＮD）が−２．８３×１０-5になることは理解されるであろう。従って、効率設計パラメータ（ＥＤＰ）は９×１０-5と計算され、最適な範囲内と判定される。
【００３７】
本発明に利用される半導性流体３０は、形成されるスプレー液滴２８が付加された電荷を十分な滞留時間（つまり、収集面３８に接触するまで）維持できるように、非水性であると好ましい。更に、このような流体３０は、明らかに安全であるように、不活性、不揮発性、及び無毒性であることが好ましい。このような流体は、次のような物理的特徴を示す必要があることが知られている。つまり、効率設計パラメータ（ＥＤＰ）の計算によって判定されるとき、望ましいサイズのスプレー液滴２８を形成し、第一のチャンバー２４内で望ましいスプレー適用範囲を提供し、粒子２０を引き寄せて保持する点で有効に機能することができる。
【００３８】
スプレー液滴２８としての流体３０の望ましい機能性を考慮するために、本明細書で流体の噴霧可能係数（ＳＦ）として知られる係数を測定するための公式が決定されている。最初に、次の式から流体の特徴的な長さ（ＣＬ）を計算する。
ＣＬ＝［｛（ＰＦＳ）2×（ＳＴ）｝／｛（Ｄ）×（１／Ｒ）2×（１０7）｝］1/3
次に、次の式から流体の特徴的な流速（ＣＦＲ）を計算する。
ＣＦＲ＝［｛（ＰＦＳ）×（ＳＴ）｝／｛（Ｄ）×（１／Ｒ）×（１０5）｝］
次の式から特性依存パラメータ（ＰＤＰ）を計算する。
ＰＤＰ＝［｛（ＳＴ）3×（ＰＦＳ）2×（６×１０3）｝／｛（Ｖ）3×（１／Ｒ）2×（ＦＲ）｝］1/3
特性依存パラメータ（ＰＤＰ）が１未満の場合、噴霧可能係数（ＳＦ）は次の式から計算される。
ＳＦ＝［ｌｏｇ（ＣＬ）＋ｌｏｇ［（１．６）×（（ＲＤＣ）−１）1/6×［（ＦＲ）／｛（ＣＦＲ）×（６×１０7）｝］1/3−（（ＲＤＣ）−１）1/3］］
特性依存パラメータ（ＰＤＰ）が１より大きい場合、噴霧可能係数（ＳＦ）は次の式から計算される。
ＳＦ＝−［ｌｏｇ（ＣＬ）＋ｌｏｇ［（１．２）×｛［（ＦＲ）／｛（ＣＦＲ）×（６×１０7）｝］1/2｝−０．３］
上記の式で定義されるパラメータは以下のとおりであることは理解されるであろう。
【００３９】
ＦＲ＝流速（ｍＬ／分）
Ｄ＝液体の密度（ｋｇ／Ｌ）
ＲＤＣ＝流体の比誘電率（無次元）
Ｒ＝比抵抗（Ω・ｃｍ）
ＳＴ＝流体の表面張力（Ｎ／ｍ）
ＰＦＳ＝自由空間の誘電率（Ｆ／ｍ）
Ｖ＝液体の粘度率（Ｐａｓ）
上記の式に関して、噴霧可能係数（ＳＦ）の適合可能な範囲は約２．４〜７．０、好ましい範囲は約３．１〜５．６、及び最適な範囲は約４．０〜４．９であることが知られている。
【００４０】
噴霧可能係数（ＳＦ）の計算をより良く理解するために、流速０．３ｍＬ／分でプロピレングリコール（ＰＧ）をスプレーした場合の代表的な計算を実施する。プロピレングリコールは、密度が１．０３６ｋｇ／Ｌ、粘度率が４０ｍＰａｓ、表面張力が３８．３ｍＮ／ｍ、比抵抗が１０ＭΩ・ｃｍ、及び誘電率が３２である。前記の式に従って計算すると、特徴的な長さ（ＣＬ）は３．０４５×１０-6、特徴的な流速（ＣＦＲ）は３．１９×１０-11、及び特性依存パラメータ（ＰＤＰ）は５．０３×１０-2となる。ＰＤＰが１未満であるため、噴霧可能係数（ＳＦ）の第一の式を使用して計算すると、結果は４．４（最適な範囲）となる。流速を３ｍＬ／分に上げると、噴霧可能係数（ＳＦ）は４．０となり、依然として最適な範囲であることは理解されるであろう。
【００４１】
上記の公式に従って、表示されたパラメータの好ましい範囲は、流体の粘度率（Ｖ）が約１〜１００ｍＰａｓ、流体の表面張力（ＳＴ）が約１〜１００ｍＮ／ｍ、流体の比抵抗（Ｒ）が約１０ｋΩ〜５０ＭΩ、好ましくは約１〜５ＭΩ、及び電界（Ｅ）が約１〜３０ｋＶ／ｃｍであることが知られている。流体の比誘電率（ＲＤＣ）の好ましい範囲は１．０〜５０である。
【００４２】
上記の公式とスプレー２６として使用される流体３０の要件を考慮すると、次の区分の流体が利用可能であることが知られている：油脂、シリコン、鉱油、調理油、多価アルコール、ポリエーテル、グリコール、炭化水素、イソパラフィン、ポリオレフィン、芳香族エステル、脂肪族エステル、フッ素系界面活性剤、及びこれらの混合物。
【００４３】
このような流体の中で装置１０に利用することが好ましいのは、グリコール、シリコン、エーテル、分子量４００未満のそれら置換又は非置換オリゴマー、及びこれらの混合物である。更に好ましいのは、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、トリプロピレングリコール、ブチレングリコール、及びグリセロールである。また、このような流体を次の割合で含む混合物が好ましいことも知られている：（１）５０％のプロピレングリコール、２５％のテトラエチレングリコール、及び２５％のジプロピレングリコール、（２）５０％のテトラエチレングリコール及び５０％のジプロピレングリコール、（３）８０％のトリエチレングリコール及び２０％のテトラエチレングリコール、（４）５０％のテトラエチレングリコール及び２０％の１，３ブチレングリコール、及び（５）９０％のジプロピレングリコール及び１０％のトランスカトールＣＧ（transcutol CG）（ジエチレングリコールモノメチルエーテル）。
【００４４】
本発明の方法をより良く理解するために、装置１０内の電荷の流れ、流体の流れ、及び空気流を図１９に示し、ここでは、電荷の流れを太線の矢印で、流体の流れを実線の矢印で、空気流を幅広の矢印で示す。好ましい実施形態では、空気流１８が吸気口１４を通過して第二のチャンバー４０に入ると、粒子２０が望ましい極性に帯電されることは理解されるであろう。このような空気流１８は、第二のチャンバー４０に入る前に約１０ミクロンより大きいサイズの粒子を分離するために、吸気口１４でフィルター２２により濾過されると好ましい。また、空気流１８は、粒子２０の帯電を高めるために、第二のチャンバー４０内で乱流を生じさせることができる。その後、空気流１８は第一のチャンバー２４に入ってスプレー液滴２８に接触し、粒子２０がスプレー液滴２８に静電的に引き寄せられて空気流１８から除去される。最後に、空気流１８は第一のチャンバー２４から出て排気口を通過する。空気流５６は、再度フィルター５８によって濾過されて、装置１０の効果を判断するためにセンサー６０で品質をモニターされることができる。
【００４５】
電荷の流れに関して、第二のチャンバー４０内で電荷移動要素４２と電源４４によって望ましい極性（スプレー液滴２８とは反対の極性）を有する電荷が粒子２０に提供されることは図１９から理解されるであろう。スプレー液滴２８の形成前又は後に、スプレーノズル３４と電源３６によって粒子２０の電荷とは反対の極性を有する電荷が流体３０又はスプレー液滴２８に提供される。その後、粒子２０は第一のチャンバー２４内でスプレー液滴２８に引き込まれ、収集面３８に運ばれて、粒子２０とスプレー液滴２８の電荷がそれぞれ中和される。
【００４６】
半導性流体３０がスプレーノズル３４に提供されて、スプレー液滴２８が形成され、スプレー２６として第一のチャンバー２４に供給されることは、図１９から理解されるであろう。その後、スプレー液滴２８は収集面３８に引き寄せられて、好ましくは流体凝集体を形成するように収集され、流体再循環システム６６によってスプレーノズル３４に再循環される。この再循環には、流体３０が容器７０に収集され、ポンプ機構７２によってスプレーノズル３４に供給されることが含まれる。図１９に示すように、このような流体３０は、ポンプ機構７２に入る前にフィルター７４によって粒子２０を濾過され、装置７６で流体３０の品質をモニターされることが好ましい。
【００４７】
本発明の特定の実施形態及び／又は個々の特徴について図示し説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、他の様々な変更及び修正を実施できることが当業者には明白であろう。更に、このような実施形態及び特徴の全ての組み合わせが可能であり、またこれにより本発明を好ましく実施できることも明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の空気清浄システムの第一の実施形態の概略図であり、システムに入る空気流は流体スプレーと交差する方向を有する。
【図２】本発明の空気清浄システムの第二の実施形態の概略図であり、システムに入る空気流は流体スプレーとほぼ同じ方向を有する。
【図３】本発明の空気清浄システムの第三の実施形態の概略図であり、システムに入る空気流は流体スプレーとほぼ反対の方向を有する。
【図４】図１に示す空気清浄システムの画定通路内の概略図である。
【図５】図４に示す使い捨てカートリッジの断面図である。
【図６Ａ】図１、４、及び５に示す空気清浄システムの第一のチャンバー又は領域において線対称のスプレーノズルに利用される代表的な収集装置の平面図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示す収集装置の側面図である。
【図７Ａ】図１、４、及び５に示す空気清浄システムの第一のチャンバー又は領域において線対称のスプレーノズルに利用される代表的な収集装置の平面図である。
【図７Ｂ】図７Ａに示す収集装置の側面図である。
【図８Ａ】図２及び３に示す空気清浄システムの第一のチャンバー又は領域において線対称のスプレーノズルに利用される代表的な収集装置の平面図である。
【図８Ｂ】図８Ａに示す収集装置の側面図である。
【図９Ａ】図２及び３に示す空気清浄システムの第一のチャンバー又は領域において線対称のスプレーノズルに利用される代表的な収集装置の平面図である。
【図９Ｂ】図９Ａに示す収集装置の側面図である。
【図１０】図１〜４に示す空気清浄システムの第一のチャンバーで利用可能なスプレーノズルの代表的な複数ノズル設計の側面図である。
【図１１Ａ】図１０に示す複数ノズル設計の代表的な管パターンの概略図である。
【図１１Ｂ】図１０に示す複数ノズル設計の代表的な管パターンの概略図である。
【図１１Ｃ】図１０に示す複数ノズル設計の代表的な管パターンの概略図である。
【図１１Ｄ】図１０に示す複数ノズル設計の代表的な管パターンの概略図である。
【図１１Ｅ】図１０に示す複数ノズル設計の代表的な管パターンの概略図である。
【図１１Ｆ】図１０に示す複数ノズル設計の代表的な管パターンの概略図である。
【図１１Ｇ】図１０に示す複数ノズル設計の代表的な管パターンの概略図である。
【図１１Ｈ】図１０に示す複数ノズル設計の代表的な管パターンの概略図である。
【図１２】帯電管と流路連通した空気補助通路を有する、空気清浄システムの第一のチャンバーで利用される第一のスプレーノズル設計の側面図である。
【図１３】帯電管の周辺に空気補助通路を有する、空気清浄システムの第一のチャンバーで利用される第二のスプレーノズル設計の側面図である。
【図１４】帯電管の周辺に空気補助通路を有する、空気清浄システムの第一のチャンバーで利用される第三のスプレーノズル設計の側面図である。
【図１５】図４に示す画定通路を複数有する空気清浄システムの概略斜視図である。
【図１６】画定通路内に複数の収集電極が配置された、空気清浄システムの概略斜視図である。
【図１７】複数の吸気口及び排気口を有し、排気口が吸気口に対して傾斜した向きに配置されている、図１に示すような空気清浄システムの概略斜視図である。
【図１８】流体スプレーのパターンを示した、図１７に示す空気清浄システムの概略側面図である。
【図１９】空気、流体、及び電荷の流れを示した、図１〜４に示す空気清浄システムのブロック図である。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１１Ｆ】
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【図１１Ｇ】
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【図１１Ｈ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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2005510340.tif 000035
2005510340.tif 000036
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