JP2005028357A - 粒子検出機能付き空気トランスポータ／コンディショナ - Google Patents

Abstract

【課題】 粒状物が除去される空気の電気運動流を生じさせるシステムを提供する。
【解決手段】 環境センサ（１１８）が、空気トランスポータ−コンディショナユニットの第１（１０２）及び第２（１０４，１０６）の電極と共に用いられる高電圧発生器（１０８）のための電圧出力を測定するために用いられる。一実施形態では、環境センサは、粒子検出器である。低レベルの粒子が検出されると、高電圧発生器の低出力レベルを用いることができる。高レベルの粒子が検出されると、高電圧発生器の高出力レベルを用いることができる。環境センサは、オゾン検出器又は受動式ＩＲ検出器としても利用できる。
【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は一般に、粒状物が除去される空気の電気運動（electro-kinetic ）流を生じさせる装置に関する。
本願は、２００３年４月９日に出願された米国仮特許出願第６０／４６１，７３４号明細書（発明の名称：Air Transporter-Conditioner with Particulate Detector ；発明者：テイラー等）の優先権主張出願である。

空気流を生じさせるためにファンブレードを回転させるよう電気モータを用いることは、当該技術分野において長年にわたり知られている。残念ながら、かかるファンは相当大きな騒音を発生し、指又は鉛筆を動いているファンブレード中に突き出す誘惑にかられることのある子供に対し危害をもたらす場合がある。かかるファンは相当多量の空気流（例えば、１，０００立方フィート（２８．３ｍ³）／分以上）を生じさせることができるが、電気モータを作動させるのに相当大きな電力が必要であり、本質的には流動中の空気の状態調節は行われない。

恐らくは０．３μｍ以上の粒状物を除去するＨＥＰＡコンプライアントフィルタ要素をかかるファンに設けることが知られている。残念なことに、フィルタ要素により生じる空気流への抵抗は、所望レベルの空気流を維持するためには電気モータのサイズを２倍にしなければならないという要件を課す場合がある。さらに、ＨＥＰＡコンプライアントフィルタ要素は高価であり、ＨＥＰＡコンプライアントフィルタ−ファンユニットの市販価格の相当な部分を占める場合がある。かかるフィルタ−ファンユニットは、大きな粒子を除去することにより空気を状態調節することができるが、フィルタ要素を通過するほど小さな粒状物は除去されず、かかる粒状物としては例えばバクテリアが挙げられる。

また、機械的可動部品を用いないで電力を空気の流れに変換する電気運動又は界面動電（electro-kinetic ）技術を用いて空気流を生じさせることが当該技術分野において知られている。かかるシステムの１つが、リーに付与された米国特許第４，７８９，８０１号明細書（１９８８年発行）に記載されており、かかる米国特許明細書の記載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。

第１（「エミッタ」）電極又は導電性表面のアレイが、第２（「コレクタ」）電極又は導電性表面のアレイから対称に間隔を置いて設けられている。この例では、列状の高電圧パルス（例えば、０〜約＋５ＫＶ）を出力する例えばパルス発生器のような発生器の正端子は、第１のアレイに結合され、パルス発生器の負端子は第２のアレイに結合される。かかるアレイは、多数の電極を有するが、アレイは単一の電極を有してもよく、或いはアレイに代えて単一の電極を用いてもよいことは言うまでもない。

高電圧パルスは、アレイ相互間の空気をイオン化し、可動部品を何ら必要とすることなく、第１のアレイから第２のアレイに向かう空気流を生じさせる。空気中の粒状物は、空気流内に同伴され、かかる粒状物も又第２の電極に向かって移動する。粒状物の多くは、静電作用により第２の電極の表面に引き付けられ、ここで引き付けられたままになり、かくしてシステムから出る空気の流れが状態調節される。さらに、電極アレイ相互間に存在する高電圧場は、オゾンを周囲環境中に放出することができ、それにより空気流中に同伴された臭気を無くすことができる。

米国特許第４，７８９，８０１号明細書によって開示された静電技術は、従来型電気ファン−フィルタユニットと比べて有利であるが、空気運搬−状態調節効率を一層向上させることができれば好都合である。

本発明の一実施形態は、第１の電極、第２の電極及び電圧発生器を有するシステムである。電圧発生器は、第１の電極から第２の電極に向かう下流側方向に空気の流れを生じさせるために第１及び第２の電極に結合されている。このシステムは、環境センサを有している。電圧発生器の出力は、環境センサからの信号に基づいて調節される。

環境センサにより、このシステムは環境の変化に応動することができる。一実施形態では、環境センサは、粒子センサである。粒子センサを用いることにより、このシステムは、空気中の粒子のレベルの変化に応動して電圧発生器の出力を調節することができる。例えば、電圧発生器の出力の電圧ピーク又はデューティサイクルを、高レベルの粒子が検出されたときに増大させることができる。

一実施形態では、環境センサはオゾン検出器である。オゾン検出器を用いると、空気トラスポータ−コンディショナのオゾン出力があらかじめ設定された最大値を下回るようにすることができる。このように、空気トラスポータ−コンディショナは、オゾンレベルが過剰ではないようにしながら高レベルで稼働可能である。

一実施形態では、環境センサは、受動式赤外線検出器である。赤外線検出器は、人又は動物が存在しているかどうかにつき検出するために用いることができる。人又は動物が室内にいると、人又は動物は、粒子を生じさせ又はかき立てる傾向がある。人又は動物が検出されると、ユニットをオンにし、又は電圧発生器の出力を増大させるのがよい。

一実施形態では、環境センサは遠隔ユニットに設置される。遠隔ユニットは、電圧発生器の出力を制御するようベースユニットと通信可能である。
本発明の他の目的、特徴及び利点は、好ましい実施形態が詳細に記載された以下の説明を添付の図面と関連して読むと共に特許請求の範囲の記載を参照すると明らかになろう。

図１Ａは、第１の電極１０２及び第２の電極１０４，１０６を有するシステム１００を示している。この例では、単一の第１の電極１０２及び多数の第２の電極１０４，１０６が用いられる。しかしながら、任意の数の第１及び第２の電極を用いることができる。高電圧空気トラスポータ−コンディショナユニット１０８が、第１の電極１０２に印加される電圧にパルスを生じさせるのに用いられる。高電圧パルス発生器を、第２の電極１０４，１０６に作動的に接続するのがよい。高電圧パルスは、空気をイオン化し、イオンは、第１の電極１０２と第２の電極１０４，１０６との間を流れる。粒状物１１０が空気流１１２中に同伴され、第２の電極１０４，１０６に向かって流れる。粒子は、第２の電極１０４，１０６の表面に静電作用によりくっつき、かくしてシステム１００を出る空気の流れが状態調節される。第１の電極の高電圧場は、空気流中に同伴された臭気を除去できるオゾンを環境中に放出することができる。

空気流１１２及びオゾン生成は、高電圧パルス発生器１０８により生じる電圧と関連がある。一実施形態では、制御ユニット１１６は、高電圧パルス発生器１０８を制御して所望の出力を生じさせる。電圧出力を、ピーク電圧、周波数又はデューティサイクルについて変更することができる。一実施形態では、デューティサイクル又はピーク電圧を変更する。

一実施形態では、制御ユニット１１６は、アプリケーション専用集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）ロジック又はプロセッサであるのがよい。制御ユニット１１６は、環境センサ１１８からの信号を用いて高電圧パルス発生器の動作を制御する。制御ユニット１１６は又、スイッチからの信号又は他の指標を受け取ってシステムをオンにする時期及びシステムを外部スイッチ選択により指示された高い値又は別の値に設定する時期を決定することができる。

高電圧発生器の出力についてあらかじめ設定されたパターンを利用することができる。例えば、ヘビーデューティサイクルを数秒間用い、次にこれよりも軽いデューティサイクルを用いることができる。制御ユニット１１６は、環境センサ１１８からの信号に基づいてあらかじめ設定されたパターンを変更し又は選択することができる。

環境センサ１１８は、環境条件の指標を生じさせる任意のセンサ又は検出器である。環境センサ１１８は、空気中の粒子レベルを指示できる粒子センサであるのがよい。環境センサは、空気中のオゾンのレベルを検出するオゾン検出器であってもよい。一実施形態では、環境コンディショナ１１８は、室内の人又は動物の存在を検出する受動式ＩＲセンサ検出器である。

１以上の環境センサを制御ユニット１１６に接続すると、高電圧パルス発生器の出力を制御することができる。一実施形態では、制御ユニット１１６は、環境センサ１１８からの出力信号を中断して高電圧発生器１０８の出力をどのように変更すべきかを決定する。 粒子検出器又は他のセンサを電極相互間又はベースユニットの内外の他の場所で生じた空気流内に位置決めするのがよい。

図１Ｂは、ベースユニット１２２及び遠隔ユニット１２４を有するシステム１２０を示している。ベースユニット１２２は、第１の電極１０２、第２の電極１０４，１０６、高電圧パルス発生器１０８及び制御ユニット１１６を有している。一実施形態では、制御ユニット１１６の一部又は全てを遠隔ユニット１２４のところに設置するのがよいワイヤレス通信ユニット１２８と通信するワイヤレス通信ユニット１２６を有している。遠隔ユニット１２４は、環境センサ１１８を更に有している。この実施形態では、遠隔ユニット１２４を室内の別の場所に位置決めしてもよく、ワイヤレスユニットは、ベースユニット１２２と通信できる。遠隔ユニット１２４は、ベースユニット１２２に対するワイヤード又はワイヤレス接続部を有するのがよい。

図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の一実施形態の環境センサを示している。図２Ａは、本発明の一実施形態の粒子検出器１０２を示している。光学粒子検出器は、ネフェロメータ又は他形式の光電デバイスであるのがよい。図２Ａの例では、光源２０４が、管２０６内に配置されている。光源２０４からの光は、粒子２０８に当たって反射し、光電検出器２１０に達する。粒子が多ければ多いほどそれだけ一層反射光が多くなり、かくして検出信号がそれだけ一層多くなる。変形実施形態では、光源は、光電検出器とインライン配置状態であってもよい。

光源２０４は、フォトダイオードを含む任意型式のものであってよい。光電検出器２１０は、粒子レベルを指示するよう解釈可能な信号を生じさせる。上述したように、粒子検出器からの信号を制御ユニットにより利用すると、高電圧パルス発生器の電圧出力を設定することができる。

図２Ｂは、オゾン検出器２２０の一例を示している。オゾン検出器は、光源２２２を用いており、その光は任意的に用いられる光フィルタ２２４に送られる。ランプ２２２及び任意的に用いられる光フィルタ２２４は、光出力がオゾンにより高く吸収されるよう設計されている。光の一部が検査されるべき空気の入っている管２２６を通る。光の別の一部が、オゾンの無い空気サンプルの入っている基準管２２８を通る。ソース検出器２３０及び基準検出器２３２の出力を用いるとオゾンの濃度を計算することができる。一実施形態では、ランプ２２２及び任意的に用いられるフィルタ２２４の出力は、吸収を利用すると２５４ｎｍ波長の状態にある。ベーア−ランバートの式を用いると、管２２６中のオゾンの濃度を求めることができる。温度及び圧力は、ベーア−ランバートの式中の変数である。温度及び圧力が相当変化する場合、温度及び圧力用のセンサを利用するのがよい。他の設計のオゾン検出器も利用できる。

図２Ｃは、受動式赤外線（ＩＲ）検出器２４０を示している。図２Ｃの受動式ＩＲ検出器は、赤外線をＩＲ検出器２４８，２５０，２５２に合焦させる光学素子２４２，２４４，２４６を用いている。受動式ＩＲ検出器２４０を用いると、室内に人又は他の動物がいるかどうかを判定することができる。受動式ＩＲ検出器は代表的には、受動式ＩＲ検出器の焦点に入る人又は動物と一致したスパイクを受け取ったＩＲ放射線中に検出するよう構成されている。

図３は、環境センサ出力に基づく電圧発生器の出力の選択の一例を示している。この例では、環境センサ出力は、粒子検出器の出力である。この例は、多数のモードを用いる動作状態を示している。非常にクリーンな空気では、このシステムは、ロー（低）モードで動作することになる。空気の汚れが中程度であれば、その結果としてミディアム（中）モード動作が行われる。空気が汚れていると、その結果としてハイ（高）モードの動作が行われる。極めて汚れのひどい空気は、限定された期間の間、ブースト（boost ）モードをトリガする場合がある。図３は、ヒステリシスがローモード、ミディアムモード、ハイモード及びブーストモード相互間の移行のために用いられる例を示している。図３の例では、点３２０のところで、システムは、ローモードとミディアムモードとの間で移行し、点３０４のところで、システムは、ミディアムモードとハイモードとの間で移行する。点３０６のところでは、システムは、ハイモードとミディアムモードとの間で移行し、点３０８のところで、システムは、ミディアムモードとローモードとの間で移行する。この例では、ブーストモードは、エンターされない。というのは、粒子レベルは十分には高くないからである。

図４Ａ〜図４Ｃは、種々のモードについての電圧発生器の出力の例を示している。この例では、ミディアムモードに関する電圧発生器出力のデューティサイクルは、ローモードの場合よりも大きく、ハイモードについての電圧発生器出力のデューティサイクルは、ミディアムモードの場合よりも大きい。このように、高いレベルの粒子が検出されると、空気流量、粒子収集量及びオゾン生成量が増大することになる。図３及び図４Ａ〜図４Ｃは、固定電圧発生器出力を用いるシステムを示しているが、一実施形態では、出力はセンサ信号に基づいて次第に変化する。

図５は、検出オゾンレベルのグラフ図である。この例では、線５０２は、望ましい最大オゾン量を示している。一実施形態では、最大レベルは、５０ｐｐｂである。この例では、所定レベル５０４，５０６が高出力と低出力との間で移行するために用いられている。オゾンレベルが５０４を上回ると、システムは、低出力に切り換わる。オゾンレベルがレベル５０６を下回ると、システムは、高出力に切り換わる。このように、オゾン生成量を或るレベル以下に保つのがよい。検出されたオゾンレベルを用いる他の制御方法も又利用できる。

図６は、一実施形態の電気運動（electro-kinetic）式空気トラスポータ−コンディショナシステム６００を示している。電気運動式空気トラスポータ−コンディショナシステム６００は、後部に設けられた吸気ベント又はルーバ、前部に設けられた排気ベント及びベースペデスタル６０３を含むハウジング６０２を有している。所望ならば、単一のベントを設け、これをベント及び電極と連絡状態にある入口チャネル及び空気排出チャネルを備えた空気取り入れ口と空気排出口の両方として用いてもよい。ハウジングは、自立型及び（又は）直立縦型及び（又は）細長いものであるのがよい。トラスポータハウジングの内部にはイオン発生ユニットが設けられている。イオン発生ユニットにＡＣ／ＤＣ電源により電力供給するのがよく、かかるＡＣ／ＤＣ電源は、スイッチ６０４を用いて通電可能又は励起可能である。スイッチ６０４は、他のユーザ作動式スイッチと共に従来通りユニット６００の頂部６０６のところに設けられている。イオン発生ユニットは、本発明の作用のためにトラスポータハウジングを越えて周囲空気の他には何も必要とせず、外部動作電位が省かれているという点において自蔵式のものである。

ハウジング６０２の上面は、電極組立体内の第２の電極のアレイ２４０が取り付けられたユーザにより持上げ可能な取っ手部材６１２を有している。電極組立体は、エミッタ電極の第１のアレイ又は単一の第１の電極を更に有している。第１の電極は、ワイヤ又はワイヤ状の電極であるのがよい（「ワイヤ」及び「ワイヤ状」という用語は、ワイヤから作られた電極又はワイヤよりも太い又は剛性が高い場合、ワイヤの外観を備えた電極を意味するものとして区別なく用いられている）。図示の実施形態では、持上げ部材は、第２のアレイをなす電極を上方に持ち上げ、それにより、第１の電極アレイの第１の電極がユニット６００内に位置したままの状態で、第２の電極がハウジングの頂部から、望ましくはクリーニングのためにユニット６００から伸長する。第２の電極アレイを細長いハウジング６０２の長手方向軸線又は方向に沿ってユニット６００の頂部６０６から垂直方向に持ち上げて出すことができる。ユニット６００の頂部６０６から取出し可能な第２の電極を備えたこの構造により、ユーザが第２の電極をクリーニングのために引っぱり出すのが容易になる。可撓性部材及びユーザが取っ手部材６１２を上方又は下方に動かす場合にはいつでも第１の電極を捕捉してクリーニングするスロットを有する機構が取り付けられた部材に第２の電極の底端部を連結するのがよい。

図６に示す実施形態の全体形状は、断面が８の字形のものである。ただし、他の形状も本発明の精神及び範囲に含まれる。一実施形態の上から下に測った高さは、１ｍであり、左から右に測った幅は、１５ｃｍ、前から後に測った深さは、恐らくは１０ｃｍである。ただし、当然のことながら他の寸法形状を用いてもよい。ルーバ付き構造は、経済的なハウジング構成において十分な入口及び出口ガス又は空気抜きを提供する。入力ベントと出力ベントとの間には第２の電極に対するこれらの設置場所を除き現実的な区別を設ける必要はない。これらベントは、周囲空気の適度な流れをユニット６００中に引き込むことができ又はユニット６００に使えるようにすると共に適量のＯ₃を含むイオン化空気の適度な流れがユニット６００から出るようにするのに役立つ。

ユニット６００をオンにすると、イオン発生器による高電圧又は高電位出力が第１の電極のところにイオンを生じさせ、これらイオンは第２の電極に引き付けられる。イオンの運動により、イオン空気分子が一緒に運ばれ、かくしてイオン化空気の流出流が電気運動作用により生じる。吸入周囲空気は、粒状物を含んでいる。流出流は、粒状物が減少した清浄化された空気である。粒状物は、第２の電極の表面に静電作用でくっついている。イオン化空気流を発生させるプロセスにおいて、適量のオゾン（Ｏ₃）が生じるので有利である。ハウジング６０２の内面に静電シールドを施して検出可能な電磁放射線を減少させるのが望ましい場合がある。例えば、金属シールドをハウジング内に設けるのがよく、又はハウジングの内部を部分的に金属塗料で被覆してかかる放射線を減少させるのがよい。

ハウジングは、凹んだ側溝付きの実質的に長円形又は楕円形の断面のものであるのがよい。かくして、上述したように、この断面は、幾分８の字に似ている。ハウジングがこれとは異なる形状の断面、例えば矩形、卵形、涙滴（洋なし）形又は円形（しかしながら、これらには限定されない）を有することは本発明の範囲に含まれる。ハウジングは、高く且つ薄い形態のものである。後で明らかになるように、ハウジングは、電極組立体を収容するよう機能的な形状になっている。

上述したように、この例のハウジングは、入口及び出口を有している。入口と出口の両方は、フィン又はルーバにより覆われている。各フィンは、次のフィンから間隔を置いて位置する薄い隆起部であり、したがって各フィンは、空気がハウジングを通って流れる時に生じる抵抗を最小にするようになっている。これらフィンは、水平であり、ユニットの細長い直立縦型ハウジングを横切って差し向けられている。かくして、フィンは、一実施形態では電極に対し実質的に垂直である。入口及び出口フィンは、ユニットに「シースルー」の外観を与えるよう整列している。かくして、ユーザは、ユニットを入口から出口まで見通すことができる。ユーザは、ハウジング内に可動部品が無いことが分かり、流通する空気を清浄にする非常に静粛なユニットを見出すであろう。変形例として、フィンは、別の実施形態では電極と平行であってもよい。フィン及び電極について他の向きを採用することは他の実施形態において可能である。

遠隔ユニット６２０は、環境中の特徴を検出する環境センサを有するのがよい。遠隔ユニット６２０は、ユニット６００とワイヤレスで通信する。遠隔ユニット６２０は、ディスプレイ及びシステム６００の出力をオンにし又は変更する追加の制御装置を更に有するのがよい。

図７は、高電圧発生器ユニット７０２及び高電圧発生器７０２にＤＣ電力を供給する電子電力ユニット７０４を有するイオン発生ユニット７００を示している。一実施形態では、ＤＣ電力ユニット７０４は、低交流電圧（例えば、１１７ＶＡＣ）を直流（「ＤＣ」）電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータである。ＤＣ電力ユニット７０４は、バッテリーユニットであってもよい。制御ユニット７０６は、発生器ユニットの出力電圧の形状及び（又は）デューティサイクルを制御する回路構成を有するのがよい。制御ユニット７０６は、環境センサ７０８からの信号を用いてその形状及び（又は）デューティサイクルを制御することができる。制御ユニット７０６は、ユーザスイッチに結合されていて、増加した出力オゾンのバーストを一時的にもたらすパルスモードコンポーネントを更に有するのがよい。制御ユニット７０４は、タイマ回路及び視覚表示器、例えば発光ダイオード（「ＬＥＤ」）を更に有するのがよい。ＬＥＤ又は他の表示器（所望ならば音声表示器を含む）は、イオン発生が止まると、信号を出す。タイマは、或る所定時間後、例えば３０分後にイオン及び（又は）オゾンの発生を自動的に終了させることができる。

高電圧発生器ユニット７０２は、低電圧パルスを電子スイッチ７１２、例えばサイリスタ等に出力する恐らくは２０ｋＨｚの周波数低電圧発振器回路７１０を有するのがよい。スイッチ７１２は、低電圧パルスを逓昇（ステップアップ）変圧器Ｔ１の入力巻線に切換え自在に結合している。Ｔ１の逓昇変圧器Ｔ１の２次巻線は、高電圧パルスを出力する高電圧乗算器回路７１４に結合されている。回路構成及びコンポーネントは、高電圧パルス発生器７０２を構成することができ、ＤＣ電力ユニット７０４は、ハウジング内に設けられたプリント回路基板上に作製される。所望ならば、外部音声入力（例えば、ステレオチューナからの外部音声入力）を発振器７１０に適当に結合すると、ユニットにより生じる動力学的空気流を音響的に変調することができる。その結果、静電式ラウドスピーカが得られ、その出力空気流は、音声入力信号に従って人の耳に聞こえる。さらに、出力空気流は依然として、イオン及びオゾンを含んでいる。

高電圧発生器７０２からの出力パルスは、有効ＤＣオフセットが例えばピークピーク電圧の１／２の場合に少なくとも１０ＫＶピークピークであるのがよく、周波数は例えば２０ｋＨｚである。振動の周波数は、他の値を持っていてもよいが、少なくとも約２０ｋＨｚの周波数は、人には聞こえない。ペットがユニット７００と同一の室内にいる場合、ペットが不快にならないようにすると共に（或いは）ペットが吠えないようにするためにはこれよりも高い動作周波数を利用することが望ましい場合がある。

一実施形態では、環境センサからの信号を用いると、ロー、ミディアム、ハイブーストパルストレイン（パルス列）出力を選択することができる。ミディアムパルストレイン出力は、約１０％のデューティサイクルを有するのがよく、これは、常用電流が用いられていない場合、バッテリーの寿命を長くする。一実施形態では、ローパルストレイン出力のデューティファクタは、１０％未満であり、ハイ及びブースト出力パルストレインのデューティファクタは、１０％よりも高い。これとは異なり、種々のピークピーク振幅、ＤＣオフセット、パルストレイン波形、デューティサイクル及び（又は）繰返し周波数を用いてもよい。確かなこととして、１００％パルストレイン（例えば、本質的にＤＣ高電圧）を使用できるが、バッテリーの寿命が短くなる。かくして、この実施形態に係る発電器ユニット７０２を高電圧パルス発生器と呼ぶことができる。ユニット７０２は、ＤＣ／ＤＣ高電圧発生器として機能し、これは、電極組立体７１６に入力される高電圧パルスを出力する他の回路構成及び（又は）方式を利用して具体化できる。

注目されるように、臭気を除去し、しかも流出流の作用を受けたバクテリア及び（又は）他の生体（又は準生体）を破壊し又は少なくとも実質的に変性させることができる適量のオゾンを含むのがよい。かくして、ユーザのスイッチを閉じ、発生器７０２が十分な動作電位を有している場合、高電圧パルス発生器ユニット７０２からのパルスは、イオン化空気及びオゾンの流出流を生じさせる。スイッチを閉じると、ＬＥＤがイオン化の起こっているとき、視覚的に信号を出すことができる。

ユニット７００の動作パラメータを製造中に設定することができ、ユーザによる調節可能である必要はない。例えば、動作パラメータに関し、ユニット７０２によって生じる高電圧パルス中のピークピーク出力電圧及び（又は）デューティサイクルを高くすると、空気流量、イオン含有量及びオゾン含有量を増加させることができる。一実施形態では、これらパラメータは、環境センサに応答して、パラメータの自動変化に加えて、ユーザスイッチを調整することによりユーザによって設定できる。一実施形態では、ミディアムモード動作の場合、出力流量は約２００立法フィート（５．６６ｍ³）／分、イオン含有量は約２，０００，０００／ｃｃ、オゾン含有量は約４０ｐｐｂ（周囲より高い）〜恐らくは２，０００ｐｐｂ（周囲より高い）である。第１の電極の半径に対する第２の電極のノーズの半径の比を減少させ又は第１の電極に対する第２の電極の横断面積の比を約２０：１以下に減少させると、流量が減少することになり、これは、第１の電極アレイと第２の電極アレイとの間に結合された高電圧パルスのピークピーク電圧及び（又は）デューティサイクルを減少させた場合と同様である。実際には、ユニット７００は、動作電位、代表的には１１７ＶＡＣの適当な源に接続された状態で室内に配置される。イオン生成ユニット７００は、出口ベント１０６を介してイオン化空気及びオゾンを放出する。空気流は、イオン及びオゾンと結合した状態で室内の空気を新鮮にし、オゾンは或る特定の臭気、バクテリア、細菌等を破壊し又はこれらの望ましくない効果を減少させることができるので有利である。空気流は、ユニット内に意図的に可動部品が設けられていないという点において、電気運動作用により生じるのは確かである（電極内に或る程度の機械的振動が生じる場合がある）。

種々の実施形態では、電極組立体７１６は、少なくとも１つの電極又は導電性表面の第１のアレイ７１８を有し、少なくとも１つの電極又は導電性表面の第２のアレイ７２０を更に有している。一実施形態では、電極の材料は、電気を導き、高電圧の印加に起因する腐食作用に対し耐性があり、しかも十分にクリーニングできるほど強固である。

本明細書において説明する種々の電極組立体では、第１の電極アレイ７１０中の電極２３２をタングステンから構成するのがよい。タングステンは、クリーニングに耐えるほど十分頑丈であり、イオン化に起因するブレイクダウンを抑制するよう高い融点を有し、しかも効率的なイオン化を促進すると思われる粗い外面を有している。他方、電極７２０は、望ましくないポイントツーポイント（point-to-point）放射を最小限に抑えるよう高度に研磨された外面を有するのがよい。したがって、電極７２０を材料のうちとりわけステンレス鋼及び（又は）黄銅から作るのがよい。電極７１８の研磨面も又、電極のクリーニングを容易にするのを促進する。

電極は、軽量であり、製作しやすく、しかも大量生産に向いているのがよい。さらに、本明細書で説明する電極は、イオン化空気及び適量のオゾン（Ｏ₃として図の幾つかに示されている）のより効率的な発生を促進する。

本システムの電極に係る実施形態は、２００２年２月１２日に出願された米国特許出願第１０／０７４，０８２号明細書（発明の名称：Electro-Kinetic Air Transporter-Conditioner Devices with an Upstream Focus Electrode）に記載されており、かかる米国特許出願明細書の記載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。

一実施形態では、ユニット７０２の正の出力端子は、第１の電極アレイ７１８に結合され、負の出力端子は、第２の電極アレイ７２０に結合されている。この構成では、放出されたイオンの正味の極性は正であり、例えば負のイオンよりも正のイオンの方がより多く放出されると考えられる。この結合極性は、良好に働くことが判明しており、望ましくない耳に聞こえる電極の振動又はハム音が最小限に抑えられる。しかしながら、正のイオンの発生により比較的静かな空気流が生じるが、健康上の観点から、出力空気流は正イオンではなく負イオンに富んでいることが望ましい。或る実施形態では、高電圧パルス発生器の１つのポート（例えば、負のポート）は事実周囲空気であるのがよいことが注目される。かくして、第２のアレイ中の電極をワイヤで高電圧パルス発生器に接続する必要はない。それにもかかわらず、第２のアレイの電極と高電圧パルス発生器の１つの出力ポートとの間には、この場合周囲空気を介して「有効接続部」が存在するであろう。変形例として、ユニット７０２の負の出力端子を第１の電極アレイ７１８に接続し、正の出力端子を第２の電極アレイ７２０に接続してもよい。

この構成では、第１の電極アレイから第２の電極アレイに向かうにつれ、空気の静電流が作られる。
高電圧パルス発生器７０２からの電圧又はパルスを第１の電極アレイ７１８及び第２の電極アレイ７２０の前後に結合すると、プラズマ状の場が第１のアレイ７１８中の電極を包囲した状態で作られる。この電界は、第１の電極アレイと第２の電極アレイとの間の周囲空気をイオン化し、第２のアレイに向かって移動する「アウト（ＯＵＴ）」空気流を生じさせる。

本質的には、電極又は導電性表面の第１のアレイに結合された発生器７０２からの電位の関数として第１のアレイ電極７１８によりオゾンとイオンが同時に生成される。第１のアレイのところの電位を増減することによりオゾン発生を増減させることができる。逆の極性の電位を第２のアレイ電極７２０に結合することにより、第１のアレイで生成されるイオンの動作が本質的に加速され、アウト空気流が生じる。イオン及びイオン化粒子が第２のアレイに向かって移動しているとき、イオン及びイオン化粒子は、空気分子を第２のアレイに向かって押し又は動かす。一例として、第１のアレイのところの電位に対し第２のアレイのところの電位を減少させることによりこの動作の相対速度を増加させることができる。

例えば、第１のアレイ電極に＋１０ＫＶを印加し、第２の電極アレイに電位を印加しなかった場合、イオンの雲（その正味の電荷は正である）が、第１の電極アレイに隣接して生じる。さらに、比較的高い１０ＫＶ電位が、実質的にオゾンを発生させる。比較的負の電位を第２のアレイ電極に結合することにより、正味の放出されたイオンにより動かされる空気出量の速度が増加する。

他方、同一の有効出力流（アウト）速度を維持するが、発生するオゾンを少なくすることが望ましい場合、例示の１０ＫＶ電位を電極アレイ相互間に分割するのがよい。例えば、発生器７０２は、＋４ＫＶ（又は或る他の一部としての値）を第１のアレイ電極に与え、−６ＫＶ（又は他の或る一部としての値）を第２のアレイ電極に与える。この例では、＋４ＫＶ及び−６ＫＶはアースに対して測定されていることが理解される。理解できるように、ユニット７００は、適量のオゾンを出力するよう動作することが望ましい。したがって、一実施形態では、高電圧は、約＋４ＫＶが第１のアレイ電極に印加され、約−６ＫＶが第２のアレイ電極に印加された状態で分割される。これよりも大きな又はこれよりも小さなピーク値は、環境センサ７０８からの信号に基づいてユーザに委ねられる。

一実施形態では、電極組立体７１６は、ワイヤ状電極の第１のアレイ７１８及び全体として“Ｕ”字形電極２４２の第２のアレイ７２０を有している。或る実施形態では、第１のアレイを構成する電極の数Ｎ１は、第２のアレイ７２０を構成する電極の数Ｎ２と比較して１だけ異なっているのがよい。図示の実施形態の多くでは、Ｎ２＞Ｎ１である。しかしながら、所望ならば、アレイの外端部に第１の電極を追加してＮ１＞Ｎ２、例えば４つの第２の電極に対し５つの第１の電極となるようにしてもよい。

上述したように、第１又はエミッタ電極は、例えばステンレス鋼のようなシート状金属から作られているが、数本のタングステンワイヤであってもよい。ただし、黄銅又は他のシート状金属を用いてもよい。シート状金属は、側部領域及び球状ノーズ領域を構成するよう容易に形作られ、中空の細長い“Ｕ”字形電極を形成する。

一実施形態では、第１のアレイと第２のアレイ相互間の互いに間隔を置いた形態は、互い違いの形態である。第１のアレイ電極は各々、２つの第２のアレイ電極から実質的に等距離のところにあるのがよい。この対照的な互い違いの構成は、効果的な電極配置であることが判明した。互い違いの幾何学的形状は、隣り合う電極がそれぞれ一定距離Ｙ１，Ｙ２を置いて位置しているという点において対称であるのがよい。しかしながら、非対称形態も利用可能である。また、電極の数は、図示した数とは異なっていてもよい。

一実施形態では、イオン化は、高電圧電極の関数として生じる。例えば、高電圧パルス発生器７２０からのピークピーク電圧振幅及びパルスのデューティサイクルを増大させることにより、イオン化空気の出力流中のオゾン含有量を増大させることができる。別のユーザ制御スイッチを用いると、振幅及び（又は）デューティサイクルに関しオゾン接触状態を幾分変化させることができる。

一実施形態では、第２の電極は、負のイオンの出力を生じさせるのに役立つ後尾電極に向いた領域を有するのがよい。一実施形態では、電極の第２のアレイ中の電極は、“Ｕ”字形である。一実施形態では、断面が“Ｌ”字形の１対の電極を追加的に使用することができる。

一実施形態では、電極組立体は、焦点電極を有する。焦点電極は、装置から出る空気流を促進させることができる。焦点電極は、鋼と共に存在している酸化物を腐食させない材料から作られた鋭い縁部を備えないような形状を有するのがよい。一実施形態では、焦点電極の直径は、第１の電極の直径の１５倍以上である。焦点電極の直径を、焦点電極がイオン発生表面として機能しないよう選択するのがよい。一実施形態では、焦点電極は、第１のアレイ７１８に電気的に接続される。焦点電極は、空気流を第２の電極に差し向け、これを第２の電極の後続側部の方向に粒子に向かって案内するのに役立つ。

焦点電極は、空気流量に対する焦点電極の抵抗を最小限に抑えるよう穴が貫通して設けられた“Ｕ”又は“Ｃ”字形であるのがよい。一実施形態では、電極７１６は、ピン−リング電極組立体を有している。ピン−リング電極組立体は、円錐又は三角形の第１の電極及び第１の電極の下流側に位置したリング形の第２の電極を有している。

本システムは、追加の下流側後続電極を用いるのがよい。後続電極は、空気流を邪魔しないよう空気力学的に滑らかであるのがよい。後続電極は、空気流中の正に帯電した粒子を減少させるよう負の電荷を有するのがよい。後続電極は又、浮動状態のものであってよく、或いはアース電位に設定されたものであってもよい。後続電極は、正に帯電した粒子を集める第２の表面としての役目を果たすことができる。後続電極は又、帯電粒子を第２の電極に向かって反射させることができる。後続電極は又、少量の負イオンを空気流中に放出することができ、それにより第１の電極により放出された正イオンを中和させることができる。

電極組立体は、第２の電極相互間に位置決めされた中間電極を更に用いることができる。中間電極は、浮動式のものであってもよく、アース電位に設定されたものであってもよく、或いは正の高電圧、例えば第１の電極電圧の一部の状態に置かれたものであってもよい。中間電極は、粒子を第２の電極に偏向させることができる。

第１の電極は、第１の電極により放出されるイオンの量を増加させるためにたるんだ状態に作られ、ねじれた状態に作られ、又はコイル状に作られたものであるのがよい。
本発明の好ましい実施形態についての上記説明は、本発明の説明のためである。本発明の実施形態が全て開示されているわけではなく、或いは本発明を開示した形態そのものに限定するものではない。当業者であれば多くの改造及び変形を想到できよう。改造及び変形は、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、開示した実施形態に対して行うことができる。実施形態は、本発明の原理及びその実用上の用途を最もよく説明し、それにより当業者は、本発明、種々の実施形態及び意図した特定の用途に合う種々の改造例を理解できるようにするために選択されて説明されている。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及びその均等範囲に基づいて定められる。

環境センサを用いた本発明の一実施形態の空気トラスポータ−コンディショナを示す略図である。 環境センサが遠隔ユニットに設置されている本発明の一実施形態の空気トラスポータ−コンディショナの略図である。 本発明の一実施形態に用いることができる粒子検出器の略図である。 本発明の一実施形態に用いられるオゾン検出器の略図である。 本発明の一実施形態に用いられる受動式赤外線検出器の略図である。 本発明の一実施形態の環境センサ出力の例示のグラフ図である。 本発明の一実施形態の例示の高電圧発生器出力の略図である。 本発明の一実施形態の例示の高電圧発生器出力の略図である。 本発明の一実施形態の例示の高電圧発生器出力の略図である。 本発明のシステムの一実施形態に関する検出オゾンの例示のグラフ図である。 本発明の一実施形態の自立型空気トラスポータ−コンディショナの略図である。 本発明のシステムの一実施形態を示す略図である。

符号の説明

１００ システム
１０２ 第１の電極
１０４，１０６ 第２の電極
１１０ 粒状物
１１２ 空気流

Claims (54)

1. 第１の電極と、第２の電極と、第１の電極及び第２の電極に電気的に結合されていて、電圧を印加されると、第１の電極から第２の電極に向かう下流側方向に空気の流れを生じさせる電圧発生器と、環境センサとを有し、電圧発生器の出力が環境センサからの信号に基づいて調節されることを特徴とするシステム。
2. 環境センサは、粒子検出器であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 粒子検出器は、光電ユニットであることを特徴とする請求項２記載のシステム。
4. 環境センサは、人又は動物が存在しているかどうかを検出することを特徴とする請求項１記載のシステム。
5. 環境センサは、受動式ＩＲ検出器であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
6. 環境センサは、オゾンセンサであることを特徴とする請求項１記載のシステム。
7. 第１の電極、第２の電極及び電圧発生器は、ベースユニットに設けられ、環境センサは、遠隔ユニットに設けられていることを特徴とする請求項１記載のシステム。
8. 遠隔ユニットは、ベースユニットとワイヤレス通信することを特徴とする請求項７記載のシステム。
9. 第１の電極、第２の電極、電圧発生器及び環境センサは、単一のユニットに設けられていることを特徴とする請求項１記載のシステム。
10. 環境センサからの信号に基づいて電圧発生器を調節するようになった制御ユニットを更に有していることを特徴とする請求項１記載のシステム。
11. 制御ユニットは、電圧発生器の出力のピーク電圧を調節することを特徴とする請求項１０記載のシステム。
12. 制御ユニットは、電圧発生器出力のデューティサイクルを調節することを特徴とする請求項１０記載のシステム。
13. 前記第１の電極は、イオンエミッタであり、第２の電極は、粒子のコレクタであることを特徴とする請求項１記載のシステム。
14. 前記第１の電極は、正に帯電し、第２の電極は、負に帯電していることを特徴とする請求項１記載のシステム。
15. 第１の電極と、第２の電極と、第１の電極及び第２の電極に電気的に結合されていて、電圧を印加されると、第１の電極から第２の電極に向かう下流側方向に空気の流れを生じさせる電圧発生器と、環境条件に基づいて電圧発生器の出力を自動的に制御する制御ユニットとを有していることを特徴とするシステム。
16. 環境条件は、粒子の検出レベルであることを特徴とする請求項１５記載のシステム。
17. 環境条件は、オゾンの検出レベルであることを特徴とする請求項１５記載のシステム。
18. 環境条件は、人又は動物の存在の検出であることを特徴とする請求項１５記載のシステム。
19. 環境条件を検出するようになった環境センサを更に有していることを特徴とする請求項１５記載のシステム。
20. 環境センサは、粒子検出器であることを特徴とする請求項１９記載のシステム。
21. 粒子検出器は、光電ユニットであることを特徴とする請求項２０記載のシステム。
22. 環境センサは、受動式ＩＲ検出器であることを特徴とする請求項１９記載のシステム。
23. 環境センサは、オゾンセンサであることを特徴とする請求項１９記載のシステム。
24. 第１の電極、第２の電極及び電圧発生器は、ベースユニットに設けられ、環境センサは、遠隔ユニットに設けられていることを特徴とする請求項１９記載のシステム。
25. 遠隔ユニットは、ベースユニットとワイヤレス通信することを特徴とする請求項２４記載のシステム。
26. 第１の電極、第２の電極、電圧発生器及び環境センサは、単一のユニットに設けられていることを特徴とする請求項１５記載のシステム。
27. 制御ユニットは、電圧発生器の出力のピーク電圧を調節することを特徴とする請求項１５記載のシステム。
28. 制御ユニットは、電圧発生器出力のデューティサイクルを調節することを特徴とする請求項１５記載のシステム。
29. 前記第１の電極は、イオンエミッタであり、第２の電極は、粒子のコレクタであることを特徴とする請求項１５記載のシステム。
30. 前記第１の電極は、正に帯電し、第２の電極は、負に帯電していることを特徴とする請求項１５記載のシステム。
31. 第１の電極と、第２の電極と、第１の電極及び第２の電極に電気的に結合されていて電圧を印加されると、空気から幾分かの粒子を除去する電圧発生器と、粒子検出器とを有し、電圧発生器の出力は、粒子検出器からの信号に基づいて調節されることを特徴とするシステム。
32. 粒子検出器は、光電ユニットであることを特徴とする請求項３１記載のシステム。
33. 第１の電極、第２の電極及び電圧発生器は、ベースユニットに設けられ、粒子検出器は、遠隔ユニットに設けられていることを特徴とする請求項３１記載のシステム。
34. 遠隔ユニットは、ベースユニットとワイヤレス通信することを特徴とする請求項３３記載のシステム。
35. 第１の電極、第２の電極、電圧発生器及び環境センサは、単一のユニットに設けられていることを特徴とする請求項３１記載のシステム。
36. 環境センサからの信号に基づいて電圧発生器を調節するようになった制御ユニットを更に有していることを特徴とする請求項３１記載のシステム。
37. 制御ユニットは、電圧発生器の出力のピーク電圧を調節することを特徴とする請求項３６記載のシステム。
38. 制御ユニットは、電圧発生器出力のデューティサイクルを調節することを特徴とする請求項３６記載のシステム。
39. 前記第１の電極は、イオンエミッタであり、第２の電極は、粒子のコレクタであることを特徴とする請求項３１記載のシステム。
40. 前記第１の電極は、正に帯電し、第２の電極は、負に帯電していることを特徴とする請求項３１記載のシステム。
41. 電圧発生器は、第１の電極から第２の電極に向かう下流側方向に空気の流れを生じさせることを特徴とする請求項３１記載のシステム。
42. 第１の電極と第２の電極との間に電位を生じさせて第１の電極から第２の電極に向かう下流側方向に空気の流れを生じさせる段階と、電位を環境センサからの信号に基づいて調節する段階とを有していることを特徴とする方法。
43. 電位のピーク電圧を調節することを特徴とする請求項４２記載の方法。
44. 電位のデューティサイクルを調節することを特徴とする請求項４２記載の方法。
45. 環境センサは、粒子検出器であることを特徴とする請求項４２記載の方法。
46. 環境センサは、受動式ＩＲ検出器であることを特徴とする請求項４２記載の方法。
47. 環境センサは、オゾンセンサであることを特徴とする請求項４２記載の方法。
48. 第１の電極、第２の電極及び電圧発生器は、ベースユニットに設けられ、環境センサは、遠隔ユニットに設けられていることを特徴とする請求項４２記載の方法。
49. 遠隔ユニットは、ベースユニットとワイヤレス通信することを特徴とする請求項４８記載の方法。
50. 第１の電極、第２の電極及び環境センサは、単一のユニットに設けられていることを特特徴とする請求項４２記載の方法。
51. 電位を電圧発生器によって生じさせることを特徴とする請求項４２記載の方法。
52. 制御ユニットが、環境センサからの信号に基づいて電圧発生器の出力を調整することを特徴とする請求項５１記載の方法。
53. 前記第１の電極は、イオンエミッタであり、第２の電極は、粒子のコレクタであることを特徴とする請求項４２記載の方法。
54. 前記第１の電極は、正に帯電し、第２の電極は、負に帯電していることを特徴とする請求項４２記載の方法。

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