(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、空気の流れ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、粒子をスプレー液滴に静電的に引き寄せて保持させる、吸気口と流路連通した第一のチャンバー、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。【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気清浄装置であって、多数の粒子を含む吸入空気の流れが導入されるチャンバーであって前記吸入空気が前記チャンバー内で清浄にされた後に排出空気の流れになるチャンバー、及び電気的に帯電された液体が前記チャンバー内にスプレーされる少なくとも１つのノズルであって前記液体が噴出時に多数の液滴に分散される少なくとも１つのノズルを含み、前記チャンバーは前記吸入空気の流れと前記帯電された液滴とが混合領域で混合されるように設計されており、前記多数の粒子が前記帯電された液滴に引き寄せられることにより、前記吸入空気から前記多数の粒子の一部を除去し、これによって前記吸入空気が前記排出空気の流れになる装置であり、
前記空気清浄装置が、
前記吸入空気の流れが約２．５４ｍ／秒（５００ｆｐｍ）の流速で前記チャンバーの混合領域を通過するとき、約０．３ミクロンのサイズの前記多数の粒子が７０％超過の清浄効率と水柱の０．２インチ未満の背圧で、前記吸入空気の温度や湿度を実質的に変化させずに前記吸入空気から除去されることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の空気清浄装置であって、前記吸入空気の流れの粒子密度が１００万粒子／立方メートル超過を示す場合に、前記空気清浄装置をいずれの構成要素も洗浄又は交換せずに６０日間ほぼ連続して使用したとき、清浄効率特性の減少が１０％未満及び背圧特性の増加が１０％未満であるか、又は
前記空気清浄装置が前記吸入空気の流れから粒子を受け入れると、前記液滴が液体の本体に収集され、前記少なくとも１つのノズルに戻されて再循環され、前記液滴の表面が電気的な帯電サイクルによって毎回効率的に再生され、これにより、前記液体が望ましい清浄効率で前記粒子を引き寄せる十分な電荷を表面に保持しなくなるのに十分に汚れる前に、少なくとも４ヶ月間の延長された期間に亘って使用可能であるか、又は
前記液体が１０-4Ω-1ｍ-1未満の導電率を示すか、又は
前記液体が０．１秒より大きい緩和時間を示すことを特徴とする装置。
【請求項３】
空気清浄装置であって、多数の粒子を含む吸入空気の流れが導入されるチャンバーであって前記吸入空気が前記チャンバー内で清浄にされた後に排出空気の流れになるチャンバー、及び電気的に帯電された液体が前記チャンバー内にスプレーされる少なくとも１つのノズルであって前記液体が噴出時に多数の液滴に分散される少なくとも１つのノズルを含み、前記チャンバーは前記吸入空気の流れと前記帯電された液滴とが混合領域で混合されるように設計されており、前記多数の粒子が前記帯電された液滴に引き寄せられることにより、前記吸入空気から前記多数の粒子の一部を除去し、これによって前記吸入空気が前記排出空気の流れになる装置であり、
前記空気清浄装置が、
前記吸入空気の流れが約２．５４ｍ／秒（５００ｆｐｍ）の流速で前記チャンバーの混合領域を通過するとき、ＡＳＨＲＡＥ粉塵スポット試験に従った前記多数の粒子が８５％超過の清浄効率と水柱の０．１インチ未満の背圧で、前記吸入空気の温度や湿度を実質的に変化させずに前記吸入空気から除去されることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項３に記載の空気清浄装置であって、前記空気清浄装置が前記吸入空気の流れから粒子を受け入れると、前記液滴が液体の本体に収集され、前記少なくとも１つのノズルに戻されて再循環され、前記液滴の表面が電気的な帯電サイクルによって毎回効率的に再生され、これにより、前記液体が望ましい清浄効率で前記粒子を引き寄せる十分な電荷を表面に保持しなくなるのに十分に汚れる前に、少なくとも４ヶ月間の延長された期間に亘って使用可能であるか、又は
前記液体が１０-4Ω-1ｍ-1未満の導電率を示すか、又は
前記液体が０．１秒より大きい緩和時間を示すことを特徴とする装置。
【請求項５】
空気清浄装置であって、多数の粒子を含む吸入空気の流れが導入されるチャンバーであって前記吸入空気が前記チャンバー内で清浄にされた後に排出空気の流れになるチャンバー、及び電気的に帯電された液体が前記チャンバー内にスプレーされる少なくとも１つのノズルであって前記液体が噴出時に多数の液滴に分散される少なくとも１つのノズルを含み、前記チャンバーは前記吸入空気の流れと前記帯電された液滴とが混合領域で混合されるように設計されており、前記多数の粒子が前記帯電された液滴に引き寄せられることにより、前記吸入空気から前記多数の粒子の一部を除去し、これによって前記吸入空気が前記排出空気の流れになる装置であり、
前記空気清浄装置が、
前記吸入空気流が約０．４５７２ｍ／秒（９０ｆｐｍ）の流速で前記チャンバーの混合領域を通過するとき、約０．３ミクロンのサイズの前記多数の粒子が約９９．９７％の清浄効率と水柱の０．８インチ未満の背圧で、前記吸入空気の温度や湿度を実質的に変化させずに前記吸入空気から除去されることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項５に記載の空気清浄装置であって、前記背圧が水柱の０．２インチ未満であるか、又は
前記吸入空気の流れの粒子密度が１００万粒子／立方メートル超過を示す場合に、前記空気清浄装置をいずれの構成要素も洗浄又は交換せずに６０日間ほぼ連続して使用したとき、清浄効率特性の減少が１０％未満且つ背圧特性の増加が１０％未満であるか、又は
前記空気清浄装置が前記吸入空気の流れから粒子を受け取ると、前記液滴が液体の本体に収集され、前記少なくとも１つのノズルに戻されて再循環され、前記液滴の表面が電気的な帯電サイクルによって毎回効率的に再生され、これにより、前記液体が望ましい清浄効率で前記粒子を引き寄せる十分な電荷を表面に保持しなくなるのに十分に汚れる前に、少なくとも４ヶ月間の延長された期間に亘って使用可能であるか、又は
前記液体が１０-4Ω-1ｍ-1未満の導電率を示すか、又は
前記液体が０．１秒より大きい緩和時間を示すことを特徴とする装置。
【請求項７】
単回通過の空気清浄装置であって、多数の粒子を含む吸入空気の流れが導入されるチャンバーであって前記吸入空気が前記チャンバー内で清浄にされた後に排出空気の流れになるチャンバー、及び電気的に帯電された多数の小さな固体物が前記チャンバー内にスプレーされる少なくとも１つのノズルを含み、前記チャンバーは前記吸入空気の流れと前記帯電された固体物とが混合領域で混合されるように設計されており、前記多数の粒子が前記帯電された固体物に引き寄せられることにより、前記吸入空気から前記多数の粒子の一部を除去し、これによって前記吸入空気が前記排出空気の流れになる装置であり、
前記空気清浄装置が、
前記吸入空気流が前記チャンバーの内部混合領域を通過するとき、サブミクロンのサイズを示す前記粒子の大部分を、前記吸入空気の温度や湿度を実質的に変化させずに前記吸入空気から除去し、且つ前記固体物が再循環されないことを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７に記載の単回通過の空気清浄装置であって、前記粒子が生物学的有害物質を含み、前記再循環されない固体物が前記混合領域の通過後に生物学的に安全な容器に保存されるか、又は
前記空気清浄装置が最初に動作させられた後に、対象となる実質上すべての前記粒子を予め定められた領域から効果的に清浄にするのに十分な速い速度で十分な数の前記固体物が提供されるか、又は
前記固体物が（ａ）電気半導体、又は（ｂ）電気絶縁体のいずれかであることを特徴とする装置。
【請求項９】
空気清浄装置であって、多数の粒子を含む吸入空気の流れが導入されるチャンバーであって前記吸入空気が前記チャンバー内で清浄にされた後に排出空気の流れになるチャンバー、及び電気的に帯電された液体が前記チャンバー内にスプレーされる少なくとも１つのノズルであって前記液体が噴出時に多数の液滴に分散される少なくとも１つのノズルを含み、前記チャンバーは前記吸入空気の流れと前記帯電された液滴とが混合領域で混合されるように設計されており、前記多数の粒子が前記帯電された液滴に引き寄せられることにより、前記吸入空気から前記多数の粒子の一部を除去し、これによって前記吸入空気が前記排出空気の流れになる装置であり、
前記空気清浄装置が、
前記吸入空気の流れが前記チャンバーの混合領域を通過するとき、清浄効率％を背圧で割って表した圧力補正効率（ＰＡＥ）が前記空気清浄装置の２ヶ月間連続使用後に２５％を超えて外れないように、前記多数の粒子が前記吸入空気から除去されることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の空気清浄装置であって、前記吸入空気の流れの粒子密度が１００万粒子／立方メートル超過を示す場合に、前記空気清浄装置をいずれの構成要素も洗浄又は交換せずに６０日間ほぼ連続して使用したとき、清浄効率特性の減少が１０％未満及び背圧特性の増加が１０％未満であるか、又は
前記空気清浄装置が前記吸入空気の流れから粒子を受け取ると、前記液滴が液体の本体に収集され、前記少なくとも１つのノズルに戻されて再循環され、前記液滴の表面が電気的な帯電サイクルによって毎回効率的に再生され、これにより、前記液体が望ましい清浄効率で前記粒子を引き寄せる十分な電荷を表面に保持しなくなるのに十分に汚れる前に、少なくとも４ヶ月間の延長された期間に亘って使用可能であるか、又は
前記液体が１０-4Ω-1ｍ-1未満の導電率を示すか、又は
前記液体が０．１秒より大きい緩和時間を示すことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に空気清浄装置に関し、特に電気的に帯電された液滴を「汚れた」空気流の中にスプレーするタイプの空気清浄装置に関する。本発明は特に、半導性液滴を帯電させて、粉塵粒子を同伴する空気流が導入されたチャンバー内に液滴をスプレーする空気フィルターとして開示されている。粒子を一方の極性に帯電させ、液滴を反対の極性に帯電させることにより、粒子を液滴に引き寄せる。液滴は収集面で収集され、再循環されて、更に粉塵粒子を捕集するように再使用される。
【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、容易につまって高い背圧を生じるため、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。
【０００６】
特許文献に関して、静電浄化装置が米国特許第４，０９５，９６２号（リチャーズ（Richards）による）に開示されている。この装置は、液体表面上にほぼ均一な電界を形成するように設計された先端を有するノズルを提供することにより、コロナを同時生成することなく、高帯電液滴を生成する。このとき、電界の大きさは先端から液滴を引き離すには十分であるが、コロナ放電を発生させるほど大きくはない。ガス状廃液から選択された気体、固体粒子、及び液体蒸気が、高帯電液滴を引き寄せる静電収集装置により除去される。液滴は電界によってガス状廃液中を漂流し、収集電極まで移動することにより、選択された気体や煙霧質粒子を吸収して、収集電極まで運ぶ。帯電された液滴のサイズは半径が３０〜８００ミクロンの範囲である。推薦される浄化液体の１つは、廃液気体が二酸化硫黄の場合に使用される水酸化アンモニウムである。
【０００７】
リチャーズ（Richards）による別の特許の米国特許第６，１５６，０９８号（Richards）も帯電液滴気体浄化装置を開示している。この装置は、非帯電粒子において誘発される帯電された液滴と電気双極子間の単極−双極子引力を使用して、非帯電粒子を除去することができる。液滴の生成と帯電により、一連の「拡散液状シート電極」が生成され、液滴が液状シートの端部から放出される。これらの液状シートには導電誘導電極が点在している。この配置によってこの装置でも液滴の帯電時にコロナ放電が防止される。液滴は帯電されると粒子に電気双極子モーメントを誘発する。液滴は衝突分離装置により収集され、その後、液体は集液孔に収集されて濾過器で濾過される。当該リチャーズ（Richards）の特許では、液体は好ましくは水道水などの導電性の液体であり、液滴のサイズは直径が２５〜２５０ミクロンの範囲である。これらの液滴の最適なサイズは１４０ミクロンであると記載されている。液体として水を使用した場合、システムは開回路システムであることができ、水を再循環させなくてもよい。別の液体を使用することもできるが、液体は５０μＳ／ｃｍ（５Ω-1・ｍ-1）の最低導電率を有する必要がある。このリチャーズ（Richards）の特許では、液滴上の電荷を使用せずに空気中の汚染粒子を「清浄」にしている。その代わり、このリチャーズ（Richards）の装置は単に水蒸気から水の液滴を生成しているだけで、必ずしもこれらの液滴に電荷を保持させようとはしていない。
【０００８】
上記の２つのリチャーズ（Richards）の特許は室内又は事務所用の空気清浄システムには向いておらず、特に発電所で生成されるような廃液気体の浄化に向いている。更に、これらのリチャーズ（Richards）の特許は導電性液体を使用しており、この液体は、特に水が使用されている場合は実質的に安価であるので、必ずしも再循環されない。上記の２つのリチャーズ（Richards）の特許の別の特徴は、水の液滴はかなりサイズが大きいので、多くの場合に相当な高温で、廃液気体からかなり大きな粒子を除去することに向いている。このような大きな液滴は、粒度が比較的小さい粒子状物質の除去にはあまり有効ではないであろう。
【０００９】
この分野の別の特許にはコーエン（Cohen）による米国特許第３，９５８，９５９号があり、この特許は、サイズが６０〜２５０ミクロン、好ましくは８０〜１２０ミクロンの帯電された液滴を使用して気体の流れから粒子及び流体を除去する方法を開示している。液滴は水などの液体を持続して噴射することにより生成され、噴射液体と浄化装置の収集壁との間に電位を与えることにより、噴射液体を帯電された液滴にする。液滴を２枚の接地壁プレートの間にスプレーすると、汚れた吸入空気は液滴の流動方向に対して傾斜した向きに流れ、液滴に取り込まれると、液滴は壁に引き寄せられる。液滴は気体の流れる方向に対して傾斜した向きに移動しているので、液滴と粒子間の相対速度が増加する。液滴が接地壁プレートにぶつかると、壁の底部に向かって流れ、壁の下にある溝に収集される。このため、この液体には気体の流れから取り込んだいくらかの粒子が含まれる。得られた泥状物は再循環され、粒子状物質は媒質フィルターで除去される。この発明では、「液滴の漂流時間」は一般に０．０２５秒未満である。
【００１０】
コーエン（Cohen）の液滴は水から生成することができ、ある場合には、除去する気体の構成成分と反応する化学薬品を水に追加することができる。このような化学薬品の例には、二酸化硫黄を除去するための水酸化ナトリウムが挙げられる。収集効率の例が図１２に示されており、空気量の動きの平方フィート／ｃｆｍ（立方フィート／分）で特定の収集領域を表した曲線が示されている。この曲線は１〜１０ミクロンの範囲の平均粒度について作成されており、明らかに粒度が小さいほど全体的な収集効率が低くなっている。いずれの曲線も０．３ミクロンの粒度まで減少しておらず、効率を８０〜９０％以上に保つには、明らかにかなり大きな特定の収集領域が必要であると考えられる（このことはこれらの曲線からの推測に過ぎず、特許文献では、これらの曲線の小さな粒度範囲で現実的な推測が可能かどうかについては述べていない）。
【００１１】
この分野の別の特許文献にはＡＣＥラボ社（ACE Lab, Inc.）所有の欧州特許第１，０９５，７０５Ａ２号があり、この特許は、ノズルを有する毛管の先端に高電圧を供給して、先端から液体を超微小液滴の形態で放出させる電気流体力学的な噴霧方法により、電気的に帯電された「超微小液滴」を生成する空気清浄装置を開示している。これらの液滴は、導管を流れる粉塵を含んだ空気を「吸収」する。実際には、帯電された液滴は粉塵を含んだ空気中の粒子と結合し、これらの粒子が液滴から電荷を受け取る。空気流は静電粉塵収集装置（つまり、静電沈殿装置）に誘導される。この装置は交互に帯電と接地を繰り返す平行なプレートを有し、液滴が与えた電荷とは反対の極性を有する電界を形成する。代表的な液体として水が使用されるが、これは短距離の電荷運搬が可能なだけでなく、放出空気を湿潤化できるためである。この欧州特許文献では、液滴が粉塵を吸収すると記載しているが、超微小液滴は粉塵よりかなり小さいため、実際にはその逆が正しく、また、この発明の主な目的は、コロナ効果を発生させずに吸入空気の粉塵粒子に電荷を付与する優れた方法であると記載されている。このＡＣＥラボ社（ACE Lab, Inc.）の特許（欧州特許）は、水の液滴が吸入空気中の粉塵粒子に素早く引き寄せられることで電荷が粉塵に移動するシステムを開示している。その結果、非常に短い緩和時間が有用であることができ、液体媒質として水を使用することができる。この文献では、０．１ミクロンより小さい「微小粉塵」が「容易且つ効果的に除去」され、実験データから装置は空気から約９０％までの粉塵を除去できたことが示されたと記載している。
【００１２】
家庭全体用の空気清浄装置に関する考慮事項の１つとして、水を使用して静電的に帯電された液滴を生成する場合、水中で微生物が生育可能であることを念頭に置く必要がある。従って、再循環システムに水を使用することは望ましくない場合がある。しかし、水は安価なので、望ましい場合には帯電された液滴の生成に水を使用するように空気清浄装置を設計することができ、この場合には、水を再循環させない単回通過システムを使用することができる。ただし、水は導電性がかなり高いため、長時間に亘って電荷を保持することは容易でなく、非常に短い「緩和時間」を有することも念頭におく必要がある。導電性の低い液体は長い緩和時間を有するので、長時間に亘って電荷を保持することができる。このような「半導性」液体は、ノズル放出時に液滴に付与される静電荷をすべて保持したまま、好ましくは数インチ以上移動することができ、その結果、ノズルから収集プレート又は収集容器までの全移動距離を通じて「汚れた」吸入空気から粒子を引き寄せることができるであろう。以下に詳細に説明するように、本発明にはこの原理が使用されている。
【００１３】
家庭全体用の空気清浄装置は静電沈殿装置として設計されることが多いが、それは主としてこのような空気清浄装置がかなり低い背圧（つまり、圧力低下）特性を有するためである。そのため、非常に高い圧力低下を生じることなく空気清浄装置を通して排出空気全体を炉筒に送風することができる（別の方法では、非常に大きなモータが必要であり、高い電力消費を生じるであろう）。静電沈殿装置はかなり一般的であるが、その粉塵収集効率の基準値は不備な点が多い。
【００１４】
現在も利用可能な従来の静電空気清浄装置では、粉塵収集効率は０．３ミクロンの粒子で一般に７０％未満であり、ＡＳＨＲＡＥ「粉塵スポット試験」で一般に７８％未満である。更に、静電フィルターは常に掃除しておく必要があるが、これはこのような静電フィルターの消費者又はユーザーが見落としがちな負の価値を有する重要な特性である。標準的な静電フィルターでは、その金属プレート又は繊維材はかなり短時間で容易に粉塵で覆われる。このような状態が生じると、静電フィルターは非常に効率が悪くなる。更に、かなり高密度な繊維を有する繊維性静電フィルターでは、これらの繊維が粉塵で覆われると、フィルターは実際に事実上の媒質フィルターになることがある（つまり、物理的な方法だけに依存して特定のサイズの粒子が内部に入らないようにするフィルターであり、高い背圧特性を生じる）。
【００１５】
静電空気清浄装置の一例にはハニーウェル（Honeywell）によって製造された装置が挙げられ、２０００年にモデル番号「Ｆ３００Ｅ」の電気空気清浄装置に関するデータシートが公表されている。このデータシートにおいて、ハニーウェル（Honeywell）は、Ｆ３００Ｅの「部分効率」は０．３ミクロンの粒子では５００フィート／分（ｆｐｍ）（１５２．４ｍ／ｍ）の空気速度で７０％であったと記載している。
【００１６】
また、このハニーウェル（Honeywell）の文献で図１として示されたグラフは、種々の空気流速における空気清浄効率と圧力低下を示している。この図１は、ＡＳＨＲＡＥ（加熱、冷却、及び空調に関する技師の米国協会、American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers）基準５２．１−９２を使用して、規格基準局の「初期粉塵スポット法（initial dust spot method）」に基づく効率評価を示している。このグラフの最大フィルター（２０×２５インチ（５０．８×６３．５ｃｍ））について空気流速を分析すると、流速５００ｆｐｍ（１５２．４ｍ／ｍ）において、空気流速は１７３６ｃｆｍ（立方フィート／分）（４９．１５立方メートル）であった。この空気流速では、空気清浄効率は水柱の約０．１１インチ（０．２８ｃｍ）の圧力低下で約８４％である。ここから、本発明の発明者が考案した空気フィルターの新しい特性である圧力補正効率（ＰＡＥ）を計算すると、ＰＡＥは清浄効率を圧力低下で割った値（つまり、８４を０．１１で割った値）に等しいため７６４となる。
【００１７】
上記の粉塵スポット法が「初期」粉塵スポット法と呼ばれていることに注意することが重要である。静電空気清浄装置の効率は空気清浄要素が粒子に覆われ始めると急速に低下するので、上記のことは特にこのような装置にとって非常に重要である。これに関しては、以下に詳細に記載する。
【００１８】
別の従来技術の静電空気清浄装置では、１９９９年にキャリア・コーポレーション（Carrier Corporation）からモデル番号シリーズ「ＡＩＲＡ」、サイズ０１２、０１４、及び０２０として販売されている電気空気清浄装置についてのカタログが公表されている。このカタログの最大のフィルター要素は、モデルＡＩＲＡＡＸＣＣ００２０の２４ス×２０シフィルターである。ＡＳＨＲＡＥ粉塵スポット試験を使用した空気流速５００フィート／分におけるこのフィルターの「性能グラフ」は、水柱の約０．０７インチ（０．１８ｃｍ）の背圧で約７９％の空気清浄効率を示している。ここから、ＰＡＥ値は約１１２８となる。この非常に低い背圧基準値は、明らかに導管通過における圧力低下、又は空気をフィルター要素自体に流入及び流出させる吸入領域及び排出領域の幾何学的な配置における圧力低下をいずれも含んでいない。
【００１９】
上記の情報、特にハニーウェル（Honeywell）のＦ３００Ｅ空気清浄装置の基準値に関する情報から分かるように、単一粒度（０．３ミクロンの粒子など）を含む空気流について清浄効率を得るより、ＡＳＨＲＡＥ粉塵スポット試験を使用したほうがより高い清浄効率を容易に得ることができる。これには主に次の２つの理由が挙げられる。第１に、ＡＳＨＲＡＥ粉塵スポット試験は複数のサイズの粒子を含み、その多くは０．３ミクロンよりサイズが大きいこと、第２に、ＡＳＨＲＡＥ粉塵スポット試験はしばしば凝集する傾向がある粒子を使用するため、有効粒度が個々の粒度より更に大きくなることである。
【００２０】
一般に事務所や家庭の室内で使用される媒質空気フィルターのタイプはＨＥＰＡフィルターであり、このフィルターは直径が０．３ミクロン以上の粒子の除去において９９．９７％の清浄効率を有するように規定されている。この値は、ＨＥＰＡ及びＵＬＰＡタイプの布地フィルターに関して「ＥＰＡ−ＣＩＣＡファクトシート」として知られるＥＰＡ刊行物に記載されている標準的な工業基準値である。ＨＥＰＡフィルターは一般的に清浄にする通過空気の単位容量に対して比較的大きい表面積を有するが、そうでない場合には圧力低下（又は、背圧）が非常に高くなり、その結果、非常に大きな操作モータを必要とする。「きれいな」フィルターの一般的な圧力低下は水柱の約１インチ（２．５４ｃｍ）である。フィルターが使用されて粉塵又は汚染粒子に覆われ始めると圧力低下が増大し、圧力低下が水柱の２〜４インチ（５．０８〜１０．１６ｃｍ）に達すると、一般的にフィルターの寿命が来る。あるＨＥＰＡフィルターが「きれい」な場合は水柱の０．２５〜０．５インチ（０．６３〜１．２７ｃｍ）の低い圧力低下を有する。
【００２１】
ＨＥＰＡフィルターは一般的に水柱の４インチ（１０．１６ｃｍ）以下の圧力下で操作される。操作圧がこれ以上高くなると、フィルターは破断することがある。ＨＥＰＡフィルターは個々の室内の空気清浄用には頻繁に使用されるが、「家庭全体」の空気清浄システムには一般的に使用されない。この主な理由としては、一般的な炉筒又は一般的な家庭の空調装置を通過する空気流は妥当なサイズのＨＥＰＡフィルターにとって多量すぎることが挙げられる。換言すれば、ＨＥＰＡフィルターは、一般的な炉筒又は家庭の空調装置を通過する空気全量を処理するには非常に大きくなくてはならない。
【００２２】
ＨＥＰＡフィルターの操作特性の一例は、英国のエアクリーン（Airclean）という会社のインターネットウェブサイト「airclean.co.uk」に見ることができる。このウェブサイトに提示された表の１つから、濾材サイズが２４×２４インチ（６０．９６×６０．９６ｃｍ）のＨＥＰＡフィルターは、空気流速６０ｆｐｍ（フィート／分）（１８．２９ｍ／ｍ）で水（２００Ｐａ）の約０．８０３インチ（２．０３９ｃｍ）の圧力低下を有する。このＨＥＰＡフィルターでは、ＰＡＥ特性は約１２４．５になる（９９．９７％÷水の０．８０３インチ（２．０３９ｃｍ））。
【００２３】
ＨＥＰＡタイプのフィルターは核環境においても使用されるが、このような環境では一般的に非常に大きな空気清浄効率の基準値が要求される。その結果、このような濾材を通過する空気流は一般に非常に低速であり、空気流速の一般的な基準値は５ｆｐｍ（フィート／分）（１．５２ｍ／ｍ）である。このようなフィルターについて詳細に記載した文献の１つに、「第１６回ＤＯＥ核空気清浄会議、第１０セッション（16th DOE Nuclear Air Cleaning Conference, Session 10）」からの抄録が挙げられる。この報告書の６７３ページに５ｆｐｍ（１．５２ｍ／ｍ）の媒質速度で測定された種々の核ＨＥＰＡフィルターが示されており、初期の圧力低下は水柱の０．９２〜１．２７インチ（３．２３ｃｍ）であった。このようなフィルターは、「最終」の圧力低下が水柱の３インチ（７．６２ｃｍ）まで上昇すると、その有用な使用期間を終えると考えられる。このような核設備は非常に多量の空気（例えば、原子力発電所の事業施設全体の空気）を処理する必要があるので、実際に大きな室内に対応できる媒質フィルターを有する。その結果、このようなフィルターは家庭や標準的なオフィスビルにとって有用であるとは考えられない。
【００２４】
核空気清浄会議（Nuclear Air Cleaning Conference）の抄録の６８０ページの表は、ＨＥＰＡフィルターの寿命及び経時的な圧力低下特性の変化について明示している。例えば、あるフィルターでは、２ヶ月間で圧力低下が水柱の１．０４インチ（２．６４ｃｍ）から１．３７インチ（３．４８ｃｍ）に変化しており、２ヶ月間で約３２％の変化が見られている。別の２つのフィルターでは、４ヶ月間の操作期間における圧力低下特性の変化が水柱の１．１インチ（２．７９ｃｍ）から１．５インチ（３．８１ｃｍ）であり、４ヶ月間の背圧特性で約３６％の変化が見られている。ここから、このタイプのフィルターの背圧増加は１ヶ月当たりほぼ９％となる。他のタイプのＨＥＰＡフィルターやＵＬＰＡフィルターについても、同様の圧力増加を予想することができる。
【００２５】
ＨＥＰＡフィルターは、ファンを使用して空気を媒質タイプのフィルターに送風するために相当量の電力を必要とする。このようなファンは一般的に、約１／２〜１ワット／ｃｆｍ（立方フィート／分）を要するファン用電動モータと空気量移動能力を必要とする。室内空気清浄装置として使用される場合、一般的なＨＥＰＡフィルターは、面積が約２０×２０フィート（６．１×６．１ｍ）の室内で約３５０ｃｆｍの空気量を循環すると考えられる。このようなＨＥＰＡ室内空気清浄装置の電力要求は、一般に１８０〜２００ワットの範囲である。
【００２６】
ＨＥＰＡフィルターを「室内」フィルターとして使用する場合の欠点は、ＨＥＰＡフィルターは一般的に騒音があり、操作の背圧が大きく、フィルター内に微生物が入り込んで生存可能なことである。微生物が濾材に入り込んでいると、フィルター交換時に微生物が空気中に放出されることがある。このようなフィルターは、ジェット機などの空気を再循環する閉鎖システムに使用されることが多い。微生物は連続して再循環されるか、あるいは濾材に捕集されると考えられるが、フィルター交換時又は「洗浄」時に空気中に放出される可能性がある。
【００２７】
議論されることがある別の特性にはフィルターの「透過率」がある。透過率は「空隙」％を濾材の「量」％で割って表す。ＨＥＰＡフィルターでは、透過率は一般的に１％未満である。このことは、空気分子がある種の衝撃を受けずに濾材を通過する可能性より、濾材に「衝突」する可能性のほうが格段に高く、その結果、かなりの背圧が生じることを意味する。本発明では、フィルターの透過率は非常に大きい。ＨＥＰＡフィルターの背圧特性がもたらす結果の１つにファンが発生するかなりの騒音レベルがあり、２０×２０フィート（６．１×６．１ｍ）の室内の空気清浄装置で７０ｄＢもの高さになることがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
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。更に、ＨＥＰＡフィルターや静電集塵装置より背圧特性及び空気清浄特性が共に向上した動的静電空気清浄装置を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
以上のことから、本発明の利点は、家庭全体又は一部屋を清浄にするために有用な速度で空気流が装置を通過するとき、空気清浄効率が実質的に高く、背圧が実質的に低い動的静電空気清浄装置を提供することである。
【００３０】
本発明の別の利点は、装置の主要な構成要素を洗浄又は交換せずにかなりの期間に亘って連続使用しても、空気清浄効率が実質的に高く、背圧が実質的に低い動的静電空気清浄装置を提供することである。
【００３１】
本発明の別の利点は、吸入空気中の粒子が約０．３ミクロンのサイズの場合に、約２．５４ｍ／秒（５００ｆｐｍ）の空気流速において水柱の０．２インチ（０．５０８ｃｍ）未満の背圧で７０％超過の空気清浄効率を示す、従来の静電沈殿装置に比べて優れた動的静電空気清浄装置を提供することである。
【００３２】
本発明の更に別の利点は、吸入空気中の粒子がＡＳＨＲＡＥ粉塵スポット試験に従う場合に、約２．５４ｍ／秒（５００ｆｐｍ）の空気流速において水柱の０．１インチ（０．２５ｃｍ）未満の背圧で８５％より大きい空気清浄効率を示す、従来の静電沈殿装置と比べて優れた動的静電空気清浄装置を提供することである。
【００３３】
本発明のまた別の利点は、吸入空気中の粒子が約０．３ミクロンのサイズの場合に、約０．４５７２ｍ／秒（９０ｆｐｍ）の空気流速において水柱の０．８インチ（２．０３ｃｍ）未満の背圧で約９９．９７％の空気清浄効率を示す、従来のＨＥＰＡフィルターと比べて優れた動的静電空気清浄装置を提供することである。
【００３４】
本発明の更に別の利点は、生物学的有害物質を含む吸入空気に同伴されたサブミクロンの粒子を引き寄せるために、電気的に帯電された固体の小球又はその他の形状の粒子や物体を使用し、吸入空気の温度や湿度を実質的に変化させずに、閉鎖空間の空気を素早く清浄にし、固体の小球を再循環させない静電空気清浄装置を提供することである。
【００３５】
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、通過する空気流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、粒子をスプレー液滴に静電的に引き寄せて保持させる、吸気口と流路連通（つまり、流体連通）した第一のチャンバー、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。
【００３６】
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、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更に含む。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。
【００３７】
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。
【００３８】
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をスプレー液滴に静電的に引き寄せて保持させる、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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、流体の特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直径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。
【００４２】
本発明の追加的な利点及びその他の新規な特徴は、一部分以下に続く説明で述べられ、それは以下を検討することにより当業者にとって明らかとなり、又は本発明の実践によって会得することができる。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、温度はすべて摂氏（℃）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。
【００４３】
上記の利点やその他の利点を達成するために、本発明の１つの観点に従って、次の空気清浄装置を提供する。多数の粒子を含む吸入空気の流れが導入され清浄にされた後に排出空気の流れになるチャンバー、及び電気的に帯電された液体がチャンバー内にスプレーされ、噴出時に多数の液滴に分散される少なくとも１つのノズルを含み、チャンバーは吸入空気の流れと帯電された液滴とが混合領域で混合されるように設計されており、多数の粒子が帯電された液滴に引き寄せられることにより、吸入空気から多数の粒子の一部を除去して排出空気の流れになる装置であり、吸入空気の流れが約２．５４ｍ／秒（５００ｆｐｍ）の空気流速でチャンバーの混合領域を通過するとき、吸入空気の温度や湿度を実質的に変化させずに、約０．３ミクロンのサイズの多数の粒子が７０％超過の清浄効率と水柱の０．２インチ（０．５１ｃｍ）未満の背圧で吸入空気から除去される装置。
【００４４】
本発明の別の観点に従って、次の空気清浄装置を提供する。多数の粒子を含む吸入空気の流れが導入されて清浄にされた後に排出空気の流れになるチャンバー、及び電気的に帯電された液体がチャンバー内にスプレーされる少なくとも１つのノズルであって、噴出時に多数の液滴に分散される少なくとも１つのノズルを含み、チャンバーは吸入空気の流れと帯電された液滴とが混合領域で混合されるように設計されており、多数の粒子が帯電された液滴に引き寄せられることにより、吸入空気から多数の粒子の一部を除去して排出空気の流れになる装置であり、吸入空気の流れが約２．５４ｍ／秒（５００ｆｐｍ）の空気流速でチャンバーの混合領域を通過するとき、ＡＳＨＲＡＥ粉塵スポット試験に従った多数の粒子が８５％より大きい清浄効率と水柱の０．１インチ（０．２５ｃｍ）未満の背圧で吸入空気の温度や湿度を実質的に変化させずに吸入空気から除去される装置。
【００４５】
本発明の更に別の観点に従って、次の空気清浄装置を提供する。多数の粒子を含む吸入空気の流れが導入され清浄にされた後に排出空気の流れになるチャンバー、及び電気的に帯電された液体がチャンバー内にスプレーされる少なくとも１つのノズルであって、噴出時に多数の液滴に分散される少なくとも１つのノズルを含み、チャンバーは吸入空気の流れと帯電された液滴とが混合領域で混合されるように設計されており、多数粒子が帯電された液滴に引き寄せられることにより、吸入空気から多数の粒子の一部を除去し、これによって前記吸入空気が排出空気の流れになる装置であり、吸入空気の流れが約０．４５７２ｍ／秒（９０ｆｐｍ）の空気流速でチャンバーの混合領域を通過するとき、約０．３ミクロンのサイズの多数の粒子が約９９．９７％の清浄効率と水柱の０．８インチ（２．０３ｃｍ）未満の背圧で、吸入空気の温度や湿度を実質的に変化させずに吸入空気から除去される装置。
【００４６】
本発明のまた別の観点に従って、次の単回通過の空気清浄装置を提供する。多数の粒子を含む吸入空気の流れがを導入されるチャンバーであって吸入空気がチャンバー内で清浄にされた後に排出空気の流れになるチャンバー、及び電気的に帯電された小さな固体物がチャンバー内にスプレーされる少なくとも１つのノズルを含み、チャンバーは吸入空気の流れと帯電された固体物とが混合領域で混合されるように設計されており、多数の粒子が帯電された固体物に引き寄せられることにより、吸入空気から多数の粒子の一部を除去し、これによって吸入空気が排出空気の流れになる装置であり、吸入空気の流れがチャンバーの混合領域を通過するとき、サブミクロンのサイズを示す粒子の大部分を吸入空気から除去し、吸入空気の温度や湿度を実質的に変化させずに固体物を再循環させない装置。
【００４７】
本発明の別の観点に従って、次の空気清浄装置を提供する。多数の粒子を含む吸入空気の流れが導入されるチャンバーであって吸入空気が前記チャンバー内で清浄にされた後に排出空気の流れになるチャンバー、及び電気的に帯電された液体がチャンバー内にスプレーされ噴出時に多数の液滴に分散される少なくとも１つのノズルを含み、チャンバーは吸入空気の流れと帯電された液滴とが混合領域で混合されるように設計されており、多数の粒子が帯電された液滴に引き寄せられることにより、吸入空気から多数の粒子の一部を除去し、これによって吸入空気が排出空気の流れになる装置であり、吸入空気の流れがチャンバーの混合領域を通過するとき、清浄効率％を背圧で割って表した圧力補正効率（ＰＡＥ）が空気清浄装置の２ヶ月間連続使用後に２５％を超えて外れないように、多数の粒子が吸入空気から除去される装置。
【００４８】
上記の利点やその他の利点を達成するために、本発明の１つの観点に従って、次の空気清浄装置を提供する。多数の粒子を含む吸入空気の流れが導入されるチャンバーであって吸入空気がチャンバー内で清浄にされた後に排出の空気の流れになるチャンバー、及び電気的に帯電された液体がチャンバー内にスプレーされる少なくとも１つのノズルであって液体が噴出時に多数の液滴に分散される少なくとも１つのノズルを含み、チャンバーは吸入空気の流れと帯電された液滴とが混合領域で混合されるように設計されており、多数の粒子が帯電された液滴に引き寄せられることにより、吸入空気から多数の粒子の一部を除去し、これによって吸入空気が排出空気の流れになる装置であり、吸入空気の流れが約２．５４ｍ／秒（５００ｆｐｍ）の空気流速でチャンバーの混合領域を通過するとき、約０．３ミクロンのサイズの多数の粒子が７０％超過の清浄効率と水柱の０．２インチ（０．５ｃｍ）未満の背圧で、吸入空気の温度や湿度を実質的に変化させずに吸入空気から除去される装置。
【００４９】
本発明の別の観点に従って、次の空気清浄装置を提供する。多数の粒子を含む吸入空気の流れが導入されるチャンバーであって吸入空気が前記チャンバー内で清浄にされた後に排出空気の流れになるチャンバー、及び電気的に帯電された液体がチャンバー内にスプレーされる少なくとも１つのノズルであって液体が噴出時に多数の液滴に分散される少なくとも１つのノズルを含み、チャンバーは吸入空気の流れと帯電された液滴とが混合領域で混合されるように設計されており、多数の粒子が帯電された液滴に引き寄せられることにより、吸入空気から多数の粒子の一部を除去し、これによって吸入空気が排出空気の流れになる装置であり、吸入空気の流れが約２．５４ｍ／秒（５００ｆｐｍ）の空気流速でチャンバーの混合領域を通過するとき、ＡＳＨＲＡＥ粉塵スポット試験に従った多数の粒子が８５％より大きい清浄効率と水柱の０．１インチ（０．２５ｃｍ）未満の背圧で、吸入空気の温度や湿度を実質的に変化させずに、吸入空気から除去される装置。
【００５０】
本発明の更に別の観点に従って、次の空気清浄装置を提供する。多数の粒子を含む吸入空気の流れが導入されるチャンバーであって吸入空気が前記チャンバー内で清浄にされた後に排出空気の流れになるチャンバー、及び電気的に帯電された液体がチャンバー内にスプレーされる少なくとも１つのノズルであって液体が噴出時に多数の液滴に分散される少なくとも１つのノズルを含み、チャンバーが吸入空気の流れと帯電された液滴とが混合領域で混合されるように設計されており、多数の粒子が帯電された液滴に引き寄せられることにより、吸入空気から多数の粒子の一部を除去し、これによって前記吸入空気が排出空気の流れになる装置であり、吸入空気の流れが約０．４５７２ｍ／秒（９０ｆｐｍ）の空気流速でチャンバーの混合領域を通過するとき、約０．３ミクロンのサイズの多数の粒子が約９９．９７％の清浄効率と水柱の０．８インチ（２．０３ｃｍ）未満の背圧で、吸入空気の温度や湿度を実質的に変化させずに、吸入空気から除去される装置。
【００５１】
本発明のまた別の観点に従って、次の単回通過の空気清浄装置を提供する。多数の粒子を含む吸入空気の流れが導入されるチャンバーであって吸入空気が前記チャンバー内で清浄にされた後に排出空気の流れになるチャンバー、及び電気的に帯電された小さな固体物がチャンバー内にスプレーされる少なくとも１つのノズルを含み、チャンバーは吸入空気の流れと帯電された固体物とが混合領域で混合されるように設計されており、多数の粒子が帯電された固体物に引き寄せられることにより、吸入空気から多数の粒子の一部を除去して排出空気の流れになる装置であり、吸入空気の流れがチャンバーの混合領域を通過するとき、サブミクロンのサイズを示す粒子の大部分を吸入空気から除去し、吸入空気の温度や湿度を実質的に変化させずに固体物を再循環させない装置。
【００５２】
本発明の更に別の利点は、本発明の好ましい実施形態が、本発明を実践するために考慮された最良の形態の１つで記載され示されている以下の説明及び図面から当業者には明らかになる。理解されるように、本発明はその他の異なった実施形態が可能であり、その幾つかの詳細は、すべて本発明から逸脱することなく、多種多様で明白な態様の変更が可能である。従って、図面及び説明は本質的に例証としてみなされ、限定するとはみなされない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
以下、本発明の好ましい実施形態を詳細に参照するが、それらの例が添付図面に図示され、そこでは同じ数字は図面全体を通して同一要素を示す。
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。
【００５４】
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の流れ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。
【００５５】
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、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（ノズルなど）、及びこのようなスプレー液滴２８を帯電させる第二の装置（静電的に帯電された部材など）を含むことは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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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６〜９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。
【００６０】
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使用した設計である。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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
設計に関する考慮事項の１つに、液滴に付与する電荷密度が挙げられる。ノズル３４の帯電電圧が高いとノズルの出口で液滴がより確実に形成されると考えられるが、高い電圧は液滴を非常に小さくする傾向があるので（例えば、０．１ミクロン未満）、普通は使用しないほうが望ましい。非常に小さな液滴は空気流に同伴されやすいため、「目的地」である収集面３８に全く到達しない可能性がある。当然のことながら、これには次の２つの負の結果が含まれるであろう。（１）このような液滴は粒子を除去しないこと、及び（２）操作用の流体が時間と共に失われることである。更に、非常に小さい液滴は、粒子が非常に小さければ大部分は除去できるであろうが、粒子が特定のサイズより大きいと「保持」できないことがある。
【００６５】
図１では、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。
【００６６】
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。加えて管理ユニット５０は、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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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）］
【００７４】
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（５．０８ｃｍ）である。
【００７５】
上記の例で与えられた情報から、
Ｐ＝１０                          ＰＬ＝１．０
Ｑ＝５００
Ｗ＝２
Ｚ＝１
ａ＝１．７×１０-8Ｃ／ｃｍ2      ａＬ＝−７．７７
ｂ＝６×１０-17Ｃ                ｂＬ＝−１６．２２
ｃ＝１μｍ                        ｃＬ＝０
ｄ＝０．１ｍ／ｓ                  ｄＬ＝−１
Ｋ＝＋１
ＣＤＰ＝１０aL+bL-cL-dL+25.45＝２８１
ＮD＝−２．６２×１０-7
ＥＤＰ＝ｅｘｐ［｛（−２．６２×１０-7）×（２８１）×（２）×３８１００｝／｛（１０）×（１）｝］＝０．５７
【００７６】
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。
【００７７】
本発明に使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、不活発、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。
【００７８】
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］
【００７９】
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。
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。流体の相対誘電率（ＲＤＣ）の好ましい範囲は１．０〜５０である。
【００８２】
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。
【００８３】
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未満の炭化水素及びその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）。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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は収集面又は収集要素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、流体品質モニター装置７６で流体３０の品質をモニターされることが好ましい。
【００８７】
空気フィルターの特性の１つに透過率があり、上述したように空隙％を濾材の量％で割って表す。本発明では、透過率は一般に９７％より大きい。この値は、ＨＥＰＡフィルターの透過率が１％未満であることに比べてかなり勝っている。従って、フィルターを通過する空気流速が同じであれば、本発明がいずれのタイプのＨＥＰＡフィルターより相当に低い背圧特性を有することは容易に理解される。
【００８８】
本発明の別の重要な観点は、ファンが空気を送風する際に発生する騒音が非常に小さいことである。本発明では背圧が比較的低いので、ファンとその付随するモータの騒音は一般に３０〜４０ｄＢの範囲であろう。小さな設備では、この騒音の基準値は更に小さくなると考えられる。本発明が家庭の炉筒の吸気口又は排気口に取り付けられた場合、別個のファンとモータの組み合わせは必要なく、炉筒の送風ファン又は空調装置だけがあれば十分であろう。本発明の背圧（又は、圧力低下）の基準値は、家庭の炉筒や空調装置に取り付けられる従来の静電空気フィルターの背圧と比べてかなり勝っていると考えられる。
【００８９】
本発明は実質上、いずれのタイプのノズルも使用可能であるが、好ましいノズルの１つに毛管サイズのノズルがあり、このようなノズルがノズルユニット３４に複数使用されるであろう。液滴は種々のサイズで形成可能であるが、実際の毛管サイズが必ずしも液滴直径を決定する要因ではない。表面上に静電荷を有する液滴が形成されると、液滴はノズルと収集要素３８の間を高速で移動する傾向があると考えられる。ノズル３４と収集要素３８との間の距離が例えば約４インチ（１０．１６ｃｍ）の場合、電荷が消散する前に液滴が４インチ（１０．１６ｃｍ）の全距離を移動することが好ましい。移動時間が最大で０．５秒前後の桁であると最も好ましいため、液滴の生成に使用する流体は同じ桁の緩和時間を有するべきである。流体の緩和時間の基準値が少なくとも０．５秒前後か、あるいは１秒程度であると好ましいであろう。従って、上述したように半導性流体が好ましい。
【００９０】
本発明は実際に「動的」液体静電フィルターとして機能する。液体を再循環させると（液滴としての）表面が再生され、各液滴が前の操作単位で汚染又は粉塵粒子を受け取った後でも、表面上の静電荷の効力により更に粉塵又は汚染粒子を引き寄せ続けると考えられる。半導性流体が汚染又は粉塵粒子で最終的に飽和されて効力が低下するには、かなり長い時間がかかるであろう。ある好ましい流体では、汚染又は粉塵粒子で飽和される前にフィルターを続けて使用できる期間は連続操作で４〜６ヶ月の水準である。
【００９１】
本発明の別の有益な特性は、空気をフィルターに通過させて清浄にする際に、空気フィルターとしての操作によって空気の温度や湿度が実質的に変化しないことである。このことは、流入空気を実際に３０００°Ｆ（１６４８．９℃）で燃焼させた後、ヒトが作業する空間に戻す前に冷却しなければならないある軍事用空気フィルターとは正反対である。
【００９２】
以下に記載するように、本発明の空気清浄装置は静電沈殿装置タイプの空気フィルターとＨＥＰＡタイプのフィルターのどちらにも勝っている。実際に、本発明は静電空気フィルターとＨＥＰＡ空気フィルターの背圧基準値と清浄効率基準値との間でうまく作用することにより、実質的にこれら２つの両極端の空気フィルタータイプの溝を埋めている。
【００９３】
静電空気フィルターは約５００ｆｐｍ（フィート／分）の空気流速で操作されることが多いが、約０．３ミクロンのサイズの粒子を除去する場合、一般に水柱の０．２インチ（０．５ｃｍ）より大きい圧力低下を有する。上述したように、このような静電空気フィルターの清浄効率は、これらの条件下では一般に７０％未満である。対照的に、本発明は５００ｆｐｍ（約２．５４ｍ／秒に等しい）の空気流速で操作可能であり、吸入空気中の約０．３ミクロンのサイズの粒子を除去する場合、水柱の０．２インチ（０．５ｃｍ）よりかなり低い背圧を生じ、７０％超過の清浄効率と考えられる。
【００９４】
静電空気フィルターは、０．３ミクロンのサイズの粒子を使用する場合と比較すると、ＡＳＨＲＡＥ粉塵スポット試験を使用した場合のほうが一般に高い空気清浄効率を示すと考えられ、同じ５００ｆｐｍの空気流速では、より低い背圧で清浄効率は一般に８４％程度になるであろう。本発明はそれより更に勝っており、ＡＳＨＲＡＥ粉塵スポット試験の条件下で空気流速が約２．５４ｍ／秒（５００ｆｐｍに等しい）の場合に、水柱の０．１インチ（０．２５ｃｍ）未満の背圧で８５％よりかなり高い清浄効率を有すると考えられる。
【００９５】
本発明の別の重要な特性は、空気清浄効率の基準値が数ヶ月に亘って実質的に低下しないことであろう。このことは、同じ操作期間で空気清浄効率が著しく低下し、時にはわずか数日の操作で著しい低下が起こる静電空気清浄装置とは正反対である。更に、本発明では数ヶ月の操作に亘って背圧特性が著しく増加しないと考えられる。一般に、背圧特性及び空気清浄効率特性の変化は、本発明の空気清浄装置を６０日間連続操作するとき１０％未満である。
【００９６】
ＨＥＰＡフィルターに関しては、一般に約９０ｆｐｍ（０．４５７２ｍ／秒に等しい）の空気速度で、直径０．３ミクロンのサイズの汚染又は粉塵粒子を使用して、９９．９７％の清浄効率で操作される。大部分のＨＥＰＡフィルターは、この空気速度で水柱の１インチ（２．５４ｃｍ）より大きい背圧を有する。対照的に、本発明は９０ｆｐｍの空気流速で、０．３ミクロンの粒子サイズを使用して、約９９．９７％の清浄効率で操作可能であり、背圧は水柱の０．８インチ（２．０３２ｃｍ）未満であると考えられる。その上、本発明のフィルターを通過する空気の温度や湿度の特性は実質的に変化しない。
【００９７】
本発明の別の実施形態では、液滴の代わりに固体の「小球」を「スプレー」ノズルから第一のチャンバー２４などの「混合チャンバー」に放出し、吸入空気中の粒子に衝突又は接近させることができる。これらの固体の小球は、ある種のスプレーノズル又は複数のスプレーノズル（図１の要素３４など）から放出される直前に静電的に帯電させることができる。これらの固体の小球は、静電的な帯電が可能で、収集面に到達するまでその電荷を保持できる電気半導性物質又は絶縁物質であると考えられる。この場合、収集面はより適切には図１の収集面３８のような平面ではなく、収集容器又は溝である。
【００９８】
吸入空気から汚染又は粉塵粒子を引き寄せる静電的に帯電された物質として固体の小球を使用する場合、システムは再循環システムではないが、むしろ「一回」使用又は「単回使用」の空気清浄システムとして更に有用であると考えられる。固体の小球が収集溝又は容器（又はいずれか別の種類のチャンバー）に溜まった時点で、これらの小球を処分することができる。このことは、空気からサブミクロンサイズのある種の危険な微生物又は生物学的有害物質を除去する場合に特に有用であると考えられる。
【００９９】
空気から生物学的有害物質又はその他の危険な粒子を除去するこのようなシステムは病院や軍事施設において非常に有用であり、特定の室内を密閉して空気清浄システムを作動した後、実質上、室内空気全体が少なくとも２〜３回循環して生物学的有害物質が除去されるまで、固体の小球をノズル３４から高速（且つ高密度）で十分な分数の間放出するように、十分な数の固体の小球を供給することが発明者により考慮されている。
【０１００】
本発明では、試作品における試験とコンピュータのモデル化を使用した試験の両方が実施されている。コンピュータのモデル化の予想から得られたいくつかの試験データを図２０〜２３に示す。この試験では、試験対象として約１０×４×２インチ（２５．４×１０．１６×５．０８ｃｍ）のサイズを有するフィルターを使用した。図２０に、空気流速（立方フィート／分）に対する圧力低下（水柱のインチ）のグラフを示す。断面が１０×４インチ（２５．４×１０．１６ｃｍ）のフィルターを使用すると、１００ｃｆｍ（２．８３立方メートル）は空気速度３６０ｆｐｍ（フィート／分）（１０９．７２ｍ／ｍ）に等しく、２００ｃｆｍ（５．６６３立方メートル）は空気速度７２０ｆｐｍ（２１９．５ｍ／ｍ）に等しく、３００ｃｆｍ（８．４９５立方メートル）は空気速度１０８０ｆｐｍ（３２９．１８ｍ／ｍ）に等しく、４００ｃｆｍ（１１．３３立方メートル）は空気速度１４４０ｆｐｍ（４３８．９１ｍ／ｍ）に等しい。
【０１０１】
図２０において、曲線２００は表記した空気流速における圧力低下を示す。このコンピュータのモデル化データはフィルター要素自体を通過する圧力低下を表しており、導管通過又は吸気口や排気口の配置に起因する追加の圧力低下をいずれも含まないことに注意することが重要である。当然のことながら、本発明で使用する「濾材」という用語は、本質的に、例えば図１に示すような第一のチャンバー２４を表す。換言すれば、固体の濾材は含まないが、その代わりに濾材は液滴が通過する開放チャンバー又は容量領域から構成される。
【０１０２】
図２０のコンピュータのモデル化データは、帯電液滴のサイズが直径３０ミクロン、液滴密度が３０００滴／立方ｃｍを使用している。
【０１０３】
図２１は、吸入空気に同伴された粒子状物質の粒度に対する空気清浄効率を示すグラフである。曲線２０２は、０．１〜１００ミクロンの範囲の粒度を使用するとき効率がほぼ１００％であることを示す。ＨＥＰＡフィルターは０．３ミクロンの粒度で試験される。一方、静電沈殿装置タイプのフィルターは特定の粒度（０．３ミクロンなど）で試験されるか、あるいは多くの場合にＡＳＨＲＡＥ粉塵スポット試験を使用して試験される。
【０１０４】
図２２及び２３は、本発明を使用したコンピュータのモデル化から得られた別のデータである。これは本発明が室内空気清浄装置として使用された例であり、フィルター（つまり、第一のチャンバー２４）を通過する空気速度は２．１ｍ／秒（約４１４ｆｐｍ）、スプレーノズル３４から放出される液滴速度は２．０ｍ／秒（約３９４ｆｐｍ）である。フィルターのサイズは前回同様１０×４×２インチ（２５．４×１０．１６×５．０８ｃｍ）であるので、２．１ｍ／秒の空気速度における清浄空気放出速度（ＣＡＤＲ）は約１１０ｃｆｍ（立方フィート／分）−（約３立方メートル／分）である。
【０１０５】
図２２に関して、グラフ２１０、２１２、及び２１４は異なる立方ｃｍ当たりの液滴密度を表す。グラフ２１０は１０００液滴／立方ｃｍ（ｃｃ）、グラフ２１２は２０００液滴／ｃｃ、グラフ２１４は３０００液滴／ｃｃである。Ｙ軸は「噴霧収集効率」（つまり、空気清浄効率）、Ｘ軸は「収集液滴直径」（ミクロン）を表す。図２２から分かるように、液滴直径が３０ミクロン未満の場合、液滴の密度が高いほど効率が良くなる。ただし、液滴直径が３０ミクロンより大きい場合、効率は液滴の密度に関係なく本質的に等しくなる。当然のことながら、液滴の密度が高いほど、単位時間当たりにスプレーノズル３４から放出される液体の量が多くなる。
【０１０６】
図２３は、立方ｃｍ当たりの液滴数が異なる対応する曲線２２０、２２２、及び２２４を有する。曲線２２０は１０００液滴／ｃｃ、曲線２２２は２０００液滴／ｃｃ、曲線２２４は３０００液滴／ｃｃを表す。Ｙ軸はスプレーノズル３４を通過する液体の「流速」（Ｌ／分）、Ｘ軸は「収集液滴直径」（ミクロン）を表す。
【０１０７】
図２３から分かるように、当然の事実であるが、容量当たりの液滴の密度が高いほど流速が速くなる。液滴の密度を一定の値に保っても、収集液滴直径が小さくなると流速が遅くなる。
【０１０８】
図２０〜２３のグラフとは別の情報を以下に表形式で示す。最初の例では、本発明のコンピュータのモデル化データから、導管空気速度が５ｍ／秒（約９８４フィート（２９９．９ｍ）／分）の場合の３つの異なる液滴密度における粒子直径（ｍ）、粒子収集効率、及び粒子「漏出率」（つまり、「１−収集効率」）を示す。５ｍ／秒の導管空気速度は、家庭用ＨＶＡＣシステム全体にとって一般的な速度である。これらのデータを１０００液滴／ｃｃ、２０００液滴／ｃｃ、及び３０００液滴／ｃｃの液滴密度について、それぞれ３つの異なる表（本明細書の表１〜３）に示す。
【０１０９】
【表１】
2005507766.tif 000002
【０１１０】
【表２】
2005507766.tif 000003
【０１１１】
【表３】
2005507766.tif 000004
表１〜３は従来の静電沈殿装置と比較することができ、特に液滴密度が３０００滴／ｃｃの場合に、本発明の清浄効率が既知の従来技術の静電沈殿装置と比べて非常に高いことが理解できる。本発明の清浄効率は、液滴密度がわずか１０００滴／ｃｃの場合でも、１ミクロン以上の粒度において勝っている。
【０１１２】
上述したように、帯電された液滴を生成するために使用する流体の導電率は、本発明で使用する場合に重要な特性である。導電率が高いほど液滴を電圧で最初に帯電させることが容易になるが、流体の導電率が低いほど技術的に「緩和時間」と呼ばれる電荷の「寿命」が長くなる。
【０１１３】
流体の導電率が１０-12Ω-1−ｍ-1の場合、緩和時間は約１８秒である。その一方、導電率が６．７×１０-10Ω-1・ｍ-1に増加すると、緩和時間は約０．００３秒に減少する。本発明の目的では、緩和時間は少なくとも０．５秒前後、より好ましくは１秒より長いと好ましい。
【０１１４】
図２２及び２３に示すコンピュータのモデル化シミュレーションの例では、液滴速度は２ｍ／秒であった。この液滴速度では、緩和時間が少なくとも１秒であれば、吸入空気から粒子を収集するチャンバーはかなり大きくてもよいと考えられる。当然のことながら、このシミュレーションモデルでは「媒質」を通過する距離はわずか２インチ（５．０８ｃｍ）であるため、緩和時間は当然ながら非常に短くてよく、帯電された液滴はノズルから収集プレートまでの移動において電荷を保持した。
【０１１５】
関連の申請書に記載したように、本発明に使用する液体は好ましくは比較的低い粘度率を有し、また１０-4Ω-1ｍ-1未満の導電率を有すると考えられる。導電率はこの１０-4の値より更に低いことが好ましく、より好ましい値は１０-10Ω-1ｍ-1未満である。この導電率は０．１より長い緩和時間を提供するであろう。
【０１１６】
清浄効率は、吸入空気に同伴された粒子数から排出空気に同伴された粒子数を引き、吸入空気に同伴された粒子数で割って１００を掛けた値に等しいことは理解されるであろう。実験用試作品又は製品で実際の粒子数を測定する場合、一般に粒子計測器が使用される。
【０１１７】
上述したように、空気清浄フィルターの効率と圧力低下特性を説明するために、「圧力補正効率」（ＰＡＥ）と呼ばれる新しい特性を本明細書に導入する。ＰＡＥは清浄効率（％）を圧力低下（水柱のインチ）で割って計算するため、圧力の逆数の単位を有する数値結果を導く。この特許文献では、単位は通常、水柱のインチの逆数である。
【０１１８】
「新しい」フィルターではＰＡＥは一般に最大値を取ると考えられるが、フィルターが使用されると、清浄効率が低下する一方、圧力低下が増加する傾向にあるので、ＰＡＥの数値結果は低くなる。ＨＥＰＡフィルターは「新しい」場合に１００程度のＰＡＥ値を有する傾向がある。これは９９．９７％を背圧の水柱の約０．１インチ（０．２５ｃｍ）で割った値である。当然のことながら、この背圧は一旦粒子状物質が濾材を覆うと急速に増加する傾向にあり、その結果、ＰＡＥは比例して低下すると考えられる。
【０１１９】
静電沈殿装置タイプの空気フィルターは非常に大きいＰＡＥ値を有する傾向がある。これは主に圧力低下が非常に小さい一方、効率が比較的高く保たれるためであり、効率は、通常、ＡＳＨＲＡＥ粉塵スポット試験で少なくとも７０〜８０％の範囲である。本発明は、ＨＥＰＡフィルターと同じ効率（つまり、９９．９７％）で空気からサブミクロンの粒子を除去するにもかかわらず、いずれのＨＥＰＡフィルターより実質的に大きいＰＡＥを得ることができる。
【０１２０】
また、本発明のＰＡＥ値が従来の静電沈殿装置タイプの空気フィルターにより得られるＰＡＥ値と比べて大きくない場合でも、本発明は実質的に同程度のＰＡＥ値を得ることができる。更に、本発明のＰＡＥ値は長期間（例えば、２ヶ月間の連続操作）に亘って使用しても実質的に変化しないと考えられる。一方、従来の静電沈殿装置は、収集要素が粒子状物質に覆われ始めると、別の粒子状物質が電気的に帯電された要素に引き寄せられる可能性が低下するため、同じ操作時間で清浄効率が低下すると考えられる。本発明は、例えば２ヶ月間連続使用しても２５％を超えて外れないＰＡＥで操作を続けると考えられる。
【０１２１】
本発明は空気流速が５００ｆｐｍ（２．５４ｍ／秒）の場合に、約０．３ミクロンのサイズの粒子について、水柱の０．２インチ（０．５ｃｍ）未満の背圧と７０％超過の清浄効率で空気を清浄にすることができる。ＡＳＨＲＡＥ粉塵スポット試験を使用すると、本発明は同じ空気流速において、水柱の０．１インチ（０．２５ｃｍ）未満の背圧で８５％超過の清浄効率を提供することができる。
【０１２２】
ＨＥＰＡフィルターとほぼ同じ空気速度で操作すると、本発明は、９０ｆｐｍ（０．４５７２ｍ／秒）の空気速度で粒子サイズが０．３ミクロンの場合に、水柱の０．８インチ（２．０３ｃｍ）未満の背圧で少なくとも９９．９７％の清浄効率を達成することができる。
【０１２３】
別の表形式の情報の例を以下の表４に示す。表４では、０．０３ｍ／秒（約５．９フィート（１．８ｍ）／分）の空気速度でフィルターを操作した場合の本発明のコンピュータのモデル化データを示す。このデータは従来のＨＥＰＡフィルターと直接比較することができる。表４において、液滴密度がわずか１０００滴／ｃｃでも収集効率は非常に高く、実際に５ミクロン以上の粒度では、収集効率が高いので測定精度は１００％を下回る収集効率を与えることができない。
【０１２４】
【表４】
2005507766.tif 000005
【０１２５】
本発明の好ましい実施形態のこれまでの説明は、例示及び説明のために提示してきた。それは、包括的であることも、まさに開示したその形態に本発明を限定することも意図していない。上記教示を考慮すれば、明らかな改変又は変更が可能である。その実施形態が選定され説明されたのは、本発明の原理及びその実際的用途を最良に図示し、それにより当業者が考えられる特定の用途に適するように様々な実施形態で様々な修正を行って本発明を最良に利用することを可能にするためである。本発明の範囲はここに付随する請求項により定義されることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
本明細書に組み入れてその一部を構成する添付図面は、本発明の幾つかの態様を図示し、その説明及び請求項と共に本発明の原理を解説するものである。図面は以下のとおりである。
【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の流れ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の流れ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部分的な断面図である。
【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と共に使用される代表的な収集装置の平面図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示す収集装置の断面側面図である。
【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に示す収集装置の断面側面図である。
【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使用される代表的な収集装置の平面図である。
【図８Ｂ】図８Ａに示す収集装置の断面側面図である。
【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に示す収集装置の断面側面図である。
【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使用可能なスプレーノズルの代表的な複数ノズル設計の断面側面図である。
【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使用される第一のスプレーノズル設計の断面側面図である。
【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使用される第二のスプレーノズル設計の断面側面図である。
【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使用される第三のスプレーノズル設計の断面側面図である。
【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２０】本発明の原理に従って設計した１０×４×２インチ（２５．４×１０．１６×５．０８ｃｍ）の空気清浄装置のコンピュータのモデル化データに基づく、空気流速に対する圧力低下のグラフである。
【図２１】本発明の原理に従って設計した１０×４×２インチ（２５．４×１０．１６×５．０８ｃｍ）の空気清浄装置のコンピュータのモデル化データに基づく、粒度に対する空気清浄効率のグラフである。
【図２２】本発明の原理に従って設計した１０×４×２インチ（２５．４×１０．１６×５．０８ｃｍ）の空気清浄装置のコンピュータのモデル化データに基づく、収集液滴直径に対する空気清浄効率のグラフである。
【図２３】本発明の原理に従って設計した１０×４×２インチ（２５．４×１０．１６×５．０８ｃｍ）の空気清浄装置のコンピュータのモデル化データに基づく、収集液滴直径に対する収集液の流速のグラフである。
【図１】
2005507766.tif 000006
【図２】
2005507766.tif 000007
【図３】
2005507766.tif 000008
【図４】
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【図５】
2005507766.tif 000010
【図６Ａ】
2005507766.tif 000011
【図６Ｂ】
2005507766.tif 000012
【図７Ａ】
2005507766.tif 000013
【図７Ｂ】
2005507766.tif 000014
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
2005507766.tif 000016
【図９Ａ】
2005507766.tif 000017
【図９Ｂ】
2005507766.tif 000018
【図１０】
2005507766.tif 000019
【図１１Ａ】
2005507766.tif 000020
【図１１Ｂ】
2005507766.tif 000021
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際公開パンフレット】
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