(57)【要約】活性炭素繊維（ＡＣＦ）を含む再生可能なフィルタを支えるフィルタ容器と、再生可能なフィルタを再生する時を決定するように適合される制御装置と、を備える再生可能な空気清浄装置が開示される。この装置は多くの再生サイクルにわたって高い性能および長い寿命を示す。
2004526928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性炭素繊維（ＡＣＦ）を含む再生可能なフィルタ
を支えるフィルタ容器と、
前記再生可能なフィルタを再生する時を決定するように適合される制御装置と、を備える再生可能な空気清浄装置。
【請求項２】
前記フィルタ容器およびフィルタが、一体にして且つ分解不能であり、前記装置が、前記再生可能なフィルタを再生する際に使用する熱源をさらに備える、請求項１に記載の再生可能な空気清浄装置。
【請求項３】
前記フィルタ容器およびフィルタは分解可能であって、該フィルタが、熱源による再生のために取り外すことができ且つ再取り付け可能である、請求項１に記載の再生可能な空気清浄装置。
【請求項４】
前記ＡＣＦがシートの形態をなしている、請求項１に記載の再生可能な空気清浄装置。
【請求項５】
空気が通過する通路を与えるために連通する空気入口と空気出口とを有する筐体であって、前記フィルタが該通路内に置かれる筐体と、
空気を前記筐体を通して引き抜くために前記通路内に置かれるファンと、をさらに備えており、
そのことによって、動作時に、前記フィルタは汚染物質を前記筐体を通して引き抜かれる空気から除去する、請求項１に記載の再生可能な空気清浄装置。
【請求項６】
少なくとも１つの制御装置機能に関する状態をユーザーに伝える、少なくとも１つの表示器を含む制御盤をさらに備える、請求項５に記載の再生可能な空気清浄装置。
【請求項７】
持ち運びできる、請求項６に記載の再生可能な空気清浄装置。
【請求項８】
前記制御装置が、前記フィルタを再生する時を決定するために、前記フィルタの汚染物質に対する曝露時間を使用する、請求項５に記載の再生可能な空気清浄装置。
【請求項９】
曝露時間が累積固体ランタイマーによって測定される、請求項８に記載の再生可能な空気清浄装置。
【請求項１０】
前記ＡＣＦシートを再生するのに必要な時間の制御が固体再生タイマーによって与えられる、請求項５に記載の再生可能な空気清浄装置。
【請求項１１】
前記フィルタ容器がフレームである、請求項５に記載の再生可能な空気清浄装置。
【請求項１２】
前記フィルタ容器が、ＡＣＦシートを支えるフレームを備える取外し可能なカートリッジであり、該カートリッジは、前記筐体内の補完的形状のスロット内に挿入するように適合される、請求項５に記載の再生可能な空気清浄装置。
【請求項１３】
前記熱源が、前記カートリッジを受け入れるように適合される別個の再生ユニット内にある、請求項１２に記載の再生可能な空気清浄装置。
【請求項１４】
前記ファンに対して動作可能に接続されたファン速度制御器と、
前記ファン速度制御器に対して動作可能に接続されたガスセンサーとを、さらに備え、
それによって、ファン速度が前記ガスセンサーによって検出された汚染濃度に応答して自動的に調整される、請求項５に記載の再生可能な空気清浄装置。
【請求項１５】
前記制御装置が、
前記フィルタ容器前の１つのガスガスセンサーと、前記フィルタ容器後の１つのガスガスセンサーと、を備え、
前記両ガスセンサーは、前記フィルタを再生する時を決定するためにフィルタ効率モニターに対して動作可能に接続される、請求項５に記載の再生可能な空気清浄装置。
【請求項１６】
前記熱源が、前記ＡＣＦシートの面内に間隔を置いて延びた１対の電極を備え、該電極は、電源と組んで前記ＡＣＦシート中に電流を供給する、請求項５に記載の再生可能な空気清浄装置。
【請求項１７】
前記熱源が前記ＡＣＦシートから間隔を置いて放射熱源を備える、請求項５に記載の再生可能な空気清浄装置。
【請求項１８】
前記放射熱源が自動車エンジン冷却装置によって加熱される、請求項１７に記載の再生可能な空気清浄装置。
【請求項１９】
前記ＡＣＦシートおよび前記電極が前記電極に平行にひだをつけられる、請求項１６に記載の再生可能な空気清浄装置。
【請求項２０】
前記表示器が、予め設定した時間が経過したこと、かつ前記空気清浄器の再生が必要であることを示す表示をユーザーに与える、請求項６に記載の再生可能な空気清浄装置。
【請求項２１】
前記筐体が、前記空気入口をふさぐ微粒子からなるフィルタを有する、請求項５に記載の再生可能な空気清浄装置。
【請求項２２】
前記ファン用の電源が１２ボルトライターソケット電源である、請求項５に記載の再生可能な空気清浄装置。
【請求項２３】
前記電源が１２０ボルトＡＣ電源である、請求項１６に記載の再生可能な空気清浄装置。
【請求項２４】
請求項１または５に規定された再生可能な空気清浄装置を、狭い空間において動作させる工程を含む、狭い空間における空気を清浄にする方法。
【請求項２５】
前記狭い空間が自動車の客室である、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
この発明は空気清浄、詳細には再生可能な空気清浄装置を伴う空気清
浄に関する。
【０００２】
発明の背景
有機溶媒またはタバコの煙のような空気で運ばれる汚染物質が蓄積しやすい狭い領域が、そのような領域でかなりの時間を過ごす人の健康に悪影響を起こし得る。汚染物質の濾過、吸収または吸着による、狭い空間における空気の清浄化が、これらの潜在的な悪影響が生じる可能性を減らす。しかしながら、フィルタまたは吸着剤の能力が使用の結果として低下し、最終的に飽和が起きる。この結果、飽和したフィルタの頻繁な交換が必要である。これは不便であり費用がかかる。さらに、フィルタが空気を狭い空間に出し入れするダクト装置に一体化される場合は、一体化されたフィルタの定期的交換が実行不可能になり得る。
【０００３】
フランス特許出願第２，７４４，３７５号が、自動車の暖房、換気、および冷房（ＨＶＡＣ）装置のダクトに一体化された活性チャコールフィルタを記載している。活性チャコールフィルタは、吸着微粒子の熱による脱着によってそのままで再生利用される。そしてファンが脱着した微粒子を吹き飛ばす。こうして、自動車の電気装置がオンにされる場合に、制御装置がＨＶＡＣ装置の弁を自動的に調整して、車外からの空気をフィルタを通して再び車外へ流す。フィルタと一体化されているか或いはその真近かにある熱源が加熱され、送風ファンは作動されて、空気をフィルタを通すか、またはそれを超えて流して車外へ出す。熱がフィルタに吸着された物質が放出されるようにし、気流が放出された物質を車外へ運ぶ。この事象のシーケンスが、フィルタの汚染の実際の程度に関係なく、所定の時間の間に起きる。それは車のエンジンが始動されるたびに起こり、エンジンが走行を続ける期間によって影響されない。したがって、再生の頻度および程度がフィルタの実際の状態にも、フィルタが作用した期間にも関連しない。
【０００４】
再生のためにフィルタを加熱することが余分の歪みを与え、自動車の電気装置に追加の能力を必要とすることがある。送風機の冷却効果が、取り除かれた微粒子を排出する動作において、フィルタの適当な再生温度を維持するために電気装置にさらに要求を加える。この問題は北米で経験される冬季に特に顕著である。さらに、所定の再生時間中、ＨＶＡＣ装置は、その意図された機能の暖房または冷房、および換気を実行することが不可能である。これは、特に極端な気象状態において、望ましくない。
【０００５】
フランス特許出願第２，７４４，３７５号のフィルタは、自動車のＨＶＡＣ装置の一体化部分である。それは持ち運びできず、ＨＶＡＣ装置の部分としてそのようなフィルタを持たない、既存の自動車の装備を改良するのに適さない。既存車両の装備改良はかなりの労力および費用を必要とするだろう。これは多くの顧客にとって高価だろう。
【０００６】
米国特許出願第５，８２７，３５５号は再生可能な炭素繊維合成物フィルタを記載している。合成材料は堅く、粉末フェノール樹脂のような、炭素繊維および結合剤を含む。結合剤の存在、および堅いフィルタの一様に多孔質の構造が、再生のためにフィルタを加熱するために必要とされる大電流（１〜２０アンペア）を生じる。電流の流れがひだに平行である。そのような構成はひだの端部における良好な電気的接触を困難にする。電流の流れ、引いてはフィルタの加熱は、構造の多孔性のために、かつまた再生中に高抵抗領域、および結果として生じるホットスポットを生成し得る結合剤の存在のために、堅い構造を通じて一様でないと予想される。
【０００７】
また米国特許出願第５，８２７，３５５号に、堅い合成空気フィルタを含む空調装置が開示されている。この空調装置は、壁に取り付け、外気と接続するようにデザインされている。可動ダンパーの位置決めが、新鮮な外気か或いは室内の循環空気のどちらか、または両方を選択する。第１の送風機が、処理される空気をフィルタを越えて室内へ通過させるために設けられる。再生モードにある場合に、フィルタは加熱され、ダンパーは、第２の送風機によって加熱フィルタを越えて動かされる空気を排気口を通るように方向づける。上に論じたように、再生中の送風は空気移動の冷却効果のために望ましくない。２つの送風機、および複数の空気通路を与える可動ダンパーを有する、米国特許第５，８２７，３５５号の装置は扱いにくく、より少ないそのような通路を有する装置よりも機械的故障を起こしやすいだろう。
【０００８】
発明の概要
活性炭素繊維に関して、これまで評価されなかったのは、濾過サイクルおよび活性炭素の再生を制御する一体化装置がそのようなフィルタの性能および寿命に及ぼす重大な影響である。
【０００９】
１つの態様において、本発明は、活性炭素繊維（ＡＣＦ）を含む再生可能なフィルタを支えるフィルタ容器と、再生可能なフィルタを再生する時を決定するように適合される制御装置と、を備える再生可能な空気清浄装置を提供する。
【００１０】
装置は、フィルタ容器およびフィルタは一体で、取り外し不可能であり、装置は再生可能なフィルタを再生する熱源をさらに備える、再生可能な空気清浄装置であることが好ましいけれども、フィルタは熱源による再生のために取り外され、そして再び取り付けられ得るように、フィルタ容器およびフィルタは取り外し可能である、再生可能な空気清浄装置もまた考えられる。
【００１１】
装置は、空気が筐体を通過する通路を与えるために連通する空気入口と空気出口とを有する筐体をさらに備え、フィルタは通路内に置かれ、通路内に置かれたファンが空気を筐体を通して引き抜き、そのことによって、動作時に、フィルタは汚染物質を筐体を通して引き抜かれる空気から除去する。
【００１２】
別の態様において、本発明は、ここに開示された再生可能な空気清浄装置を狭い空間で動作させる工程を含む、空気を狭い空間で清浄にする方法を提供する。
【００１３】
本発明のフィルタ／制御装置組み合わせの利点は、フィルタは多くの再生サイクルにわたって、ある場合に５０回より多く、高い性能および長い寿命を示すことである。フィルタの寿命は装置の他の部品の寿命に等しいか、またはそれより長い。
【００１４】
その最も簡単な実施形態において、本発明のフィルタ／制御装置組み合わせは、例えば、調理用コンロの上のレンジフード内での使用に適合され得る。そのような実施形態はフィルタ容器内のフィルタ、および一体化された制御装置だけを必要とし、各々は適当な電源に接続されるように適合されるだろう。
【００１５】
本発明はまた、フィルタ／制御装置組み合わせを備える、かつ独立型であり得る空気清浄装置を提供する。それは、自動車、および航空機、汽船などのような他の乗り物で見られるように、ＨＶＡＣ装置と無関係に、またはそれと一体化されて動作可能である。それはまた非乗物用の用途にも、例えば、レストラン、商用キッチン、クリーンルーム、手術室、実験室、住宅、ガレージ、工場、化粧室、または事務所のような場所の空気を清浄にするのに使用されることがある。
【００１６】
より一般に、それは、例えば、居住する人や動物によって直接または間接に生成される水蒸気、ガスまたは臭気（例えば、タバコの煙、ペンキおよび塗装の臭いなど）が蓄積しやすいことがある、どんな住居用、商業用または他の建物でも使用されることがある。
【００１７】
フィルタ／制御装置組み合わせを含む本発明の独立型装置が、携帯できる大きさ、および自動車の客室のような狭い空間内の配置を含む種々の用途の大きさに作られ得る。自動車用に設計される、本発明の装置が、自動車の１２Ｖ電源部（ライターソケット）または１２ＶＡＣアダプターによって電力を供給される。そのような形態において、それは自動車のＨＶＡＣ装置と同時に動作可能である。そのような装置は構成が簡単であり、単一の送風機またはファン、および１つの空気通路を有し、ダンパーまたは弁のような可動部品が必要ない。それは電力要求が小さく、自動車の電気装置に大幅な余分の負荷を加えない。その結果、電気装置に対して、少しの追加の能力、または変更も必要ではない。
【００１８】
本発明は、例証として、本発明のいくつかの実施形態を示す付帯図にさらに示される。
【００１９】
本発明の装置の好ましい実施形態が、ユーザーに少なくとも１つの制御装置機能に関する状態を知らせる、少なくとも１つの表示器を含む制御盤をさらに含む。表示器は、予め設定した時間が経過したこと、かつ空気清浄器の再生が必要であることを示す表示をユーザーに与えることが、より好ましい。装置は持ち運びできることが便利であることがある。筐体が空気入口をふさぐ、微粒子からなるフィルタを有する実施形態が検討される。
【００２０】
装置の好ましい実施形態が、ファンに対して動作可能に接続されたファン速度制御器と、ファン速度制御器に対して動作可能に接続されたガスセンサーとをさらに備え、それによって、ファン速度がガスセンサーによって検出された汚染濃度に応答して自動的に調整される。
【００２１】
装置の好ましい実施形態において、制御装置はフィルタ容器前の１つのガスセンサーと、フィルタ容器後の１つのガスセンサーとを備え、両ガスセンサーは、フィルタを再生する時を決定するためにフィルタ効率モニターに対して動作可能に接続される。
【００２２】
また、制御装置はフィルタを再生する時を決定するためにフィルタの汚染物質に対する曝露時間を使用し、曝露時間は累積固体ランタイマーによって便利に測定される実施形態が検討される。
【００２３】
また、フィルタ容器はＡＣＦシートを支えるフレームを備える取外し可能なカートリッジであり、カートリッジは筐体内の補完的形状のスロットに挿入するように適合される、本発明の装置の実施形態が検討される。そのような実施形態において、熱源はカートリッジを受け入れるように適合される別個の再生ユニット内にあることが好ましい。
【００２４】
本発明の装置において、ＡＣＦ用の容器は、フレーム、堅いスクリムまたはひだ加工されたメッシュのような多くの様々な形をとることができる。
【００２５】
本発明のフィルタは活性炭素繊維（ＡＣＦ）シートを含むことが好ましい。一般に、ＡＣＦシートは物質を吸着し、続いて、制御された方法で、例えば加熱によって誘導されて、それらの吸着物質を放出して、その最初の吸着能力の全て、または殆んど全てを回復する。ＡＣＦシートの均一な構造が粒状炭素または炭素装填織布よりも一様な電流の流れを与えて、本発明によって与えられた制御加熱中の局部的ホットスポットの形成を最小限にする。
【００２６】
ＡＣＦシートが汚染物質に曝露される時間の長さ、かつ再生の時間の長さの制御を通して、本発明は、フィルタの寿命はかなりのものになり得ることを実証する。発明者は５０回より多い再生を達成した。特に、この制御を通して、ＡＣＦシートの高い最初の効率が延長され得る。
【００２７】
装置はフィルタの吸着汚染物質に対する曝露量を測定することが好ましい。累積曝露時間は曝露の１つの尺度であるが、各々が汚染濃度を測定し、ＡＣＦシートの効率のリアルタイム比較分析を与える、フィルタの前後に置かれるガスセンサー（空気品質センサー）を使用することもまた可能である。そしてデータが、「再生」表示器を作動させて、ＡＣＦシートを再生する必要があることをユーザーに知らせるために使用される。
【００２８】
本発明においてＡＣＦシートを使用することは他の形の炭素に対していくつかの利点がある。ＡＣＦシートは大きい表面積を有し、粒状炭素よりも良好な吸着作用（より高い効率）を与える。連続する活性炭素繊維はまたより良い電気伝導度を与え、粒状炭素よりも均一な電流の流れを可能にし、したがって再生中にＡＣＦシートの均一な加熱を与える。さらに、本発明の再生可能なフィルタが清浄にされ、定期的に交換されないので、例えば、より安い粒状炭素を含む使い捨てのフィルタの使用に比べて、ＡＣＦシートの使用はコストがあまり高くない。
【００２９】
ＡＣＦは約５〜２０ミクロン、より好ましくは７〜１１ミクロンの繊維直径を有する。ＡＣＦは、織られるか或いは不織（例えば、フェルト）であり得るＡＣＦ布シートの作製を可能にする。ＡＣＦは約２５０〜約２０００ｍ２／ｇ、より好ましくは約１０００〜約１５００ｍ２／ｇの表面積を有することが好ましい。適当な炭素繊維シートが１５００ｍ２／ｇの表面積を有するＫｕｒａｃｔｉｖｅＴＭ  ＣＨ７００−１５（Ｋｕｒａｒａｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｃｏｍｐａｎｙ）、または１０００ｍ２／ｇの表面積を有するＫｙｎｏｌＴＭ  ＡＣＣ−５０９２−１０（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｋｙｎｏｌ）を含む。好ましいＡＣＦシートはＫｕｒａｃｔｉｖｅＴＭ  ＣＨ７００−１５（Ｋｕｒａｒａｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｃｏｍｐａｎｙ）である。Ａｃｔｉｔｅｘ  ＲＳ−１３０１のような、Ａｃｔｉｔｅｘレーヨン繊維から誘導される活性炭素繊維もまた適当である。
【００３０】
織の密度が布を通して空気の流れを起こし得る。ＡＣＦシートは、自動化設定で処理し形成するのが容易なので製造するのが有利である。密度の高いひだ加工が、シートの柔軟性のおかげで、ＡＣＦ布シートおよび適当な支持物で以って可能である。ひだ加工および／または小さい密度の織の存在が、平らであり、および／または高密度の織を有するＡＣＦシートと比較して、ＡＣＦ布シートの前後間により小さい圧力低下をもたらす。ＡＣＦシートの圧力低下特性は活性炭素の他の構造に比べて特に有利である。
【００３１】
ＡＣＦフィルタ容器２の第１の実施形態が図１に示される。それは上部フレーム４と、下部フレーム６と、上下フレームの間にＡＣＦ布シート８とを含む。フレームの各端部に、電極筐体１０、１０および銅電極１２、１２がある。
【００３２】
上部および下部フレーム４および６は大体長方形であり、各々は複数の略平行なプリーツ加工棒１４を有する。電極１２は棒状であり、電極筐体１０は組立品２の両端に設置される。電極は互いに略平行である。フレームが合わされる場合に上下フレームが組み合うことを可能にするために、ひだ加工棒１４は間隔を置いて配置される。組合せプロセス中にフレーム間に置かれる、１枚のＡＣＦ布８が、フレームが組み合わされる場合に下部フレーム６のひだ加工棒１４の間を通る、上部フレーム４のひだ加工棒１４の作用によってひだをつけられる。ひだの包含によって、一定のフレームサイズに対してフィルタ面積が増加する。
【００３３】
組立品が完全である場合に、電極１２はＡＣＦシート８と電気的に接触する。シート８の端部が各電極１２とその対応する筐体１０との間に固定される。上部フレーム４および下部フレーム６はフィルタ容器２を取り付けるために一緒に固定される。電極１２が適当な電源に接続される場合に、電流がＡＣＦシート８を通ってひだの方向に直角に流れる。０．３〜３．０ワット／ｉｎ２の範囲の小電力が、シート８を好ましくは約２００°Ｆ〜約６００°Ｆ、より好ましくは約２５０°Ｆ〜約４００°Ｆ、そしてより一層好ましくは約３００°Ｆの温度に加熱するために必要である。この加熱は前に吸着された物質の脱着およびシート８の再生を引き起こす。電源はＡＣまたはＤＣであり得るが、好ましい実施形態は、北米の１２０Ｖ  ＡＣ電源または英国の２４０Ｖ  ＡＣ電源のような、家庭用本線電源を使用し、そのため再生は、自動車の電気装置の電源のような、より限定された電源を必要としない。再生後、ＡＣＦフィルタは周囲温度に戻され、そして後で使用できる状態になる。
【００３４】
図２がＡＣＦフィルタ組立品２の第２の実施形態を示し、そこではフィルタ容器２の長さを越える長さのＡＣＦ布シート８が、ひだ加工棒１４の上下でひだをつけられる。これらのひだ加工棒１４は、上部フレーム４におけるそれらの動作位置から取り外して示されている。
【００３５】
図３が、上部フレーム４と下部フレーム６との間に保持されるＡＣＦシート８を有するフィルタ組立品２の実施形態を示す。組立品２がＡＣＦシート８を通して電流源を与えるために組み立てられる場合に、ひだ加工された電気的リード５がＡＣＦシート８と接触するために設けられる。組立品２が組み立てられる場合に、ひだ加工されたガラスペーパーメッシュ支持物１６が、上部フレームのひだ加工された部分１８およびひだ加工された電極５と協力してＡＣＦシート８にひだをつける。適当なメッシュ支持物が陽極酸化アルミからも製造され得る。
【００３６】
２つのＡＣＦシート８を含むフィルタ容器２の別の実施形態が、ひだ無しで、図４に示される。ＡＣＦシート８は中間フレーム２２によって分離され、上部フレーム４と下部フレーム６との間に保持される。中心を通るホース２６の形で入力アダプターを有する底板２４が下部フレーム６に設けられる。上下のフレームは銅電極１２を含む。黄銅ネジ２８およびナイロンネジ３０が組立品２を全体的に保持し、黄銅ネジ２８はまた電気的端子としても作用する。
【００３７】
本発明の持ち運びできる装置３２の実施形態が図６に示される。ＡＣＦシート（図示せず）などの活性炭素繊維（ＡＣＦ）フィルタ容器が支持物３６に取り付けられ、送風機ホイール４０（うず巻き形ケーシング）内に収容されたファン３８に近接して取り付けられる。筐体３４がファン３８およびＡＣＦフィルタ組立品２を入れるために設けられ、筐体３４は送風機ホイール４０およびファンモータ４４が取り付けられる基部４２を備える。筐体３４は空気入口４６および空気出口４８を有する通路を画定し、ファン３８およびＡＣＦフィルタ組立品２は、空気入口４６と空気出口４８との間の通路内にある。空気入口４６は、定期的に交換され得る、静電気的に帯電したポリプロピレンフィルタ５０、例えばＦｉｌｔｒｅ（登録商標）（３Ｍ）によって覆われる。ファン３８が汚染空気をフィルタを通して引き出した後に、空気出口４８は濾過された空気の出口用に設けられる。再生中に、フィルタの加熱に起因する上昇温暖気流が脱着ガスを上方へ、かつ入口４６を通って外へ運ぶ。制御盤５２が、ユーザーがここに、例えば図５に関連して、述べられる制御装置とインターフェースをとることを可能にするために設けられる。
【００３８】
図７が動作時の図６の装置３２を通る空気の流れを示す。ファンモーター４４は送風機ホイール４０内のファン３８を駆動して、微粒子からなるフィルタ５０、およびＡＣＦシート８（図示せず）を保持するフィルタ容器２を通して空気を引き出す。そして清浄にされた空気が空気出口４８を通して押しやられる。また、制御盤５２、回路基板５４、および１２０Ｖコネクタ５６の相対的位置が示される。
【００３９】
筐体３４は、送風機ホイール４０のように、成型プラスチックから作られる。基部４２およびフィルタフレーム支持物３６は薄板から作られる。他の材料が、必要に応じて、これらの素子を製造するために使用されることがある。
【００４０】
例えば、自動車に使用するように適合される、本発明の空気清浄装置の好ましい実施形態（図６および７）が次の装置を含む。
【００４１】
制御装置
再生可能な空気フィルタの電子制御部はその機能および性能の不可欠な部分である。制御装置はファン速度の制御用のオプションを与えるばかりでなく、空気清浄装置の使用を監視して、再生スケジュールが達成されることを確実にする。このように、フィルタ性能が最適なレベルに維持されて、寿命を確保する。一連の簡単な聴視覚表示器が、空気清浄装置の状態および再生時期をユーザーに知らせ続ける。電子機器のブロック図が図５に示される。回路の機能が以下に説明される。
【００４２】
電子機器
電子機器について２つの主要な部分、濾過制御回路および再生回路がある。
【００４３】
濾過制御回路
本再生可能な客室空気フィルタ（ＲＣＡＦ）装置は、自動車の１２Ｖライターソケットまたはライターソケットアダプター付きの電源端子によって電力を供給され得る。アダプターは、ユーザーが電源をオフにするか、または装置が手動モードにある場合に種々のファン速度から選択することを可能にする多位置形スイッチを有する。自動車の電池電圧、ファン速度制御および接地信号が３つの導体ケーブル、導体プラグおよびソケットによって全てＲＣＡＦ装置に送られる。
【００４４】
電池電圧が１１ボルトより下に低下する場合は、電池電圧モニターがファンモーターを停止し、空気品質センサー熱源を切断し、ランタイマーを一時停止し、そして「低電圧」表示器をオンにする。これは、装置が自動車の走行無しに長期間放置される場合は、自動車の電池が消耗されるのを防止する。１２０Ｖ電源がフィルタを再生するために印加される場合に、電池切断回路がＲＣＡＦ装置を自動車の１２Ｖ系から切断する。これは、電源アダプターが再生中プラグで接続されている場合に、自動車の電池、および装置のユーザーを高電圧から保護する。
【００４５】
手動／自動制御スイッチが、ファン速度を手動でか或いは自動的に制御するオプションをユーザーに与える。手動モードで、ファン速度、および結果として生じる、ＲＣＡＦ装置の気流が、１２Ｖライターソケットアダプターを設定することによって制御される。自動モードで、ファン速度は、アダプターの設定に関係なく、空気品質センサーによって制御される。
【００４６】
空気品質センサー（速度制御）は、ＦｉｇａｒｏＴＭ  ＴＧＳ−８００（Ｆｉｇａｒｏ）のような、酸化金属から作られたセンサーを組み入れ、
これは汚染物質を検出し、増幅される、かつファン速度を制御する回路であるファンモータードライブに向けられる信号を生成する。この型のセンサーおよび回路は様々な汚染物質に対して様々に応答するけれども、一般の効果は、汚染レベルが大きくなるにしたがってファンモーターの速度を大きくすることである。ファンモータードライブは、オンオフされ得る、または調整可能な電圧レベルによって種々の速度に設定され得る電力電界効果トランジスタのような、固体素子である。
【００４７】
ファンモーターが動作する時間数を監視する累積固体タイマーであるランタイマーが設けられる。モーターが所定の時間数、好ましくは１２０時間動作する場合に、見えるおよび／または聞こえる表示器が、フィルタを再生する時であることを操作者に伝える。この制御されるランタイムは、フィルタが臭気を取り除く能力を維持する。ＲＣＡＦ装置がオフされるか、または電源アダプターから分離される場合に、装置内の予備電池が電力を供給し、かつランタイマーのカウントを維持するために使用される。
【００４８】
再生回路
本線電源からの１２０ボルトＡＣ信号が、再生ＤＣ電源によって再生タイマーおよびフィルタ駆動回路用の１２ボルトＤＣに変換される。１２０ボルトＡＣ電源が接続される場合に、類似の低電力１２ボルトＤＣ電源が電池分離回路を付勢するために使用される。
【００４９】
固体再生タイマーが、図６の好ましい実施形態において約３０分である、再生サイクルの期間を制御するために使用される。このサイクルは、３００度Ｆよりも低い再生温度を有する装置においてより長い。再生回路はオン／オフスイッチを有しないが、時間が完結するまでフィルタ駆動回路および「動作中」表示器をオンにする１２０ボルトＡＣ電源にプラグで接続される毎に、装置が自動的にリセットし、開始する。完結した場合に、「準備完了」表示器がオンになり、リセットパルスが再生スケジュールおよびタイミングを自動化するランタイマーに送られて、フィルタ装置の安定した性能を確実にする。
【００５０】
フィルタ電源ドライバーがフィルタへの１２０ボルトＡＣ信号をオンオフする。フィルタ電源ドライバーからの出力が可変調光型電圧制御器を通して供給されて、高電圧信号を３００度Ｆのフィルタ温度を生成した５０ボルトへ調整する。エルムウッドセンサー型ＤＸＸＸの熱保護装置がフィルタ電源接続部と直列に接続され、フィルタに近接して配置される。フィルタを危険な、または自己破壊的な温度に過熱させるＲＣＡＦ装置が原因で問題が起きる場合は、熱遮断器が開き、フィルタへの電源を分離する。
【００５１】
代替回路
上述の個別部品回路のブロックに対する代替がマイクロプロセッサによる回路である。マイクロプロセッサは、１つのチップ、少数の外部部品、および表示器で以って上述された制御機能を処理可能である。マイクロプロセッサが基板上の不揮発性記憶装置で以って選択される場合は、電池予備がランタイム総数を維持するために必要ではない。標準の個別部品回路と比較してこの型の回路を使用することは、より簡単な、より小さい、用途がより広い、かつより安価な制御装置を生じるだろう。
【００５２】
１つの実施形態が図６および７を参照して詳細に説明されたけれども、本発明は多くの様々な方法で実現され得ることが理解されるだろう。
【００５３】
図１０は、フィルタを通る汚染物質（トルエン）の通過量を時間の関数として示すグラフである。それは２００ｐｐｍのトルエンおよび湿度４０％の雰囲気中でＡＣＦシートの高い効率を示し、そして続いて飽和のために効率は低下する。初めの２０分の間、トルエンの通過が全く検出されなかった、すなわち全てのトルエンは吸着された。シリーズ１とシリーズ２との間に起きた再生がうまく起きたことも示され、そこで効率はシリーズ２の結果に示されたように回復される。
【００５４】
再生は約３００°Ｆ以上で満足のいくように行われ得る。フィルタで使用される温度は約３００°Ｆであることが好ましい。図１のフィルタを３００°Ｆに抵抗加熱するのに要する電力は、約２５ワットであることが分かった。フィルタ前後間の５０ボルト電位によって、電流引き込みは約０．５アンペアである。他の実施形態が、容易に決定され得る様々な電力要求事項を有することがある。
【００５５】
ＡＣＦシートの面内に間隔を置いて延びた、かつ適当な電源（図示せず）に接続される１対の電極によって図１に実現された、電気抵抗を利用する熱発生ばかりでなく、放射熱源も可能である。そのような放射熱源に対して、熱をＡＣＦシートに均一に分布させるために注意が必要である。自動車のＨＶＡＣの一部である、本発明の実施形態において、熱源は、走行中に自動車のエンジンの内在する加熱能力を利用する、自動車のエンジン冷却装置に接続される導管のような、フィルタに隣接する放射熱源であり得る。
【００５６】
ＡＣＦシートにおける抵抗加熱および隣接する源からの放射熱の両方とも用いてＡＣＦシートを加熱することが可能である。ＡＣＦシートを加熱することにおける重要な因子は、シートのいたる所に均一な熱を与えることである。
【００５７】
送風機ホイールの内面の少なくとも一部をＡＣＦ布シートで覆い、それを再生用に適合させることによって、ＡＣＦフィルタおよびファンを一体化することが可能である。これは、例えば、ここに論じられたように電極をＡＣＦシート上に設けることによって行われ得る。
【００５８】
制御盤が筐体上に設けられて、ユーザーが設定を入力し、装置の状態を監視するのに役立つ。図６の実施形態において、一連の簡単な音声および目に見える表示器が制御盤に組み込まれて、ユーザーが装置の状態および再生する時を知らされる状態にしておく。音声表示器はブザーまたはベルなどであり得る。目に見える表示器は電球、ＬＥＤ、または他のそのような光刺激装置であり得る。
【００５９】
図５に、１２Ｖライターソケットアダプターがファンに電力を供給するコネクタとして示されているけれども、コネクタは、北米における１２０Ｖ  ＡＣ、またはヨーロッパにおける２４０Ｖのような本線電源、あるいは電池への接続用であることもありうる。また、スイッチと組んで、選ばれた電源に対して適したコネクタの選択を可能にするために、上に概説された電源のうちの少なくとも２つのためのコネクタを含むコネクタ手段も検討される。
【００６０】
ファン３８に適したモーターは、フィルタを所定の位置に置いて１分間当り約５０立方フィートを動かすことができるＲＥＲ１２５／１２ＮＧ（ＥＢＨ／ＰＡＰＳＴ）５．４インチ直径型である。その割合で、６０立方フィートの自動車内部が数分間で清浄になるだろう。モーターはブラシレスであり、静かな運転および長寿命を与える、後方へ曲がったファンブレードを有する。
【００６１】
また図８で、フィルタ容器はカートリッジ５８の形をしていて、密閉様態で筐体３４のスロットに取外し可能に取り付けられる、持ち運びできるまたは一体化されたフィルタ素子の実施形態が検討される。カートリッジ５８は、取り外し後に、それは、突き出ている電極６４と接触する、かつ電流が流れる場合にＡＣＦシートを再生する電源を含む別の再生ユニット（図９）に挿入され得るように、適合される。例えば、ばね性のクリップが、カートリッジ５８を装置内に取り付けるためにカートリッジ５８に設けられることがある。密閉シールが例えば柔軟性のあるゴムシールによって与えられ、装置に固定され、そしてスロット内へ向けられ、これがスロット内に取り付けられる場合に、これはカートリッジ５８と接触する。
【００６２】
ここに開示された本発明の空気清浄装置の実施形態に関して、いくつかの素子が必要な機能を実行できる他の素子によって取り換えられ得ることが、当業者にとって明らかだろう。例えば、フィルタ容器２の上下フレーム４および６は、再生温度に耐え得る必要があり、要求される特性を与える他の物質も使用されることがあるけれども、エポキシベースのポリマー、フェノールポリマー、またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から製造される。
【００６３】
電極は銅から作られるけれども、勿論、使用され得る、多くの他の導電性材料がある。
【００６４】
ネジがフィルタ容器２を取り付けるために使用されるけれども、どんな取り付け手段（例えば、リベット、ばね性のクリップ、接着剤など）も使用されることがある。
【００６５】
結果
図６の装置は３つの区分、すなわち、汚染物質除去の速度、ローディング能力、および再生能力で試験された。これらの区分でのフィルタの有効性が、汚染物質トルエンおよびペンタンで以って試験された。選択された試験が２酸化硫黄、ｎ−ブタンおよびイソブタンで以っても行われた。
【００６６】
実験は密閉したアクリル試験箱（５１０Ｌ／１８．０１ｆｔ３）内で行われた。箱は、注入口、内部空気循環ファン、電源バー、１２Ｖ  ＤＣアダプター、ディジタル出力付きの熱電対、および隣接するフュームフードへの排気バキュームを備えていた。リーク試験および自然減衰試験が各汚染物質で以って行われ、自然減衰の速度が各場合で微々たるものであることが分った。
【００６７】
ＡＣＦ（Ｋｕｒａｃｔｉｖｅ  ７００−１５、１５００ｍ２／ｇ）フィルタを所定の位置に置いて、装置の体積流量が様々なファン設定（１２および１４．５ボルトＤＣ電源）で測定された。容積が既知である大きいプラスチックバックおよびストップウオッチを用いて、流量は、低速、中速、および高速ファン設定に対して計算された。
１２ボルトＤＣ電源
低速：１５．４ＣＦＭ／４３．３Ｌ／分
中速：２４．９ＣＦＭ／７０４．６Ｌ／分
高速：２７．９ＣＦＭ／７９１．７Ｌ／分
１４．５ボルトＤＣ電源
低速：１６．８ＣＦＭ／４７５．７Ｌ／分
中速：２８．６ＣＦＭ／８０９．９Ｌ／分
高速：３２．７ＣＦＭ／９２７．３Ｌ／分
ＣＦＭ＝立方フィート／分
【００６８】
これらの値は全ての計算で使用され、ユニットが全ての試験に対して１２ボルトＤＣによって電力を供給される。３０８°Ｆの最大温度に達する２０分再生サイクルがほとんどの試験に使用された。
【００６９】
試験室内にある汚染物質の量がｐｐｍ範囲に維持され、ＭＩＤＡＣシリーズＩＦＴ−ＩＲ装置（ＭＩＤＡＣ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｉｒｖｉｎｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）を用いて連続して監視された。内部循環ファンは気相汚染物質の均質な濃度を維持するだろうことが仮定された。既知量の液体トルエンおよびペンタンが試験室内に注入され、そこでそれらは急速に蒸発した。ｎ−ブタン、イソブタンおよび２酸化硫黄が既知の容積の気相で装置に加えられた。
【００７０】
フィルタ装置による汚染物質の除去の速度を試験するために、室内の汚染濃度が平衡に達した後にファンは起動された。汚染濃度が抽出間隔（１０秒）中に大きく（＞最初の濃度の０．５％）変化しなくなった場合に、ファンは切り離された。それからユニットは箱の外で再生され、次の試験に進む前に周囲温度まで冷却された。
【００７１】
フィルタ装置のローディング能力を試験するために、汚染物質は室内に既知量だけ注入され、平衡濃度に達するようにされ、そしてファンは（高速で）始動された。いったん汚染濃度が抽出間隔（１０秒）中に大きく（＞最初の濃度の０．５％）変化しなくなると、ファンはオフにされ、いっそう多くの同じ汚染物質が導入された。ユニットが汚染濃度を妥当なレベル（１００ｐｐｍより小さい）に戻せなくなるまで、これは続いた。
【００７２】
解析の方法
擬似１次モデルが、汚染物質の除去に対する速度定数（Ｋａｄ）を計算するために使用された。この値は、ファンがオンである場合の吸着サイクル中の汚染濃度の自然対数の負の勾配を計算することによって決定された。つぎに清浄空気供給速度（ＣＡＤＲ）が、速度定数に試験室の容積を掛けることによって計算された。試験室内の汚染空気を清浄にするフィルタの効率が、ＣＡＤＲをその特定のファン設定におけるフィルタ素子の流量で割ることによって決定された。
【００７３】
除去速度試験結果
除去速度試験：トルエン
トルエンはフィルタ素子に対するテストの汚染物質として使用された。３つの除去速度試験が各ファン設定において完了された。ファン速度が大きくされるにつれて、ＣＡＤＲは少し大きくなって、より大きいファン速度においてフィルタ効率はより小さいことを示唆した。トルエンに対する除去速度調査の結果が表１に示される。濃度対時間のグラフが図１１に示される。
【００７４】
除去速度試験：ペンタン
ペンタンもまたフィルタ素子に対するテストの汚染物質として使用された。ファン速度は除去速度に最小の影響を与えた。流量の８０％増加がＣＡＤＲのたった５％の増加を生じた。ペンタンに対する除去速度調査の結果が表１に示される。濃度対時間のグラフが図１２に示される。
【００７５】
テスト汚染物質ｎ−ブタンおよび２酸化硫黄もまた上述の方法を用いて調査された。その結果がまた表１に含まれる。
【００７６】
【表１】
表１
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【００７７】
フィルタ再生試験結果
再生サイクル
ＡＣＦフィルタの再生能力が除去速度およびローディング能力の試験中に監視された。図１３が２０分再生サイクル中のＡＣＦフィルタ表面における温度対時間プロットを示す。この試験シリーズで使用された再生サイクルの全てが長さ２０分であり、約３００°Ｆのピーク温度ターゲットを有する。
【００７８】
トルエンおよびペンタンで以って試験された場合に、吸着汚染物質のほとんど全てが再生サイクル中にフィルタから脱着された。再生有効性試験の結果が図１４（トルエン）および１５（ペンタン）に示される。再生サイクル後に、汚染濃度は最初のレベルに戻った。フィルタ素子は、熱への曝露による内部フィルタのいくらかの変色以外に、低下の著しい兆候なしに（図２０）５０回より多く再生された。ほとんどのサイクルの場合、所定量のＶＯＣが再生前に吸収された。フィルタ能力を試験するために、フィルタは再生前に飽和した少数のサイクルがあった。
【００７９】
残留汚染物質試験
フィルタ素子に最大限に負荷をかけた後に、フィルタに残る残留汚染物質が１再生サイクル後に検査された。いったんユニットが周囲温度まで冷却すると、それは試験室内へ戻されて置かれた。それから汚染濃度はＦＴ−ＩＲ装置によって監視されながら、ユニットは第２の時間の間に再生された。
【００８０】
約１．４ｇのトルエンを吸着し、再生した後に、フィルタはトルエンの約９０ｍｇの残留量を第２の再生時に放出した。フィルタは約０．６ｇのペンタンをローディング能力試験中に吸着し、それからペンタンの約５ｍｇの残留量を第２の再生時に放出した。
【００８１】
再生および温度の調査
フィルタ素子はまた高温におけるＶＯＣ保持に対しても評価された。温度・電圧関係がフィルタ素子に対して最初に確立された（図１６）。それからトルエンまたはペンタンが種々の負荷でフィルタに導入され、吸収するに任された。それからフィルタは、自動車（すなわち、１００〜１５０°Ｆ）内で経験することがある、予め設定した温度まで加熱され、平衡するに任された。それから蒸気濃度が測定され、全負荷と比較された。Ｋｄが、気相中のＶＯＣのフィルタに吸着されたそれに対するモル構成比を表わす。その結果が表２に示される。
【００８２】
【表２】
表２
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ＡＣＦフィルタに対するモル構成定数（Ｋｄ）
【００８３】
上表は、ＡＣＦフィルタのＶＯＣを保持する能力が温度に大きく依存するけれども、それは負荷にはわずかしか依存しない。
【００８４】
寿命
ＡＣＦフィルタは、６０回より多い吸着および脱着サイクルを安定して実行した。フィルタは、ひだ加工棒のほんのわずかな変色があるだけで良好な状態のままである。
【００８５】
圧力低下の比較
種々な形の活性炭素の圧力低下が測定され、ＡＣＦと比較された。使用された材料は１２５ｇ／ｍ２ＡＣＦ、プラスチックネット上の３７５ｇ／ｍ２粒状炭素、および粒状炭素およびウレタン結合剤から作られた１７５０ｇ／ｍ２複合材料であった。全ての材料が平らな形で１ｍ／ｓの面速で試験された。図１７に示されたように、粒状炭素材料は単位面積当りベースでＡＣＦよりも６０％ほども大きい圧力低下を有する。材料を流量ベースで比較した場合に、ＡＣＦシートのひだが圧力低下をさらに小さくするだろう。
【００８６】
ガス除去効率の比較
圧力低下の比較に使用された同じ材料はまた、ガス除去の比較にも使用された。１つの比較において、６０ｍｍ×６０ｍｍの平らなサンプルが、８０ｐｐｍの濃度および０．１４ｍ／ｓの流れのＮ−ブタンに抗して試験された。図１８に示されたように、粒状炭素および複合炭素は、等面積の平らなサンプルにもとづいて、ＡＣＦよりも大きいガス除去効率を有する。しかしながら、ＡＣＦは柔軟性があるので、それはひだをつけられ得る。したがって、ひだ加工したＡＣＦシートはフィルタにおける炭素の量を増加させ、故にガス除去効率を高める。ＡＣＦを粒状または複合炭素材料とグラム当りベースで比較した場合に、ＡＣＦはより効率がよい（図１９参照）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のひだ加工されたＡＣＦフィルタ組立品の第１の実施形態の組立分解斜視図である。
【図２】本発明のひだ加工されたＡＣＦフィルタ組立品の第２の実施形態の組立分解斜視図である。
【図３】本発明のひだ加工されたＡＣＦフィルタ組立品の第３の実施形態の組立分解斜視図である。
【図４】本発明のフラットシートＡＣＦフィルタ組立品の実施形態の組立分解斜視図である。
【図５】空気清浄装置電気回路の実施形態のブロック図である。
【図６】本発明の空気清浄装置の実施形態の組立分解斜視図である。
【図７】図６の装置の実施形態の断面図である。
【図８】取外し可能なフィルタフレームを有する、本発明の空気清浄装置の実施形態の略斜視図である。
【図９】図８のフィルタフレームのフィルタを再生するための本発明による再生ユニットの実施形態の略斜視図である。
【図１０】全濃度１９０ｐｐｍのトルエンおよび４８平方インチ（ｉｎ２）のＡＣＦシート（Ｋｕｒａｃｔｉｖｅ  ＣＨ７００−１５）を用いて、流速４０Ｌ／ｍｉｎにおける、検出されたトルエン濃度（ｐｐｍ）対時間（分）のグラフである。ＡＣＦシートはシリーズ１と２との間で再生された。
【図１１】１２ボルト電源によって電力を供給される様々なファン設定（低速、中速、高速）における、トルエン濃度（ｐｐｍ）対時間（分）のグラフである。
【図１２】１２ボルト電源によって電力を供給される様々なファン設定（低速、中速、高速）における、ペンタン濃度（ｐｐｍ）対時間（分）のグラフである。
【図１３】再生サイクルに対する、温度（Ｆ）対時間（秒）のグラフである。
【図１４】吸着および再生サイクル中のトルエン濃度（ｐｐｍ）対時間（分）のグラフである。
【図１５】吸着および再生サイクル中のペンタン濃度（ｐｐｍ）対時間（分）のグラフである。
【図１６】ＡＣＦフィルタ温度（Ｆ）対印加電圧（Ｖ）のグラフである。
【図１７】圧力低下（Ｈ２Ｏの高さ：インチ）対炭素型のグラフである。
【図１８】ｎブタンを吸収ガスとして用いる、単位面積当りに基づく、ガス効率対炭素型のグラフである。
【図１９】ｎブタンを吸収ガスとして用いる、１グラム当りに基づく、ガス効率対炭素型のグラフである。
【図２０】３００°Ｆによる単一通過フィルタ対再生数のグラフである。
【図５】
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【図１０】
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【図１１】
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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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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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