JP2001276544A - 空気濾過システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低騒音設計の空気濾過システムを提供する。 【解決手段】 二重層型エレクトレット（electret）フ
ィルタを有する空気濾過システム（10）が提供され、こ
のエレクトレットフィルタは、各層（190,198 ）に設け
られていて、フィルタを通って流れる空気のわずかな部
分を非濾過状態でフィルタ層を通過させることができる
開口部（200 ）を有している。かかる空気濾過システム
により、小型ファンモータ（126 ）の使用が可能にな
り、空気の層流状態及び低背圧状態を維持しながら空気
の高処理量を達成でき、その結果、効率的且つ実質的に
低騒音の空気濾過ユニットが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気濾過システム
に関し、特に、エレクトレット材料で作られた少なくと
も１つのフィルタエレメントを有する空気濾過システム
に関する。

【０００２】

【発明の背景】家庭、オフィス、病院及び工場において
汚染物、臭気及び他の望ましくない物質を空気から除去
するための多種多様な空気濾過システムが開発された。
家庭用濾過システムは、喘息又はアレルギー、或いは他
の医学的な状態で悩んでいる人のためになり、きれいな
空気を吸いたいと思う健康に気をつけている人に益々人
気を博している。しかしながら、既存のシステムには多
くの欠点があり、例えば大型すぎたり、うるさすぎた
り、あるいは効率が悪すぎ、これら問題は望ましさを減
少させ、或いはかかるシステムの費用を高いものにす
る。

【０００３】家庭用空気濾過システムは、不純物を室内
の空気から除去し、たとえ追加の汚染物、例えばたばこ
の煙又は料理の臭気が室内に入っても空気を比較的清浄
な状態に保つのに十分な流量で空気を処理することがで
きなければならない。システムの濾過速度は、システム
を大型にすることにより、あるいは空気を高い流量でフ
ィルタに強制的に通すことにより増大することができ
る。しかしながら、実際問題として、家庭用の空気濾過
システムの大きさは、比較的携帯が効き、しかもあまり
場所をとらないという要望によって制限される。もし大
型のモータ及びファンを用いることにより濾過速度を増
大させると、その結果として、許容できないほど高レベ
ルの騒音が生じることになる。この原因は、大型のファ
ンモータによって生じる大きな騒音、空気が高速状態の
場合に乱流に起因して生じる空気騒音の増大及びフィル
タ前後に生じる相当大きな圧力降下にある。小型ファン
を備えたシステムは低騒音であることが多いが、一般
に、室内の空気を効率的に清浄にするほど空気を処理す
ることができない。追加のフィルタエレメントをシステ
ムに加えることによりシステム性能を向上させようとす
ると、空気流に対する抵抗が増大するとともにシステム
中の圧力降下が増大し、しかもシステムの処理能力が減
少するか、あるいは大型で音が大きなファンを用いなけ
ればならない。空気濾過システムを連続動作することが
望ましい場合が多いが、システムがうるさすぎると、ユ
ーザは夜又は騒音で気が散るようになるときにそのスイ
ッチを切らざるを得ない場合がある。

【０００４】空気濾過システムは、空気から物質を除去
するために１又は２以上のフィルタ又はフィルタエレメ
ントを用いている。基本的なフィルタは、空気を通過さ
せる繊維から成る不織メッシュである。ダスト及び汚れ
の粒子は、空気がフィルタを通って流れる時にメッシュ
中に捕捉される。しかしながら、メッシュが細かすぎる
と、これはフィルタエレメントを通る空気の流れを甚だ
しく妨げるので空気をこれに通すために大型のファンモ
ータを使用することが必要になるので、ダスト及び汚れ
ですぐに詰まるようになる。メッシュが粗すぎると、こ
れは空気から微粒子を除去しない。

【０００５】これら問題は部分的には、電気集じん器又
は静電型フィルタを用いることにより解決される。かか
るフィルタは、フィルタエレメント上に電荷を生じさせ
るために電源に接続される。ダスト粒子は、電荷を担持
していることが多く、従って帯電状態のフィルタに引き
つけられる。変形例として、イオン化電極をフィルタの
上流側に配置すると、フィルタ上の電荷の極性と逆の特
性の電荷を近づいてくる粒子に与えることができる。極
性が互いに逆の電荷は引き付け合い、粒子はフィルタエ
レメントに吸着され、これによって捕捉される。粒子は
フィルタに引き付けられるので、比較的大型の帯電メッ
シュは、幾分目の細かい非帯電メッシュよりもクリーニ
ング作用が良好である。かかるシステムの欠点は、フィ
ルタを定期的にクリーニングしなければならず、電源に
常時接続する必要があることである。

【０００６】これら問題のうち幾つかは、電荷を永続的
に保持し、電源に接続する必要なく静電型フィルタの利
点のうち幾つかをもたらす材料で作ったフィルタによっ
て解決される。かかる材料は「エレクトレット（electr
et）」と呼ばれている。これら材料の製造及び使用法
は、多くの特許文献に記載されており、かかる特許文献
としては、米国特許第４，６２６，２６３号及び米国特
許第４，８８６，５２７号が挙げられ、かかる米国特許
の内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引
用する。しかしながら、これら材料は空気流に対する抵
抗がかなり大きい場合があり、適当な空気濾過作用を得
るには比較的大型でうるさいファンモータを用いなけれ
ばならない。

【０００７】上記フィルタは、空気の流れから粒状物を
除去するために有用であるが、ガス及び臭気を除去する
ために用いられるフィルタがある。例えば、カーボンフ
ィルタは一般にこの目的に用いられている。しかしなが
ら、空気を徹底的に清浄にするためには、カーボンの広
い表面積を空気に露出させなければならない。これを行
うには、炭素粒子をマトリックス中に吊り下げ、空気を
マトリックスに通すのがよい。上述の粒子フィルタの場
合と同様に、もしマトリックスが空気流を甚だしく妨げ
れば、適当な量の空気をフィルタに通すために大型で音
のうるさいファンモータが必要になろう。また、もしマ
ルチプルフィルタタイプ、例えば繊維フィルタと一緒に
カーボンフィルタを用いる場合、空気流に対する抵抗が
増大する。かくして、従来、マルチプルフィルタセメン
トを用いた場合、低騒音の空気濾過を行うことは特に困
難であった。

【０００８】したがって、低騒音のモータ及びファンを
用いて空気を高速処理し、システムを通る空気流に対し
てわずかな抵抗しか示さない効率の良いフィルタを用い
る空気濾過システムを提供することが望ましい。

【０００９】

【発明の概要】本発明は、改良型空気フィルタを有する
空気濾過システムを提供することにより上記問題及び他
の問題を解決する。濾過能力を損なわないで空気流に対
して減少した抵抗を示すフィルタを用いることにより、
比較的小型のファンによって動力供給でき、低騒音であ
り且つ効率の高い空気濾過ユニットをもたらすために遮
音システムに組み込むことができる空気濾過システムが
提供される。

【００１０】本発明の第１の特徴では、フィルタは、波
形又はプリーツのついたエレクトレット材料の２つの層
で作られ、各層にはバイパス開口部が設けられる。これ
ら層は、１つの層のプリーツが次の層のプリーツに直角
に差し向けられた状態で且つ第１の層のバイパス開口部
が第２の層のバイパス開口部と整列しない状態で配置さ
れる。好適には、バイパス開口部は、プリーツの最も内
側の折り目、即ちフィルタ層相互間で互いに向かって延
びる折り目に設けられる。驚くべきことに、層をこのよ
うに差し向けること及びエレクトレット材料を用いるこ
とにより、粒子を空気から除去するフィルタの能力をそ
れほど減少させないでフィルタを通る空気流を増大させ
ることができる。かくして、かかるフィルタエレメント
を用いるシステムは、多量の空気を処理でき、フィルタ
前後の圧力降下を小さくすることができる。変形例とし
て、フィルタを小型の低騒音ファンを用いるシステムに
用いることができ、それにより比較的大型のファンを用
いる従来型システムによって処理できる空気の量と同一
の量の空気を処理することができる。

【００１１】本発明の別の特徴では、多様な粒子及び臭
気を空気から効率的に除去するシステムを製造するため
にフィルタが空気濾過システムに組み込まれ、かかるフ
ィルタとしては、プレフィルタ、イオン化電極及びカー
ボンフィルタが挙げられる。有利には、エレクトレット
フィルタによって得られる背圧の減少及び空気の流れを
それほど妨害しない他のフィルタエレメントの使用によ
り、従来可能であった大きさよりも非常に小型のファン
を用いることができる。この小型のファンによって生じ
る音の大部分を保持するよう構成されたハウジング内に
遮音材を用いることにより音響レベルが一段と減少す
る。その結果として、効率が高く且つ極めて低騒音の空
気濾過システムが得られる。

【００１２】したがって、本発明の主目的は、騒音の減
少した空気濾過システムを提供することにある。

【００１３】本発明の別の目的は、空気流に対する抵抗
が小さな空気フィルタを提供することにある。

【００１４】本発明の別の目的は、実質的に層状の空気
流がシステム中に維持される騒音の減少した空気濾過シ
ステムを提供することにある。

【００１５】本発明のさらに別の目的は、或る特定の層
にバイパス開口部を備えた多層空気フィルタを提供する
ことにある。

【００１６】本発明の別の目的は、少なくとも２つの互
いに異なるタイプのフィルタ要素を組み込んだ空気濾過
システムを提供することにある。

【００１７】本発明のさらに別の目的は、濾過特性の向
上したエレクトレット空気フィルタを提供することにあ
る。

【００１８】本発明の上記目的及び他の目的は、添付の
図面を参照して本発明の好ましい実施形態の詳細な説明
を読むと明らかになろう。

【００１９】

【好ましい実施形態の詳細な説明】次に図面を参照する
と（図面に記載の事項は、本発明の好ましい実施形態を
説明するためであり、本発明を限定する目的ではな
い）、図１は、前側部品１４を備えたハウジング１２を
有する空気濾過システム１０を示している。図２ａで分
かるように、前側部品１４は、底壁１８、底縁２１を備
えた第１及び第２の湾曲した側壁部分２０及び頂部フラ
ンジ２３を備えた頂壁２２によって構成される中央開口
部１６を有している。下方に湾曲した羽根１９を備えた
フロントパネル１７が、中央開口部１６にスナップ動作
で嵌まり、空気が羽根相互間及び中央開口部を通って流
れることができるようにすると共に内部構成部品を見え
ないようにしている。前側ハウジング部品１４は、下側
ハウジング部品２４（図２ｂに示す）に連結され、底壁
１８を貫通して下側ハウジング部品２４に設けられたボ
ス２５内に延びる締結具２６、好ましくはねじによって
定位置に保持されている。ピン２８が、下側部品２４か
ら側壁部分２０の底縁２１に設けられた開口部（図示せ
ず）内へ上方に延びて、前側部品２０を後方下側部品２
４に対して正しく位置決めするのに役立つと共にこれら
部品相互間の相対的な回転運動を最小限に抑えている。

【００２０】図２ｂはまた、第１及び第２の側面２４及
び頂縁３６を備えた矩形の後壁３２、傾斜角をなして互
いに遠ざかるように且つ後壁側面２４から延びる第１及
び第２の側壁３８、頂縁３６から傾斜角をなして後壁ま
で且つ側壁３８相互間に延びる頂壁４０、側壁３８から
延びる弧状側方部分４２、頂壁４０から延びていて、弧
状側方部分４２と共に連続した湾曲部を形成する連結壁
４４及び後壁３２の底縁、側壁３８及び弧状側方部分４
２に垂直に延びる底部フランジ４６を有する後側ハウジ
ング部品３５を示している。フランジ４６は、側方部分
４２に隣接して設けられていて、下側部品２４に設けら
れたピン５０と嵌合して後側部品と下側部品との間の横
方向運動を防止する開口部４８を有し、後側部品３０
は、弧状側方部分４２に設けられた開口部５４を貫通し
て前側部品１４の第１及び第２の湾曲側部２０内に延び
る締結具５２によって前側部品１４に固定されている。
別途設けられた締結具５６が、後側部品３５を下側ハウ
ジング部品２４に連結している。

【００２１】ハウジングは、楕円形の上側部品６０を更
に有し、この上側部品６０は、その周囲から垂下した舌
部６２及び楕円形の中央開口部６４を有している。舌部
６２は、中央開口部に向かって突出していて、前側部品
の頂壁２２の頂部フランジ２３に設けられた開口部６８
に嵌まる２つの突起６６を有し、舌部６２は、頂部フラ
ンジ２３及び後側ハウジング部品３０の後側連結壁４４
の頂縁にぴったりと嵌まり、舌部６２及び連結壁４４を
貫通して延びる締結具７０によってこれに固定されてい
る。後側連結壁４４の頂部は、壁２２のフランジ２３よ
りも高く、したがって、上側部品６０は、ユニットの後
側から前側へ下方に傾斜している。外側部分７６の縁部
から延びるクリップ締結具７４を備えた着脱自在な楕円
形グリル７２が、中央開口部６４にスナップ動作で嵌ま
る。グリル７２は、中央の支柱７８及び支柱７８から外
側部分７６までこれらに対して全体として垂直に延びる
互いに平行なフィン８０を更に有している。

【００２２】モータ支持体及びフィルタハウジングとし
て機能するフレーム８２が、前側部品１４と後側部品３
０との間で下側ハウジング部品２４に取り付けられてい
る。支持フレーム８２は、底壁８４、第１の側壁８６、
第２の側壁８８、頂壁９０及び円形の開口部９４を備え
た後壁９２を有し、この後壁は、フレーム頂壁、底壁、
第１及び第２の側壁に連結されている。後壁のフランジ
９６が、フレームの頂壁、底壁及び側壁に垂直に後壁９
２の周囲から外方に延びている。フランジ９６は、底壁
８４に垂直に延びる底壁フランジ部分９８、第２の側壁
８８に垂直に延びる第２の側壁フランジ部分１００及び
頂壁９０に垂直に延びる頂壁フランジ部分１０２を有し
ている。底壁８４は、下側部品２４に設けられたボス１
０６に載っており、これらボスはボア１０８を有してい
る。フレーム８２は、フレーム底壁を貫通してボア１０
８に延びる多数の締結具１１０によって下側ハウジング
部品２４に連結されている。重要なこととして、ボス１
０６上に載っている底壁８４の部分及び底壁フランジ部
分９８の底縁が、支持フレーム８２と下側ハウジング部
品２４との間の唯一の直接的な接触部分であり、これ
は、振動がモータからフロアに伝わらないようにするの
に役立つ。これは、低騒音システムが得られる一因とな
る。

【００２３】外壁１１３を備えた吸音プレナム１１２
が、開口部９４を覆った状態でモータ支持フレームの後
壁９２に結合されていて、支持フレームの内部とプレナ
ムとを流体連通させ、プレナムが、頂壁９０及びモータ
支持フレームの第１の側壁８６を部分的に覆うようにな
っている。外壁１１３は好ましくは、フォーム熱可塑性
材料、例えばポリスチレンで作られている。図４で分か
るように、プレナム１１２は、後壁フランジ９６の実質
的に後ろに配置された下方の全体として円筒形室部分１
１４、室１１４からこれと流体連通した状態で第１の側
壁８６に沿って上方に延びる喉部１１６及び喉部１１６
の上端部に連結された状態で頂壁９０を覆っており、且
つグリル７２の下で終端していてこれと全体的に形状が
一致した口部１１８を有している。

【００２４】ここまで説明した構成部品を組み立てると
図３に示す空気流路１２２が得られ、空気はこの通路１
２２を通り、以下に説明する構成部品によって処理され
ることになる。具体的に説明すると、空気流路１２２
は、フロントパネル１７の羽根１９相互間の空間で始ま
り、前側ハウジング部品１４の中央開口部１６へ続く。
この流路は、フィルタハウジング８２内へ延び、支持フ
レーム８２の開口部９４を通ってプレナム１１２の円筒
形部分１１４内へ延び、喉部１１６の上方へ延び、そし
て口部１１８内へ延び、そして上側ハウジング部品６０
のグリル７２を通って出る。上流側の方向及び下流側の
方向という場合、これは、フロントパネル１７から頂部
グリル７２まで通路１２２を通って流れる空気に関して
いる。流路１２２を通って流れる空気を動かしてこれを
濾過するモータ及び多数のフィルタエレメントについて
以下に説明する。

【００２５】空気を流路１２２内へ送るファン１２６が
モータ支持フレーム８２内に設けられている。ファン１
２６は、固定子１２８を有し、３つの角度間隔を置いた
支持脚部１３０が、この固定子から半径方向に延びて湾
部１３２で終端している。円周方向溝１３６を備えた円
筒形のゴム製グロメット１３４が、湾部が溝に係合した
状態で湾部１３２内に配置されている。３つのアームを
含むスパイダ１３８が、支持脚部を覆っており、このス
パイダは、各脚部の末端部に設けられていて、グロメッ
ト１３４の中央開口部と整列する開口部１４０を有して
いる。固定子１２８は、締結具をスパイダ１３８の脚部
の開口部１４０に通し、グロメット１３４に通し、そし
て壁９２内へ通すことによりモータ支持フレーム８２の
後壁９２の上流側側部に取り付けられる。固定子と壁９
２との間にこのようにグロメットを用いることにより、
ファンによって支持フレーム８２中へ伝わる振動が軽減
され、低騒音動作が得られる。

【００２６】固定子１２８は、モータ支持フレーム８２
の後壁９２に設けられた開口部９４を通ってプレナム１
１２の円筒形部分１１４内に延びる。フィン１４４を備
えたかご形回転子１４２が、従来方法で固定子の周りに
回転可能に固定子に取り付けられている。使用中、振動
を最小限に抑えるよう回転子の釣り合いをとる際に気を
つけなければならない。電力が固定子１２８に設けられ
た端子１４６を介してファンに供給され、これら端子
は、コントローラ１４８に接続されている。コントロー
ラ１４８は、前側ハウジング部品１４の頂壁２２に取り
付けられており、このコントローラは、前側ハウジング
部品１４の頂壁２２に設けられた格子１４９の後ろに位
置した汚染濃度センサ１４７を有している。好ましい汚
染濃度センサは、英国ディドコットのキャプチュア・セ
ンサーズ社から入手できる商品である。コントローラは
また、ハウジングの外部から接近できる表示灯付きの数
個の動作ボタンを備えたコントロールパネル１５０に接
続されており、これらの機能については以下に説明す
る。コントローラはまた、電源コード（図示せず）を用
いて電源に接続されている。

【００２７】次に図２ａを参照すると、３つのフィルタ
エレメントが、フロントパネル１７とファン１２６との
間で空気流路１２２内に設けられている。第１のフィル
タエレメントは、第１の格子部材１５４と第２の格子部
材１５６との間に保持された開放気孔フォームプレフィ
ルタ１５２を含むプレフィルタ組立体１５１から成る。
第１の格子部材１５４は、その後面から延びていて、第
１及び第２の格子部材を互いに保持するために第２の格
子部材１５６のスロット１６０内に受け入れられるタブ
１５８を有している。第２の対をなすタブ１６２が、第
１の部材と反対側で第２の格子部材の側部から延びてい
て、これらタブ１６２は、前側ハウジング部品１４の第
１及び第２の湾曲した側部２０の縁部に沿って設けられ
たスロット１６４内に嵌まってプレフィルタ組立体をハ
ウジング内に保持するようになっている。格子部材は、
プレフィルタの濾過能力を妨害しないようにプレフィル
タ表面の大部分を空気流に当てながらプレフィルタを定
位置にしっかりと保持する。プレフィルタ組立体１５１
は、流路１２２に入る空気流から大きな粒子を除去し、
一段と下流側に設けられた気孔の一層細かいフィルタの
時期尚早な詰まりを軽減するのに役立つ。加うるに、プ
レフィルタ上に集まったダスト及び汚れが、フロントパ
ネルを組立体から取り外す人にはだれでも容易に目につ
き、他のフィルタをクリーニング又は交換する必要があ
るという警告手段として役立つ場合がある。

【００２８】また、図２ａには、１又は２以上のイオン
化（電離）電極１６８を保持するために前側又は後側格
子部品に連結されるクリップ１６６が示されている。電
極１６８は、コントローラ１４８に接続されており、こ
のコントローラは、微小電流を電極に非常に高い電圧、
例えば１０，０００ボルト以上の電圧で選択的に供給す
るスイッチを有している。この電極は、周知のように電
極付近でフロントパネル１７を通過する粒子の多くをイ
オン化する電磁界を生じさせる。次に荷電粒子を電極の
下流側に設けられた帯電フィルタエレメントによって容
易に捕捉することができる。

【００２９】好ましい実施形態の帯電フィルタエレメン
トは、交換可能なフィルタパック１７０を有し、このフ
ィルタパックは、厚紙、板紙又はこれらと類似した材料
で作られていて、頂壁１７４、底壁１７６、第１及び第
２の側壁１７８、４つの開口部１８２が貫通して設けら
れた前壁１８０及び前壁の開口部１８２と実質的に整列
した状態で４つの開口部が貫通して設けられた後壁を備
えたケース１７２を有している。フィルタパックは、ケ
ース１７２の頂壁１７４、底壁１７６及び側壁１７８が
モータ支持フレーム８２のそれぞれの頂壁９０、底壁８
４、第１及び第２の側壁８６，８８に対面した状態で且
つケース１７２の後壁１８４がモータ支持フレームの後
壁９２を覆うようにしてハウジング８２内に挿入される
よう設計されている。フィルタパックは使い捨てであ
り、その有効寿命の終わりに容易に交換することができ
る。

【００３０】フィルタパックを通過する空気を濾過する
ためのエレクトレット材料から成る２つの層が、ケース
１７２の内部に設けられている。好ましいエレクトレッ
ト材料は、“Filtret ”という商品名で３Ｍコーポレー
ションから入手できる製品であり、比較的永続的な電荷
を維持するような処理が施された材料の不織メッシュか
ら成る。第１及び第２の層は好ましくは折り畳まれ又は
プリーツ（ひだ）付けされ、一方の層のプリーツが他方
の層のプリーツに直角に延びるよう配置されている。さ
らに、第１の、即ち上流側の層は好ましくは、重さが１
ｍ２ 当たり約６５グラムの材料から作られ、第２の、
即ち下流側の層は、重さが１ｍ２ 当たり約１００グラ
ムの材料で作られている。エレクトレット材料は一般
に、このような重さ又は他の重さで入手できる。

【００３１】フィルタエレメントを形成するため、頂縁
１９２、底縁１９４、第１及び第２の側縁１９６を備え
たエレクトレット材料の第１の層１９０を折り畳んで、
頂縁１９２と底縁１９４との間に延びる深さ約１インチ
（約２．５４cm）のプリーツを形成する。十分な幅の材
料を用いて、プリーツの付いた材料層を、１インチ当た
り約４〜５個のプリーツの密度でケース１７２の第１の
側部と第２の側部１７８相互間に連結できるようにす
る。第１及び第２の側縁１９６の一方に隣接した各プリ
ーツはケースの第１及び第２の側壁１７８の内面に接着
され又は他の方法で取り付けられる。プリーツのついた
第１の層の頂縁１９２及び底縁１９４は、例えば接着に
より頂壁１７４及び底壁１７６の内面に取り付けられ
る。エレクトレット材料の第２の層１９８が層１９０と
同一の方法でプリーツ付けされるが、そのプリーツが第
１の層１９０のプリーツに対して直角に延びる状態で、
第１の層１９０とケースの後壁１８４との間及び頂壁９
０と底壁８４との間でケース１７２の内部に取り付けら
れる。このようにすると、前壁１８０の開口部１８２を
通ってケース１７２に流入した空気は実質的に全て、後
壁１８４を通って出る前にエレクトレット材料の層の両
方を通過しなければならない。というのは、エレクトレ
ット材料のすべての縁部は、フィルタパックの内面に気
密状態で接着され又は封着されているからである。

【００３２】上述のフィルタパックは多くの濾過用途で
満足のいくものである。しかしながら、フィルタ材料の
二重の層によって課される空気流に対する抵抗により、
空気をフィルタパック中に引き込むためには比較的大型
のファンモータを使用する必要がある。加うるに、空気
が通過する際にこれら２つの層の前後に生じる比較的大
きな圧力降下が、濾過システムの騒音レベルを増大させ
る。本発明者は驚くべきことに、上述のように配置され
た濾過材料の層を切って通過空気量を増大させるよう設
けたバイパス開口部が、システムの空気からの粒子の除
去性能をそれほど損なわないことを発見した。しかも、
これらバイパス開口部を設けることにより、フィルタパ
ック前後の圧力降下が減少するとともにフィルタを通過
する空気によって生じる騒音が軽減され、これらバイパ
ス開口部がない場合に用いることができる大きさよりも
小型の低騒音ファンを用いることができる。

【００３３】図５で分かるように、長さ約１インチのバ
イパス開口部又はスリット２００が、第１の層１９０の
内部折り目２０２に設けられ、これよりも短いバイパス
スリット（例えば、０．３７５インチ）２０４が、第２
の層１９８の内部折り目２０６に設けられている。スリ
ットは、わずかな幅を有するのがよいが、好ましくは、
フィルタ前後に差圧がなければ実質的に閉じられる。ス
リット２００は、粒子含有空気が非濾過状態で両方のフ
ィルタ層を通過する恐れを低くするためにスリット２０
４からずれている。第２の層の小さなスリットは、少量
の非濾過状態の空気がこの第２の層を通過するようにす
るのを助けるので重要である。この可能性は、空気が一
方向に差し向けられたプリーツを通り、次にこれに直角
に差し向けられたプリーツを通る際に空気のたどる迂回
経路によって一段と低くなる。空気がフィルタパック１
７０を通過するとき、大部分は両方のエレクトレット材
料層によって濾過され、少量が一方の層だけで濾過さ
れ、極めて少量がフィルタパックを非濾過状態で通過す
る可能性がある。

【００３４】粒子が空気流から除去される可能性は、エ
レクトレット材料によって担持されている電荷により高
くなる。上述のように、イオン化電極１６８は、濾過シ
ステムに流入する空気流中の粒子に電荷を与える。エレ
クトレットは、電極１６８によって与えられる電荷と反
対の極性の電荷を担持しているので、荷電粒子はフィル
タエレメント中を移動しているときにフィルタ層に引き
つけられてこの中に捕捉される。空気流がフィルタ層相
互間を通過するときに方向を変える際、空気流は、粒子
がフィルタに接触して捕捉される可能性が一段と高くな
る。好ましい材料、即ち“Filtret ”は、正と負の両方
の電荷を担持しているので、正又は負のイオン化電極を
用いることができる。イオン化電極を起動化させなくて
も、ある粒子上の固有の電荷は、これら粒子がフィルタ
エレメントに引き付けられるようにするのを助ける。

【００３５】図２ａは、流路１２２を通って流れる空気
を濾過するための第３のフィルタエレメント、即ちカー
ボンフィルタ２１０を示している。カーボンフィルタ
は、空気から非常に少量の粒子及び分子を除去するため
のものとして周知であり、臭気を除去するのに有用であ
る。好ましいカーボンフィルタは、“Agglomerated Car
bon ”という商品名で３Ｍコーポレーションから入手で
きる材料で作られ、フィルタ前後にそれほど圧力降下を
生じさせずに必要な処理能力で効率的な空気濾過を可能
にする。フィルタを互いに保持して、システムの使用中
にフィルタが部分的にこれから引き裂かれる恐れを低く
するために、好ましくはスクリム２１２が少なくともカ
ーボンフィルタの下流側に設けられている。

【００３６】コントローラ１４８は、電源コード及び従
来の配線（図示せず）を用いて電源、例えば壁のコンセ
ントに接続される。コントロールパネル１５０が、シス
テム電力を制御する第１のボタン２１４を有している。
第２のボタン２１６が、ファン１２６を高速動作と低速
動作とに切り替える。低速又は通常の動作速度では、シ
ステムは、毎分約８０立方フィート（２．２６４ｍ３
）の空気の処理能力を有し、約５０ｄｂＡ以下の騒音
レベル（前側ハウジング部品から１ｍ離れたところで測
定して）を生じさせる。ファンの高速動作では、システ
ムは、毎分約１００立方フィート（２．８３ｍ３ ）の
空気を処理することができ、比較的高い騒音レベルで動
作する。システムは、ファンが低速で動作している状態
でパワーアップするが、手動で高速モードにシフトして
室内の空気を迅速に清浄にすることができ、或いは例え
ばたばこからの突然の汚染物の流入に対処できる。

【００３７】第３のボタン２１８は、イオン化電極１６
８の動作を制御する。一般的には、電極を常時動作させ
てシステムの最大利益を得ることが好ましいか、ユーザ
は、安全上の理由を意識してこの電極から電源を切り離
したいと思う場合が時々ある。

【００３８】第４のボタン２２０は、汚染濃度センサ１
４９の動作状態を制御する。このセンサが働いていると
き、このセンサは、１又は２以上の汚染物、例えばたば
この煙又は種々のガスについて検出する。所定の濃度を
越えると、センサは信号をコントローラに送ってファン
の速度を低速から高速に切り替えるとともにコントロー
ラ中のタイマを始動させる。タイマが所定の時間の長
さ、例えば３０分を計時した後、ファンの速度は低速に
戻される。このようにすると、システムは、通常の動作
条件の下で低騒音かつ効率的なレベルで動作することが
でき、必要なときには高速に自動的に切り替わることが
できる。コントローラ中のタイマは、コントロールパネ
ル１５０の前部に設けられた一連の表示灯２２２を制御
し、汚染濃度センサが先ず最初にファン速度を増大させ
た時にすべての表示灯を点灯させ、例えば５分おきに１
度に１つずつ表示灯を消してついにはファンがその低レ
ベルに戻ったときに最後の表示灯が消えるようにする。
これら表示灯は、システムがこの動作上の流れのどこに
あるかを目で見て分かるようにする。

【００３９】次に、システムの動作及び流路１２２を通
る空気の流れついて説明する。システムを起動化するに
は、電源ボタン２１４を押してファン１２６を低速設定
値で起動化する。回転子１４２のフィン１４４の回転
（ユニットの前から見て時計回りの方向）により、空気
はプレナム１１２内に押し込まれてプレナムの喉部１１
４の上を通り、そして口１１８から出る。空気をその室
から送りだす際にプレナム１１２内に圧力降下が生じ、
これにより空気がフロントパネル１７を通り、通路１２
２に沿ってファン１２６に向かって引かれるようにな
る。空気は、フロントグリル１７を通り、イオン化電極
１６８を通過し、ここで空気中の粒子が電荷を受け取
り、そして空気はプレフィルタエレメント１５１に向か
いそしてこれを通過し、ここで大きな粒子の汚れやデブ
リが捕捉される。プレフィルタを出た後、空気はフィル
タパック１７０の上流側の表面に当たる。空気の大部分
は、この第１の層の帯電メッシュを通って引かれ、エレ
クトレット材料に近づく帯電粒子はこれに引き付けら
れ、そして捕捉されるようになる。幾分かの空気及び粒
子は、バイパス開口部２００を通過し、そしてフィルタ
層相互間の領域中に流れる。ここで、非濾過状態の空気
は、第１の層で濾過された空気と混ざり合い、そしてフ
ィルタ材料の第２の層１９８の上流側に向かって引き寄
せられる。第２の層のバイパス開口部は下流側の層のプ
リーツの内側折り目内にあり、そして第１の層の開口部
からずれているので、非濾過状態で第１の層を通過した
空気は、バイパス開口部が設けられていないプリーツ部
分に差し向けられるようになる。第１の層によって濾過
された少量の空気は、層１９８の開口部２０４を通過
し、ここで第２の層によって濾過された空気と混ざり合
うようになる。ここから、空気は、カーボンフィルタ２
１０中に引き込まれ、ここで臭気及びガス分子が除去さ
れ、そして固定子１２８を越えて回転子１４２の内部に
流れ、フィン１４４を通って出てプレナム１１２内に流
れる。

【００４０】本明細書において説明する構成部品の組合
せ及び配置により、低騒音かつ効率的な空気濾過システ
ムが得られる。例えば、上述のフィルタエレメント、フ
ィルタ層中にバイパス開口部を備えたエレクトレットフ
ィルタエレメント１７０により生じる空気流に対する抵
抗は低いので、小型で且つ低騒音のファンを用いること
ができる。次に、注意深く回転子の釣り合いをとってこ
れにより生じる振動が最小限に抑えられるようにし、ゴ
ム製のグロメット１３４を用いてファンモータをハウジ
ングから隔離する。

【００４１】さらに、ファンが比較的小型であること及
びフィルタエレメント前後の圧力降下が小さいことは、
システムを通る層状の空気流を維持するのに役立つ。こ
れは、たとえ空気の速度が高いために或る程度の乱流を
生じさせても空気流を多くすることが望ましいと考えら
れたかかるシステムについての従来の理解とは対照的で
ある。空気の層流を維持するよう構成部品を構成すると
共に圧力降下を減少させることにより、不必要な騒音を
生じさせないで向上した性能が得られる。

【００４２】具体的に説明すると、システムは、プレナ
ム１１２の壁１１３内に遮音材料を有しており、フィル
タエレメント及びハウジングは、生じた音をこの中に保
持するよう設計されている。例えば、図４で分かるよう
に、プレナム１１２はファン１２６を実質的に包囲して
いて、プレナムの構成材料である吸音材がファンによっ
て生じた音を吸収することができるようになっている。
加うるに、喉部１１６は、円筒形部分１１４から横方向
にずれていて、したがってファンによって生じた音のう
ち僅かな量だけが吸音壁のうち少なくとも１つに接触し
ないでプレナムを出ることができるようになる。しかし
ながら、喉部１１６はフレーム８２の側部の周りに延び
ているので、空気流は甚だしくは制限されず、所望のシ
ステム処理能力を維持できる。残りの音波は、１又は２
以上の壁に当たって跳ね返ってシステムを出るに違いな
いのでこの過程で減衰される。頂部グリル７２のフィン
８０もまた、喉部１１６から直接来た音波に対して斜め
になっているのでこれらの広い表面が音波に当たるよう
になる。これは、幾分かの音波を反射して吸音口１１８
に送り戻すことになろう。かくして、モータから下流側
の方向に伝搬する音は、ハウジングを出る前に実質的に
減じられることになる。

【００４３】ファンから上流側の方向に伝搬する音もま
た吸収される。第１に、音波は、フロントパネル１７を
通って出る前に、カーボンフィルタ２１０、エレクトレ
ットフィルタパック１７０の両方の層及びプレフィルタ
組立体１５１を通過しなければならない。さらに、フロ
ントパネルの羽根１９は斜めになっているので空気流路
１２２から直接やってきた音は空気濾過システムが載っ
ている地面又は他の表面に向かって下方に偏向されるよ
うになる。この結果、このようにしない場合に可能なレ
ベルよりも非常に低い音響出力がシステムのフロントか
ら出ることになる。

【００４４】空気流路１２２以外の方向に伝搬する音
は、相当多くの量の遮音材料又は他の材料、例えばハウ
ジング１２の構成材料であるプラスチックを通過しなけ
ればならず、したがって同様に減衰されることになろ
う。かくして、システムによって生じる音の相当多くの
部分は、システムの空気濾過能力を損なわないでシステ
ムによって保持されることになる。

【００４５】本発明を好ましい実施形態を用いて説明し
たが、当業者であれば、本願の一部をなす図面と共に上
記説明を読むとシステムの明らかな付加例及び設計変更
例が想到できることは理解されよう。かかるすべての明
らかな付加例及び設計変更例は、請求項に記載された本
発明の範囲に属する限り本願に開示されたものとみなさ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空気濾過システムの斜視図である。

【図２ａ】図１に示す空気濾過システムの分解図であ
る。

【図２ｂ】図１に示す空気濾過システムの分解図であ
る。

【図３】図１の３−３線矢視断面図である。

【図４】図２ｂに示す吸音プレナムの側面図である。

【図５】図２ｂに示すエレクトレットフィルタエレメン
トの側面図である。

【符号の説明】

１０ 空気濾過システム １２ ハウジング １４ 前側部品 ３０ 後側ハウジング部品 ７２ グリル ８２ フレーム １１２ 吸音プレナム １２６ ファン １２８ 固定子 １４２ 回転子 １５１ プレフィルタ組立体 １７０ フィルタパック １９０，１９８ エレクトレット材料層 ２００ バイパス開口部 ２０２ 折り目

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｄ 39/20 Ｂ０１Ｄ 39/20 Ｃ 46/42 46/42 Ｚ 46/44 46/44 Ｆ２４Ｆ 7/00 Ｆ２４Ｆ 7/00 Ａ (72)発明者 スティーブン イー フレイザー アメリカ合衆国 フロリダ州 32746 レ イク メアリー パウダー ホーン サー クル 755 (72)発明者 ウィリアム エイ レインハード アメリカ合衆国 フロリダ州 32738 デ ルトナ ウォーリングフォード ストリー ト 2129

Claims (48)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 濾過されるべき流体の流れに関して上流
   側の壁と下流側の壁を有するフィルタであって、前記上
   流側の壁は、第１の方向に差し向けられた複数のプリー
   ツを有し、前記下流側の壁は、前記第１の方向に対して
   第２の方向に差し向けられた複数のプリーツを有してい
   ることを特徴とするフィルタ。
2. 【請求項２】 前記第２の方向は、第１の方向に垂直で
   あることを特徴とする請求項１記載のフィルタ。
3. 【請求項３】 前記壁のうち少なくとも一方に設けられ
   た少なくとも１つのバイパス開口部を更に有することを
   特徴とする請求項２記載のフィルタ。
4. 【請求項４】 前記上流側の壁に設けられた複数のバイ
   パス開口部及び前記下流側の壁に設けられた複数のバイ
   パス開口部を更に有し、前記上流側の壁の開口部は、前
   記下流側の壁の開口部からずれていることを特徴とする
   請求項２記載のフィルタ。
5. 【請求項５】 前記上流側の壁に設けられた複数のバイ
   パス開口部及び前記下流側の壁に設けられた複数のバイ
   パス開口部を更に有し、バイパス開口部は、前記プリー
   ツの折り目部分に設けられていることを特徴とする請求
   項２記載のフィルタ。
6. 【請求項６】 前記上流側の壁のバイパス開口部は、前
   記上流側の壁のプリーツと整列したスリットであり、前
   記下流側の壁のバイパス開口部は、前記下流側の壁のプ
   リーツと整列したスリットであることを特徴とする請求
   項５記載のフィルタ。
7. 【請求項７】 前記上流側の壁の前記バイパス開口部
   は、第１の方向に差し向けられたスリットであり、前記
   下流側の壁の前記バイパス開口部は、前記第１の方向に
   垂直な第２の方向に差し向けられたスリットであること
   を特徴とする請求項５記載のフィルタ。
8. 【請求項８】 濾過されるべき流体の流れに関して上流
   側の壁及び下流側の壁を有し、前記上流側の壁は、第１
   の方向に差し向けられた長手方向寸法を有する少なくと
   も１つのバイパス開口部を有し、前記下流側の壁は、第
   ２の方向に差し向けられた長手方向寸法有する少なくと
   も１つのバイパス開口部を有していることを特徴とする
   フィルタ。
9. 【請求項９】 前記第１の方向は、前記第２の方向に垂
   直であることを特徴とする請求項８記載のフィルタ。
10. 【請求項１０】 前記上流側の壁は、前記下流側の壁に
    対して全体として平行であることを特徴とする請求項８
    記載のフィルタ。
11. 【請求項１１】 前記上流側の壁及び前記下流側の壁
    は、複数の折り目を有し、前記折り目は、山部及び谷部
    を有していることを特徴とする請求項８記載のフィル
    タ。
12. 【請求項１２】 前記バイパス開口部は、前記山部又は
    前記谷部に設けられていることを特徴とする請求項１１
    記載のフィルタ。
13. 【請求項１３】 前記上流側の壁の前記バイパス開口部
    は、前記下流側の壁のバイパス開口部に対して全体とし
    て垂直であること特徴内の請求項１１記載のフィルタ。
14. 【請求項１４】 前記下流側の壁は、前記上流側の壁よ
    りも厚いことを特徴とする請求項８記載のフィルタ。
15. 【請求項１５】 前記下流側の壁のバイパス開口部は、
    前記上流側のバイパス開口部よりも小さいことを特徴と
    する請求項１３記載のフィルタ。
16. 【請求項１６】 前記上流側の壁の前記バイパス開口部
    は、前記上流側の壁前後に差圧がなければ効果を発揮し
    ないことを特徴とする請求項１１記載のフィルタ。
17. 【請求項１７】 前記上流側の壁及び前記下流側の壁に
    はプリーツが設けられ、前記上流側の壁のプリーツは、
    前記下流側の壁のプリーツに垂直であることを特徴とす
    る請求項８記載のフィルタ。
18. 【請求項１８】 前記バイパス開口部は、前記プリーツ
    の折り目部分に設けられていることを特徴とする請求項
    １７記載のフィルタ。
19. 【請求項１９】 前記バイパス開口部は、前記上流側の
    壁の上流側から見て前記上流側の壁のプリーツの凹部に
    設けられると共に前記下流側の壁の下流側から見て前記
    下流側の壁のプリーツの凹部に設けられていることを特
    徴とする請求項１８記載のフィルタ。
20. 【請求項２０】 流体取入れ口及び流体出口を備えたハ
    ウジングと、前記取入れ口と前記出口を連通させる通路
    と、流体を前記通路を通って動かすためのファン手段
    と、前記ファン手段を制御する制御手段と、前記取入れ
    口の下流側に設けられた第１のフィルタと、前記第１の
    フィルタの下流側に設けられたイオン化電極と、前記電
    極の下流側に設けられたエレクトレット材料から成るフ
    ィルタと、前記エレクトレットフィルタの下流側に設け
    られたカーボンフィルタとを有し、前記通路は、前記エ
    レクトレットフィルタと前記出口との間に吸音室を有し
    ていることを特徴とする濾過システム。
21. 【請求項２１】 前記室には、フォーム熱可塑性材料が
    内張りされていることを特徴とする請求項２０記載の濾
    過システム。
22. 【請求項２２】 前記フォーム熱可塑性材料は、ポリス
    チレンであることを特徴とする請求項２１記載の濾過シ
    ステム。
23. 【請求項２３】 前記室は、前記ファン手段によって生
    じた音波が前記出口を出る前に前記室の少なくとも１つ
    の表面によって反射されるようを構成されていることを
    特徴とする請求項２１記載の濾過システム。
24. 【請求項２４】 前記吸音室とエレクトレットフィルタ
    とカーボンフィルタの組み合わせが、前記ファン手段に
    よって生じた梱包を吸収し、システム処理量が毎分約８
    ０立方フィート（２．２６４ｍ３ ）の場合に前記ハウ
    ジングから１ｍ離れたところで測定した音響レベルを約
    ５０デシベル未満に減少させることを特徴とする請求項
    ２０記載の濾過システム。
25. 【請求項２５】 前記制御手段は、選択されたガス又は
    汚染物を検出し、前記選択されたガス又は汚染物の検出
    に応答して前記パンの速度を調節するセンサを有してい
    ることを特徴とする請求項２０記載の濾過システム。
26. 【請求項２６】 前記制御手段は、選択されたガス又は
    汚染物を検出するセンサを有し、前記制御手段は、前記
    選択されたガス又は汚染物の検出に応答して前記ファン
    の速度を増大させ、前記ガス又は汚染物が最初に検出さ
    れてから所定の期間経過すると前記ファンの速度を減少
    させることを特徴とする請求項２０記載の濾過システ
    ム。
27. 【請求項２７】 前記電極の起動化は、手動で選択でき
    ることを特徴とする請求項２０記載の濾過システム。
28. 【請求項２８】 前記通路を通る空気流は、実質的に層
    流であることを特徴とする請求項２０記載の濾過システ
    ム。
29. 【請求項２９】 前記ハウジングは、前記ハウジングを
    支持する底壁、前記底壁から延びる少なくとも１つの側
    壁及び前記少なくとも１つの側壁に連結された頂壁を有
    し、前記取入れ口は、前記少なくとも１つの側壁に設け
    られ、前記出口は、前記頂壁に設けられていることを特
    徴とする請求項２０記載の濾過システム。
30. 【請求項３０】 前記エレクトレットフィルタは、前記
    と理由出口に向いた第１の層及び前記出口に向いた第２
    の層を有し、前記第１の層は、第１の方向に差し向けら
    れた長手方向寸法を有する少なくとも１つのバイパス開
    口部を有し、前記第２の層は、第２の方向に差し向けら
    れた長手方向寸法を有する少なくとも１つのバイパス開
    口部を有していることを特徴とする請求項２０記載の濾
    過システム。
31. 【請求項３１】 前記第１の方向及び前記第２の方向
    は、斜めであることを特徴とする請求項３０記載の濾過
    システム。
32. 【請求項３２】 前記第１の方向は、前記第２の方向に
    垂直であることを特徴とする請求項３０記載の濾過シス
    テム。
33. 【請求項３３】 前記第１の層と前記第２の層は互いに
    全体として平行であることを特徴とする請求項３２記載
    の濾過システム。
34. 【請求項３４】 前記第１の層及び前記第２の層には、
    プリーツが付けられていることを特徴とする請求項３３
    記載の濾過システム。
35. 【請求項３５】 前記第１の層及び前記第２の層は、複
    数の折り目を有し、前記折り目は、山部及び谷部を有し
    ていることを特徴とする請求項３３記載の濾過システ
    ム。
36. 【請求項３６】 前記バイパス開口部は、前記山部又は
    前記谷部に設けられていることを得たとする請求項３５
    記載の濾過システム。
37. 【請求項３７】 前記第２の層は、前記第１の層よりも
    厚いことを特徴とする請求項３６記載の濾過システム。
38. 【請求項３８】 前記第２の層のバイパス開口部は、前
    記第１の層のバイパス開口部よりも小さいことを特徴と
    する請求項３７記載の濾過システム。
39. 【請求項３９】 前記第１の層の前記バイパス開口部
    は、前記第１の層前後に差圧がなければ効果を発揮しな
    いことを特徴とする請求項３８記載の濾過システム。
40. 【請求項４０】 前記エレクトレットフィルタは、濾過
    されるべき流体の流れに関して上流側の壁及び下流側の
    壁を有し、前記上流側の壁は、第１の方向に差し向けら
    れた複数のプリーツを有し、前記下流側の壁は、前記第
    １の方向に対して第２の方向に差し向けられた複数のプ
    リーツを有していることを特徴とする請求項２０記載の
    フィルタ。
41. 【請求項４１】 前記第２の方向は、前記第１の方向に
    垂直であることを特徴とする請求項４０記載のフィル
    タ。
42. 【請求項４２】 前記壁のうち少なくとも１つに設けら
    れた少なくとも１つのバイパス開口部を更に有している
    ことを特徴とする請求項４１記載のフィルタ。
43. 【請求項４３】 前記上流側の壁に設けられた複数のバ
    イパス開口部及び前記下流側の壁に設けられた複数のバ
    イパス開口部を更に有し、前記上流側の壁の開口部は、
    前記下流側の壁の開口部からずれていることを特徴とす
    る請求項４１記載のフィルタ。
44. 【請求項４４】 前記上流側の壁に設けられた複数のバ
    イパス開口部及び前記下流側の壁に設けられた複数のバ
    イパス開口部を更に有し、バイパス開口部は、前記プリ
    ーツの折り目部分に設けられていることを特徴とする請
    求項４１記載のフィルタ。
45. 【請求項４５】 前記上流側の壁のバイパス開口部は、
    前記上流側の壁のプリーツと整列し、前記下流側の壁の
    バイパス開口部は、前記下流側の壁のプリーツと整列し
    ていることを特徴とする請求項４４記載のフィルタ。
46. 【請求項４６】 前記上流側の壁の前記バイパス開口部
    は、第１の方向に差し向けられ、前記下流側の壁の前記
    バイパス開口部は、前記第１の方向に垂直な第２の方向
    に差し向けられていることを特徴とする請求項４４記載
    のフィルタ。
47. 【請求項４７】 濾過されるべき流体の流れに垂直に差
    し向けられた全体として互いに平行なプリーツ付きの上
    流側及び下流側の壁を有するフィルタであって、前記上
    流側の壁は、第１の長さを有し、第１の方向に差し向け
    られた複数のバイパススリットを有し、前記下流側の壁
    は、前記第１の長さよりも短い第２の長さを有し、前記
    第１の方向に垂直に差し向けられた複数のバイパススリ
    ットを有し、前記バイパススリットは、都立付きの壁の
    折り目部分に設けられ、前記上流側の壁のプリーツは、
    前記下流側の壁のプリーツに垂直であることを特徴とす
    るフィルタ。
48. 【請求項４８】 前記バイパススリットは、前記上流側
    の壁の上流側から見て前記上流側の壁のプリーツの凹部
    に設けられると共に前記下流側の壁の下流側から見て前
    記下流側の壁のプリーツの凹部に設けられていることを
    特徴とする請求項４７記載のフィルタ。