(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
様々な相対湿度を有するガス流を処理するようになっている活性炭フィルタであって、
各顆粒が二酸化マンガンと水酸化カリウムの両方を保持する、第一の複数の炭素顆粒であって、その上の前記二酸化マンガンは、前記ガス流が５％よりも大きいが３０％よりも小さい相対湿度を有するとき、前記ガス流中の前記汚染要因物の酸化のための一次触媒になっている、第一の複数の炭素顆粒と；
各顆粒が沃化カリウムと水酸化カリウムの両方を保持する、第二の複数の炭素顆粒であって、その上の前記沃化カリウムは、前記ガス流が３０％よりも大きい相対湿度を有するとき、前記ガス流中の前記汚染要因物の酸化のための一次触媒になっている、第二の複数の炭素顆粒と；
各顆粒がリン酸を保持する、第三の複数の炭素顆粒であって、その上の前記リン酸は、前記ガス流から少なくとも一つのアルカリ性ガスを取除くようになっている、第三の複数の炭素顆粒と、を具備しているものにおいて；
前記第一と、第二と、第三の複数の顆粒は、炭素顆粒製ベッドに一緒に混合される、
活性炭フィルタ。
【請求項２】
前記汚染要因物は、ホルムアルデヒドと、アセトアルデヒドと、低分子量アルコールと、低分子量アルデヒドと、低分子量カルボン酸の少なくとも一つである、請求項１に記載の活性炭フィルタ。
【請求項３】
前記第一と、第二と、第三の、複数の炭素顆粒の各々は、３ｍｍの平均直径を有する、請求項１に記載の活性炭フィルタ。
【請求項４】
前記第一と、第二と、第三の複数の炭素顆粒は、１５００グラム−２０００グラムの累積重量を有する、請求項１に記載の活性炭フィルタ。
【請求項５】
前記第一と、第二と、第三の複数の炭素顆粒は、１９００グラムの累積重量を有する、請求項４に記載の活性炭フィルタ。
【請求項６】
前記第一と、第二と、第三の複数の炭素顆粒は、前記炭素顆粒製ベッドにほぼ同じ量存在する、請求項１に記載の活性炭フィルタ。
【請求項７】
様々な相対湿度を有するガス流を処理するようになっている活性炭フィルタであって、
炭素製ベッドに一緒に混合される複数の活性炭顆粒を具備するものにおいて；
前記顆粒の第一部分は、個々の顆粒が二酸化マンガンと水酸化カリウムの両方を保持するように改良され、前記二酸化マンガンは、前記ガス流が５％よりも大きいが３０％よりも小さい相対湿度を有するとき、前記ガス流中のホルムアルデヒドをギ酸に酸化するための一次触媒になっていて、前記水酸化カリウムは前記ギ酸の化学吸着剤になっていて、
前記顆粒の第二部分は、個々の顆粒が沃化カリウムと水酸化カリウムの両方を保持するように改良され、前記沃化カリウムは、前記ガス流が３０％よりも大きい相対湿度を有するとき、前記ガス流中のホルムアルデヒドをギ酸に酸化するための一次触媒になっていて、前記水酸化カリウムは前記ギ酸の化学吸着剤になっていて、
前記顆粒の第三部分は、個々の顆粒が、前記ガス流から少なくとも一つのアルカリ性ガスを取除くようになっているリン酸を保持するように改良されている、
活性炭フィルタ。
【請求項８】
前記第一と、第二と、第三の部分は、前記炭素製ベッドに同じ量存在する、請求項７に記載の活性炭フィルタ。
【請求項９】
前記第一と、第二と、第三の部分の各々は、前記炭素製ベッドに存在する、前記炭素顆粒の三分の一を具備する、請求項８に記載の活性炭フィルタ。
【請求項１０】
前記第一の部分上の前記二酸化マンガンは、前記ガス流が９％よりも大きいが１５％よりも少ない相対湿度を有するとき、前記第二の部分上の沃化カリウムよりもより多くの前記ガス流中のホルムアルデヒドを酸化するための触媒として機能する、請求項７に記載の活性炭フィルタ。
【請求項１１】
前記第二の部分上の前記沃化カリウムは、前記ガス流が３０％よりも大きい相対湿度を有するとき、前記第一の部分上の二酸化マンガンよりもより多くの前記ガス流中のホルムアルデヒドを酸化するための触媒として機能する、請求項７に記載の活性炭フィルタ。
【請求項１２】
前記炭素顆粒の第一と、第二と、第三の部分は、１９００グラムの累積重量を有する、請求項７に記載の活性炭フィルタ。
【請求項１３】
前記炭素顆粒の第一と、第二と、第三の部分の個々の顆粒は各々、３ｍｍの平均直径を有する、請求項７に記載の活性炭フィルタ。
【請求項１４】
ガス流を処理するようになっている活性炭フィルタであって、
個々が二酸化マンガンと水酸化カリウムの両方を保持する第一の複数の炭素顆粒を含んでいる、第一の要素と；
個々が沃化カリウムと水酸化カリウムの両方を保持する第二の複数の炭素顆粒を含んでいる、第二の要素と、を具備しているものにおいて；
前記第一の要素は、前記第二の要素に隣接し、
前記第一の要素は、前記ガス流の経路に対し前記第二の要素の上流側である、
活性炭フィルタ。
【請求項１５】
第三の複数の炭素顆粒を含む第三の要素を具備し、各顆粒は、前記ガス流から少なくとも一つのアルカリ性ガスを取除くようになっているリン酸を保持し、前記第三の要素は、前記第一の要素の下流側である、請求項１４に記載の活性炭フィルタ。
【請求項１６】
顆粒の活性炭フィルタを用いてガス流を処理するための方法であって、
炭素製ベッドのフィルタに一緒に混合される複数の活性炭顆粒を提供する段階であって、前記顆粒の第一の部分は、二酸化マンガンと水酸化カリウムの両方を保持し、前記顆粒の第二の部分は、沃化カリウムと水酸化カリウムの両方を保持し、前記顆粒の第三の部分は、リン酸を保持する、段階と；
様々な相対湿度を有するガス流を前記炭素製ベッドのフィルタに晒す段階であって、前記ガス流はホルムアルデヒドと、酸性ガスと、アルカリ性ガスの少なくとも一つで汚染されている、段階と；
前記ガス流が５％よりも大きいが３０％よりも小さい相対湿度を有するとき、前記顆粒の第一の部分により保持される前記二酸化マンガンを用いて、前記ホルムアルデヒドを主にカルボン酸に酸化するのを触媒する段階と；
前記顆粒の第一部分により保持される前記水酸化カリウムを用いて、前記カルボン酸を吸着する段階と；
前記ガス流が３０％よりも大きい相対湿度を有するとき、前記顆粒の第二の部分により保持される前記沃化カリウムを用いて、前記ホルムアルデヒドを主にカルボン酸に酸化するのを触媒する段階と；
前記顆粒の第二部分により保持される前記水酸化カリウムを用いて、前記カルボン酸の少なくとも一部を吸着する段階と；
前記顆粒の第一の部分と第二の部分により保持される前記水酸化カリウムを用いて、前記ガス流から前記酸性ガスを取除く段階と；
前記顆粒の第三の部分により保持される前記リン酸を用いて、ガス流から前記アルカリ性ガスを取除く段階と；
を含んでいる、処理方法。
【請求項１７】
前記カルボン酸はギ酸である、請求項１６の処理方法。
【請求項１８】
前記ガス流の相対湿度が３０％よりも大きいとき、前記沃化カリウムを用いて前記ホルムアルデヒドを主にカルボン酸に酸化するのを触媒する段階は、前記二酸化マンガンを用いて前記ホルムアルデヒドを主にカルボン酸に酸化するのを触媒する段階よりも大きな割合で起る、請求項１６の処理方法。
【請求項１９】
前記ガス流の相対湿度が９％よりも大きいが２５％よりも小さいとき、前記二酸化マンガンを用いて前記ホルムアルデヒドを主にカルボン酸に酸化するのを触媒する段階は、前記沃化カリウムを用いて前記ホルムアルデヒドを主にカルボン酸に酸化するのを触媒する段階よりも大きな割合で起る、請求項１６の処理方法。
【請求項２０】
前記顆粒の第一と、第二と、第三の部分は、前記炭素製ベッドのフィルタに同じ量存在する、請求項１６に記載の処理方法。
【請求項２１】
前記顆粒の第一と、第二と、第三の部分の各々は、前記炭素製ベッドのフィルタに存在する前記顆粒の三分の一を具備する、請求項１６に記載の処理方法。
【請求項２２】
前記炭素製ベッドのフィルタを通る前記ガス流を引き出す段階を含んでいる、請求項１６に記載の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルタ、具体的には炭素媒体を含む空気処理用フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
居住及び職場環境において、空気から、汚染物質と、汚染要因物と、有害な化学物質を取除く様々な空気処理装置がある。これらの装置の多くは、処理される空気が通り抜けるフィルタを組み込んでいる。このフィルタは通常、フィルタを通り越すもしくは通り抜ける空気から特定の汚染要因物を取除く媒体を含む。そのようなフィルタに使用される媒体の一種が活性炭である。
【０００３】
活性炭は、空気流から様々な汚染要因物を取除くに有効である。活性炭は一般に、表面への汚染要因物の吸着を促進する多くの微小孔のある表面を有し、それによって空気流から汚染要因物を取除いている。
【０００４】
空気処理装置の一部の製造業者は、処理装置のフィルタの活性炭媒体を改良し、特定種類の汚染要因物を取除くための媒体の能力を強化した。第一の事例において、製造業者は、活性炭フィルタ媒体の個々の顆粒が沃化カリウムを含むように改良した。そのように改良された炭素顆粒は、周知の汚染要因物であるホルムアルデヒドを、ホルムアルデヒドをギ酸に、かつ最終的に二酸化炭素と水に触媒することにより取除く幾分改良された特性を有する。しかしながら、沃化カリウムを含んでいる活性炭は、特定の湿度範囲内でのみ十分に機能するだけである。第二の事例において、製造業者は、空気流から、例えば、酪酸と、吉草酸と、イソ酪酸と、イソ吉草酸と、ヘキサン酸などの低分子量カルボン酸、から成る酸性ガスを取除くようになっている水酸化カリウムを含む活性炭フィルタ媒体の個々の顆粒を改良した。第三の事例において、活性炭フィルタ媒体の個々の顆粒は、空気流から、アルカリ性ガス、例えばプツルシンと、インドールと、スカトールと、メチルアミンと、ピリジンなどを取除くようになっているリン酸を含むように改良されてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
媒体のこれら個々の顆粒は、空気流から前述の汚染要因物を取除くが、それらは、所望の汚染要因物を取除くための全体的解決方法を提供することはできない。さらに、所望の汚染要因物が取除かれるのを確実にするために、多様な型のフィルタ媒体が、単一フィルタに必要とされる。言い換えると、これは、フィルタ材料の容積、ひいてはフィルタの大きさを増大し、またそれは、小さな及び/又は携帯可能な空気処理装置のための重要な設計課題を招き、またフィルタのコストを増大することもある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述の問題は、二酸化マンガンと水酸化カリウムの両方を有する第一の型の顆粒と；沃化カリウムと水酸化カリウムの両方を有する第二の型の顆粒と；リン酸を有する第三の型の顆粒のうち少なくとも二つの異なる型の活性炭顆粒を含んでいる空気及び／又はガス処理装置用の活性炭フィルタにより克服される。
【０００７】
一つの実施形態において、第一の型の顆粒は、約5％よりも大きいが約30％よりも小さい相対湿度を備える気流中の、例えば、ホルムアルデヒドと、アセトアルデヒドと、低分子量アルコールと、低分子量アルデヒドと、低分子量カルボン酸と、他の酸化し易い有機化合物汚染要因物の酸化のための一次触媒である。第二の型の顆粒は、約30％よりも大きい相対湿度を備える気流中の、例えば、ホルムアルデヒドと、アセトアルデヒドと、低分子量アルコールと、低分子量アルデヒドと、低分子量カルボン酸と、他の酸化し易い有機化合物汚染要因物の酸化のための一次触媒である。第三の型の顆粒は、気流からアルカリ性ガスを取除くようになっている。
【０００８】
別の実施形態において、第一と第二の型の顆粒により保持される水酸化カリウムは、ホルムアルデヒドがそれらの型の顆粒により酸化されるとき形成されるギ酸の化学吸着剤である。極めて揮発性であるギ酸は、さらなる酸化が起るのを可能にする触媒と同一の炭素顆粒上にギ酸カリウムとして固定される。
【０００９】
さらに別の実施形態において、異なる型の顆粒は、フィルタ媒体製ベッドに等量分配される。任意には、顆粒の各々は、約３mmより大きな平均直径を有する。さらに任意には、顆粒は、約1000グラムより大きく、また約4000グラムより小さいが、任意には約2500グラム未満の累積重量を有する。
【００１０】
同様に、顆粒活性炭フィルタを用いて空気及び/又はガス流を処理するための方法が提供される。方法は：前述の型の顆粒を提供する段階と；様々な相対湿度を有し、かつホルムアルデヒドと、アセトアルデヒドと、低分子量アルコールと、低分子量アルデヒドと、低分子量カルボン酸と、他の酸化し易い有機化合物の少なくとも一つと、酸性ガスと、アルカリ性ガスにより汚染されたガス流を炭素製ベッド・フィルタに晒す段階と；ホルムアルデヒドと、アセトアルデヒドと、低分子量アルコールと、低分子量アルデヒドと、低分子量カルボン酸と、他の酸化し易い有機化合物の少なくとも一つの酸化を、ガス流が約5％よりも大きいが約30％よりも小さい初期の相対湿度を有するとき、第一の型の顆粒により保持される二酸化マンガンを主に用いて触媒する段階と；ホルムアルデヒドと、アセトアルデヒドと、低分子量アルコールと、低分子量アルデヒドと、低分子量カルボン酸と、他の酸化し易い有機化合物の少なくとも一つの酸化を、ガス流が約30％より大きい初期の相対湿度を有するとき、第二の型の顆粒により保持される沃化カリウムを主に用いて触媒する段階と；第一と第二の型の顆粒により保持される水酸化カリウムを用いて酸性ガスを取除く段階と；第三の型の顆粒により保持されるリン酸を用いてアルカリ性ガスを取除く段階；を含む。任意に、処理方法を、アセトアルデヒドと、低分子量アルコールと、低分子量アルデヒドと、低分子量カルボン酸と、他の酸化し易い有機化合物のレベルを低減するためにも使用できる。
【００１１】
本明細書に記載される炭素フィルタは、例えばホルムアルデヒド、ならびにアセトアルデヒドと、低分子量アルコールと、低分子量アルデヒドと、低分子量カルボン酸と、他の酸化し易い有機化合物の汚染要因物を、ガス流から迅速かつ安全に取除くための単純かつ効果的な機構を備える。第一に、炭素型の顆粒を、多数の酸化触媒及び/又は化学吸着剤を備えて搭載できるので、フィルタ材料の全容積を低減し、場所とコストを節約できる。第二に、二酸化マンガンと水酸化カリウムの両方を有する顆粒を含んでいるフィルタは、そのカルボン酸の副産物、例えばギ酸を取除くのみならずホルムアルデヒドを触媒できる。第三に、二酸化マンガンと沃化カリウムを保持している炭素を含んでいるフィルタは、様々な相対湿度で汚染要因物の一部もしくは全てを取除くに有効である。
【００１２】
本発明のこれらと他の目的と、有利性と、特徴は、本発明の詳細な説明と図面を参照することにより容易に納得され、かつ理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
炭素フィルタの実施形態を含んでいる空気処理装置は図１に示され、一般に付番１０で標示される。空気処理装置は、カバー２０と、先行フィルタ３０と、HEPAフィルタ４０と、炭素フィルタ５０と、ファン７０を含むハウジング６０を含む。ファン７０は、カバー２０と、先行フィルタ３０と、HEPAフィルタ４０と、炭素フィルタ５０を通して空気を抜き、また空気をハウジング６０から外部へ排出する。炭素フィルタは、空気がフィルタを横断すると空気から多数の汚染要因物を低減し及び/又は除去する。フィルタ物質の垂直な角形のベッドとして示されるが、炭素フィルタは、物質を通り抜けもしくは通り越すガス流に応じて、また適正な滞留時間に応じて、いかなる大きさもしくは形状にも作製できる。
【００１４】
一つの実施形態において、炭素フィルタ製ベッドに使用される媒体は、ココナツと、石炭と、木材など適切な供給源、あるいはアプリケーション要件としてのいずれか他の供給源からの活性炭顆粒を含む。これらの顆粒を、いずれかの形状もしくは大きさに作製でき、いずれかの所望される形態に配置できる。例えば、顆粒は、約２mmと、約３mmと、約４mm及び/又は約６mm；の下限を備える平均直径を保持できる。さらに、ベッドにある炭素顆粒の量は、約900グラムと、約1000グラムと、約1200グラムと、約1500グラムと、約1900グラム及び/又は約2500グラム；の下限を保持できる。フィルタ媒体、即ちベッド中の顆粒の奥行きは、滞留時間及び/又は物質を通り抜けるもしくは通り越すガスの流れに応じて、少なくとも；約3.18mm(約0.125in）と、約6.35mm（約0.25in）と、約7.62mm（約0.3in）と、約9.53mm（約0.375in）と、約10.2mm（約0.4in）と、約12.7mm(約0.5in）と、約25.4mm(約1in）及び/又はいずれか他の奥行きにできる。後述の様々な型の炭素フィルタ顆粒を、所望に応じてベッド内部に無秩序に混合できる。任意に、炭素顆粒を具体的な順序に配備でき、その結果ガスが炭素顆粒を通り抜けるもしくは通り越して流れるとき、ガスは具体的な型の顆粒に連続して接触する。例えば、炭素顆粒を、層に配置でき、もしくは異なるフィルタ要素に分離できる。フィルタ５０が、二酸化マンガンと水酸化カリウムの組合せ（第一の層もしくは要素５２）を保持する活性炭顆粒と、沃化カリウムと水酸化カリウムの組合せ（第二の層もしくは要素５４）を保持する活性炭顆粒から成る、少なくとも二つの層、もしくは個々の要素５２と、５４を包含できる一つの配置が図1に示される。任意に、フィルタ５０は、リン酸を保持する活性炭顆粒から成る別の層もしくは要素５６を包含できる。フィルタ層もしくは要素５２と、５４と、５６の順序を所望されるように変更できる。
【００１５】
フィルタの活性炭顆粒は、多数の型にすることができる。一つの実施形態において、顆粒は、少なくとも二つの異なる型から成る。開始点として使用するための適切な炭素顆粒は、英国、シーコンブのJacobi Carbon社から取得できる。炭素顆粒の一つの型は、顆粒の表面上で炭素と反応し二酸化マンガンを形成する過マンガン酸カリウムKMnO4を用いて処理される。その後、この第一の炭素顆粒は二酸化マンガンを保持する。保持される重量による総量は：約2％、もしくは約3％、もしくは約3.3％、もしくは約4％、もしくは約5％、もしくは約6％、もしくは約10％、もしくは約15％の下限を保持できる。同一の顆粒が同様に、水酸化カリウムを顆粒の表面に堆積するよう処理される。したがって、第一の炭素顆粒は同様に、水酸化カリウムを保持する。顆粒上に保持される水酸化カリウムの総量は：約3.5％、もしくは約4％、もしくは約4.5％、もしくは約5％、もしくは約5.5％、もしくは約6％、もしくは約6.5％、もしくは約7％、もしくは約7.5％、もしくは約8％、もしくは約8.5％、もしくは汚染要因物を取除くに十分ないずれか所望される量の下限を保持できる。この型の顆粒が、後述の型の顆粒と共に使用され、かつ約4％の二酸化マンガンと約7.5％の水酸化カリウムを含むとき、炭素媒体の容積を大幅に増大する必要なく様々な湿度域（最低値から最高値まで）で機能する向上された能力が観測される。
【００１６】
フィルタに使用される炭素顆粒の第二の型は、炭素顆粒が沃化カリウムを保持するように沃化カリウムを用いて処理される。保持される沃化カリウムの重量百分率による総量は；約2％、もしくは約2.5％、もしくは約3％、もしくは約3.5％、もしくは約4％、もしくは約4.5％、もしくは約5％、もしくは約6％、もしくは約7％、もしくは約8％、もしくはいずれか他に所望される量の下限を保持できる。同一の顆粒は同様に、水酸化カリウムを用いて処理される。したがって、第二の炭素顆粒は同様に、水酸化カリウムを保持する。顆粒上に保持される水酸化カリウムの総量は：約3.5％、もしくは約4％、もしくは約4.5％、もしくは約5％、もしくは約5.5％、もしくは約6％、もしくは約6.5％、もしくは約7％、もしくは約8％、もしくは約8.5％、もしくは汚染要因物を取除くに十分ないずれか所望される量の下限を保持できる。顆粒のこの型が、約6.5%の沃化カリウムと約7.5%の水酸化カリウムを含むよう処理され、また前述され、かつ以下の型の顆粒と共に使用されるとき、炭素媒体の容積を大幅に増大する必要なく様々な湿度の全域で機能する向上された能力が観測される。
【００１７】
フィルタに使用される第三の型の炭素顆粒は、水に希釈され、炭素表面に散布され、乾燥することができる、リン酸、Ｈ3ＰＯ4を用いて処理され、またその後に炭素顆粒により保持される。リン酸の重量百分率による総量は：約5％、もしくは約10％、もしくは約15％、もしくは約20％、もしくは約25％、もしくはいずれか他の所望される量の下限を保持できる。この型の顆粒が、約15%のリン酸を含むよう処理され、また前述の他の二つの顆粒型と共に使用されるとき、炭素媒体の容積を大幅に増大する必要なく様々な湿度の領域で機能する向上された能力が観測される。
【００１８】
フィルタの実施形態において、使用される媒体は、前述のフィルタ用顆粒型の三つ全てを等量に含む。より具体的な形態において、三つの顆粒型の各々は、フィルタ媒体の約三分の一から成る。
【００１９】
以下の事例は、フィルタをさらに図示しかつ説明するために提供され、また何ら限定するものではない。また、特に示されていない場合、測定温度の全てはセ氏温度であり、また重さの全ては重量百分率である。
【００２０】
事例１
（ａ）沃化カリウム及び水酸化カリウムと；（ｂ）二酸化マンガン及び水酸化カリウムを含んでいる活性炭顆粒を用いて汚染された空気流を処理する有効性を測定するための試験が行われた。この試験の結果、以下の発見がなされた：第一に、沃化カリウム/水酸化カリウムの顆粒は、ホルムアルデヒドを触媒的に酸化する。第二に、二酸化マンガン/水酸化カリウムで処理された顆粒は同様に、ホルムアルデヒドを触媒的に酸化する。第三に、第一と第二の型の顆粒により保有される水酸化カリウムは、ホルムアルデヒドがこれらの顆粒により酸化されこの二次的汚染要因物を取除くとき形成されるギ酸を化学吸着する。第四に、約10％の相対湿度で、二酸化マンガン/水酸化カリウムで処理された炭素は、沃化カリウム/水酸化カリウムで処理された炭素よりも常によりよく機能する。第五に、湿度を増大することは、沃化カリウム/水酸化カリウムで処理された炭素の性能を増大するが、二酸化マンガン/水酸化カリウムで処理された炭素に殆ど影響を及ぼさず、ひいては湿度範囲全域で、二酸化マンガン/水酸化カリウムで処理された炭素が、沃化カリウム/水酸化カリウムで処理された炭素と相乗的に作用し汚染要因物除去を行う。最終的に、30％の相対湿度で、沃化カリウム/水酸化カリウムと二酸化マンガン/水酸化カリウムで処理された炭素の機能は大体同等になる。
【００２１】
試験は最初にホルムアルデヒドを用いて実行されたが、アセトアルデヒドと、低分子量アルコールと、低分子量アルデヒドと、低分子量カルボン酸と、他の酸化し易い有機化合物などのホルムアルデヒドに類似の化学構造と特性を有する他の化合物が、ホルムアルデヒドの場合と類似の方法において、かつ効率を備えて炭素フィルタの顆粒により処理されることが推定される。
【００２２】
試験を実行するにおいて、二つの異なる型の炭素の試料が用意される。前述のように、第一の炭素は、二酸化マンガン(3.3%)/水酸化カリウム(7.5%)を保持するよう処理され、また第二の炭素は、沃化カリウム(3.5%)/水酸化カリウム(7.5%)を保持するよう処理される。これらの炭素は各々、砕かれ、また18×20メッシュを通して篩い分けされ、そして直径25.4mm（1”）×深さ9.53mm(0.375”)の小ベッドに別々に充填される。これらのカラムは、特に断りのないかぎり、10ppmのホルムアルデヒドにより汚染された毎分10リットルの空気に晒される。試験において、圧縮空気の使用は、約10％の低い相対湿度を発出するために必要とされる。
【００２３】
流入と流出におけるホルムアルデヒドの濃度は、Bionics Instrument社により製造され、ニュージャージー州、エメルソンのCEA Instruments社から入手可能な、ガス検出器TG-KBRを用いて測定される。
【００２４】
各炭素型の四つの試験を実行後に、炭素の性能は安定なままであることが測定された。各試験を実行初期に、二酸化マンガン/水酸化カリウムの性能は一般に、沃化カリウム/水酸化カリウムで処理された型の炭素よりも優れるが、各試験の約90％進行でそれらは両方とも同等になる。このことは、活性炭がホルムアルデヒドのための極めて限定された吸収能を有するため、両物質の性能は触媒的であることを示す。もし炭素型によるホルムアルデヒドを低減するための機構が吸着のみであるなら、炭素容量を超えると、炭素の性能は急速に降下する。このデータは、各型の炭素の各々がそれぞれの図面の各々に別々に提示されて、図２−３に提示される。図４には、炭素型の顆粒が、5ppmのホルムアルデヒドで試験を実行され、その結果の二つの異なる型の顆粒間の差異とホルムアルデヒド低減を図示している。そこでは、30％の比較的高い湿度で、KI/KOH処理された炭素がよりよく機能した。
【００２５】
二酸化マンガン/水酸化カリウム型の炭素と、沃化カリウム/水酸化カリウム型の炭素が、事例１のそれに沿って用意され、また低湿度で性能を比較された。具体的に、毎分10リットルで5ppmのホルムアルデヒドと約10％の相対湿度を有する空気流が、コラムの各々を用いて処理された。試験の結果は、試験の初期の100分間は沃化カリウム/水酸化カリウム型の炭素は、二酸化マンガン/水酸化カリウム型の炭素よりも約50％少なくホルムアルデヒドを酸化し、また試験の残りについては、図５に図示されるように各々の性能は平行することを図示する。
【００２６】
事例３
二酸化マンガン/水酸化カリウム型の炭素は、事例１のそれに沿って用意される。この試験では、二酸化マンガン型の炭素の性能は、様々な湿度で試験される。具体的には、二酸化マンガン/水酸化カリウム型の炭素の小コラムが、事例１のように用意され、また10％の相対湿度と30％の相対湿度で、5ppmのホルムアルデヒド濃度を有する空気流に晒される。この試験の結果は図６に図示され、ホルムアルデヒドを触媒する二酸化マンガン/水酸化カリウム型の炭素の能力は、高い湿度範囲よりも低い湿度範囲が僅かに優れることを示す。
【００２７】
さらに、沃化カリウム/水酸化カリウム型の炭素は、図1のそれに沿って用意され、また同様に10％の相対湿度と30％の相対湿度で、5ppmのホルムアルデヒド濃度を有する空気流に晒される。この試験の結果は図７に図示され、ホルムアルデヒドを触媒する沃化カリウム/水酸化カリウム型の炭素の能力は、高い湿度領域範囲を改良するが、低い湿度領域範囲でも依然として十分に機能することを示す。
【００２８】
事例４
沃化カリウム/水酸化カリウム型の炭素と二酸化マンガン/水酸化カリウム型の炭素との間の性能差をさらに調査するために、事例１に沿って用意された両型の炭素を、より高い湿度、即ち30％の相対湿度で試験する。この試験の結果は、図８に図示され、より高い相対湿度で、沃化カリウム/水酸化カリウム型の炭素は、二酸化マンガン/水酸化カリウム型の炭素よりも優れて機能することを示している。
【００２９】
さらに総合的な比較において、事例１に沿って用意された両型の炭素間の性能差を、低い（10％相対湿度）湿度と、より高い（30％相対湿度）湿度と、さらにより高い（約50％相対湿度）湿度で、毎分10リットルの5ppmホルムアルデヒドを含む空気を使用して最初の200分全域で試験する。この試験の結果は以下の図９と表１に示され、より低い湿度で、二酸化マンガン/水酸化カリウム型の炭素は、沃化カリウム/水酸化カリウム型の炭素より多くのホルムアルデヒドを触媒するが、湿度が上昇すると、沃化カリウム/水酸化カリウム型の炭素は、二酸化マンガン/水酸化カリウム型の炭素よりもホルムアルデヒドをよりよく触媒するよう機能することを示している。これから観測される有利性の一つは、様々な湿度全域でホルムアルデヒドを取除くために、二つの型の炭素は互いに補完することである。
【表１】
0004824494.tif 000002
【００３０】
事例５
三つの型の顆粒、即ち、二酸化マンガンと水酸化カリウムを保持する顆粒と、沃化カリウムと水酸化カリウムを保持する顆粒と、リン酸を保持する顆粒を含んでいる炭素フィルタを、広範な条件の全域にわたる性能をさらに実証するために三つの異なる湿度で試験する。具体的に、後述の表IIに示されている、各々が炭素混合物の約1900グラム（4.1ポンド）を含んでいる炭素フィルタを連続的な放出ホルムアルデヒドの低減のために試験する。炭素混合物製空気フィルタ用の炭素と、炭素上の化学吸着剤及び触媒のグラム質量配分は、表III に示される。これらの量は、所望されるように互いに比例して変更できる。
【表２】
0004824494.tif 000003
【表３】
0004824494.tif 000004
【００３１】
表IIの炭素混合物を有するフィルタを含んでいる空気処理装置は、31立方メートルの容積を有する緊密に密閉された家庭器具製造業者協会（AHAM）室に設置される。室内の汚染要因物の自然減少は一般に、小規模の空気漏洩のため、毎時７％未満であると分る。室内の空気はファンの使用によりよく混合される。
【００３２】
試験は、十分な大きさの装置の効率を測定するために実行される。目の粗い先行フィルタ３０と、HEPAフィルタ４０から成る空気経路は、表IIの炭素混合物を含んでいる活性炭フィルタ５０の傍に進む。炭素フィルタは、584.2mm×304.8mm(23in×12in）の丈と、25.4mm（1in）の奥行きがある。それは、約1900グラムの炭素混合物を含む。空気流速は、毎分7.08立方メートルである。
【００３３】
1g/mlの濃度のホルマリン溶液は、パラホルムアルデヒドを水に溶解することにより作製される。毎時2.25mgより大きい一定速度で室内に達するホルマリンは、HPLC（高速液体クロマトグラフィ）ポンプにより計量される。ホルマリンは、直ちに自身を室中に蒸発させる吸引装置を通過する。
【００３４】
室中のホルムアルデヒド濃度は、24.7メータ気体電池を備えたフーリエ変換赤外分光光度計を用いて測定される。そのような分光光度計は、ウィスコンシン州、マジソンのThermo Electron社製のNicolet Antaris 型という名で市販されている。
【００３５】
試験前に最低限24時間の間、フィルタは湿気に順化される。これは、活性炭が水分を吸収し、かつ試験湿度と平衡状態になることを可能にする。性能試験の前に、ホルマリンポンプ装置の試験も実行される。これは、空気処理装置が無い部屋のホルムアルデヒド濃度の線形上昇を試験する。ポンプ速度は、1mg/mlのホルムアルデヒドを含むホルマリン溶液の毎分0.04mlであり、毎時2.4mgのホルマリンのポンプ速度を生じている。HPLCポンプは始動され、また室内のホルムアルデヒド濃度は最低限90分の間測定される。濃度の上昇は、前述の自然減少のための小規模の喪失を差し引いた室内に注入されるホルムアルデヒドに相当する。極めて均一で正確なHPLCポンプのポンプ速度が、ホルムアルデヒド濃度の線形上昇により実証される。測定は５分毎に行われ、また線の傾きによって、濃度は毎時0.0763ppmの割合で増加する。
【００３６】
室内の媒体湿度は、環境の条件を使用して達成される。室内の高湿度は、1分でオンし、かつ14分でオフするよう設定されたオン/オフタイマによる超音波噴霧加湿器を使用して達成される。低湿度は、空気を無水硫酸カルシウムのベッドを経て通すことによる室内の空気を処理することによって達成される。結果として生ずる相対湿度は、低湿度と、中湿度と、高湿度について、それぞれ30％と、43％と、75％である。
【００３７】
この試験の結果は、図１０で示される。そこでは、炭素混合物を含んでいるフィルタは、試験湿度の範囲の全域で並外れた効率を伴って流出物からホルムアルデヒドを低減することが示される。実際に、空気処理されないホルムアルデヒドの突出した増大と比較されるとき、フィルタは極めて良く機能する。これらの様々な湿度での結果は、驚くべきことに比較的小さな容積のベッドで与えられる。従来のフィルタ・ベッドは、汚染要因物を効果的に処理する容積の２−３倍を必要とすることが分る。さらに、代表的なホルムアルデヒド酸化の副産物のギ酸は、極めて低い量、例えばほぼ０ppmであると分り、そのことはさらに事例８に記載される。
【００３８】
事例６
事例５において作製された炭素フィルタは同様に、食物中の低分子量カルボン酸に由来する臭気と人体の臭気から成るグループに関するフィルタの処理を確認するために、空気処理装置を使用する室に似た環境で試験される。それが低分子量カルボン酸になっていることと、低濃度の気相でのその比較的低い毒性と、その許容しうる臭気のため、酢酸が、この試験のために使用される。人用の記録された酢酸の検出限界値は、約1-100ppbであると報告されている。酢酸についての米国安全衛生局の許容暴露限界値は、10ppm（時間加重平均)である。米国産業衛生専門家会議の限界閾値は、10ppmと15ppm（短時間暴露許容濃度）である。
【００３９】
一般に、試験用のフィルタの調製は、空気処理装置において試験条件に類似する相対湿度で最低限48時間の間ターボ速度で試験を行い、フィルタを湿気に順化することにより実行される。これは、炭素が湿気と平衡状態になることを可能にする。それはまた、水酸化カリウムが空気中の二酸化炭素と反応し、そして炭酸カリウムに変換することを可能にする。この水酸化カリウムの事前の飽和は、通常の使用に予想されるフィルタの性能を低減する。
【００４０】
500g/lの酢酸溶液は、容量フラスコ中で作製され、またこの溶液は、AHAM室の内部のHPLCポンプに用意される。ポンプは、毎分200mg(3.33ミリモル)に相等する、毎分0.4mlに設定される。HPLCポンプに取付けられるものは、ヒータ内部にある254mm(10in)長さのステンレス鋼管である。ヒータは、温度が約121.1−約132.2℃(約250−約270°F)に調節設定してある、シリコンゴム被覆抵抗ヒータから成る。この目的は、水と酢酸を速やかに沸騰状態にして室内に蒸気を形成することである。
【００４１】
カリフォルニア州、San JoseのRAE Systems社から入手可能な光イオン化検出器（PID）、具体的にはMiniRAE2000も、酢酸を検出する試験に使用される。検出器は、100ppmのイソブチレンを使用して、各試験の４日以内に較正される。応答係数22が、酢酸への変換のために、検出器内に入力される。検出器は、毎分のデータポイントを取るためプログラムされる。
【００４２】
実際の試験は、容量フラスコを秤上に設置し、かつ風袋を計ることにより開始する。その後、フラスコ内の酢酸の溶液は、前述のAHAM室内部のHPLCポンプに用意される。PIDは、前述の炭素フィルタを含んでいる空気処理装置と一緒に、AHAM中に設置される。適切な空気処理装置は、ミシガン州、AdaのAccess Business Group社により製造された、Atmosphere（登録商標）である。室は密閉される。前述の管ヒータは作動し、5分以内に、管は121.1℃(250°F)になる。PID検出器とHPLCポンプは始動し、また開始時間は、室内の温度と相対湿度と一緒に記録される。一時間後に、空気処理装置は、毎分7.08立方メートルのターボ速度に作動される。試験は、次の６時間の間で実行される。試験の終わりに、ヒータと、ポンプと、PID検出器と、空気処理装置は、停止される。試験の間中、室の温度は、約20℃-約20.6℃(約68°F−約69°F）であり、また相対湿度は約26%−約28％である。室は換気され、またPID検出器からのデータとHPLC容器の減量は、ダウンロードされ、かつスプレッドシートに入力される。
【００４３】
図１１のグラフは、炭素混合物を含む、事例５に用意された炭素フィルタの試験についての試験結果を示す。第一の直線(傾きが1.0833ppm/分)は、自然減少を差し引いた室に加えられた酢酸を表す。第二の直線(傾きが0.0086ppm/分)は、試験中の装置の性能を表す。グラフは、ATSの開始の初期60分内の性能が、試験の残り部分の性能と大幅に異なることを実証する。約100分での性能変化は、炭素顆粒の外面が飽和に近づいていて、かつさらなる性能は粒内拡散により律則されるときを示す。
【００４４】
MiniRAE 2000 PIDは、濃度が急速に上昇し、もしくは降下しているときの、データのばらつきを導入することが分る。酢酸は、22のイオン化ポテンシャルを有する。PID検出器の出力の最小増分は0.1であり、それは次に酢酸用に2.2に変換される。機器が二つの値の間で切り替わるように作動しているとき、2.2ppmの増分に切り替わるように変換される。
【００４５】
最適な線の式は、空気処理装置の無い、350分での室内の濃度の外挿を可能にする。表IVに示されるように、炭素混合物製炭素フィルタは、かなりの量の酢酸を取除く。
【表４】
0004824494.tif 000005
【００４６】
事例７
事例５において作製される炭素フィルタはさらに、海産食品と、糞と、愛玩動物の臭気と、体臭に見られる低分子量アミンに由来する臭気から成るグループのフィルタの処理を確認するために、空気処理装置を使用して、室に似た環境において試験される。希薄な気相中でのその比較的低い毒性と、低濃度でのその許容可能な臭気のため、アンモニアがこの試験のために使用される。人用の記録された検出限界値は、約1ppmであると報告されている。アンモニアについての米国安全衛生局の許容暴露限界値(PEL)は、50ppm（時間加重平均)である。米国産業衛生専門家会議の限界閾値(TLV)は、25ppmと35ppm（短時間暴露許容濃度）である。
【００４７】
一般に、試験用のフィルタの調製は、空気処理装置において試験条件に類似する相対湿度で最低限４８時間の間ターボ速度で試験を行い、フィルタを湿気に順化することにより実行される。これは、炭素が湿気と平衡状態になることを可能にする。それはまた、水酸化カリウムが空気中の二酸化炭素と反応し、そして炭酸カリウムに変換することを可能にする。この水酸化カリウムの事前の飽和は、通常の使用に予想されるフィルタの性能を低減する。
【００４８】
28-29％の水酸化アンモニウムの１リットル当り253グラムの酢酸の溶液は、容量フラスコ中で作製され、かつこの溶液は、AHAM室内部のHPLCポンプに用意される。ポンプは、毎分28.36mg(1.65ミリモル)のアンモニアに相当する、毎分0.4mlに設定される。HPLCポンプに取付けられるものは、ヒータ内部にある254mm(10in)長さのステンレス鋼管である。ヒータは、温度が約121.1−約132.2℃(約250−約270°F)に調節設定してある、シリコンゴム被覆抵抗ヒータから成る。この目的は、水と酢酸を速やかに沸騰状態にして室内に蒸気を形成することである。
【００４９】
MiniRAE 2000 PIDは同様に、アンモニアを検出する試験に使用される。検出器は、100ppmのイソブチレンを使用して、各試験の４日以内に較正される。応答係数9.7が、アンモニアへの変換のために、検出器内に入力される。検出器は、毎分のデータポイントを取るためプログラムされる。
【００５０】
実際の試験は、容量フラスコを秤上に設置し、かつ風袋を計ることにより開始する。その後、フラスコ内の酢酸の溶液は、前述のAHAM室内部のHPLCポンプに用意される。PIDは、前述の炭素フィルタを含んでいる空気処理装置と一緒に、AHAM中に設置される。室は密閉される。前述の管ヒータは作動し、5分以内に、管は121.1℃(250°F)になる。PID検出器とHPLCポンプは始動し、また開始時間は、室内の温度と相対湿度と一緒に記録される。一時間後に、空気処理装置はターボ速度に作動される。試験は、次の６時間の間で実行される。試験の終わりに、ヒータと、ポンプと、PID検出器と、空気処理装置は、停止される。試験の間中、室の温度は、約20℃-約20.6℃(約68°F−約69°F）であり、また相対湿度は約25%−約26％である。室は換気され、またPID検出器からのデータならびにHPLC容器の減量は、ダウンロードされ、かつスプレッドシートに入力される。
【００５１】
図１２のグラフは、炭素混合物を含む、事例５に用意された炭素フィルタの試験についての試験結果を示す。第一の直線(傾きが0.4496ppm/分)は、自然減少を差し引いた室に加えられたアンモニアを表す。その線の下方の第二の直線は、試験中の装置の性能を表す。グラフは、ATSの開始の初期100分内の性能は、試験の残りの部分の性能と大幅に異なることを実証する。約100分での性能変化は、炭素顆粒の外部が飽和に近づいていて、かつさらなる性能は粒内拡散により律則されるときを示す。
【００５２】
第一の直線の式は、空気処理装置の無い、350分での室内の濃度の外挿を可能にする。表Ｖに示されるように、炭素混合物製炭素フィルタはかなりの量のアンモニアを取除く。
【表５】
0004824494.tif 000006
【００５３】
事例８
事例５において作製される炭素フィルタは、ホルムアルデヒドの酸化に由来する潜在的な副産物である、ギ酸を取除くことを確認するために、室に似た環境において前述の空気処理装置を使用して試験される。フィルタが長期間にわたり性能を保持することを実証するために、ホルムアルデヒドのかなり高レベルで長期の間、研究が続行される。フィルタと、空気処理装置と、試験室は、事例５に記載されたそれらと同一である。事例５において、ホルムアルデヒドの注入速度は、毎時2.2mgである。この試験において、注入速度は、1mlのホルマリン溶液当り毎時10mgから毎時18.23mgへ上昇し、試験は310時間の間続行する。図１３は、長期間にわたるフィルタの性能を示す。試験室内のホルムアルデヒドの測定値は全て、3.5ppm以下である。
【００５４】
前述のように、ギ酸は、ホルムアルデヒドの酸化に由来する潜在的副産物である。研究の150時間と300時間で、空気はギ酸について試験される。150時間の時点で、室内のホルムアルデヒドの理論的濃度は88ppmであり、また実際の濃度は2.4ppmであり、ギ酸はなんら検出されない。研究の300時間の時点で、室内のホルムアルデヒドの理論的濃度は176ppmであり、また実際の濃度は2.8ppmであり、ギ酸はなんら検出されない。したがって、フィルタは、ホルムアルデヒド酸化の副産物のギ酸を取除くに十分に有効であることが結論される。ちなみに、ギ酸は、ペンシルベニア州、Eighty Four、Drager Safety社から入手可能な1ppmの最低検出限界値を有する、Drager比色管を用いて測定される。
【００５５】
以上の説明は、本発明の一連の実施形態から成る説明である。均等論を含んでいる特許法の原理に沿って解釈される添付の請求項に規定されるように、様々な改良と変更が、本発明の精神と広範な態様から逸脱することなく実施できる。単数、例えば冠詞“a”、もしくは“an”、もしくは“the”、もしくは“said”を使用して、請求項の要素に引用するいずれも、要素を単数に限定するとして解釈されてはならない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、本発明の炭素フィルタを含んでいる空気処理装置の分解斜視図である；
【図２】図２は、フィルタの沃化カリウム/水酸化カリウムを含む炭素顆粒のホルムアルデヒド低減性能を示しているグラフである；
【図３】図３は、フィルタの二酸化マンガン/水酸化カリウムを含む炭素顆粒のホルムアルデヒド低減性能を示しているグラフである；
【図４】図４は、フィルタの、沃化カリウム/水酸化カリウムを含む炭素顆粒と二酸化マンガン/水酸化カリウムを含む炭素顆粒の両方の、ホルムアルデヒド低減性能を比較して示しているグラフである；
【図５】図５は、低湿度において、フィルタの、沃化カリウム/水酸化カリウムを含む炭素顆粒と二酸化マンガン/水酸化カリウムを含む炭素顆粒の両方の、ホルムアルデヒド低減性能を比較して示しているグラフである；
【図６】図６は、フィルタの二酸化マンガン/水酸化カリウムを含む炭素顆粒のホルムアルデヒド低減性能と、そこでの異なる相対湿度による影響を示しているグラフである；
【図７】図７は、フィルタの沃化カリウム/水酸化カリウムを含む炭素顆粒のホルムアルデヒド低減性能と、そこでの異なる相対湿度による影響を示しているグラフである；
【図８】図８は、より高い相対湿度において、フィルタの、沃化カリウム/水酸化カリウムを含む炭素顆粒と二酸化マンガン/水酸化カリウムを含む炭素顆粒の両方の、ホルムアルデヒド低減性能を比較して示しているグラフである；
【図９】図９は、様々な湿度全域の、フィルタの、沃化カリウム/水酸化カリウムを含む炭素顆粒と二酸化マンガン/水酸化カリウムを含む炭素顆粒の両方の、ホルムアルデヒド低減性能を比較して示している棒グラフである；
【図１０】図１０は、様々な湿度で、フィルタの、沃化カリウム/水酸化カリウム含む炭素顆粒と、二酸化マンガン/水酸化カリウムを含む炭素顆粒と、リン酸を含む炭素顆粒との組合せを含んでいる、炭素フィルタのホルムアルデヒド低減性能を比較して示しているグラフである；
【図１１】図１１は、沃化カリウム/水酸化カリウム含む炭素顆粒と、二酸化マンガン/水酸化カリウムを含む炭素顆粒と、リン酸を含む炭素顆粒との組合せを含んでいる、炭素フィルタの酸性ガス低減性能を示しているグラフである；
【図１２】図１２は、沃化カリウム/水酸化カリウム含む炭素顆粒と、二酸化マンガン/水酸化カリウムを含む炭素顆粒と、リン酸を含む炭素顆粒との組合せを含んでいる、炭素フィルタのアルカリ性ガス低減性能を示しているグラフである；
【図１３】図１３は、ギ酸検出試験と併用して炭素フィルタを使用する高レベルのホルムアルデヒド低減を示しているグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１０    空気処理装置
２０    カバー
３０    先行フィルタ
４０    HEPAフィルタ
５０    炭素フィルタ
５２    要素
５４    要素
５６    要素
６０    ハウジング
７０    ファン
【図１】
0004824494.tif 000007
【図２】
0004824494.tif 000008
【図３】
0004824494.tif 000009
【図４】
0004824494.tif 000010
【図５】
0004824494.tif 000011
【図６】
0004824494.tif 000012
【図７】
0004824494.tif 000013
【図８】
0004824494.tif 000014
【図９】
0004824494.tif 000015
【図１０】
0004824494.tif 000016
【図１１】
0004824494.tif 000017
【図１２】
0004824494.tif 000018
【図１３】
0004824494.tif 000019