(57)【要約】空気力学的表面を介して製剤分散の到達距離、体積および効率を高める製剤拡散装置が説明される。コアンダ効果の利用における円環翼の形状が、定義された空間内への製剤または製剤混合物の効率的な分散を可能にする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製剤拡散装置であって、
負圧側と正圧側とを含む円環翼であって、前記翼がトンネルと前記トンネルにおけるスロットとを含む、円環翼と、
前記トンネルに連通して配置されて、前記トンネル内に空気を押し込むインペラと、
製剤を含有する材料を放出するための開口部を有する製剤貯蔵部であって、製剤を含有する前記材料が、前記開口部を介して前記円環翼における出口を通過するように放出されて、前記円環翼の前記正圧側から運び出されることを可能にするように、前記開口部が配置される、製剤貯蔵部とを備え、
それによって、前記インペラによって生成され、前記円環翼における前記スロットを通って流れる気流内に製剤が引き込まれる、製剤拡散装置。
【請求項２】
前記製剤拡散装置が壁に差し込まれる場合、前記翼の前記負圧側が、前記円環翼の、壁に最も近い側の上にある、請求項１に記載の製剤拡散装置。
【請求項３】
前記インペラの軸が、前記円環翼上の空気の前記流れに対して垂直である、請求項１に記載の製剤拡散装置。
【請求項４】
前記インペラへのアクセスが、前記円環翼上の空気の前記流れに対して平行である、請求項１に記載の製剤拡散装置。
【請求項５】
前記気流を増加または低減するために、前記インペラの速度が可変である、請求項１に記載の製剤拡散装置。
【請求項６】
コアンダ効果を利用して、製剤が流れの中に引き込まれ、円環翼の上に流れ出す、請求項１に記載の製剤拡散装置。
【請求項７】
最も厚い部分から後縁までの前記円環翼のテーパが、前記円環翼の周囲で一定である、請求項１に記載の製剤拡散装置。
【請求項８】
前記製剤を加熱するための加熱器をさらに備える、請求項１に記載の製剤拡散装置。
【請求項９】
前記加熱器によって生じた熱を断続的に加えるための制御部をさらに備える、請求項８に記載の製剤拡散装置。
【請求項１０】
前記加熱器によって生じた熱の温度を変化させるための制御部をさらに備える、請求項８に記載の製剤拡散装置。
【請求項１１】
製剤を含有する前記材料が、２００ｋＰａ未満の蒸気圧を有する、請求項１に記載の製剤拡散装置。
【請求項１２】
多孔質媒体が、前記貯蔵部から延在して、製剤を含有する前記担体を前記貯蔵部から引き出す、請求項１に記載の製剤拡散装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１２年５月１８日に出願された米国特許仮出願第６１／６４８，６８６号、および２０１３年５月１７日に出願された米国特許出願第１３／８９６８３５号について優先権を主張するものであり、これらは、参照により、本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
従来、香料、防虫剤または医薬製剤などの揮発性製剤の拡散に用いられる装置は、装置が置かれている生活空間中に引き込んだ製剤を分散するために、周囲の空気の受動的な運動を使用してきた、あるいは製剤を含有する材料の加熱を利用、典型的には、壁面の電気ソケットと抵抗加熱器とを利用し、製剤および製剤担体の低い蒸気圧を使用してきた。
【０００３】
受動的な製剤拡散装置の場合、拡散されるべき製剤は、固体またはゲル状のマトリクス中に混合され、このマトリクスが、固体またはゲル中の揮発性材料が室内の周囲空気中に蒸発するにつれて、製剤をゆっくりと空気中に放出する。
【０００４】
加熱された製剤を拡散する装置の場合、製剤を含有するゲルまたは液体が加熱されて、製剤と製剤が含有されている担体材料とを蒸発することによって、製剤を分散する。
【０００５】
最近では、羽根付きのファンなどの補助装置が、周囲空気型および加熱空気型の両方の製剤拡散装置に加えられて、製剤の分散を改善してきている。しかしながら、ファンなどの補助装置の有効性は低い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、製剤の分散を改善する製剤拡散装置を提供することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書に説明される製剤拡散装置の実施形態は、略円形の翼（翼型）またはダクトを用いて、製剤拡散装置からの製剤の拡散または散布を促進する。略円形の翼は、翼の負圧側を内側（壁の最も近く）に、正圧側を外側に有する。この構成は、円環翼（円環翼型）を通る気流の循環的な流れを整える。製剤拡散装置はまた、円形の翼内に空気を押し込む循環ファンを含み得、ここで、このファンは、円形の翼構造内に配置される。
【０００８】
製剤拡散装置はまた、翼内に風路を備え得、ここで、空気は、製剤容器からの製剤と共に引き込まれ、次いで翼の縁部上に流れ出る。翼は、スロットまたは複数のスロットをその内部に有して、コアンダ効果によって、気流中に引き込まれた製剤が流れ出るように、また円形の翼の上に流れるようにし、装置が配置される環境中への製剤の拡散を強化する。円形の翼は、好ましくは、一定のキャンバー（そり）を有する。
【０００９】
空気清浄機はまた、円形の翼を出る気流に続いて気流中に引き込まれる製剤の外部供給源を含み得る。
【００１０】
別の実施形態では、製剤混合物の蒸気圧は、蒸発速度を速め、かつ蒸気圧を高めるように操作され得て、より多量の製剤が気流中に引き込まれるようにする。
【００１１】
特定の実施形態では、製剤供給源中の多孔質の媒体から気流中に送達されるべき精油、製剤、またはその他の材料の蒸発を補助する、高める、または可能にするために、加熱器が用いられて、製剤を含む材料を加熱する。ファンまたはインペラはまた、翼を通過する気流内に製剤を押し込むために用いられ得る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】円環翼およびプロペラを有する空気清浄機を示す斜視図である。
【図２】空気清浄機の別の実施形態を示す斜視図である。
【図３】プロペラは無く、円形の翼および内側分散環を有する、空気清浄機の代替的な実施形態を示す別の斜視図である。
【図４】円形の翼の動作を示す断面図である。
【図５】円環翼および中央ノズルを有する空気清浄機を示す斜視図である。
【図６】壁に差し込まれた本発明の代替的な実施形態を示す斜視図である。
【図７】図６の空気清浄機を示す正面図である。
【図８】図６の空気清浄機を示す背面図である。
【図９】図７の線９−９における図６の空気清浄機を示す断面図である。
【図１０】図６の空気清浄機を示す分解図である。
【図１１】円形翼を通るスカラー気流を示す描写である。
【図１２】円形の翼の内側または負圧側をわたるコアンダ効果による気流を示す図である。
【図１３】ＮＡＣＡ６４１２翼を示す図である。
【図１４】ＮＡＣＡ翼測定スキームを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１に示されている製剤拡散装置の実施形態は、円環翼１０１と、本体１０２とを有する製剤拡散アセンブリ１００を図示している。このアセンブリでは、外部プロペラ１０３は、製剤を拡散するための移動する空気を供給し、フリーホイールである。分散される製剤はまた、ファンを通過する前に本体１０２に収容される。したがって、製剤は、円環翼１０１を介して分散される気流中に引き込まれる。
【００１４】
図２に示されている製剤拡散装置の実施形態では、製剤拡散装置２００は、円環翼２０１に直接固着する固定構造２０２を有する。空気と製剤とは、基部２０５から分配ハブ２０３を通って円環翼２０１に連通する。次いで、製剤および空気は、円環翼２０１にあるスロット２０４を介して、室内環境に排出される。
【００１５】
図３は、製剤拡散アセンブリ３００が円環翼３０１および基部３０３のみを有する状態の製剤拡散装置の実施形態を示す。製剤拡散本体は、羽根付きのファンなどの空気を移動するための手段と、基部３０３上の吸気スロット３０２と、コアンダ効果が達成されるように気流をファンから円環翼に供給する手段とを含む。内側リング３０４などの装置が用いられて、円環翼３０１を介して部屋中に分散され得る空気および製剤の噴流を生成し得る。円環翼３０１はまた、その内部にスロットを有し得、ここで、空気および引き込まれた製剤が、室内に流れ込む。製剤拡散装置３００の基部におけるスロット３０２は、空気が基部３０３に流れ込み、円環翼３０１の内側リング３０４またはスロットを介して流れ出ることができるようにする。円環翼３０１はまた、製剤を注入されたエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）などの製剤を注入された材料を備え得、これは、製剤が時間と共に漏出され、円環翼３０１を介して気流に引き込まれ得るようにする。
【００１６】
コアンダ効果は、航空機において利用されている。フラップと、湾曲面上で吹く空気の「噴流」のシートとを用いることにより、翼の上で動く空気は、地面に向けて「下方向に曲げられ」得る。ベルヌーイの定理により流れは加速され、圧力は低下する。圧力が低下すると、揚力が増加する。
【００１７】
圧力を下げることにより、より多くの空気が翼を介して送られ得る。気流内への製剤の引き込みにより、製剤の分散はより大きくなる。
【００１８】
流動特性のすべては、ベルヌーイの定理およびそこから導出されるものに関係する。
【００１９】
ベルヌーイの定理は、数式１によって広義に定義され得る。
【数１】
2015525319.tif 000003
ｖは、流線上の点における流体流速
ｇは、重力加速度
ｚは、基準面からの点の高さ
ｐは、選択された点における圧力
ρは、流体中のすべての点における流体の密度
【００２０】
実施形態はまた、ベンチュリ効果を利用する拡散器を備え得る。
【００２１】
空気清浄機が働く決められた空間内への気流に引き込まれる製剤の分散のためには、翼の形状は非常に重要である。翼の定義の１つの領域は、米国航空評議委員会（ＮＡＣＡ）によって、航空機のための翼のための取り得る形状として開発されたＮＡＣＡ翼である。翼の形状は、ＮＡＣＡの指定にしたがう数字で、様々な翼のパラメータを用いて数値的に表現される。例えば、ＮＡＣＡ６４１２は、キャンバーが最大翼弦長に対して６％、最大キャンバーの位置が翼弦長の４／１０、最大厚さが翼弦長に対する割合で１２％である。各ＮＡＣＡ翼に関する数値コードは、数式に入力されて、翼の断面を正確に生成し、その特性を算出し得る。
【００２２】
ＮＡＣＡ翼の様々な態様の計算のための数式は、数式２に示されている。翼の様々な態様が操作されて、翼の気流への効果を高めたり抑制したりし得る。例えば、より積極的なキャンバーは、より多くの気流を可能にするが、同時に、気流を翼から分離させてしまうために、システムの効率を低下させることになる。
【００２３】
迎角または翼が傾けられる角度もまた、気流に影響する。この場合では、地面に対して垂直な翼は、迎角の大きい翼よりも気流に対する影響が少ない。しかしながら、迎角を変えることによって、翼はまた、気流の分離を被り、翼上での気流の失速に至り得る。
【００２４】
コアンダ効果を用いることで、製剤を引き込んだ気流の分散が改善されるだけではなく、反り角および迎角の大きな翼からの気流の分離を抑制することができる。
【数２】
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【００２５】
ＮＡＣＡ４桁系列は、翼の構築方法の１つの表現である。翼に関する様々なその他の方法およびその他のＮＡＣＡ指定が存在する。
【００２６】
しかしながら、すべてのこれらの構造にわたって、確実に翼が意図される気流領域内で正確に動作することが重要である。上述のように、設計が積極的すぎると、翼には、翼の表面からの気流の分離が見られるようになり、ひいては気流の失速をまねく。
【００２７】
図４は、円形の翼４００および翼４００を通る気流の断面図を示している。断面図４０１は、反り角の大きいキャンバーの翼を示している。翼４００の負圧側は内側にあり、円形の翼４００の周囲で強い空気の循環を起こす。製剤は、円形の翼４０１におけるスロット４０６からの噴流４０２として放出される。
【００２８】
図５に示されている製剤拡散装置５００は、ノズル５０１と、円形の翼５０２と、本体５０３とを含む。空気は、ノズル５０１を介して流れ出、これは噴流として作用して、円環翼５０２を介して引き込まれた製剤を分散する。空気清浄機５００の本体５０３は、製剤と、噴流ノズル５０１を介して空気を押し出すための機構とを含む。
【００２９】
これらの実施形態のすべてにおいて、製剤に激しい反応を引き起こし得るエアロゾル状の雲が形成されないように、製剤は均一に拡散されることが重要である。成分固有の気相へ逃れる傾向の理解は、製剤の揮発性を考慮する際に、有用な出発点である。製剤成分の相対分子質量（ＲＭＭ）および沸点は、材料の挙動に関するいくつかのガイドラインを提供する。沸点が分からない材料の場合、一般に、クロマトグラフィ上の挙動を調べるのが妥当な代替策である。例えば、材料が非極性相のガスクロマトグラフィのカラムを通過して溶出するための保持時間は、しばしば、沸点と強い関係がある（実際、このようなカラムは、一般に「沸点」カラムと呼ばれる）。
【００３０】
したがって、製剤の揮発性の別の特徴と考えられ得る相対分子質量（ＲＭＭ）と、製剤混合物のガスクロマトグラフィ上の特性とを、円環翼を通る気流に対応させることが重要である。動作温度における製剤混合物の蒸気圧が高すぎ、そして円環翼を通る気流もまた強すぎる場合、望ましくない製剤の濃縮が起こり得る。
【００３１】
翼装置において動かされる全空気量は、いわば、（ａ）製剤拡散装置を通過する空気から、（ｂ）製剤拡散装置の環の負圧側に引かれる空気から、（ｃ）製剤拡散装置の環から出る、自由せん断層内に引き込まれる空気からという３つの寄与を受ける。
【００３２】
例えば、２．５ｃｆｍの吹き込まれる空気／製剤の値（寄与（ａ））は、計９．４ｃｆｍの環を貫通する空気（上記、寄与（ａ）および（ｂ）の和）、そして計２６７ｃｆｍの２ｍ下流の位置で移動する空気（すなわち、寄与（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ））に対応する。この例は、気流の半分についてのものである。したがって、全気流は、装置から２ｍ下流で、５００ｃｆｍよりも大きい。製剤の蒸気圧が高すぎる場合、例えば、２００ｋＰａの場合、製剤の拡散は、強すぎる場合もある。
【００３３】
したがって、装置の２ｍ下流で、質量流量が７５０ｃｆｍ未満かつ製剤混合物の蒸気圧が２００ｋＰａ未満になることが望ましい。この毎分７５０ｆｔ３（ＣＦＭ）は、（ａ）ファンの速さ、（ｂ）円環翼の形状および（ｃ）円環翼の迎角の調整により達成される。製剤混合物の蒸気圧は、製剤混合物の温度およびその固有の蒸発特性の因子である。例えば、アセトンの蒸気圧は、２０℃で２４０ｈＰａである。アセトンを加熱することによって、蒸気圧は、２４０ｈＰａを超えて高まる。
【００３４】
図６〜図１０を参照すると、本発明の製剤拡散装置６００の別の実施形態が示されている。製剤拡散装置６００は、翼６０４が取り付けられている本体６０２を含む。最も厚い部分または前縁６０５から後縁６０７までの円環翼６０４のテーパ（傾斜）は、一定であり、図示の実施形態では、円環翼の迎角は１５度である。後縁６０７から正圧側６１２上の翼の端部までの翼６０４の一部分は、フォイルダクトであり、これは、気流を包囲し、多孔質媒体にわたって動かして、製剤を気流に引き込むために用いられる。
【００３５】
取り外し可能な製剤貯蔵部６０６は、本体６０２に結合されて、製剤を供給し、製剤は、これが翼６０４を通って移動する空気供給に引き込まれる場所である開口部６０８を通って、本体６０２から送出される。製剤拡散装置６００は、壁ソケット６３１に差し込まれて、製剤拡散装置６００が壁ソケット６３１内に差し込まれた場合に、翼６０４が壁６３２からわずかに離間するように意図されている。空気は、壁６３０に最も近い翼６０４の負圧側６１０から引き込まれ、壁６３０から最も遠く離れている側６１２上の翼６０４の圧力端部から排出される。
【００３６】
製剤拡散装置６００の正面図が図７に示されており、ここでは、気流６１１（これは、外周の周囲の符号の無い矢印を含む）は、開口部６０８から翼６０４の外に放出される製剤を運ぶ。
【００３７】
ここで図８を参照すると、図６および図７に示される製剤拡散装置の背面側が示されている。製剤拡散装置６００を交流ソケット６３１内に差し込むために交流電源プラグ６１４が用いられて、製剤拡散装置６００に交流電力を供給する。電力は、格子６１８の背後に格納されたファンであるインペラ６１６を動かすために用いられる。インペラ６１６が円環翼６０４内に空気を吹き上げると、空気が、スロット６２６を通って円環翼６０４内へと地面に対して平行に流れ出て、コアンダ効果を生じる。インペラ６１６の回転は、地面に対して軸回転である。
【００３８】
翼６０４の構成要素および製剤拡散装置６００のその他の内部構成要素に関し、図９は断面図を、図１０は分解図を示している。この実施形態ではボトルである取り外し可能な製剤供給源６０６は、多孔質媒体（コットンリードなど）６２０を含み、多孔質媒体６２０は、ボトル６０６内に延在し、液体の製剤および担体材料を、これが翼６０４を通る気流中に引き込まれる開口部６０８まで、毛管現象によって吸い上げる。
【００３９】
プラグ６１４は、ハウジング６２２に支持されている。プラグ６１４からのワイヤ６３４は、電源６３５に接続されて、ライン電圧（交流１２０Ｖまたは交流２２Ｖなど）からの電圧を、ファンを駆動する電圧（直流５Ｖまたは直流１２Ｖなど）に調節する。加えて、特定の実施形態は、限定されるものではないが、加減抵抗器、電力のパルス幅変調、または離散切り替え抵抗値を含む、インペラ６１２の速度を変更または調節する手段を含み得る。このような制御作用は、手動でなされても、あるいはプログラムされた、またはカスタマイズ可能なプログラムコントローラまたはマイクロプロセッサによりなされてもよい。図９に示されるように、インペラ６１６は、格子６１８を通して空気を吸い込み、空気をトンネル６２４内へと上方に押し上げ、その後、空気は、円環翼６２８の前縁６０５と、円環翼６０４の内面６３０との間に形成されたスロット６２６を通って押し出される。図６〜図１０に示される実施形態では、香料を含有する担体が開口部６０８を通って放出されるが、その他の実施形態では、製剤供給源は、（ａ）インペラ６１６が担体および製剤をトンネル６２４内に押し出すように、インペラ６１６に対する位置に、（ｂ）担体および製剤が製剤拡散装置６００内に負圧側６１０を介して吸い込まれるように、負圧側６１０に、あるいは（ｃ）インペラが製剤を装置６００内に引き込み、製剤をトンネル６２４内に放出するように、格子６１８とインペラ６１６との間に配置され得る。
【００４０】
一部の実施形態では、担体および製剤が含有されている製剤貯蔵部６０６は加熱される。熱を加えるかどうかは、室温における担体の揮発性または蒸気圧に依存する。図６〜図１０の実施形態では、加熱器６４０は、蒸発が起こる多孔質媒体６２０の上部付近に配置されている。加熱器６４０は、ワイヤ６４２上に抵抗が配置された抵抗加熱器である。この実施形態では、担体および製剤が１２０°Ｆ〜１８０°Ｆまで、より好適には、１５０°Ｆで加熱されることが好ましい。その他の製剤は、その他の温度範囲で加熱される。当技術分野においてよく知られているように、プログラムされた集積回路を有する回路基板は、外部入力またはプログラムされた集積回路に書き込まれたアルゴリズムに基づいて、抵抗加熱器が可変および間欠の両方、またはいずれか一方であることを可能にする。
【００４１】
図１１に描かれた図形は、円環翼１１００のコンピュータ流体力学（ＣＦＤ）分析と、円環翼からの気流の範囲とを示している。円環翼１１０１は、拡大した気流１１０２を生じる。円環翼１１０１の迎角は、１５°に修正されている１１０３。
【００４２】
コアンダ効果を利用する、円環翼を通る気流が図１２に示されている。翼構成１２００は、断面１２０５で、スロット１２０１が円環翼の内側部分に円環翼の吸気口１２０６に向かって広がる状態で示された円環翼からなる。スロット１２０１からの気流１２０３は、円環翼の内側から流れ、製剤と共に引き込まれる。気流１２０３はまた、より大きな気流１２０４を可能にし、これは、コアンダ効果による気流１２０３が、気流１２０４を円環翼１２０５から離れないように保って、円環翼１２０１を通るより高効率の流れを可能にするためである。この効率は、円環翼１２０５の吸気口１２０６を通して流れ１２０２を傾け、コアンダ効果による気流１２０３を円環翼１２０５から離れないように保つことにより達成される。
【００４３】
図１３では、中心線１３０１および後縁１３０２と共に、６４１２翼１３００が示されている。
【００４４】
図１４は、翼弦線１４０１および中心線１４０２と共に汎用体の翼１４００が示されている。翼弦線１４０１は、翼の前縁１４０３と後縁１４０４の先端とをつなぐものである。中心線１４０２は、前縁１４０３から後縁１４０４まで翼を二等分する。
【００４５】
本発明を、その好適な実施形態を参照して説明してきたが、当業者には様々な代替策および修正が明らかとなるはずであるが、すべてのこのような代替策および修正は、添付の特許請求の範囲内に包含されることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2015525319.tif 000011
【図９】
2015525319.tif 000012
【図１０】
2015525319.tif 000013
【図１３】
2015525319.tif 000014
【図４】
2015525319.tif 000015
【図１１】
2015525319.tif 000016
【図１２】
2015525319.tif 000017
【図１４】
2015525319.tif 000018
【国際調査報告】
2015525319.tif 000019