JP2005508724A - 受動濾過装置 - Google Patents

Abstract

濾過装置は、取入口（１３）及び出口（１６）を具備するハウジング（１２）、取入口に入る蒸気を濾過するために、取入口と出口との間に配置されたプリーツ付カーボンフィルター（１８）、及び、吸着を阻止してこれにより特に高相対湿度環境でプリーツ付カーボンフィルター（１８）の吸着能力を向上させるように該プリーツ付カーボンフィルターの周りに分散された疎水性溶液を備える。疎水性溶液は、カーボンフィルターの吸着能力を減じないように選択される。そのようなフィルターを作る方法も開示される。

Description

[優先権主張] この出願は、２００１年４月１７日に出願された従来技術文献からの優先権を主張する（例えば、特許文献１参照）。
米国仮特許出願第６０／２８４，３２１号明細書

この発明は、同時に化学及び生物戦争薬薬剤(chemical and biological warfare agents)、および、活性化のために検出装置に依存しない、有毒工業薬品のような他の有毒薬薬剤を同時に捕捉することができる、組み合わされた粒子フィルター及びカーボン吸着フィルターを備える受動濾過装置に関し、商用ビルディング又は軍事設備の一部分で他のビルディング又は設備の部分に化学及び生物薬薬剤の汚染が拡がることを阻止する。粒子フィルターは粒子濾過によって化学戦争薬薬剤エーロゾル及び生物戦争薬薬剤を捕捉する。また、カーボンフィルターは、吸着によって化学戦争薬薬剤及び他の有毒薬薬剤蒸気及びガスが逃げるのを阻止する。受動濾過装置は、揮発性有機汚染物質質（ＶＯＣ）ガス、エーロゾル、及び商用ビルで、通常、見出される微粒子を含む、好ましくない屋内空気品質（ＩＡＱ）に結びつく全てのタイプの屋内空気汚染物質質を削除する能力も有する。

この発明は、フィルターの寿命を実質的に増大させることができる独特な水吸着抑制特性を有し、かつ、それ故、特に湿度がフィルターの吸着性能を下げる環境でも有用である、受動カーボンフィルターにも関する。

カーボンは、フィルターに長く使用されてきた。しかしながら、濾過媒体としてのカーボンに付随する１つの問題は、それが水を吸着し、相対湿度がないか制御することができない環境でその吸着容量を急速に失い得るということである。また、湿度が制御されるか、あるいは湿度が当然ながら低い環境の商用ビルディングでさえ、カーボンフィルター有効寿命は依然としてあまり長くない。

カーボン再生システムは周知である。（例えば、非特許文献１乃至２、特許文献２乃至３参照）。しかし、多くの環境では、フィルターのコスト及び複雑さが再生装置に加わり、さらに、フィルターで捕捉された有毒汚染物質質の集中した排出を引き起こす。
「カーボン吸着ハンドブック(Carbon Adsorption Handbook)」, Cheremisinoff, Paul, N.,及びEllerbusch, Fred編,アン・アーバー科学出版社、ミシガン州アン・アーバー、１９７８年 「汚染制御のためのカーボン吸着(Carbon Adsorption dor Pollution Control)」, Cheremisinoff, Nicholas P.及びCheremisinoff, Paul Ｎ.,編,,P.T.R. プレンティス・ホール社.,ニュージャージ州エングルウッド・クリフス、１９９３年 米国特許第５，５６５，０７７号明細書 米国特許第５，５０５，８２５号明細書

この発明では、常にオン・ラインであり、再生を要しない長寿命受動濾過装置が開示されている。一実施例では、部屋は、この発明の受動濾過装置を含む、幾つかのシーリング・タイルを装備している。もしテロリストが部屋に、エーロゾル化された化学及び／又は生物戦薬薬剤を解放する小缶を設定すると、装置の高効率粒子フィルターは、これらが加熱、換気、及び複合体の空調装置（ＨＶＡＣ）によって複合体の他の部屋に循環されないように、エーロゾルの全てを濾過する。装置のプリーツ付カーボンフィルターは、捕捉したエーロゾルの蒸発による高効率フィルターから解放された何れの蒸気をも吸着する。ＨＶＡＣ装置は、受動フィルターによって部屋内部からの自身の返却空気を全て引き抜く。シーリング照明取付具及び他の部屋の開口からの空気漏れ問題を排除するために、かつ部屋内の気流のより良い制御を行うために、電力−換気パネルは、該パネルに気流に対して少なくとも抵抗の経路にして、プレナムＨＶＡＣ返却に使用するため(for use in plenum HVAC returns)に勧められる。

したがって、本発明の目的は受動濾過装置を提供するである。

本発明の更なる目的は、連続してオンラインである濾過装置を提供することである。

本発明の更なる目的は、カーボン再生副装置を要しない受動濾過装置を提供することである。

本発明の更なる目的は、過度の電力又は何れか他の制御入力を要しない濾過装置を提供することである。

本発明の更なる目的は、破壊的でなくかつ失敗警報を発しないような濾過装置を提供することである。

本発明の更なる目的は、通常、可動部を備えないか小数の可動部品しか備えず、かつ維持管理を要しないような受動濾過装置を提供することである。

本発明の更なる目的は、既存のシーリング・グリッドに容易に設置されるような濾過装置を提供することである。

本発明の更なる目的は、非常に低い圧力降下しか有さず、かつ既存のＨＶＡＣ機器に改造を要さないような濾過装置を提供することである。

本発明の更なる目的は、シーリング照明取付具及び他の部屋の開口からの気流漏れを最小限にし、かつ濾過パネルによって全ての気流を許容するような濾過装置を提供することである。

本発明の更なる目的は、無許可の取り外し又は改竄を直ちに検出し得るように、極めて視認可能な濾過装置を提供することである。

本発明の更なる目的は、商用ビルで、通常、見出されるように、ＶＯＣｓ、エーロゾル、微粒子および他のアレルゲンを含む屋内の大気汚染物質質の背景濃度下で少なくとも５年の平均寿命を有する濾過装置を提供することである。

この発明は、シラン基ベースの有機機能的な疎水性溶液(silane based organofunctional hydrophobic solution)が水の吸着を抑制し、これにより、特に高相対湿度環境でのプリーツ付カーボンフィルターの吸着容量を増大させる。疎水性溶液は、カーボンフィルターの吸着容量を減じないようにかつ危険な蒸気を濾過することができるように選択される。カーボンフェルト材料は、種々の酸性及びアルカリ性ガスが含浸されていないカーボン繊維材料によって、さもなくば、処理されないようにする反応性金属でも処理し得る。

この発明は、取入口と出口を備えたハウジングと、前記取入口から入る蒸気を濾過するための前記取入口と前記出口との間に配置された、プリーツ付カーボンフィルターと、水の吸着を抑制するために前記プリーツ付カーボンフィルターの周りに分散され、これにより特に高相対湿度環境での前記プリーツ付カーボンフィルターの吸着容量を増大させた疎水性溶液と、を備える受動濾過に対する濾過装置を特徴としている。好ましくは、疎水性溶液は、カーボンフィルターの吸着容量を減じないように選択される。そのような１つの溶液はシラン複合物である。

一実施例において、プリーツ付カーボンフィルターは、カーボンフェルト材料で作られている。１インチ当たり概ね１つのプリーツがある。また、カーボンフェルト材料は、概ね５ｍｍの厚さである。同じ実施例において、ハウジングは概ね４インチの深さである。また、各プリーツは４インチの高さである。

取入口から入る有毒ガスを無毒にするためにカーボンフィルターに配置された１つ以上の反応性金属を更に含み得る。典型的な反応性金属は銅、亜鉛及びモリブデンを含んでいる。一実施形態では、高効率粒子フィルターが、エーロゾルが前記取入口に入る前に該エーロゾルを濾過するためにハウジングの取入口の開口に隣接して配置される。１つ以上の低効率フィルターが高効率フィルターに隣接して設置される。また、取入口からの流れを増大させるために、ブロワーがハウジングの出口に配置される。

この実施形態は、シーリングを形成する複数のタイルを具備する部屋、および選択したタイルがこの発明の受動フィルターと交換される場所で有用である。取入口と出口とを具備するハウジングと、前記取入口から入る蒸気を濾過するための前記取入口と前記出口との間に配置されたカーボンフェルト材料で作られたプリーツ付カーボンフィルターと、水の吸着を抑制するために前記プリーツ付カーボンフィルターの周りに分散され、これにより特に高相対湿度環境での前記プリーツ付カーボンフィルターの吸着容量を増大させる疎水性溶液と、を備える。ハウジングは、２フィートの幅、１０インチの深さ、２フィートの長さ又は４フィートの長さとし得る。高効率粒子フィルターが、エーロゾルが前記取入口に入る前に該エーロゾルを濾過するためにハウジングの取入口の開口に隣接して配置し得る。１つ以上の低効率フィルターが高効率フィルターに隣接して設置される。また、選択されたフィルターのハウジングの出口に配置されたブロワーが該ブロワーからの流れを増大させ、かつシーリングより下での圧力より大きな圧力をシーリングより上に生成する。

この発明は、ハウジングの前記取入口と前記出口との間に配置されたプリーツ付カーボンフィルターが水の吸着を抑制するために前記プリーツ付カーボンフィルターの周りに分散された疎水性溶液で処理され、これにより特に高相対湿度環境でのプリーツ付カーボンフィルターの吸着容量を増大させる方法を特徴とする。疎水性溶液は、カーボンフィルターの吸着容量を減じないように選択されるそのような１つの溶液はシラン複合物である。

他の目的、特徴および利点は、以下の好ましい実施形態の記述および添付図面から当業者には思い浮かぶであろう。それらの説明は以下のとおりである。

本発明による、図１〜図５の濾過装置１０は、通常、取入口１４及び出口１６を具備するハウジング１２と、取入口１４に入る蒸気を濾過するために、これらの取入口及び出口との間に配置されたプリーツ付カーボンフィルター１４と、を備える。好ましい実施形態では、各々が２．５ｍｍ厚であり総厚が５ｍｍであり、ＰＡＬ社（台湾(Tiapan),中国）によって作られかつカーボン・リソース社（ハンティントン海岸、カリフォルニア州）から入手可能なカーボンフェルト材料から成る二層には、４インチの深さを有し、１インチ当り概ね１つのプリーツが存在するようにプリーツが付される。上記の背景技術で論じたように、この材料の能力は、高湿度環境で極めて劣化されるので、水の吸収を抑制するために以下に論じるように疎水性溶液で処理される。

この例では、装置１０は、取入口１４に入るエーロゾルを濾過するために、ハウジング１２の取入口の開口１４に隣接して配置される高効率（９９．９９９５％）ＵＬＰＡ粒子フィルターも備え得る。前置フィルター２２は、高効率フィルター２０に隣接して備え得るものでもあり、１例では、図５（６５％の効率）の低効率プリーツ付フィルター３２と、低効率フィルター３４（２０％の効率）と、を備え得る。そして、図１の好ましい実施形態では、フィルター１０は、特に取入口１４を貫通する流れを増大させる、ハウジング１２の出口１６を覆うパネル２６上に配置されるブロワー２４を備える。

図２に示すように、シーリング・タイルの形状構成に組み立てられた時、完全な装置は、２フィート×２フィート又は２フィート×４フィート平方及び全高１４．５インチである。ハウジング１２は高さ４インチである。ＵＬＰＡフィルター２０は高さ３インチである。また、前置フィルター２２も高さ３インチである。

図７は、選択シーリング・タイルが図１に示す独特な受動フィルターと交換される、２つの濾過装置１０を装備した空間８０を示す。各フィルターの取入口は部屋の床に面する。また、各フィルターの出口はシーリング・タイルより上の空間に配置される。このように、エーロゾル化されたキャニスター８２がエーロゾル化された化学及び／又は細菌戦薬剤を解放するように設定されると、それらが複合体のＨＶＡＣ装置によって複合体の他の空間に循環しないように、この発明の高効率装置は全てのエーロゾルを濾過する。図３の、プリーツ付カーボンフィルター３０は、図４の高効率フィルター２０によって解放される何れの蒸気をも濾過する。

これらの「捕捉」は、ＨＶＡＣシステムの返却側を通じて汚染の拡がりを除去することによって、建物占有者への受動保護をする手段としてのいわゆる「免疫ビルディング(Immune Buildings)」を実行するように構成される。この方法は、同時に化学及び生物戦争薬剤を捕捉することができるシーリング・タイル・フィルター・ユニットの使用を含む。フィルターは、結合した粒子フィルター及びカーボン吸着ベッドである。エアフィルター媒体及びカーボンフェルトの組合せは粒子濾過によってエーロゾル及び薬剤を捕捉し、化学戦薬剤蒸気及びガスが吸着によって逃げるのを防ぐ。

通常、濾過パネル１０は、免疫ビルディング内の各空間のシーリング内に統合され、図８に概念的に示すＨＶＡＣ装置へ戻る、シーリング・プレナムより上で空気を用いる。ＨＶＡＣ装置は、フィルターを通じて部屋内部からのその返却空気を全て取り出す。空気漏れ問題を除去し、さらに部屋内の気流のより良い制御を行うために、図１のブロワー組立体２４はプレナム返却の使用に勧められる。このアプローチは、パネルを気流に対する最小抵抗経路にする。

シーリングパネルとしての濾過パネルの設置は、薬剤捕捉ための高表面積を与える。また、パネルが解放の間に最大の保護を与え得るように、パネルは部屋の何れにも設置し得る。揮発性有機化合物(ＶＯＣｓ)の背景濃度に対して連続的に作動させられた時でさえ、濾過パネルは周期的な再生を要しない。図５の浄化可能で代替可能な前置フィルター２２は、パネルが埃で詰まることから保護する。

図示する濾過パネルのために、図４のＵＬＰＡフィルター２０４は、平坦なパネルの前置フィルター２２及び図１のプリーツ付作動カーボンフェルトフィルター１４に統合され、要求保護レベルを与える。カーボンフェルトフィルター１４は、高蒸気圧ブリスター薬剤及び（３、０００ｐｐｍの入口濃度で）に対して２０分の最小破断時間を与える。実験室の試験では、これらの媒体の濾過パネル形状構成内への統合履行を評価した。ＵＬＰＡフィルター（９９．９９９５％）の微粒子濾過効率は、通常の返却空気速度で測定された。単一のパネル１０の総薬剤吸収容量は、７７０ｇ程度である。

上に議論したように、ブロワー・ユニット２４を具備する電力換気濾過パネルはプレナム返却のために勧められる。中央のＨＶＡＣブロワーの改造が不要なように、パネルブロワーはパネルに加えられた何れの圧力降下をも打ち負かす。管路返却に対しては、濾過パネルは、ＨＶＡＣブロワーの静圧の合計を僅かに増加させる。大抵の場合、この増大した圧力は、既存のブロワー（変更モーター及びブロワー・プーリー）の速度変化によって得ることができる。装置１０は、標準の吊りシーリング構造を収容する２インチ×２インチ又は２インチ×４インチの何れかとして形状構成することができる。パネル重量は２インチ×２インチパネルに対して１０ポンド程度である。概ね４つのパネルが床面積の１００平方フィートにつき必要である。これらの重量は標準シーリング支持レールには過度ではない。必要ならば、照明取付具に使用されたものに類似した支持電線を用いることができる。

開口及び裂け目の適切な密封は、より重い重量のタイル（石膏板対繊維ガラス）の使用によって行なうことができる。また、ガスケットはレールに沿って剥がれる。照明取付具、消火器ヘッド等は、空気漏れを防ぐために密封しなければならない。このタイプのシーリング構造は、現在、今、クリーン・ルームで使用される。免疫ビルディングでも同様にクリーン・ルーム・シーリングからの成分を使用し得る。

密封要求は、電力換気濾過フィルターパネルの使用によって極めて減じられる。パネルによる気流は中央のＨＶＡＣシステムによって供給される以上でなければならない。パネルのテストは、パネル気流が部屋気流より２０パーセント大きくあるべきことを示唆する。パネルによるこの過度の流れは、部屋に対するプレナムに圧力を加える傾向がある。この加圧は、プレナムからの空気を無理にシーリングの開口から部屋に流入させる。化学又は生物薬剤が部屋内に解放されると、プレナムから吹き込む空気は、薬剤がプレナムに入るのを妨げる。薬薬剤が捕捉される濾過パネルから薬剤が押し込まれる。

通常のＨＶＡＣシ装置の構成物及び作業特性は、図８に示されている。図示したように、換気空気は、ディフューザー９０を通じて部屋に供給され、既に部屋にある空気と混ざって該空気を連行し、そして次に返却プレナム９２内に格子から引き込まれる。ダクト素材を使用する代わりに、返却プレナムは、しばしば、まさに上記のシーリングと床の間の空間である。その後、返却空気は、外部からの空気を構成する固定比例分と混合され、種々のダスト・フィルター、空気調整器、及びヒーターを通過し、それから占領空間に循環される。

ＡＳＨＲＡＥおよび他の組織によって公表されたガイドラインは、設備の部屋及びタイプの使用による外気の換気率及び比率に対する値を勧める。初期設計では、要するに２０％の外気構成率及び毎(ach)時６回の部屋換気回数である通常のオフィス環境の値を使用した。すなわち、毎時６部屋ボリュームに等価な流量である。８００立方フィート、および６×８００立方フィート／時又は８０立方フィート／分（ｃｆｍ）の換気回数を有する、１０フィート×１０フィート、８フィートの高さの部屋が典型的である。

商用ビルと軍事施設に対するテロリストの脅威は神経薬剤、発泡薬剤、窒息薬剤、催涙薬剤及び血液薬剤のような従来の戦場化学兵器のみならず、比較的容易に得られる、特に酸形成及び基礎的有毒工業薬品の脅威を含んでいる。高相対湿度がある状態でさえ、活性カーボン上に強く吸着する神経薬剤の幾つかとは異なり、有毒工業薬品の多くは活性カーボン上の吸着サイトに対する水蒸気と強く競合する。後者の場合には、水蒸気は、フィルターの吸着容量及び活動する生命体を減じる活性カーボン上で優先的に吸着される。高湿度環境での活性カーボンによるこれらのガスの吸着は、乾燥した環境と比較して、８０〜９０パーセント減じることができる。

したがって、現在のカーボンと同じ化学戦能力を有するが、高相対湿度が存在する状態でさえ広範囲の他の有毒かつ危険な工業化学薬品を取り扱うための更なる能力を有する活性カーボンを開発することは望ましい。図１のフィルターハウジング１２の図３に示すプリーツ付カーボンフェルト材料１８が製造者によって開発されると、その吸着容量は、吸着によって化学戦兵器エーロゾル並びに化学戦兵器ガス及び他の産業ガスから解放された蒸気を捕捉するのに十分であるが、図６の６０に示すように、相対湿度が非常に低い場合に限る。図６の容量は低相対湿度で上塗りがない材料に比べて標準化される。フェルト材料は、ＴＣＥで試みられた。ＴＣＥは化学戦兵器ではないし、ましてや化学戦薬剤類似物ではないが比較的高蒸気圧を有する。それは、活性カーボンが有機ガスを吸着する能力に関する水蒸気の影響の特に検出可能なインジケータである。５０パーセントの相対湿度でのＴＣＥとフェルト材料の試験は、参照符号６２で示されるように、乾性ガスと比較して３０幾パーセントだけ容量の減少を示した。その後、フェルト材料は、０．１〜０．２重量パーセントの負荷で３つの異なる疎水性被覆で覆われ、かつ５０パーセントの相対湿度で再びＴＣＥで試験される。

驚いたことに、図３のプリーツ付カーボンフェルト材料３０が、耐水性ファイバー及び織物に使用されたシリコンエマルジョンのような標準的なマイクロポリマー疎水性溶液で処理されると、５０％相対湿度の処理材料は、参照符号６０で示すような乾いた上塗りのない場合の参照符号６４で示すような４０％の容量に減少する。したがって、カーボンフェルト材料の標準的な疎水性溶液での処理は、フェルト材料のカーボンファイバーの孔に結合されかつブロックされ、そして汚染物質質ガス、ＴＣＥに利用可能なカーボン孔上の吸着サイトを作らないことを示唆する、上塗りがない材料より少ない吸着容量に帰着する。

水の吸着を抑制する能力無しで、依然として、図１の濾過装置１０は、相対湿度がないか制御することができないか、あるいはカーボン再生副装置の使用無しではありえない環境の中でうまく働かない。例えば、図３の、低相対湿度環境では、プリーツ付カーボンフェルト材料１８は、商用ビルで通常見出される背景ＶＯＣ濃度で概ね５年の寿命を有すると予想される。５０パーセントの相対湿度では、カーボンフェルト材料の寿命は、概ね３．５年に減じられ、高相対湿度では更に減じられる。

予期せぬことに、カーボンフェルト材料をシラン基有機溶液で処理することにより、図６に５０％の相対湿度を参照符号６６で示すように、材料の吸着能力は、５〜１０％の相対湿度の上塗りしていない材料より良いか又はより良くさえあった。好ましいシラン溶液は、保護環境管理（ミッドランド、ＭＩ）によるＤｏｗケミカル社からＡＥＭ ５７００として入手可能である。この広いスペクトル反微生物処理(anti-microbial treatment)は、菌類、藻類あるいはバクテリアの汚染物質質によって結合する媒体の脅威、および占有された室内環境と他用途において避けられない成長の脅威を制御するために米国環境保護庁に名前を登録されている。

カーボン繊維材料は、２つの被覆の混合物で被覆される。５０パーセントの相対湿度でのＴＣＥに対するカーボン容量は、乾燥ガスに対する容量より２０幾分パーセント低く、未処理のフェルト材料より概ね１０パーセントだけ良いことが判明した。

しかしながら、発明者によって発見されたように、シラン溶液は、抗菌性保護処理のみならず、特に高相対湿度環境での吸着容量を増大させるプリーツ付カーボンフィルターによる水の吸着を抑制する標準的な疎水性溶液とは異なる疎水性溶液として使用することもできる。

シラン基（ポリアルコキシシラン(polyalkosysilane）被覆は、それらの耐久性、浸透性、及び汎用機能性で周知である。そのような結合薬剤及び被覆は非常に様々な最終用途で使用される。実際的な最終用途に対処するために、そのような被覆は呼吸するために安全でなければならず、従って吸着を著しく変更することができないか、あるいはファイバーの特性又はファイバー構築特性を捕捉することができない。

ポリアルコキシシラン（３−トリメトキシシリルプロフィル＝ジメチル＝オクタデシル＝アンモニウムクロライド）ネットワークは、他の重合体よりガスに対する高浸透性を有する。このネットワークの浸透性は、ガスが膜を横切って交換される必要があるが他の分子が除外される必要がある膜として、架橋構造を使用可能にする。中実なポリマーネットワークは、近距離力、共有結合及び／又は表面の微細構造内への物理的錠止によって基板に結合されるが、分子団の空間的配置は種々のガスに対する浸透性を可能にする。それは、３−トリメトキシシリルプロフィル＝ジメチル＝オクタデシル＝アンモニウムクロライドの１つの端部を構成する１８のカーボンｎ−アルカンによる疎水性の、「膜」被覆として考え得る。

被覆は使用するのに安全であると予想される。ＡＥＭ ５７００薬剤は呼吸には安全である。未被覆の活性炭繊維材料がかなり砕けやすいことも見出された。しかしながら、ＡＥＭ ５７００被覆を適用することにより、材料の完全性は極めて改善された。

蒸気を濾過するためにカーボンフィルターの吸着容量を減じない、この特定のシラン組成物以外の疎水性溶液も主題発明に従って使用し得る。活性カーボンのポア直径は特定用途に誂えらことができ、５〜２０オングストロームの範囲で作ることができる。カーボン表面上で乾燥された後、被覆はポア直径の小さな断片であるべきであり、及び／又は１つ又は複数の汚染物質質ガスに浸透可能であるべきである。

図３のカーボンフェルト材料３０は、装置の取入口から入る有毒ガス無毒にするために、１つ以上の反応性金属も含浸し得る。例示的反応性金属は、酸性ガス（ＨＣＮ、Ｈ_２Ｓ、Ｃｌ_２およびＳＯ_２）、アルカリ性ガス（ＮＨ_３）及び他の有機的蒸気のような含浸されていない活性カーボンによって、さもなくば、処理されないガスを処理するために銅、亜鉛及びモリブデン（炭酸塩、酸化物及び硫酸塩の形態で）を備える。米国特許第５，４９２，８８２号明細書は、異なる薬剤型および異なる粒状活性カーボン基板用処理データを提供する。他の含浸薬剤は、他の特定の汚染物質質ガスを処理するために銀およびトリエチレンジアミン（ＴＥＤＡ）を含んでいる。

活性カーボンファイバーを作るプロセスは、前駆物質材料で始まる。ポリアクリロニトリルファイバーから作られる多くの商用上入手可能なカーボンファイバー材料とは異なり、図３のフェルト材料は、基本的には、直径が概ね２０〜３０ピンのファイバー製の厚く長いファイバーフェルトブランケット形態のレーヨン材料である。この連続するウェブ材料は、一連の化学薬品を含浸され、それから不活性雰囲気中で酸化オーブンによって処理される。活性化水準が高いほど、オリジナルのウェブの寸法中のボリューム減少は大きい。オリジナルのウェブのボリュームは製造プロセス中で概ね５０〜６０パーセントだけボリュームが減じる。

１３００のｍ^２／ｇ ＢＥＴ（ブルナウア‐エミット‐テラーの方法）の細孔直径、使用された２００ｇｒ／ｍ^２マット材料は、概ね１７〜２０オングストロームだったが、５から２０オングストロームまでの範囲で作ることができる。通常、幅広い細孔寸法曲線を有する粒状活性カーボンとは異なり、活性カーボンファイバーの細孔寸法分布は、細孔総容積の８０パーセントが特別の細孔寸法に相当する実質的なスパイクである。活性化後、カーボン繊維に残された唯一の不活性材料は１パーセント未満の非常に少量の残余のニトリルである。この材料は洗うことができ、かつこの材料のほとんど全ては削除することができるが、この手順に対する材料のコストに著しい増加がある。

図３のフェルト材料１８は、種々様々の化学ガスを吸収する。それらのガスうちの幾つかは、有毒であると考えられる。１０００〜３０００ｍｇ／ｍ^３の範囲の濃度に対して、７０以上の汚染物質質ガスの容量は３０パーセントより大きな値を具備して優れていると考えられる。４５のガスが、２０〜３０パーセント、及び１０〜２０パーセント間の概ね２５パーセントの容量を備える。

しかしながら、高相対湿度環境での吸着容量を増大させるように、疎水性溶液で処理される主題発明の独特なプリーツ付カーボンフィルターは、図１に示す実例に制限されない。図９に示すように、上に議論したように処理されたプリーツ付カーボンフィルター１６は、アレルゲン等を減じるために所謂「患っている」ビルディングを処理するために、蒸気、エーロゾルおよび粒子を含む有毒薬剤を濾過する慣用のＨＶＡＣ装置のＨＶＡＣファン１００に隣接して配置される。別の軍事への適用は、ガスマスク１２２の図２０の小缶１２２に関して疎水性溶液で処理されたプリーツ付カーボンフィルターが使用される図１０に概略的に示されている。

選択された疎水性溶液は、浸漬又は噴射技術によってプリーツ付カーボンフィルターの周りで分散させることができる。また、他の実施形態では、図３に示す単一層以外の１層以上の活性カーボンフェルト材料層とし得る。ブロワー２４のオプションの使用は、フィルターからの流れを増大させるため、そして部屋の圧力より大きな、部屋のシーリング・タイルより上の圧力を提供するためにも図７に示すように行うことが好ましい。その結果、濾過された全てのガスは部屋に戻り、さもなくば、部屋から何等の漏れもない。

このように、この発明の受動濾過装置は連続的にオンラインであり、カーボン再生副装置を要さず、過度の電力又は何れか他の制御入力も要さず、破壊的ではなく、誤った警報を発しない。この発明の受動濾過装置は、通常、可動部を有さないかあるいは僅かな可動部しか有さず、維持管理をほとんど要しない。それは、既存のシーリング格子内に容易に設置され、非常に低い圧力降下のみしか有さず、既存のＨＶＡＣ機器に対する改造を要しない。

無許可の削除あるいは自身への改竄が直ちに検出できるように、濾過装置は極めて視認可能である。シラン疎水性溶液で処理したプリーツ付カーボンフィルターは水の吸着を禁じ、これにより特に高相対湿度環境でのプリーツ付カーボンフィルターの吸着容量を増大させるため、期待寿命は少なくとも５年であることが期待される。

本発明の特定の特徴は、幾つかの図面に示され他には示されていないが、これは各々の特徴が本発明による他の特徴の何れか又は全てと組合せ得る時のみの便宜的なものである。本願明細書で使用されるような単語「含む」、「備える」、「有する」、及び「具備する」は、広く包括的に解釈されることになっており、何れの物理的な相互連結にも限定されない。さらに、本願で開示された何れの実施形態も唯一可能な実施形態として取られない。

他の実施形態は当業者には思い浮かび、かつ特許請求の範囲内にある。

本発明の受動濾過装置の一実施形態を示す概略的分解図である。 図１に示す、組み立られた受動濾過装置の正面図である。 本発明の受動濾過装置のプリーツ付カーボンフィルターを示す横断面図である。 本発明の濾過装置と関連して有用な高効率超低浸透空気（ＵＬＰＡ）フィルターの概略横断面図である。 本発明の濾過装置で有用な随意の低効率前置きフィルターを示す横断面図である。 異なる湿度レベルでのトリクロロエチレン（ＴＣＥ）に対する未処理及び処理済みのプリーツ付カーボンフィルターの吸着容量を示すグラフである。 本発明の濾過装置の一特定実施形態を示す概略図である。 通常のビルディングＨＶＡＣ装置の主構成要素を示す線図である。 本発明の濾過装置に対する別の用途を示す概略図である。 本発明の濾過装置の更に別の実施形態を示す部分的概略図である。

符号の説明

１０ 濾過装置
１２ ハウジング
１４ 取入口
１６ 出口
１８ カーボンフェルト材料
２０ 高効率フィルター（ＵＬＰＡフィルター）
２２ 前置フィルター
２４ ブロワー
２６ パネル
３０ プリーツ付カーボンフィルター
３２ プリーツ付フィルター
３４ 低効率フィルター
８０ 空間
８２ キャニスター
９０ ディフューザー
９２ 返却プレナム
１２２ 小缶

Claims (47)

1. 受動濾過用濾過装置であって、
   取入口と出口を具備するハウジングと、
   前記取入口に入る蒸気を濾過するために前記取入口と前記出口との間に配置されたプリーツ付カーボンフィルターと、
   前記プリーツ付カーボンフィルターの周りに分散され、水の吸着を抑制し、これにより特に高相対湿度環境での前記プリーツ付カーボンフィルターの吸着容量を増大させ、かつ前記カーボンフィルターの吸着容量を減じないように選択される疎水性溶液と、を備える濾過装置。
2. 前記プリーツ付カーボンフィルターがカーボンフェルト材料で作られる、請求項１に記載の濾過装置。
3. 前記疎水性溶液がシラン複合物を含む、請求項１に記載の濾過装置。
4. １インチ当たり概ね１つのプリーツがある、請求項１に記載の濾過装置。
5. 前記カーボンフェルト材料が概ね５ｍｍ厚である、請求項２に記載の濾過装置。
6. 前記ハウジングが概ね４インチの深さであり、かつ各プリーツが概ね４インチの高さである、請求項１に記載の濾過装置。
7. １つ以上の反応性金属、及び前記取入口から入る有毒ガスを無毒にするために前記カーボンフィルターに配置されたＴＥＤＡを更に含む、請求項１に記載の濾過装置。
8. 前記反応性金属が、銅、亜鉛、モリブデン及び銀から成る群から選択される、請求項７に記載の装置。
9. 前記ハウジングの前記取入口の開口に隣接して配置された高効率粒子フィルターを更に含み、エーロゾルが前記取入口に入る前に該エーロゾルを濾過する、請求項１に記載の装置。
10. 前記高効率フィルターに隣接する１つ以上の低効率フィルターを更に含む、請求項９に記載の装置。
11. 前記取入口からの流れを増大させるために前記ハウジングの出口に配置したブロワーを更に含む、請求項１に記載の装置。
12. 受動濾過用濾過装置であって、
    取入口及び出口を具備するハウジングと、
    前記取入口から入る蒸気を濾過するために、前記取入口と前記出口の間に配置された、プリーツ付カーボンフィルターと、
    前記プリーツ付カーボンフィルターの周りに分散され、前記カーボンフィルターによる水の吸収を抑制し、これにより特に高相対湿度環境での該プリーツ付カーボンフィルターの吸着容量を増大させる疎水性シラン溶液と、を備える濾過装置。
13. １つ以上の反応性金属、及び前記取入口から入る有毒ガスを無毒にするために前記カーボンフィルターに配置されたＴＥＤＡを更に含む、請求項１に記載の濾過装置。
14. 前記反応性金属が、銅、亜鉛、モリブデン及び銀から成る群から選択される、請求項１３に記載の装置。
15. 前記ハウジングの前記取入口の開口に隣接して配置された高効率粒子フィルターを更に含み、エーロゾルが前記取入口に入る前に該エーロゾルを濾過する、請求項１２に記載の装置。
16. 前記高効率フィルターに隣接する１つ以上の低効率フィッターを更に含む、請求項１５に記載の装置。
17. 前記取入口からの流れを増大させるために前記ハウジングの出口に配置したブロワーを更に含む、請求項１に記載の装置。
18. 受動濾過用濾過装置であって、
    取入口及び出口を具備するハウジングと、
    前記取入口から入る蒸気を濾過するために、前記取入口と前記出口との間に配置された、プリーツ付カーボンフィルターと、
    前記プリーツ付カーボンフィルターの周りに分散され、水の吸収を抑制し、これにより特に高相対湿度環境での該プリーツ付カーボンフィルターの吸着容量を増大させる疎水性溶液と、
    前記ハウジングの前記取入口の開口に隣接して配置され、エーロゾルが前記取入口に入る前に該エーロゾルを濾過する高効率粒子フィルターと、
    前記取入口からの流れを増大させるために前記ハウジングの出口に配置したブロワーと、を備える濾過装置。
19. 前記プリーツ付カーボンフィルターがカーボンフェルト材料で作られる、請求項１８記載の濾過装置。
20. 前記疎水性溶液がシラン複合物を含む、請求項１８に記載の濾過装置。
21. １つ以上の反応性金属、及び前記取入口から入る有毒ガスを無毒にするために前記カーボンフィルターに配置されたＴＥＤＡを更に含む、請求項１８に記載の濾過装置。
22. 前記反応性金属が、銅、亜鉛、モリブデン及び銀から成る群から選択される、請求項２１に記載の装置。
23. 前記高効率フィルターに隣接する１つ以上の低効率フィルターを更に含む、請求項１８に記載の装置。
24. 濾過装置を装備した部屋であって、
    シーリングを形成する複数のタイルと、
    前記部屋に面する取入口及び該取入口とは反対側の出口を具備するハウジング、
    前記取入口から入る蒸気を濾過するために、前記取入口と前記出口との間に配置された、プリーツ付カーボンフィルター、及び
    前記プリーツ付カーボンフィルターの周りに分散され、水の吸収を抑制し、これにより特に高相対湿度環境での該プリーツ付カーボンフィルターの吸着容量を増大させる疎水性溶液を各々が具備する受動タイルと交換された選択タイルと、を備える部屋。
25. 前記ハウジングが概ね２フィートの幅と１０インチの深さである、請求項２４に記載の装置。
26. 前記ハウジングが２フィートの長さである、請求項２４に記載の装置。
27. 前記ハウジングが４フィートの長さである、請求項２４に記載の装置
28. 前記ハウジングの前記取入口の開口に隣接して配置された高効率粒子フィルターを更に含み、エーロゾルが前記取入口に入る前に該エーロゾルを濾過する、請求項２４に記載の装置。
29. 前記高効率フィルターに隣接する１つ以上の低効率フィルターを更に含む、請求項２８に記載の装置。
30. 自身からの流れを増大させかつ前記シーリングより下の圧力以上の圧力を該シーリングより上に生成するために選択されたフィルターの前記ハウジングの出口に配置されたブロワーを更に含む、請求項２４に記載の装置。
31. １つ以上の反応性金属、及び前記取入口から入る有毒ガスを無毒にするために前記カーボンフィルターに配置されたＴＥＤＡを更に含む、請求項２４に記載の濾過装置。
32. 前記プリーツ付カーボンフィルターがカーボンフェルト材料で作られる、請求項２４に記載の濾過装置。
33. 前記疎水性溶液がシラン複合物を含む、請求項２４に記載の装置。
34. １インチ当たり概ね１つのプリーツがある、請求項２４に記載の濾過装置。
35. 前記カーボンフェルト材料が概ね５ｍｍ厚である、請求項３２に記載の濾過装置。
36. 濾過装置を装備した部屋であって、
    シーリングを形成する複数のタイルと、
    前記部屋に面する取入口及び該取入口とは反対側の出口を具備するハウジング、
    前記取入口から入る蒸気を濾過するために、前記取入口と前記出口との間に配置された、プリーツ付カーボンフィルター、
    前記プリーツ付カーボンフィルターの周りに分散され、水の吸収を抑制し、これにより特に高相対湿度環境での前記プリーツ付カーボンフィルターの吸着容量を増大させる疎水性溶液、及び
    自身からの流れを増大させかつ前記シーリングより下の圧力以上の圧力を該シーリングより上に生成するために選択されたフィルターの前記ハウジングの出口に配置されたブロワーを各々が具備する受動タイルと交換された選択タイルと、を備える部屋。
37. 受動濾過装置を作る方法であって、
    疎水性溶液がカーボンフィルター材料によって水の吸収を抑制するように選択された前記疎水性溶液で前記カーボンフィルター材料を処理する段階と、
    前記カーボンフィルター材料にプリーツを付し、かつハウジングに配置してフィルターを構成する段階と、を備える方法。
38. 前記プリーツ付カーボンフィルターがカーボンフェルト材料で作られる、請求項３７に記載の方法。
39. 前記疎水性溶液がシラン複合物を含む、請求項３７に記載の方法。
40. １インチ当たり概ね１つのプリーツがある、請求項３７に記載の濾過装置。
41. 前記カーボンフェルト材料が概ね５ｍｍ厚である、請求項３８に記載の濾過装置。
42. １つ以上の反応性金属、及び前記取入口から入る有毒ガスを無毒にするために前記カーボンフィルターに配置されたＴＥＤＡを更に含む、請求項３７に記載の方法。
43. 前記反応性金属が、銅、亜鉛、モリブデン及び銀から成る群から選択される、請求項４２に記載の方法。
44. 前記ハウジングの前記取入口の開口に隣接して配置された高効率粒子フィルターを更に含み、エーロゾルが前記取入口に入る前に該エーロゾルを濾過する、請求項３７に記載の方法。
45. 前記高効率フィルターに隣接する１つ以上の低効率フィルターを更に含む、請求項４４に記載の装置。
46. 前記取入口からの流れを増大させるために前記ハウジングの出口に配置されたブロワーを更に含む、請求項３７に記載の方法。
47. 部屋の選択シーリング・タイルを処理された前記カーボンフィルター材料と交換する段階を更に含む、請求項３７に記載の方法。
    
    

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