(57)【要約】【課題】従来の清浄システムは非常に微細な粒子を除去するように超微細グレードのフィルターを使用する。しかし、超微細グレードのフィルターは高価なだけでなく容易に目詰まりする傾向がある。したがって、従来の空気清浄システムは毎年新しいフィルターを必要とする。よって、従来の空気清浄システムの運転コストは極めて高い。【解決手段】  複数のディスクを含む空気清浄システム、及びそれらを使用するための方法が提供される。複数のディスクの各々は、金属基材、金属基材上に配置された下地層、下地層上に配置された感光層、及び感光層上に配置された電荷移動層を含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のディスクを含み、前記複数のディスクの各々が、金属基材、前記金属基材上に配置された下地層、前記下地層上に配置された感光層、及び前記感光層上に配置された電荷移動層を含む、空気清浄システム。
【請求項２】
隣接したディスクの前記電荷移動層が互いに対向するように前記複数のディスクが配列されている、請求項１に記載の空気清浄システム。
【請求項３】
隣接したディスクの前記金属基材が互いに対向するように前記複数のディスクが配列されている、請求項１又は請求項２に記載の空気清浄システム。
【請求項４】
前記複数のディスクが列として配列されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の空気清浄システム。
【請求項５】
前記感光層において電荷を誘起するように構成された光源をさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の空気清浄システム。
【請求項６】
前記複数のディスクを装着している回転軸をさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の空気清浄システム。
【請求項７】
前記複数のディスクを回転させるために前記回転軸に接続されたモーターをさらに含む、請求項６に記載の空気清浄システム。
【請求項８】
突起部が前記金属基材上に設けられている、請求項１から７のいずれか一項に記載の空気清浄システム。
【請求項９】
前記金属基材の表面を拭くように構成されたワイパーをさらに含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の空気清浄システム。
【請求項１０】
前記電荷移動層の表面を拭くように構成されたワイパーをさらに含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の空気清浄システム。
【請求項１１】
金属基材、前記金属基材上に配置された下地層、前記下地層上に配置された感光層、及び前記感光層上に配置された電荷移動層を各々が含む複数のディスクを回転させることと；
前記感光層に光を照射して電荷を誘起することと；
空気と前記複数のディスクを接触させることと
を含む、空気を清浄化する方法。
【請求項１２】
隣接したディスクの前記電荷移動層が互いに対向するように前記複数のディスクが配列されている、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
隣接したディスクの前記金属基材が互いに対向するように前記複数のディスクが配列されている、請求項１１又は請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数のディスクが列として配列されている、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数のディスクが回転軸に装着されている、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記複数のディスクが前記回転軸に接続されたモーターによって回転する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
突起部が前記金属基材上に設けられている、請求項１１から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記金属基材の表面を拭くことをさらに含む、請求項１１から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記電荷移動層の表面を拭くことをさらに含む、請求項１１から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
金属基材、前記金属基材上に配置された下地層、前記下地層上に配置された感光層、及び前記感光層上に配置された電荷移動層を各々が含む、一列の微粒子吸収ディスク。
【請求項２１】
隣接したディスクの前記電荷移動層が互いに対向するように前記複数のディスクが配列されている、請求項２０に記載の一列の微粒子吸収ディスク。
【請求項２２】
隣接したディスクの前記金属基材が互いに対向するように前記複数のディスクが配列されている、請求項２０又は請求項２１に記載の一列の微粒子吸収ディスク。
【請求項２３】
軸に装着されている、請求項２０から２２のいずれか一項に記載の一列の微粒子吸収ディスク。
【請求項２４】
金属基材、前記金属基材上に配置された下地層、前記下地層上に配置された感光層、及び前記感光層上に配置された電荷移動層を含む、微粒子吸収ディスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
空気浄化技術、空気清浄システム、及び空気を清浄化する方法を開示する。
【背景技術】
【０００２】
航空機、自動車、及び個室などの密閉空間における空気汚染は重大な健康上のリスクをもたらす。汚染物質としては、典型的には建設資材の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、ハウスダスト、及び花粉などの空中浮遊微粒子が挙げられ、そのすべてがアレルギー反応及び様々な呼吸器疾患を引き起こすことが知られている。
【０００３】
近年では、これらの汚染物質を除去するように設計されたろ過システムを特色とした空気清浄システムが開発されている。空気清浄システムの世界的な生産量は２００８年には約１２２９万ユニットであり、２０１３年には１２３４万ユニットに上昇すると期待されている。２００９年の新型インフルエンザウイルスの大発生に応えて、製造業者はより安価な初心者向きの製品から高機能製品までの拡大した範囲の製品を開発している。北米及び欧州が世界の販売の大きなシェアを占めているが、空気清浄機の需要はインフルエンザ及び他の感染症の流行のために中国及び他のアジアの市場で伸びている。
【０００４】
従来の清浄システムは非常に微細な粒子を除去するように超微細グレードのフィルターを使用する。しかし、超微細グレードのフィルターは高価なだけでなく容易に目詰まりする傾向がある。したがって、従来の空気清浄システムは毎年新しいフィルターを必要とする。よって、従来の空気清浄システムの運転コストは極めて高い。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の態様は複数のディスクを含む空気清浄システムに関する。複数のディスクの各々は、金属基材、金属基材上に配置された下地層、下地層上に配置された感光層、及び感光層上に配置された電荷移動層を含む。
【０００６】
本開示の別の態様は空気を清浄化する方法に関する。この方法は、金属基材、金属基材上に配置された下地層、下地層上に配置された感光層、及び感光層上に配置された電荷移動層を各々が含む複数のディスクを回転させることと；感光層に光を照射して電荷を誘起することと；空気と複数のディスクを接触させることとを含む。
【０００７】
本開示のさらに別の態様は、一列の微粒子吸収ディスクに関する。微粒子吸収ディスクの各々は、金属基材、金属基材上に配置された下地層、下地層上に配置された感光層、及び感光層上に配置された電荷移動層を含む。
【０００８】
本開示のさらに別の態様は、微粒子吸収ディスクに関する。微粒子吸収ディスクは、金属基材、金属基材上に配置された下地層、下地層上に配置された感光層、及び感光層上に配置された電荷移動層を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】複数の微粒子吸着ディスクを示す図である。
【図２】ディスクの直径が軸の一方の端から反対側の端に向かって増加する、回転軸に装着された複数の微粒子吸着ディスクを示す図である。
【図３】微粒子吸着ディスクの断面図である。
【図４】空気清浄システムの略図である。
【図５】複数の微粒子吸着ディスクを示す図である。
【図６】空気清浄システムの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１を参照すると、空気清浄システムは複数の平面状微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃを含むことができる。システムは一般に、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００などの任意の数のディスクを含むことができる。ディスクの数は、システムの望ましい能力を満たすように選択してもよい。ディスクは一般に任意のサイズ及び形状であってもよい。典型的にはディスクの形状は平坦で円形であるが、正方形、三角形、五角形、六角形などの他の形状も同様に可能である。個々のディスクは典型的にはすべて同じ形状及び同じサイズであるが、形状及びサイズは異なっていてもよい。例えば、図２に示すようにシステムの一部はより小さいディスクを有していてもよく、一方システムの別の一部はより大きいディスクを有していてもよい。複数の微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃの各々は、図３に示すように、金属基材１、金属基材１上に配置された下地層２、下地層２上に配置された感光層３、及び感光層３上に配置された電荷移動層４を含む。ディスクの横断面は最初に金属基材、次いで下地層、次いで感光層、次いで電荷移動層を横切る。この空気清浄システムは従来の空気清浄システムと比較して詰まりが低減又はなくされる。
【００１１】
金属基材１は一般に任意の種類の金属でできていてもよい。好適な金属の例としては、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、鉄、金、及び白金が挙げられる。下地層２の反対側表面の腐食を低減する又は防ぐために、金属基材１の表面を薄い樹脂コーティングで被覆してもよい。あるいは、蒸着によって金属を付着させたプラスチックフィルム又はプラスチックシートで金属基材１の表面を被覆してもよい。
【００１２】
下地層２は金属基材１の腐食を低減する又は防ぐように構成されている。下地層２は絶縁材料を含有しているか又は絶縁材料である。金属基材１がアルミニウムを含む場合、金属基材を酸化させることにより絶縁性酸化アルミニウム膜を金属基材１上に作ることができる。そのような絶縁性酸化物膜を下地層２として使用できる。あるいは、スピンコーティング又は噴霧などの様々な方法により、例えば金属基材１の表面にポリアミド又はポリイミドなどのポリマーを塗布して下地層２を形成させてもよい。
【００１３】
感光層３は安定した静電的性質を示し、感光層３に光を照射すると感光層３において電荷が誘起される。感光層３は例えば、有機感光材料又は光半導体材料であるか、又はそれらを含有する。感光層３は、スピンコーター又は噴霧器を用いて有機感光材料の溶液を下地層２上に均一にコーティングするなどの様々な方法によって形成することができる。感光材料は、純粋な形態で又はバインダー若しくは溶媒などの他の材料と共に塗布することができる。有機感光材料の溶液は、アゾ化合物、フタロシアニン、又はヒドラゾンなどの感光材料を、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、酢酸ビニル、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、又はポリカルボナートなどのバインダーと混合することによって調製される。以下の化学式は有機感光材料の例を示す。バインダー対有機感光材料の比は一般に任意の比であってもよい。例となる比としては、約０．１、約０．５、約１、約５、及び約１０重量部のバインダー対１重量部の有機感光材料が挙げられる。
【００１４】
【化１】
2013542049.tif 000003
【００１５】
電荷移動層４は負電荷を正電荷から分離するように構成されている。負電荷は電荷移動層４の表面に移動する。電荷移動層４は、ヒドラゾン化合物、ピラゾリン化合物、ポリビニルケトン化合物、カルバゾール化合物、オキサゾール化合物、トリアゾール化合物、芳香族アミン化合物、アミン化合物、トリフェニルメタン化合物、又は多環芳香族化合物のうち１つ又は複数であるか、又はそれらを含有する。以下の化学式は電荷移動層４のための材料の例を示す。
【００１６】
【化２】
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【００１７】
上記の材料は樹脂バインダーと混合、溶融、又は溶解させることができる。一般に任意の樹脂バインダーを使用できる。例となるバインダー樹脂としては、シリコーン、スチレン−ブタジエンコポリマー、エポキシ、アクリル、飽和又は不飽和ポリエステル、ポリカルボナート、ポリビニルアセタール、フェノール樹脂、ポリメチルメタクリラート（ＰＭＭＡ）、メラミン、ポリイミド、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、及び酢酸ビニルが挙げられる。混合比は一般に任意の比であってもよい。例となる比としては、約０．１、約０．５、約１、約５、及び約１０部の樹脂バインダー対１部の電荷輸送材料が挙げられる。得られる混合物は、例えばスピンコーター又は噴霧器を用いて感光層３の上にコーティングされる。
【００１８】
再び図１を参照すると、微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃは、ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃの各々の厚み並びにディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃの間の気流の効率に応じて様々な間隔で回転軸１５に装着することができる。隣接したディスク間の距離は一般に任意の距離であってもよく、その例は、約０．０１ｃｍ、約０．０２ｃｍ、約０．０３ｃｍ、約０．０４ｃｍ、約０．０５ｃｍ、約０．１ｃｍ、約０．２ｃｍ、約０．３ｃｍ、約０．４ｃｍ、約０．５ｃｍ、約１ｃｍ、約２ｃｍ、及びこれらの値の任意の２つの間の範囲である。隣接したディスク間の距離は典型的には任意の２つの隣接したディスク間で同じになるが、あるいは異なっていてもよい。回転軸１５は円形のディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃの中心のそれぞれを貫通する。回転軸は典型的にはディスクの表面に対して軸方向に垂直であることになるが、任意の角度に向いていてもよい。回転軸１５は、微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃを回転させるようにモーターと接続させることができる。
【００１９】
次に図４を参照すると、空気清浄システムは、図１〜３に示した微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃの各感光層３において電荷を誘起するように構成された光源２０をさらに含むことができる。光源２０は任意の角度で配置できるが、典型的には回転軸１５に平行に配置される。例えば蛍光灯、ハロゲンランプ、キセノンランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、及びレーザーを光源２０として使用できる。ＬＥＤ及びレーザーは容易に入手可能であり、安価であり、長持ちする。反射体２５は、光源２０から放射される光を感光層３へ反射させるように光源２０の近くに配置してもよい。
【００２０】
光源２０から放射される光によって誘起される電荷は電荷移動層４を通って移動し、電荷移動層４の表面から負電荷として現れ、一方、対向する金属基材１の表面からは正電荷が現れる。上記のように、微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃを装着している回転軸１５はモーターに接続される。微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃがモーターによって回転すると、気流が微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃの回転する方向に動く。この回転は、清浄化されるべき空気を、微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃの間の間隙を通して引き込む。
【００２１】
空気中の正に帯電した微粒子は負に帯電した電荷移動層４の表面に引き寄せられる。したがって、正に帯電した微粒子は静電引力により電荷移動層４の表面上に吸着する。空気中の負に帯電した微粒子は正に帯電した金属基材１の表面に引き寄せられる。したがって、負に帯電した微粒子は静電引力により金属基材１の表面上に吸着する。
【００２２】
ディスクは一般に任意の速度で回転させることができる。例えば、微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃは約３０ｒｐｍ及び約３００ｒｐｍの速度で回転させることができる。速度が遅いと気流を減少させ、空気清浄化の速度を低下させることがある。速度が非常に速いとディスク表面においてコリオリ力を生じ、やはり空気清浄化を弱めることがある。ディスクのサイズ及び形状、ディスクの数、必要とされる空気の清浄化の度合いなどに応じて、様々な速度が望ましいことがある。
【００２３】
少なくとも１つの突起部が金属基材１の各々に設けられていてもよい。金属基材１上の各々の突起部は、微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃが回転する間に気流を誘発する。誘発される気流はシステムにおける外部ファンの使用を減らすか又はなくし、騒音及びエネルギー消費を低減し得る。
【００２４】
図４に示すように、微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃ、光源２０、及び反射体２５は筐体１００に収容されていてもよい。筐体１００は空気取入れ口１１１及び空気出口１１２を有する。大きい微粒子を除去するように構成された粗フィルターを空気取入れ口１１１に取り付けてもよい。清浄化されるべき空気は空気取入れ口１１１から筐体内部に引き込まれ、回転する微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃにより清浄化される。清浄化された空気は筐体１００の空気出口１１２から流れる。
【００２５】
個々のディスクは互いに対して様々な方法で、不規則に又は規則的に配列されてもよい。一例では、各ディスクはシステム内で同じ向きに配置される。この向きでは、ディスクの上面が次のディスクの底面に隣接している。別の例では、各ディスクは次のディスクに対して反対の向きかつ交互の向きで配置される。この向きでは、１枚のディスクの上面は次のディスクの上面に隣接している。再び図１を参照すると、微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃは、電荷移動層４が互いに対向し金属基材１が互いに対向するように配列される。この配列により、同じ極性を有する表面は互いに対向している。この配列は、微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃの間での等電位点の発生を低減又はなくす。したがって、この配列は微粒子が微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃに付着せずに微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃを通過する確率を効果的に低下させる。
【００２６】
微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃは各々の面で異なる極性に帯電しているので、正及び負に帯電した微粒子の両方が、微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃに同時に引き寄せられる。従来のイオン空気清浄機は高電圧電極を用いて微粒子のイオンの流れを発生させる。従来の電気集塵装置は電極グリッド内の微粒子を正に帯電させ、次いで負に帯電した電極フィルターにおいて微粒子を捕捉する。これらの従来の空気清浄システムのメカニズムは複雑である。反対に、本明細書に記載の空気清浄システムは正電極及び負電極の両方を効率的に使用する。したがって、本明細書に記載の空気清浄システムのメカニズムは従来の空気清浄システムよりも単純となり得るであろう。空気中の粒子のサイズに応じて、図４に示す空気取入れ口１１１に取り付けられた粗フィルターは除いてもよい。したがって、空気清浄システムはフィルターが詰まることなくナノ微粒子を除去することを可能にする。
【００２７】
図５を参照すると、微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃは列として配列させてもよい。微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃを含む第１のカラム５１は、微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃを含む第２のカラム５２と平行に配置される。２、３、４、５、６、７、８、９、１０、又はそれを超えるカラムを配置してもよい。
【００２８】
第２のカラム５２の微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃは、第１のカラム５１の微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃの間の間隙に挿入することができる。第１のカラム５１の微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃの金属基材１は、第２のカラム５２の微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃの電荷移動層４に対向していてもよい。また、第１のカラム５１の微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃの電荷移動層４は、第２のカラム５２の微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃの金属基材１に対向していてもよい。
【００２９】
第１のカラム５１の金属基材１上に吸着しない微粒子は、第２のカラム５２の電荷移動層４によって引き寄せられる。第１のカラム５１の電荷移動層４上に吸着しない微粒子は、第２のカラム５２の金属基材１によって引き寄せられる。
【００３０】
図６を参照すると、空気清浄システムは、金属基材１の表面又は電荷移動層４の表面を拭くように構成されたワイパー６０をさらに含むことができる。ワイパーは一般に任意の材料でできていてもよく、任意の形状であってもよい。例えば、円形のポリエチレン不織布パッドをワイパー６０に使用できる。ワイパー６０は、ワイパー６０を回転させるための軸及びモーターに接続されていてもよい。光源２０が発光し微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃが微粒子を引き寄せる間、ワイパー６０は微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃから離れていてもよい。光源２０のスイッチを切ると、ワイパー６０は微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃの１つ又はすべてに向かって移動することができ、微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃの表面上に吸着している微粒子を拭き取る。空気清浄システムは、微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃのそれぞれを拭くための複数のワイパーをさらに含んでいてもよい。複数のワイパーは、モーターに接続された軸に装着されてもよい。
【００３１】
上記の教示に照らせば、上記の実施形態の修正形態及び変形形態を当業者は思いつくであろう。例えば、本明細書に記載の空気清浄システムは微粒子を帯電させるように構成された電極をさらに含んでいてもよい。電極は図４に示す筐体１００の空気取入れ口１１１付近に配置してもよい。電極によって帯電した微粒子は、微粒子吸着ディスク１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃによって効果的に引き寄せられる。この開示の範囲は以下の特許請求の範囲に関連して定義される。
【図１】
2013542049.tif 000005
【図２】
2013542049.tif 000006
【図３】
2013542049.tif 000007
【図４】
2013542049.tif 000008
【図５】
2013542049.tif 000009
【図６】
2013542049.tif 000010
【国際調査報告】
2013542049.tif 000011