(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
身体に伴う対流を排除すると共に制御された個人用呼吸ゾーンを提供する方法であって、
−空気を構内から空気処理装置内に吸入し、
−1つまたは複数のHEPAフィルタを使用した濾過の前または後のいずれかにおいて空気の温度を調節することによって、前記装置内において、供給空気流の加熱または冷却のいずれかによって前記空気の温度を調節し、且つ、空気の流れを浄化し、
−前記個人用呼吸ゾーンの上方にまたはこれに隣接して位置した空気供給装置を通じて、前記浄化された空気流を、加熱した第2の空気流を必要とすることなく、前記供給空気と前記個人用呼吸ゾーンの高さにおける周辺空気の間の空気の温度の差によって決定される速度を有する実質的に層状の降下する空気流として、排出すること、
を有し、
前記空気の温度の差は、個人用呼吸ゾーンの高さにおける周辺空気よりも低い0.3〜1℃の範囲に維持される、方法。
【請求項２】
前記空気供給装置は、前記個人用呼吸ゾーン上方の約0.2〜0.8mの高さに位置する請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記装置を通じた前記濾過された空気の流量は、500m3/h未満である請求項1に記載の方法。
【請求項４】
身体に伴う対流を排除すると共に制御された個人用呼吸ゾーンを提供する空気処理装置であって、
−1つまたは複数の空気吸入口と、
−1つまたは複数のフィルタと、
−ブロアと、
−供給空気流の加熱または冷却を提供するべく適合された空気温度調節システムと、
−実質的に層状の空気流を排出するべく適合された空気供給ノズルと、
−ハウジングと、
を有し、
装置は前記個人用呼吸ゾーンの高さにおいて計測される前記供給空気と周辺空気の間の空気の温度の差によって決定される速度を具備する実質的に層状の降下する浄化された空気流を提供するべく適合され、前記空気の温度の差は個人用呼吸ゾーンの高さにおける周辺空気よりも低い0.3〜1℃の範囲に維持され、且つ、加熱した第2の空気流の必要がない装置。
【請求項５】
前記空気温度調節システムは、逆転可能な電圧極性を有するペルチエモジュールを使用する熱電クーラーを有する請求項4に記載の空気処理装置。
【請求項６】
前記空気温度調節システムは、加熱／冷却効果を分散させるフィンが取り付けられたヒートパイプとの連通状態にある逆転可能な電圧極性を有するペルチエ素子を使用する熱電クーラーを有する請求項4に記載の空気処理装置。
【請求項７】
前記温度調節システムによって生成される過剰な熱の発散は、前記空気処理装置の前記ハウジングへの伝導と、受動的対流および／または放射による発散と、によって提供される請求項4に記載の空気処理装置。
【請求項８】
対流、放射、能動的対流、および能動的液体冷却からなる群から選択される過剰な熱の発散のためのシステムを有する空気温度調節ユニットを具備することを更に特徴とする請求項4に記載の空気処理装置。
【請求項９】
電子フィルタ識別システムを具備することを更に特徴とする請求項4に記載の空気処理装置。
【請求項１０】
前記空気供給装置の位置は、調節可能なまたは固定された位置として、前記呼吸ゾーン上方の約0.2〜0.8mの高さにある請求項4に記載の空気処理装置。
【請求項１１】
前記浄化された空気流に湿気および／または薬剤を加える手段を具備することを更に特徴とする請求項4に記載の空気処理装置。
【請求項１２】
前記空気供給ノズルおよび前記1つまたは複数のフィルタは、1つの物理的ユニットによって提供される請求項4に記載の空気処理装置。
【請求項１３】
前記空気温度調節システムと前記1つまたは複数のフィルタの間の連通は、供給空気が濾過の後に冷却または加熱されるようになっている請求項4に記載の空気処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
夜間睡眠のまたはこれに対応した状況における吸入空気中の粒子およびアレルゲンの相対濃度は、一般に、身体に伴う対流に起因し、その他の状況におけるまたは通常の寝室または居間内のその他の場所におけるものよりも高いことが判明している。呼吸ゾーンのそばを通過する人体によって生成される対流の流れにより、ベッド内における動きに起因して撓んだ寝具内部のあらゆる重要な貯蔵源からの放出が、強化および濃縮されるのである。
【０００２】
本発明は、一般に、夜間睡眠のまたはこれに対応した状況において、身体に伴う対流を排除し、且つ、個人用呼吸ゾーン内における空中の汚染物質に対する露出を低減する方法および装置と、特に、温度制御された層状空気流（以下、TLA（Temperature controlled Laminar Airflow）と略称する）を利用する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
アレルゲンおよび汚染物質などの居住施設内の空中の汚染物質に対する露出を低減する装置は、住居および施設の生活環境において有用である。清浄空気技術は、高効率粒子状物質空気（High Efficiency Particulate Air：HEPA）フィルタに周辺空気流を通すことにより、空中の粒子の除去に極めて有効である。しかしながら、HEPA濾過システムの効率は、装置が使用される環境の空気流の力学によって左右される。通常は、濾過された空気と汚染された周辺空気の混合により、HEPA濾過の最終的な効率が低減される。
【０００４】
従って、ルームエアクリーナユニットは、通常、身体に伴う対流を排除することができず、且つ、制御された個人用呼吸ゾーンを提供することもできない。
【０００５】
浄化された個人用呼吸ゾーンを提供するいくつかの装置が報告されている。
【０００６】
国際公開第2008/058538号、米国特許第6,910,961号、および米国特許出願公開第2008/0308106号は、調節された空気を個人用の清浄空気環境のために提供するべく配置可能な専用の空気供給排出口について記述している。
【０００７】
米国特許出願公開第2008/0307970号は、首に着用する装置について記述している。
【０００８】
米国特許第6,916,238号は、浄化された個人用呼吸ゾーンを睡眠時に提供する密閉された清浄空気キャノピーについて記述している。
【０００９】
米国特許第7,037,188号は、浄化された個人用呼吸ゾーンを睡眠時に提供するベッド換気システムについて記述している。
【００１０】
これらの装置は、いずれも、衝撃力または強制噴出力を利用して濾過空気の流れを誘発および維持し、これにより、対象の地点を包み込んでいる。しかしながら、これらの方法および装置には、不快な空気流の隙間風（draft）と、乾燥と、全般的に不充分な濾過空気流速度の制御と、が伴っている。更には、キャノピーまたはエンクロージャが存在していない場合には、濾過空気流が実質的に層状である場合にも、強制噴出された空気の大きな速度により、しばしば、汚染された周辺空気の乱流混合が必然的に発生する。
【００１１】
周辺空気の乱流混合は、衝撃力または噴出力ではなく、重力を利用することによって層状の空気流を誘発することにより、回避可能である。TLAの原理は、対象の地点における供給空気と周辺空気の間の空気温度の差によって層流を誘発するというものである。周辺空気よりも高い密度を具備した濾過された相対的に冷たい空気の実質的な層流が、低速で降下し、これにより、睡眠中の人物の呼吸ゾーンを包み込む。このTLAの原理は、対象の地点において計測される空気の流速を制御する前例のない能力を提供する。温度制御装置の一部または全体は、層状の空気流を供給するブロア装置の前または後に位置可能である。温度制御された層状空気流（TLA）は、層状空気供給構造の境界制御および単方向の向きに基づいている。人間の呼吸ゾーン内において、冷却された供給空気と周辺空気の間に温度勾配（負の浮力）を導入することにより、安定した流れの状態が維持される。この場合には、層状供給流内への周辺空気の乱流拡散を含む巻込みが最小限に制限される。周辺空気よりも大きな密度を有する濾過および冷却された層状空気は、低速で降下し、これにより、ベッド内の人物の呼吸ゾーンを包み込む。空気流が実質的に層状であり、且つ、周辺空気の巻込みが回避されるため、降下経路の全体を通じて空気温度の差が維持される。この下向きに方向付けされた移動流は、影響を受けることなしに空気流の経路内の物理的な障害物を通過することになる。自由且つ一定温度の射流（jet  flow）は、物理的障害物に跳ね返された後に勢いを失う。対照的に、冷却されたTLA空気は、物理的障害物との相互作用にも拘わらず、その相対的に低い温度を維持する。従って、TLAは、呼吸ゾーンからフロアレベルへの汚染物質除去の改善を提供する。
【００１２】
制御された個人用呼吸ゾーンの提供において有効なものとなるように、TLA装置は、理想的には、身体の熱によって生成される対流の流れを排除するのに充分な速度を具備した実質的に層状の降下空気流を提供することになる。温かい人体は、0.1m/sを上回る上昇速度を具備すると共に身体の高さにおいて周辺空気を最大で2℃だけ上回る上昇した空気温度を具備した対流空気流を生成する。従って、有効なTLA装置は、通常、0.10m/sを上回ると共にいずれの場合にも身体に伴う対流の流れを遮断するのに充分な速度を有する濾過空気の降下する実質的な層流を提供する。
【００１３】
但し、濾過空気の過剰な速度は望ましいものではない。過剰な空気流の速度は、隙間風をもたらし、隙間風は、不快である共に乾燥をもたらす。隙間風および乾燥の回避は、患者／ユーザーによる長期にわたる使用にとって極めて重要である。人体の露出した部分は、活動レベルが低いまたは眠っている際に、空気の動きの影響を極めて受けやすい。更には、降下する層状空気流の速度が大きいほど、周辺空気の混合を伴うことなしにその空気流を制御して対象の地点まで誘導することが困難である。
【００１４】
TLA装置内においては、降下空気流の速度は、対象の地点の高さにおける相対的に冷たい濾過された供給空気と周辺空気の間の空気温度の差（即ち、密度の差）によって決定される。空気流には、排出ノズルにおける抵抗を克服するのに充分な最小限の衝撃力のみが付与される。米国特許第6,702,662号は、TLAを利用して個人用呼吸ゾーンを提供する装置について記述している。この装置においては、濾過された空気が2つの部分空気流に分割されており、このうちの1つが冷却され、もう1つが加熱される。冷却された空気は、層流空気供給ノズルから呼吸ゾーンに降下する。加熱された部分空気流は、制御された部屋の温度成層を提供し、これにより、上昇する加熱された空気流からの干渉を受けることなしに、冷却された空気流が降下することを保証している。この装置は、濾過された空気を、同時に、個人用呼吸ゾーンと、部屋全体と、に提供している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
この2つの濾過された空気流に対する要件は、いくつかの欠点をもたらしている。第1に、この装置は、単一の濾過された空気流のみを具備する装置よりも物理的容積が大きい。第2に、2つの空気流のために、相対的に大きな容積の空気流が必要とされ、これには、ファンまたはブロア機能の要件の増大が伴っている。ファンまたはブロアによって生成される雑音は、睡眠中の患者に使用するのに好適な個人用呼吸装置にとって、望ましいものではない。第3に、この装置の使用は、望ましくない隙間風をもたらす可能性がある。冷たい部分空気流しか冷却することができないため、この装置は、既存の空気の温度勾配が室内に存在している家庭における使用法において発生可能な状況に対応することができない。いくつかの状況においては、フロアレベルにおいて吸入される空気が、個人用呼吸ゾーンの高さにおける空気よりも、既に大幅に冷たい場合がある。供給空気流を加熱するためのなんらかの機能が存在しない場合には、濾過された空気の降下速度が結果的に過剰なものとなり、これにより、隙間風が生成される可能性がある。
【００１６】
米国特許第6,702,662号に記述されているTLA装置の一形態を使用した臨床試験において、本発明者らは、（降下する空気流の過剰な速度によって生じる）隙間風を回避することが可能でありつつ、（清浄な空気流の不充分な速度によって生じる）温かい身体に伴う対流の流れを排除することができる相対的に狭い条件の範囲が存在することを見出した。本発明者らは、個人用呼吸ゾーンの高さにおける濾過された降下する層状空気と周辺空気の間の最適な空気温度差は、約0.3〜1.0℃の範囲にあることを確認した。
【００１７】
この最適な範囲は、本発明の方法および装置によって提供可能であり、これらの方法および装置は、濾過された空気の2つの部分的な流れを必要としない。単一の濾過された空気流のみが温度調節に付される。好適な形態においては、濾過された空気の空気温度を温度制御システムを介して慎重に調節し、個人用呼吸ゾーンの高さにおける供給空気と周辺空気の間の空気温度の差を最適な範囲内に維持可能である。空気温度調節を提供するべく使用される熱電クーラー（Thermoelectric cooler：TEC）の逆転可能な極性により、供給空気流を交互に冷却または加熱可能であり、これにより、降下空気流の速度の必要な微細チューニングされた制御が得られる。
【００１８】
加熱された第2の空気流を回避することにより、サイズが小さく、且つ、従って、快適な家庭における使用法に更に適したTLA装置を提供可能である。又、低減されたファン雑音により、睡眠中のユーザーの快適性を向上させることも可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
HEPA濾過が施された空気の温度制御された層状空気流（TLA）を使用することによって制御された個人用呼吸ゾーンを維持する方法および装置が提供される。濾過された空気の実質的に層状の降下する流れが、個人用呼吸ゾーンの高さにおける供給空気と周辺空気の間の空気温度の差によって決定される速度を有するように、維持される。好適な形態においては、濾過された供給空気の空気温度を慎重に調節し、速度を決定する空気温度の差を0.3〜1℃という最適な範囲内に維持可能である。逆転可能な極性を有するペルチエ効果を使用する熱電クーラー（TEC）によって温度制御を容易にし、これにより、供給空気を交互に冷却または加熱することができる。従って、同時に、身体に伴う対流を排除すると共に快適さを実現可能である（ユーザーの期待に応えることができる）。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】睡眠中の位置における温かい身体によって生成される対流の流れを示す。
【図２】TLAによって生成される制御された個人用呼吸ゾーンを示す。
【図３】本発明による装置の一形態を示す。
【図４】濾過空気流温度調節ユニットの形態を示す。
【図５】空気流温度調節ユニットから過剰な熱を発散するための代替システムを示す。
【図６】ノズルの一形態の稼働状態を示す。
【図７】制御された個人用呼吸ゾーンの提供に使用される好適な形態のいくつかの代替構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
いくつかの形態において、本発明は、身体に伴う対流を排除すると共に制御された個人用呼吸ゾーンを提供する方法を提供し、この方法は、
−空気を構内から空気処理装置内に吸入するステップと、
−前述の装置内において、空気の温度を調節し、且つ、空気の流れを浄化するステップであって、1つまたは複数のHEPAフィルタを使用した濾過の前または後において温度を調節する、ステップと、
−個人用呼吸ゾーン（対象の地点）の上方にまたはこれに隣接して位置した空気供給装置を通じて、浄化された空気流を、個人用呼吸ゾーンの高さにおいて計測される供給空気と周辺空気の間の空気温度の差によって決定される速度を有する実質的に層状の降下空気流として、排出するステップと、
を有し、
前述の空気温度の差は、約0.3〜1℃の範囲に維持されている。
【００２２】
本発明の方法の好適な形態においては、1つが冷却され、他方が加熱される浄化された空気の2つの部分空気流を提供する必要がない。
【００２３】
その他の形態において、本発明は、身体に伴う対流を排除すると共に制御された個人用呼吸ゾーンを提供する装置を提供する。本発明による装置の好適な形態は、通常、夜間における使用のために適合されている。ユーザーは、睡眠時に、装置によって生成される稼働雑音が最小限に抑えられた制御された呼吸ゾーンを得る。図1に示されているように、睡眠中の位置におけるユーザーの温かい身体は、対流による空気の流れを生成する。制御された個人用呼吸ゾーンの提供において有効なものとなるように、本発明のTLA装置は、好ましくは、図2に示されているように、これらの身体に伴う対流の流れを克服するのに充分な速度を具備した濾過された空気の降下する流れを提供する。
【００２４】
好適な形態においては、本発明による装置は、TLAを利用し、濾過された空気の降下する実質的な層流を生成する。この結果、汚染された周辺空気の混合を実質的に伴わない身体に伴う対流を排除することが可能な制御された個人的なゾーンが提供される。好適な装置は、（1）空気吸入口、（2）フィルタ、（3）ブロア、（4）空気温度調節システム、（5）空気温度制御システム、（6）空気供給ノズル、および（7）ハウジングのうちのそれぞれのものの少なくとも1つを有する。
【００２５】
1つまたは複数の空気吸入口（1）は、好ましくは、最も冷たい空気の層が位置している、装置が利用される構内のフロアレベルの近傍に配置される。或いは、この代わりに、空気吸入口は、室内の更に高いところに配置することも可能であるが、これは、通常、相対的に温かい空気の層を冷却しなければならないという点において、相対的に大きなエネルギー消費量を結果的にもたらすことになる。好ましくは、空気吸入口は、動作の際の音波の放出を、実行可能な最低のレベルに維持するような方式により、構成される。装置ハウジングに存在する開口部が大きいほど、ユーザーによって知覚される雑音レベルも増大する。いくつかの形態においては、空気吸入口は、音響減衰器としても機能する前置フィルタと関連したものであってよい。その他の形態においては、供給空気の最終的な濾過を提供するHEPAフィルタを空気吸入口に直接配置可能である。
【００２６】
フィルタ（2）は、好ましくは、高効率粒子状物質エアフィルタであり、好ましくは、HEPAクラスH11であるが、対象の地点において必要とされる場合には、これを上回るものである。その他の形態においては、対象の地点において望ましくない粒子またはガスを濾過するべく適合された任意の好適なフィルタ媒体または装置を使用可能である。例えば、グラスファイバおよび／またはポリマーファイバフィルタ、または静電フィルタ、またはハイブリッドフィルタ（即ち、帯電到来粒子（charging incoming particles）および／またはフィルタ媒体）、または放射法（即ち、UV光）、または化学および／または流体法、または活性炭フィルタ、またはその他のフィルタタイプの任意の組合せを含む。
【００２７】
フィルタの有効性が、高く、且つ、時間の経過に伴って安定していることが好ましく、その一方において、空気流に対する抵抗、またはフィルタによって生成される「圧力降下」が、低く維持されることが好ましい。フィルタ、装置ハウジング、空気供給ノズル、およびその他のコンポーネント、並びに、装置の空気チャネルによって生じる圧力降下の増大は、ブロア速度の増大を必要とし、これは、結果的に、望ましくない雑音を生成する。好適な形態においては、好適なフィルタの圧力降下は、一般に、50Paを下回っている。グラスファイバまたはポリマーファイバフィルタ媒体を使用するHEPAフィルタの好適な形態を使用する際には、一般に、能動型フィルタ媒体の面積を最大化することにより、圧力降下が最小化される。
【００２８】
好適な形態において、HEPAフィルタは、好ましくはグラスファイバであるランダムに配列されたファイバから構成されており、これらのファイバは、約0.5〜2.0ミクロンの直径を具備し、且つ、通常は、多層フィルタを形成するようにセパレータ材料の周りに巻き付けられた濾過材料の連続シートとして構成される。濾過のメカニズムは、少なくとも、空気流内の流線を辿る粒子がファイバの1半径以内に到来してファイバに付着する遮断と、大きな粒子が空気流の輪郭によって強制的にファイバの間に埋め込まれる埋伏と、ガス分子の経路がフィルタによって妨げられ、且つ、これにより、ファイバによる粒子捕獲の確率を増大させる拡散と、を包含可能である。いくつかの形態においては、供給空気を供給する空気供給ノズルをフィルタ自体が有することも可能である。
【００２９】
HEPAフィルタの代わりに、またはこれを補完するべく、少なくとも、加湿器または除湿器、イオナイザ、UV光、または対象の地点において有益な空気の処理を提供するその他のシステムを含む任意の好適な空気処理システムを使用することも可能である。
【００３０】
本発明による装置の好適な形態は、電子フィルタ識別システムを有する。フィルタは、粒子による閉塞状態になると、その有効面積が減少し、且つ、相応して、その圧力降下が増大する。この結果、空気の流量が減少し、これにより、装置の全体的な有効性が低減される。従って、ユーザーは、推奨されるサービス間隔以内において、フィルタを交換することが好ましい。適切な使用法を実現するべく、好適な形態は、フィルタを交換するべき時期を通知するフィルタ管理システムを提供する。それぞれのフィルタは、TLA装置が使用済みのフィルタと未使用のものとを弁別できるようにする一意のIDを装備可能である。RFID、バーコード、直接的な相互接続、フィルタの回路基板上のiBUTTON（商標）回路などの付属品をフィルタ識別システムに提供可能である。又、このシステムにより、フィルタ上の連番以外のデータを判読または判読および保存することも可能であろう。例えば、フィルタタイプに応じた最も好適な空気流に関する情報をフィルタと共に供給可能であり、且つ、システムによって自動的に判読可能である。
【００３１】
ブロア（3）は、空気の充分に大きな流れを供給すると共に装置によって生成される圧力降下を克服するのに充分な圧力を生成するべく、必要な空気流を生成する。ブロアは、好ましくは、電気モーターによって駆動されるファンインペラ／ブロアローターを有する任意の好適な設計のものであってよい。好適な形態は、動作の際に最小限の雑音を生成するように適合されている。
【００３２】
ブロアの雑音は、一般に、回転するローターのサイズを最大化すると共に1分間当たりの回転数を最小化することにより、最小化される。
【００３３】
好適な形態においては、ファンは、400m3/h未満などの500m3/hを下回る、好ましくは、250m3/h未満などの300m3/hを下回る、更に好ましくは、200m3/h未満などの225m3/hを下回る、且つ、更に好ましくは、150m3/h未満などの175m3/hを下回る装置を通じた濾過された空気の流れを生成する。
【００３４】
温度調節システム（4）は、供給空気を冷却および／または加熱する。好適な形態においては、加熱および冷却は、いずれも、熱電ペルチエモジュールによって提供される。当技術分野において既知のように、ペルチエモジュールは、印加電圧の極性またはその動作電流の方向に応じて、加熱および冷却の両方を提供可能である。いくつかの形態において、加熱は、電気ラジエタ、電気コンベクタ、またはその他の加熱法によって提供可能であり、冷却は、コンプレッサにより（即ち、カルノープロセスを使用することにより）、または淡水冷却またはその他の冷却手段により、提供される。
【００３５】
温度調節システムは、生成する圧力降下が可能な限り小さいことが好ましく、温かく且つ高湿度の状態における冷却の際に望ましくない凝結水を回避するように充分に大きな放射表面を具備することが好ましく、且つ、時間の経過に伴って安定していると共に供給空気温度の短期的変動が最小限である冷却能力を維持可能であることが好ましい。
【００３６】
好適な形態においては、加熱／冷却がヒートパイプによって均等に分散されている。熱源／冷源までの短い距離を有するヒートパイプ上に取り付けられたフィンにより、空気流の広い断面積をカバーすることができる。熱源／冷源までの距離が短いため、相対的に薄いフィンを使用することにより、効率的な熱交換を実現可能である。対照的に、押出ヒートシンクを使用する場合には、熱源までの相対的に長い距離に起因し、相対的に小さな熱抵抗を有する相対的に厚いフィンが必要である。従って、ヒートパイプシステムは、相対的に薄いフィンにより、空気流の断面積に対する熱／冷伝達を効果的に提供可能であり、この結果、相対的に小さな空気抵抗と、極小化された圧力降下と、が得られる。更には、ヒートパイプを使用する場合の熱源／冷源までの短い距離は、表面温度の均等な分布に結び付き、これにより、単位フィン面積当たりの熱伝達が更に効率的なものになる。これは、相対的に小さい温度差と、これにより、フィンのクーラーエリア上に凝結水が蓄積される相対的に小さなリスクと、に結び付く。
【００３７】
当業者には、温度調節のための様々な異なる方式を利用可能であることが容易に理解されるであろう。TECを利用するシステムにおいては、受動的または能動的な対流または能動的な液体冷却を含む様々な方法により、過剰な熱を発散可能である。
【００３８】
好適な形態は、対象の地点の高さにおける周辺空気との関係における供給空気の空気温度の差を最小限の変動を伴って安定的に維持することができる。好ましくは、空気温度差の変動は、計測誤差のマージンの範囲内に維持され、これは、好ましくは、±0.1℃である。この安定した空気温度差は、好ましくは、約0.3〜1℃の範囲のいずれかの地点に維持される。この結果、望ましくない隙間風を生成する過剰な速度と、身体に伴う対流の流れを遮断するのにちょうど適した充分な速度と、の間において、下降する空気流の速度を「きめ細かく均衡」させることができる。
【００３９】
温度制御システム（5）は、対象の地点（即ち、睡眠中の人物の呼吸ゾーン）を包み込む降下する供給空気流と、対象の地点の高さにおいて計測される周囲空気と、の間における安定した空気温度差を維持する。好適な一形態においては、温度制御システムは、2つのセンサと、制御ユニットと、を有する。1つの温度センサは、供給空気チャネル内において、温度調節装置（4）の直後に配置される。第2センサは、個人用呼吸ゾーンの高さにおいて、但し、供給空気の有効な流れの外部において、周辺空気を計測するような方式によって配置される。制御ユニットは、好ましくは、これら2つのセンサからデータを収集すると共に温度差を最適な範囲内に維持するようにペルチエ素子に印加された電圧を調節するべく、プログラムされている。センサは、好ましくは、正確な空気温度計測値を提供するように、表面からのあらゆる種類の放射から保護されている。好ましくは、センサは、高い感度と、±0.05℃という最小限の誤差マージンと、を具備する。
【００４０】
空気供給ノズル（6）は、周辺空気の最小限の混合を伴う供給空気の実質的に層状の流れを供給する。対象の地点の高さにおける周辺空気との空気温度の差によって供給空気流の速度を決定することができるように、供給空気は、好ましくは、ノズルの抵抗を克服するのにちょうど充分な速度（即ち、動的圧力）を伴ってノズルから排出される。この供給空気の初期動的圧力は、更なる降下の速度が重力（即ち、空気温度差）のみによって決定される地点に到達する時点まで、周辺空気の静的圧力によって迅速に低減される。ノズルは、好ましくは、最小限の衝撃力を具備しており、これは、供給空気を最小限の動的圧力を伴ってノズルから排出可能であり、且つ、従って、これにより、供給空気流が対象の地点に到達する充分前に、空気温度差のみによって更なる降下の速度が決定される地点に到達することを意味している。いくつかの形態においては、ノズル（6）は、空気供給ノズルの一体的な部分としてのまたは供給空気を供給する単独の部品としての1つまたは複数のフィルタ（2）によって置換することも可能であり、或いは、これらとの組合せにおいて製造することも可能である。
【００４１】
様々なノズル形状およびサイズを使用可能である。但し、供給空気の初期速度が周辺空気の静的圧力によって低減される率は、ノズルの形状の影響を受ける。ピッチ長とは、周辺空気の静的圧力の累積的な効果が、ノズル内の抵抗を克服するのにちょうど充分である衝撃力を有するように流れの内部に設定された供給空気の動的圧力と釣り合うノズル表面からの距離を意味している。好ましくは、好適なノズルは、最小限のピッチ長を具備している。この結果、対象の地点の充分上方の地点において下向きの空気流の速度を重力（即ち、空気温度差）によって制御可能である。又、短いノズルピッチ長は、供給空気流が受ける周辺空気からの妨害が最小限となることを保証し、この結果、供給空気が、静止した動かない周辺空気と遭遇した際に発生する乱気流が極小化される。好適な形態においては、ノズルピッチ長は、対象の地点の充分前において終了している。
【００４２】
好ましくは、0.2m/s未満の空気速度によって規定されるピッチ長は、空気供給装置から20cm未満にまで到達することを要する。いずれの場合にも、ピッチ長は、好ましくは、空気供給ノズルと対象の地点の間の距離よりも長くない。実際のピッチ長を決定する主要な要因は、ノズルの形状と、ノズルを形成する材料の組成と、である。好適なノズルについては、国際公開第2005/017419号に記述されており、この内容は、本引用により、そのすべてが本明細書に包含される。前述のように実質的に球形の形状を有する空気供給ノズルは、同一の空気流が付与された場合に、平らな空気供給ノズルと比べて、大きな有効動作面積を充足する可能性が高い。但し、平らなまたは球形のノズルのいずれをも使用可能である。
【００４３】
実質的に球形の形状は、小型であるという利点を具備している。更には、この形状は、空気流を、増大する表面面積にわたって分散させる。この結果、空気速度の減少が供給空気と周辺空気の間の摩擦によって左右されるという点に鑑み、ピッチ長が低減される。球形の表面は、略ノズルの中心からの距離の二乗に比例して増大する表面面積に供給空気流を分散させる。この増大する表面面積は、略1／（ノズルの中心からの距離の二乗）に伴って速度を減少させ、これにより、短いピッチ長を有する固有の特性を球形のノズルに付与する。対照的に、平らな供給ノズルは、一定の分布面積と、対応する相対的に長いピッチ長と、を有する空気流を生成する。
【００４４】
ピッチ長が最小限であると共に周辺空気の妨害が少ないという類似の特性を有する任意の代替ノズルを使用可能である。
【００４５】
好適な形態においては、本発明の空気処理装置は、構内において移動することができるように、可搬型である。
【００４６】
図3は、本発明による好適な形態を示している。周辺空気（流動する空気を表す塗りつぶされた矢印によって示されているもの）が、ハウジング（7）底部のフロアレベルに位置した空気吸入口（1）を通じて吸入される。吸入された空気は、ブロア（3）の動作によって駆動された状態において、フィルタ（2）によって濾過される。濾過された供給空気流の冷却および加熱の両方を提供するように、空気温度調節装置（4）が位置している。この装置は、ヒートパイプを介してフィンの2つの組に接続された逆転可能な電圧極性を有するペルチエ素子を有する。フィンの1つの組は、主には、冷却効果を供給空気流内において分散させるべく機能し、フィンのもう1つの組は、主には、ペルチエモジュールによって生成される過剰な熱の発散を提供するべく機能する。空気温度調節装置（4）の一部または全体は、フィルタ（2）および／またはブロア（3）の前に位置することができる。又、空気温度調節装置（4）の一部または全部は、ノズル（6）などの装置のその他の部分の内部に位置することも可能である。温度制御装置（5）は、制御ユニット（四角形）と、2つのセンサ（円形）と、を有する。1つのセンサは、供給空気流内に配置されており、もう1つのものは、個人用呼吸ゾーンの高さにおいて、但し、供給空気流の外部において、周辺空気温度を計測するような方式によって配置されている。センサからの空気温度計測値の通知を受け取った制御ユニットは、対象の地点の高さにおける供給空気と周辺空気の間の安定した空気温度差を維持するように、温度調節ユニットを調節する。供給空気は、ブロア（3）の動作により、最小限の衝撃力を伴ってノズル（6）から外に駆動される。
【００４７】
図4は、好適な形態の空気温度調節ユニット（4）を更に詳細に示している。図4Aは、押出ヒートシンクを有するTECシステムを示している。このシステムにおいては、TEC（9）は、押出ヒートシンク（8）とインターフェイスすることにより、生成された冷却効果を1つの側部において分散させている。TECのもう1つの側部においては、熱が類似の押出ヒートシンク（10）に対して発散されている。図4Bは、ヒートパイプシステムを示している。この場合には、TEC（12）は、少なくともTECと同一の面積を有する接続ブロック（14）とインターフェイスしている。ここから、冷却効果がヒートパイプ（13）によってフィンに伝達される。温かい側部（15）においては、同一の方法により、熱が伝達される。通常、ペルチエ素子には、コンポーネントの凸凹表面を補償することによってサーマルインターフェイスの熱伝導率を増大させるサーマルグリースまたはサーマルパッドが付与される。
【００４８】
図5は、空気温度調節ユニットによって生成された過剰な熱を発散させる代替システムを示している。TECシステムを使用する好適な形態においては、過剰な熱は、図5aに示されているように、対流により、図5bに示されているように、放射により、図5cに示されているように、能動的な対流により、或いは、図5dに示されているように、能動的な液体冷却により、発散させることができる。これらの代替システムは、単独で、または組合せにおいて（即ち、対流を放射と組み合わせることにより）、動作可能である。
【００４９】
図6は、図3に示されている好適な形態のノズル（6）の動作状態を示している。示されているのは、国際公開第2005/017419号に記述されているノズルの動作状態の概略図である。
【００５０】
供給空気は、当初、ノズル内の抵抗を克服するのにちょうど充分である約0.2m/sというわずかな速度を伴ってノズルから外に押し出される。球形の表面は、供給空気流を、略ノズルの中心からの距離の二乗に比例して増大する表面面積に分散させる。周辺空気との摩擦により、空気流の速度がピッチ長において減速し、この後の供給空気流の更なる降下は、空気温度差（重力）によって決定される。
【００５１】
図7は、制御された個人用呼吸ゾーンの提供に使用される好適な形態のいくつかの代替構成を示している。球形のまたは平らなまたはその他の形状であってよい空気供給ノズルは、図7aおよび図7dに示されているように、対象の地点の直接上方に配置可能である。空気供給ノズルは、図7bに示されているように、わずかに傾斜し、且つ、対象の地点の中心からわずかに外れたところに配置することも可能である。空気供給ノズルは、図6cに示されているように、対象の地点に隣接して配置し、これにより、対象の地点に向かって衝撃力を水平方向に誘導することも可能である。いずれの設置法の場合にも、（当初の強制的な衝撃力が周辺空気との摩擦によって弱められた後に）、重力（温度差）により、実質的に下向きに方向付けられた空気流が規定される。下向きに方向付けられた供給空気流は、図1に示されているように、衝突する身体に伴う対流を排除するのに充分な速度を具備している。ノズルと対象の地点の間の好適な距離は、好ましくは、約20cm〜80cmの範囲である。
【００５２】
上述の好適な形態は、例示を目的としたものに過ぎず、且つ、請求項に規定されている本発明の範囲を限定することを意図したものではない。
【要約】  濾過された空気の温度制御された層状の空気流（TLA）を使用することにより、制御された個人用呼吸ゾーンを維持する方法および装置が提供される。濾過された空気の実質的に層状の降下する流れが、個人用呼吸ゾーンの高さにおける供給空気と周辺空気の間の空気温度の差によって決定される速度を有するように、維持される。濾過された供給空気の空気温度を慎重に調節し、速度を決定する空気温度の差を0.3〜1℃の最適な範囲に維持可能である。従って、同時に、身体に伴う対流を排除すると共に快適さを実現することができる。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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