JP2013519523A - ナノ粒子分離 - Google Patents

Abstract

本開示は、一般に、ガス中に浮遊するナノ粒子のサイクロン分離またはろ過に関する。ガスは、混合する前に静電気電荷を受けた液滴のプルームと混合されて、液滴に対するナノ粒子の優先的付着を促進することができる。浮遊するナノ粒子および浮遊する液体粒子を有するガスは、高速に回転するサイクロン分離器を通して流れることができ、清浄化されたガスをフィルタから流出させ、一方、付着されたナノ粒子を有する液体は、排出され、収集され、かつ／またはプルーム発生器において再使用されることができる。ナノ粒子を大きな液体粒子に付着させることによって、フィルタは、現行のシステムが大気圧下でろ過するのに比べて小さな粒子のろ過および収集を可能にすることができる。

Description

関連出願の相互参照
優先権が、２０１０年２月２６に出願され、代理人文書番号ＭＴＣＷ００１７０１によって識別される「ＮＡＮＯＰＡＲＴＩＣＬＥ ＦＩＬＴＲＡＴＩＯＮ」という名称の米国出願第１２／７１４，０７８号に対して主張される。

本明細書で別途指示されない限り、本節で述べる素材は、本出願の特許請求の範囲に対して従来技術ではなく、また、本節に含むことによって従来技術であると認められない。

ナノ粒子は、比較的大きな表面積および小さな体積を有し、ナノ粒子に、同じ化学的組成を有する大きな材料と比較して異なる特性および異なる作用を持たせる。この高い表面積対体積比は、ナノ粒子をより化学反応性がありかつより生物活性があるようにさせ、おそらく医療的危害および／または環境危害をもたらす。

ナノ粒子は、環境内でいくつかの供給源から生じる。エンジニアードナノ粒子は、化粧品、サンスクリーン、織物、塗料、食品およびエネルギー技術、ならびに医療製品および医薬品などの、種々の技術および消費者製品で使用される。ナノ粒子はまた、種々のシステムの副産物として、たとえば特にディーゼルエンジンを有する大きな乗り物による乗り物燃焼から生じる。

本開示は、ガス中に浮遊するナノ粒子を含むガスを処理するように構成されたフィルタ装置および建物換気システムを記載し、フィルタ装置は、ガス取入れ口およびガス出力口を有し、流れ方向はガス取入れ口からガス出力口へ延びる。ガスからナノ粒子を分離するための方法もまた開示される。いくつかの例示的なフィルタ装置は、ガス内に液滴のプルームを生成するように適合された、ガス取入れ口の下流のプルーム発生器と、ナノ粒子を液滴に結合させるために、液滴のプルームおよびナノ粒子を混合するように構成された混合チャンバと、浮遊する液滴をガスから分離するために、ガスのサイクロン回転を生成するように構成された円錐キャビティを備えるサイクロン分離器とを備えることができる。プルーム発生器の上流の粒子帯電チャンバは、ガス中に浮遊するナノ粒子に電荷を与えることができる。コレクタは、サイクロン分離器から液体を収集するように構成されることができ、第２ステージフィルタによる液体のろ過および液体の再使用を可能にする。プロペラは、流れ方向にフィルタ装置を通してガスを推進することができる。フィルタ装置は、建物換気システムに組み込まれることができる。

いくつかの例示的な方法は、ガス取入れ口を介してガスを受取ること、受取られたガス中に浮遊する液滴のプルームを生成すること、ガスおよび浮遊する液滴に付着結合するナノ粒子を含む混合物を生成するために、プルームとナノ粒子を混合すること、および、浮遊する液滴からガスをサイクロン分離することを含むことができる。方法は、液滴のプルームとガスを混合する前に、ガス内のナノ粒子に電荷を与えることをさらに含むことができる。方法は、ガスからサイクロン分離される液体を収集し再使用することをさらに含むことができる。

先の要約は、例証に過ぎず、いずれの点でも制限的であることを意図されない。上述した例証的な態様、実施形態、および特徴に加えて、さらなる態様、実施形態、および特徴が、図面および以下の詳細な説明を参照することによって明らかになる。

本開示の先のまた他の特徴は、添付図面に関連して理解される以下の説明および添付特許請求の範囲からより完全に明らかになる。これらの図面が、本開示によるいくつかの実施形態だけを示し、したがって、本発明の範囲の制限と考えられないことを理解すると、本開示は、添付図面の使用を通して、さらなる特異性および詳細を持って述べられる。

本開示の少なくともいくつかの実施形態に従って配列された、例示的なナノ粒子ろ過システムを示す図である。 本開示の少なくともいくつかの実施形態に従って配列された、ナノ粒子ろ過システムで使用するのに適合したコントローラの一例としてコンピューティングデバイスを示すブロック図である。 本開示の少なくともいくつかの実施形態に従って配列された、ナノ粒子ろ過システムで実施されることができる例示的な方法を示すフロー図である。 本開示の少なくともいくつかの実施形態に従って配列された、ナノ粒子ろ過システムで使用するのに適合した例示的なプルームチャンバを示す図である。 本開示の少なくともいくつかの実施形態に従って配列された、ナノ粒子ろ過システムで使用するのに適合した例示的なサイクロン分離器を示す図である。 本開示の少なくともいくつかの実施形態に従って配列された、ナノ粒子ろ過システムを組み込む例示的な建物換気システムを示す図である。

以下の詳細な説明では、詳細な説明の一部を形成する添付図面が参照される。図面では、別途文脈が指示しない限り、類似のシンボルは、通常、類似の構成要素を識別する。詳細な説明、図面、および特許請求の範囲に述べる例証的な実施形態は、制限的であることを意図されない。本明細書で提示される主題の趣旨および範囲から逸脱することなく、他の実施形態が利用されることができ、また、他の変更が行われることができる。本明細書で全体が述べられ、図で示される本開示の態様は、いろいろな異なる構成で、配列され、置換され、組み合わされ、設計されることができ、その全てが、明示的に意図され、また、本開示の一部にされることが容易に理解される。

ナノ粒子は、多くの新しい使用および有利な用途を持つが、新たな健康リスクを生じる可能性を有する。たとえば、人間および有機体は、種々の環境作用物質から自分を守るための生物学的機構を徐々に生み出してきたが、最近まで合成ナノ粒子に暴露されなかった。したがって、免疫系および炎症系に関連する防御機構などの人間の身体の防御機構は、ナノ粒子に効果的に反応するように調製されていない可能性がある。

その小さなサイズ（おおよそウィルスのサイズ）のため、ナノ粒子は、容易に吸入されるかまたは消化され、生理的障壁を即座に貫通し、循環系内を移動し、おそらく、細胞プロセスを乱し、疾病をもたらす。多くのナノ粒子は、肺に移動し、肺損傷を、人間毒性についての主要な関心事の１つにする。しかし、ナノ粒子はまた、他の器官を損傷する可能性を有する。ほとんどのナノ粒子の毒物学的作用は、ほとんど知られていないが、ナノ粒子暴露が、喘息、気管支炎、肺気腫、肺がん、パーキンソン病、およびアルツハイマー病などの疾病に関連しているという増大する証拠が存在する。ナノ粒子はまた、動脈硬化症、血餅、不整脈、心臓病、および心臓死の発生に関連している。

ディーゼルエンジンでは、ナノ粒子は、全体の排気質量の約２０％を構成する可能性がある一方、粒子の総数の９０％以上を構成する可能性がある。ナノ粒子は、環境内で分散し蓄積する可能性があり、環境損傷および健康リスクをもたらす。ナノ粒子は、一部には、従来のろ過技法が、通常、大きな粒子を対象にしているため、より広い環境から分離することが難しい場合がある。

本開示は、一般に、特にガスからナノ粒子をろ過することに関連する方法、デバイス、および／またはシステムを対象とする。液滴のプルームが、生成され、その後、ガスおよびガス中に浮遊する任意のナノ粒子と混合され、ガス内のナノ粒子を液滴に付着させる。ナノ粒子は、付着を促進するために、混合される前に電荷を受取ることができる。混合されたガスは、サイクロン分離器内で回転させられ、液滴および付着したナノ粒子をガスから分離させる。ろ過済みガスは、大気内に放出されることができる、かつ／または、たとえば建物換気システムで使用するためにろ過済みガスを誘導することによって、任意の所望の用途のために使用されることができ、一方、液体およびナノ粒子は、収集され、処理され、おそらく再使用されることができる。

図１は、本開示の少なくともいくつかの実施形態に従って配列された例示的なナノ粒子ろ過システムを示す図である。図１は、ガス取入れ口１００、粒子荷電チャンバ１１０、プルームチャンバ１２０、混合チャンバ１３０、１つまたは複数のサイクロン分離器１４０、ガス出力口１５０、液体排出部１６０、コレクタ１６１、液体再使用パイプ１６２、およびコントローラ２００を備える。

図１では、ガス取入れ口１００、粒子荷電チャンバ１１０、プルームチャンバ１２０、混合チャンバ１３０、およびサイクロン分離器１４０は、ガス取入れ口１００の上流側からガス出力口１５０の下流側への、サイクロン分離器１４０から放出されるガスの流れを促進するように適合した隣接要素とすることができる。液体再使用パイプ１６２は、サイクロン分離器１４０の近くに位置決めされたコレクタ１６１からプルームチャンバ１２０へ液体を運ぶように構成されることができる。プロペラ１０１は、システム内の任意の地点に配置され、システムを通してガスを引き入れるように適合されることができる。さらに、コントローラ２００は、カップリング１７１を介してプロペラ１０１にガス流量制御信号１７２を送信するように構成されることができる。コントローラ２００はまた、カップリング１７３を介して粒子荷電チャンバ１１０に電荷レベル制御信号１７４を送信するように構成されることができる。コントローラ２００はまた、カップリング１７５を介してプルームチャンバ１２０に滴サイズ制御信号１７６を送信するように構成されることができる。コントローラ２００はまた、カップリング１７７を介して混合チャンバ１３０に混合制御信号１７８を送信するように構成されることができる。コントローラ２００はまた、カップリング１７９を介してサイクロン分離器１４０にサイクロン動作制御信号１８０を送信するように構成されることができる。

ガス取入れ口１００は、ナノ粒子ろ過システムへの入口として構成されることができる。いくつかの実施形態では、ガス取入れ口１００は、入って来るガスを受取り、システムを通して運ぶように構成されることができる。ガスがそこを通して受取られることができる異なるサイズの開口または入力ポートを有する種々の構成が可能である。ガス取入れ口１００は、任意選択で、鳥、汚れ、雨、および／または大きな分子がシステムに入るのを防止するためのスクリーンまたは予備ステージフィルタを持つように構成されることができる。

ガス取入れ口１００は、流れ方向にナノ粒子ろ過システムを通してガスを推進するように構成されたプロペラ１０１を備えることができる。しかし、プロペラ１０１が、システム内に任意の地点に配置されることができ、取入れ口１００にプロペラ１０１を位置決めすることが必要とされないことが強調されるべきである。プロペラ１０１は、フィルタ内へのガス流量を調節するように構成されることができるガス流量制御信号１７２を、カップリング１７１を介してコントローラ２００から受信するように適合されることができる。たとえば、プロペラ速度は、いくつかの実施形態では、ガス流量を増加または減少するように調整されることができる。プロペラ１０１は、ナノ粒子ろ過システム内で空気の流れを生成するための種々の構造の任意の構造に従って構成されることができる。いくつかの実施形態では、プロペラ１０１は、ポンプまたはインペラタイプの構造を備えることができる。複数のプロペラ要素が使用される場合、流量制御信号１７２は、任意選択で、流量を調整するためにプロペラ要素のサブセットを選択的にイネーブルまたはディセーブルするように構成されることができる。

いくつかの実施形態では、ガス取入れ口１００でシステムに入るガスは、建物換気システムの一部として、ろ過され建物に供給されることになる外気などの空気を含む場合がある。空気または他のガスは、１つまたは複数のタイプのナノ粒子、ならびに、同様にろ過を必要としてもしなくてもよい大きな粒子を含む可能性がある。いくつかの実施形態では、さらなるフィルタ（図示せず）が、開示されるろ過装置に関連して使用されて、開示されるろ過装置がそのために設計される粒子より大きい粒子を取除くことができる。ナノ粒子は、径が約５００ナノメートル以下の粒子を含むとすることができる。たとえば、ナノ粒子は、ガソリンおよびディーゼルエンジンから放出される粒子を含むとすることができる。ガソリンエンジンからの粒子は、径が約２０〜約６０ナノメートルの範囲にあることが多く、一方、ディーゼルエンジンからの粒子は、径が約２０〜約１３０ナノメートルの範囲にあることが多い。

図１に示すナノ粒子ろ過システムの態様は、大気圧以外の圧力で実装されることができるが、システムのいくつかの実施形態は、大気圧で効果的に動作する示すシステムの能力を利用することができる。

粒子荷電チャンバ１１０は、粒子荷電チャンバ１１０を通過するナノ粒子に電荷を生成するように適合され、混合チャンバ１３０内で液滴に対するナノ粒子付着の高い可能性をもたらす場合がある。粒子荷電チャンバ１１０は、たとえばコロナ放電素子および／または電子放出器（電子銃）を備えることができる。粒子荷電チャンバ１１０は、示されたナノ粒子ろ過システムのオプションの態様であり、いくつかの構成から排除されることができる。

コロナ放電素子は、粒子荷電チャンバ１１０内でコロナ放電を生成するように構成された素子である。コロナ放電は、異なる電圧を有する伝導性表面間で電気放電が起こる現象である。電圧は、表面間でナノ粒子を電離する電界を生成する。電離は、ナノ粒子から１つまたは複数の自由電子を分離し、それにより、残りのナノ粒子に正電荷を生成する。

電子放出器素子は、粒子荷電チャンバ１１０内に自由電子を放出するように構成された素子である。たとえば、小さな加熱器が、電子雲を放出するカソードを加熱するために使用されることができる。電極は、その後、粒子荷電チャンバ１１０内に電子を誘導するための電界を生成するように構成されることができる。自由電子は、いくつかのナノ粒子に付着し、主として負に帯電したナノ粒子をもたらす。

ろ過されるナノ粒子のタイプに応じて、粒子荷電チャンバ１１０は、混合チャンバ１３０内での液滴に対するナノ粒子の付着を増加させるように構成されることができる。たとえば、ガソリンおよびディーゼルのすす粒子は、自然に水の表面に付着することができ、一方、他の粒子は、粒子荷電チャンバ１１０内での静電的帯電を受けた後によりよく付着することができる。

粒子荷電チャンバ１１０は、カップリング１７３を介してコントローラ２００から電荷レベル制御信号１７４を受信するように構成されることができる。電荷レベル制御信号１７４は、ろ過されるナノ粒子のタイプおよび／または混合チャンバ１３０内で使用される液体のタイプに基づいて、与えられる静電的電荷のタイプおよび量を調節するために使用されることができる。コロナ放電素子内の静電的電荷の量を制御するために、コントローラ２００は、コロナ放電素子の帯電表面にわたる電位差を調整することができる。電子放出器素子の静電的電荷の量を制御するために、コントローラ２００は、放出電子の強度レベルを調整するように構成されることができる。

電荷タイプを制御するとき、与えられる静電的電荷は、たとえばコロナ放電素子や電子放出器素子などの、粒子帯電チャンバ１１０内の選択されたタイプの粒子帯電装置を利用することによって、主に正または負とすることができる。正に帯電した粒子は互いに反発し、負に帯電した粒子もそうであり、一方、正に帯電した粒子と負に帯電した粒子は、互いに引きつける。したがって、電荷タイプは、液滴に対するナノ粒子の付着を促進するように制御されることができる。

プルームチャンバ１２０は、ガス取入れ口１００のフィルタに入ったガス中に浮遊する液滴のプルームを生成するように構成されることができる。図４は、例示的なプルームチャンバ１２０をより詳細に示す。一般に、プルームチャンバ１２０は、ガス中で浮遊状態になる液滴を生成するように適合するプルーム発生器を備えることができる。プルーム発生器は、システムによって使用される液体を再循環させる液体再使用パイプ１６２を介して受取られる液体から液滴を生成するように構成されることができる。他の実施形態では、プルーム発生器は、建物プランビングシステムカップリングなどの別の液体供給部、あるいは、集水タンク、湖、海、または川に結合した液体取入れ口から液滴を生成するように構成されることができる。いくつかの実施形態は、プルームチャンバ１２０なしで、代わりにガス取入れ口１００および／または混合チャンバ１３０内にプルームチャンバを含むことによって構成されることができる。

いくつかの実施形態では、プルームチャンバ１２０内で生成される液滴は、水滴を含むことができるが、他のタイプの液体が適用されることができるため、本開示は、作動液体として水に限定されない。いくつかの実施形態では、溶解塩などの少量の材料および／またはナノ粒子ろ過システムによって実施される先のろ過からの残留ナノ粒子が、液滴に対するナノ粒子の付着を補助するために、プルームチャンバ１２０内で使用される液体内に存在する場合がある。

混合チャンバ１３０は、混合チャンバ１３０を通って流れるガス中の乱流を生成するように構成されることができる。ガスを混合することは、液体およびナノ粒子の自然に起こる特性を通して、または、前の静電的荷電を通して、浮遊するナノ粒子と液滴との間の付着を促進する。いくつかの実施形態では、混合チャンバ１３０は、混合チャンバ１３０の側壁に沿って配設されたフィンなどの静的乱流要素を持つように構成されることができる。他の実施形態では、混合チャンバ１３０は、混合チャンバ１３０内でガスを撹拌する動的乱流要素を持つように構成されることができる。たとえば、ファン要素または機械式撹拌要素は、動的乱流要素として役立つ場合がある。混合チャンバ１３０は、任意の動的乱流要素の起動ならびに液滴およびナノ粒子を含むガスに適用可能な混合レートを調節するために使用されることができる混合制御信号１７８を、カップリング１７７を介してコントローラ２００から受信するように構成されることができる。

たとえば硫酸塩および有機炭素ベース化合物などの多くの一般的なナノ粒子が、水に引き寄せられ、水粒子に自然に付着することができる。ナノ粒子と液滴の付着に寄与する１つの因子は、静電２重層（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｄｏｕｂｌｅ Ｌａｙｅｒ）（ＥＤＬ）相互作用のプロセスである。ＥＤＬは、対象物が液体内に設置されると、対象物の表面上に現れるイオンの２つの平行層を備える構造である。第１の層は、対象物の表面に一致する正または負の表面電荷である。第２の層は、電気的引力および熱運動の影響下で流体内の自由イオンから形成された、流体内の拡散層であり、第１の層を電気的にスクリーニングする。したがって、ＥＤＬは、近距離で帯電表面として振る舞うことができ、液滴に付着するさらなるナノ粒子を引きつける。この現象から生じる核形成を促進するために、使用される液体は、混合チャンバ内での液滴に対するさらなるナノ粒子の付着を促進するように、液体に付加されることができる、かつ／または、一定の不純物を既に含む液体内に故意に残されることができる、選択された量の不純物を意図的に含むことができる。

ガスは、混合チャンバ１３０からサイクロン分離器１４０内に流れることができる。サイクロン分離器１４０は、ガスから液体粒子を取除くために回転および重力を使用するように構成されることができる。例示的なサイクロン分離器１４０は、図５に詳細に示される。一般に、サイクロン分離器１４０は、円錐キャビティを備えることができ、円錐キャビティ内で、ガスは、キャビティの広い端部から狭い端部へ高速螺旋経路で流れる。遠心力が、液滴をサイクロン分離器の側壁に押付け、ガスは、ガス出力１５０としてサイクロン分離器を出、一方、液体に付着したナノ粒子を伴う液体は、液体排出物１６０として放出されることができる。サイクロン分離器１４０は、サイクロン分離器１４０内でガスを回転させるレートを調節するために使用されることができるサイクロン動作制御信号１８０を、カップリング１７９を介してコントローラ２００から受信するように構成されることができる。

いくつかの実施形態では、第２ステージフィルタは、液体排出物１６０からナノ粒子を分離するように構成されることができる。第２ステージフィルタは、図５に示される。いくつかの実施形態では、液体排出物１６０は、液体排出物１６０からナノ粒子を分離するために、コレクタ１６１内に凝集または沈降するように適合されることができる。液体再使用パイプ１６２は、いくつかの実施形態では、プルーム発生器のその後の動作のための液体を供給するために、コレクタ１６１および／または第２ステージフィルタ（図１には示さず）からプルームチャンバ１２０まで収集された液体を運ぶように構成されることができる。

図２は、本開示の少なくともいくつかの実施形態に従って配列されたナノ粒子ろ過システムで使用するのに適合したコンピューティングデバイス２００のブロック図である。コンピューティングデバイス２００は、図１に示すコントローラ２００の例である。非常に基本的な構成２０１では、コンピューティングデバイス２００は、１つまたは複数のプロセッサ２１０およびシステムメモリ２２０を含むことができる。メモリバス２３０は、プロセッサ２１０とシステムメモリ２２０との間の通信のために使用されることができる。

所望の構成に応じて、プロセッサ２１０は、マイクロプロセッサ（μＰ）、マイクロコントローラ（μＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、またはその任意の組合せを含むが、それに限定されない任意のタイプとすることができる。プロセッサ２１０は、レベル１キャッシュ２１１およびレベル２キャッシュ２１２などの１つまたは複数のレベルのキャッシング、プロセッサコア２１３、およびレジスタ２１４を含むことができる。プロセッサコア２１３は、算術論理ユニット（ＡＬＵ）、浮動小数点ユニット（ＦＰＵ）、デジタル信号処理コア（ＤＳＰコア）、またはその任意の組合せを含むことができる。メモリコントローラ２１５はまた、プロセッサ２１０と共に使用されることができる、または、いくつかの実装態様では、メモリコントローラ２１５は、プロセッサ２１０の内部部分とすることができる。

所望の構成に応じて、システムメモリ２２０は、揮発性メモリ（ＲＡＭなど）、不揮発性メモリ（ＲＯＭ、フラッシュメモリなど）、またはその任意の組合せを含むが、それに限定されない任意のタイプとすることができます。システムメモリ２２０は、通常、オペレーティングシステム２２１、１つまたは複数のアプリケーション２２２、およびプログラムデータ２３０を含む。アプリケーション２２３〜２２４は、たとえば、ナノ粒子ろ過システム調整モジュール（複数可）２２３および環境制御モジュール（複数可）２２４を含むことができる。プログラムデータ２３１〜２３２は、たとえば、ナノ粒子ろ過システムデータ２３１および環境制御データ２３２を含むことができる。

ナノ粒子ろ過システム調整モジュール（複数可）２２３は、図１に示すシステムの種々の態様を起動および調整するように構成された、たとえば、ガス流量調整モジュール（複数可）、滴サイズ調整モジュール（複数可）（図４に関連して述べるように、滴生成レートを制御することもできる）、電荷レベル調整モジュール（複数可）、混合調整モジュール（複数可）、およびサイクロン動作調整モジュール（複数可）を備えることができる。ナノ粒子ろ過システム調整モジュール（複数可）２２３は、ナノ粒子ろ過システム用の動作状態データ、メンテナンスデータ、および性能データを含むことができる。

環境制御モジュール（複数可）２２４は、建物、ボート、飛行機、または他の被制御環境の環境制御システムの一部として構成されたモジュールを備えることができる。環境制御モジュール（複数可）２２４は、ナノ粒子ろ過システムを起動することによって、一定の条件に応答するように構成されることができる。たとえば、いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイスは、屋内および／または屋外空気品質ならびに建物占有などの他のデータを測定するセンサに結合されることができる。環境制御モジュール（複数可）２２４は、屋内および／または屋外空気品質が閾値より下がるとき、あるいは、高い占有および／または高い予測汚染レベルに対応するある時刻にナノ粒子ろ過システムを起動するように構成されることができる。環境制御データ２３２は、空気品質および建物占有測定値ならびにナノ粒子ろ過システムの性能を追跡するためのセンサデータを含むことができる。

コンピューティングデバイス２００は、さらなる特徴および機能、ならびに、基本的構成２１０と任意の必要とされるデバイスおよびインタフェースとの間の通信を容易にするさらなるインタフェースを有することができる。たとえば、バス／インタフェースコントローラ２４０は、記憶インタフェースバス２４１を介して基本的構成２１０と１つまたは複数のデータ記憶デバイス２５０との間の通信を容易にするために使用されることができる。データ記憶デバイス２５０は、取外し可能な記憶デバイス２５１、取外し不能な記憶デバイス２５２、またはその組合せとすることができる。取外し可能な記憶デバイスおよび取外し不能な記憶デバイスの例は、少数の例を挙げると、フレキシブルディスクドライブおよびハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などの磁気ディスクデバイス、コンパクトディスク（ＣＤ）ドライブまたはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）ドライブなどの光ディスクドライブ、固体ドライブ（ＳＳＤ）、およびテープドライブを含む。例示的なコンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、または他のデータなどの情報を記憶するための任意の方法または技術において実装される、揮発性のまた不揮発性の、取外し可能なまた取外し不能な媒体を含むことができる。

システムメモリ２２０、取外し可能記憶装置２５１、取外し不能記憶装置２５２は、コンピュータ記憶媒体の全ての例である。コンピュータ記憶媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、または他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、または他の光記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置、または他の磁気記憶デバイス、あるいは、所望の情報を記憶するために使用されることができ、コンピューティングデバイス２００によってアクセスされることができる任意の他の媒体を含むが、それに限定されない。任意のこうしたコンピュータ記憶媒体は、デバイス２００の一部とすることができる。

コンピューティングデバイス２００はまた、バス／インタフェースコントローラ２４０を介して種々のインタフェースデバイス（たとえば、出力インタフェース、周辺インタフェース、および通信インタフェース）から基本的構成２０１への通信を容易にするためのインタフェースバス２４２を含むことができる。例示的な出力デバイス２６０は、１つまたは複数のＡ／Ｖポート２６３を介してディスプレイまたはスピーカなどの種々の外部デバイスと通信するように構成されることができるグラフィクス処理ユニット２６１およびオーディオ処理ユニット２６２を含む。例示的な周辺インタフェース２７０は、１つまたは複数のＩ／Ｏポート２７３を介して入力デバイス（たとえば、キーボード、マウス、ペン、音声入力デバイス、タッチ入力デバイスなど）または他の周辺デバイス（たとえば、プリンタ、スキャナなど）と、有線接続または無線接続を通して通信するように構成されることができるシリアルインタフェースコントローラ２７１またはパラレルインタフェースコントローラ２７２を含むことができる。マウス、キーボードなどのような他の従来のＩ／Ｏデバイスも接続されることができる。例示的な通信デバイス２８０は、１つまたは複数の通信ポート２８２を介してネットワーク通信を通じて１つまたは複数の他のコンピューティングデバイス２９０との通信を容易にするように配列されることができるネットワークコントローラ２８１を含む。

コンピュータ記憶媒体は、通信媒体の一例とすることができる。通信媒体は、通常、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、あるいは、搬送波他または他のトランスポート機構などの変調されたデータ信号の他のデータによって具現化され、任意の情報送出媒体を含むことができる。「変調されたデータ信号（ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｄａｔａ ｓｉｇｎａｌ）」は、信号内に情報をエンコードされるように、その特性の１つまたは複数が設定または変更されている信号とすることができる。制限ではなく例として、通信媒体は、有線ネットワークまたは直接有線接続などの有線媒体、および、音響、無線周波数（ＲＦ）、赤外（ＩＲ）、および他の無線媒体などの無線媒体を含むことができる。

コンピューティングデバイス２００は、建物、ボート、飛行機、または、大きな建物用の暖房、換気、および空調（Ｈｅａｔｉｎｇ， Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ， ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）（ＨＶＡＣ）を制御するシステムなどの他の環境の環境制御システムの一部として実装されることができる。コンピューティングデバイス２００はまた、ラップトップコンピュータと非ラップトップコンピュータの両方の構成を含むパーソナルコンピュータとして実装されることができる。理解されるように、小さなフォームファクタの可搬型（または移動式）電子デバイス、特定用途向けデバイス、または、上記機能の任意の機能を含む種々のハイブリッドデバイスの任意のハイブリッドデバイスを含む他のフォームファクタも可能である。

図３は、本開示の少なくともいくつかの実施形態に従って配列されたナノ粒子ろ過システムで実施されることができる例示的な方法を示すフロー図である。例示的なフロー図は、方法において実施されることができるオペレーション、コントローラ２００内の機能モジュール、および／または、コンピュータ可読媒体上に記録されることができる命令を表す、ブロック３０１〜３０８で示す１つまたは複数のオペレーション／モジュールを含むことができる。示すブロック３０１〜３０８は、ブロック３０１の「ガス取入れ口を通してガスを受取る」、ブロック３０２の「ガス中に浮遊するナノ粒子に電荷を生成する」、ブロック３０３の「ガス中に浮遊する液滴のプルームを生成する」、ブロック３０４の「浮遊する液滴とガスを混合して、浮遊するナノ粒子を浮遊する液滴に付着させる」、ブロック３０５の「浮遊する液滴からガスをサイクロン分離する」、ブロック３０６の「サイクロン分離から生じる液体を収集する」、ブロック３０７の「サイクロン分離から生じる液体を分離して、ナノ粒子を取除く」、および／またはブロック３０８の「サイクロン分離から生じる液体を再使用する」の１つまたは複数を含む機能オペレーションを提供するように配列されることができる。

図３では、ブロック３０１〜３０８は、ブロック３０１が最初でブロック３０８が最後になるように順次に実施されるものとして示される。しかし、これらのブロックが特定の実施形態に合うために好都合であるように再順序付けされることができること、および、これらのブロックまたはブロックの一部分が、いくつかの実施形態では、同時に実施されることができることが理解されるであろう。いくつかの例では、種々のブロックが、削除される、さらなるブロックに分割される、かつ／または、他のブロックと組み合わされることができることも理解されるであろう。

図３は、一般に、例示的な方法を示し、例示的な方法によって、ナノ粒子を含むガスは、取入れ機構を通してフィルタ内に流れることができ、ナノ粒子は、大きな液体粒子への付着を促進するために静電的に帯電されることができ、ナノ粒子を含むガスは、液滴のプルームを含むチャンバ内に流れ、ナノ粒子が液滴に付着するようにさらに混合されることができ、ガスは、液滴からサイクロン分離されることができ、清浄されたガスが、出力機構を通して流出することが可能であり、結果として得られる排出液は、収集され、任意の望ましくない粒子から分離され、再使用されることができる。示された種々のブロックの一部または全ては、部分的に、図２に示すコントローラ２００によって実装されることができる。しかし、方法は、いくつかの実施形態では、コントローラ２００の関与なしで実施されることができることが理解されるであろう。

「ガス取入れ口を通してガスを受取る」ブロック３０１では、ナノ粒子を含む空気または別のガスは、いくつかの実施形態では、ガス中に浮遊するナノ粒子に電荷を提供するように構成されることができる粒子荷電チャンバ内に引き入れられることができる。他の実施形態では、ガス取入れは、プルーム発生器を装備するプルームチャンバおよび／または混合チャンバ内に、ナノ粒子を含む空気またはガスを引き入れることができる。プロペラは、流れ方向にナノ粒子ろ過システムを通してガスを推進するように構成されることができる。プロペラは、いくつかの実施形態では、システムを通してガスが流れる速度を制御するガス流量制御信号をプロペラに送信するコントローラによって調節されることができる。ブロック３０１に続いて、ブロック３０２が起こる。

「ガス中に浮遊するナノ粒子に電荷を生成する」ブロック３０２では、ガス取入れがガスを粒子荷電チャンバ内に引き入れる実施形態で、粒子荷電チャンバは、ガス中に浮遊するナノ粒子に静電的電荷を与えるために起動されることができる。コロナ放電素子を備える実施形態では、所望のレベルでナノ粒子を電離させるために、素子の表面に電圧が印加されることができる。電子放出器を備える実施形態では、カソードが加熱され、粒子荷電チャンバ内に電子を収束させるために電界が生成されることができる。粒子荷電チャンバは、いくつかの実施形態では、上述したように、ろ過されるナノ粒子のタイプおよび／または下流の混合チャンバで使用される液体のタイプに基づいて、与えられる静電的電荷のタイプおよび量を調節する電荷レベル制御信号をコントローラから受信することができる。ブロック３０２に続いて、ブロック３０３が起こる。

「ガス中に浮遊する液滴のプルームを生成する」ブロック３０３では、プルーム発生器は、ガス取入れ口を通してフィルタに入ったガス中に浮遊する液滴のプルームを生成するために起動されることができる。いくつかの実施形態では、プルーム発生器は、選択されたサイズの液滴を生成するように調整されることができ、選択された滴生成レートで滴を生成するようにさらに調整されることができる。プルーム発生器は、最適な平均の液滴サイズを生成するようにプルーム発生器を調整する滴サイズ制御信号をコントローラから受信することができる。コントローラは、湿度および気温を監視して、最適滴サイズを決定することができる。たとえば、大きな滴は、蒸発を可能にするために、熱く乾燥した環境で生成されることができ、一方、小さな滴は、滴が周囲湿度と結合するにつれて滴サイズの増加を可能にするために、湿った環境で生成されることができる。液滴は、径が１〜１００ミクロンの範囲の滴を含むことができる。液滴のプルームは、いくつかの実施形態では、以下でさらに述べるように、液体内に浸された超音波発生器などの振動要素によって、または、噴霧器要素によって生成されることができる。プルーム発生器がコントローラに接続される実施形態では、コントローラは、所望の平均サイズの液滴を生成するのに必要とされる振動レートおよび／または噴霧器アパーチャサイズを決定することができる。プルームは、ガス中のナノ粒子が液滴表面に付着するように、空気または別のガスと混合されることができる。プルーム発生器のさらなる態様は、図４に関連して以下で述べられる。ブロック３０３に続いて、ブロック３０４が起こる。

「浮遊する液滴とガスを混合して、浮遊するナノ粒子を浮遊する液滴に付着させる」ブロック３０４では、プルームチャンバで生成された、浮遊するナノ粒子および浮遊する液滴を有するガスは、プルーム発生器の下流の混合チャンバに入ることができる。混合チャンバは、ガスの流れを誘導し、浮遊するナノ粒子の液滴に対する付着を増加させるために、補助ファンまたは固定ファンなどの１つまたは複数の乱流要素を備えることができる。混合チャンバは、浮遊するナノ粒子と液滴を有するガスの循環レートを調節することができる混合制御信号をコントローラから受信することができる。液滴とガスを混合することは、自然な付着特性を通して、またはいくつかの実施形態では前の静電的帯電を用いて、浮遊するナノ粒子と液滴との間の付着を促進することができる。ブロック３０４に続いて、ブロック３０５が起こる。

「浮遊する液滴からガスをサイクロン分離する」ブロック３０５では、付着したナノ粒子を有する浮遊する液滴を含むガスは、下流に流れ、流れ方向に径が狭くなり、ガスのサイクロン回転を生成するように構成される実質的に円錐のキャビティを備えるサイクロン分離器内に入ることができる。サイクロン回転動作は、浮遊する液滴をガスから分離し、液滴および付着したナノ粒子がコレクタ内に排出されながら、ろ過済みガスが、ガス出力口を通って流れることを可能にする。いくつかの実施形態では、サイクロン分離器内のガスまたは空気は、１つまたは複数のダクトを通して流れて、ガスのサイクロン回転を生成し、ガスを所望の回転方向に誘導することができる。サイクロン分離器は、いくつかの実施形態では、サイクロン分離器の内部でガスが回転するレートを調節することができるサイクロン動作制御信号をコントローラから受信することができる。サイクロン動作制御信号はまた、ガス出力口を通した、清浄化され調整された空気またはガスの流れを制御することができる。ブロック３０５に続いて、ブロック３０６が起こる。

「サイクロン分離から生じる液体を収集する」ブロック３０６では、サイクロン分離器は、ろ過済み空気またはガスがガス出力口から流出している間に、液滴および付着したナノ粒子を含む液体をコレクタ内に排出することができる。ろ過済み空気は、建物、ボート、または飛行機などの環境を換気するときに使用するためにＨＶＡＣまたは他の監視システムに供給されることができる。いくつかの実施形態では、液体からのナノ粒子の分離を促進するために、液体は、コレクタ内で凝集または沈降することを許容されることができる。ブロック３０６に続いて、ブロック３０７が起こる。

「サイクロン分離から生じる液体を分離して、ナノ粒子を取除く」ブロック３０７では、第２ステージフィルタは、液体排出物から付着したナノ粒子を分離するように構成されることができる。いくつかの実施形態では、第２ステージフィルタは、粒子が、徐々に、分離タンクの底部に沈降するかまたは上部に上昇する沈降タンクとして構成されることができる。いくつかの実施形態では、第２ステージフィルタは、化学フィルタおよび／または機械フィルタとして構成されることができる。いくつかの実施形態では、第２ステージフィルタは、液体内に残る選択された量の付着したナノ粒子が、上述した核形成およびＥＤＬ現象を通してさらなるナノ粒子の付着を促進することを可能にするように構成されることができる。ブロック３０７に続いて、ブロック３０８が起こる。

「サイクロン分離から生じる液体を再使用して、液滴のプルームを生成する」ブロック３０８では、サイクロン分離器から放出された液体は、ナノ粒子ろ過システムで再使用するためにプルーム発生器に供給されることができる。

収集された液体は、いくつかの実施形態では、液体再使用パイプを通してプルーム発生器に戻るように誘導され、それにより、新しい滴のプルームを生成するために必要とされる液体を供給することができる。いくつかの実施形態では、再使用に適さない液体は、廃棄物（ｗａｓｔｅ）として排出されることができ、一方、再使用可能な液体は、再使用パイプを介してプルーム発生器に供給されることができる。

図４は、本開示の少なくともいくつかの実施形態に従って配されたナノ粒子ろ過システムで使用するのに適合した例示的なプルームチャンバを示す図である。示されたプルームチャンバは、図１のプルームチャンバ１２０の例である。図４は、プルームチャンバ１２０、コントローラ２００、およびコレクタ１６１を備える。プルームチャンバ１２０は、取入れインタフェース４４０、側壁４３０、出力インタフェース４５０、およびプルーム発生器４００を備える。プルーム発生器４００は液体移行タンク４２２を備える。液体移行タンク４２２は、液体４２０、および、プルームチャンバ１２０内で液滴のプルーム４２４を生成するように適合される超音波発生器４２１を備えることができる。コレクタ１６１は、液体再使用パイプ１６２を介して液体移行タンク４２２に結合され、液体再使用パイプ１６２に沿って、液体レベル制御弁４２５が配設されることができる。

図４では、コントローラ２００は、滴サイズ制御信号１７６がそこを通じて送信されることができるカップリング１７５を介して超音波発生器４２１に結合される。コントローラ２００はまた、液体レベル制御信号４７１がそこを通じて送信されることができるカップリング４７０を介して液体レベル制御弁４２５に結合される。

プルームチャンバ１２０は、取入れインタフェース４４０、側壁４３０、出力インタフェース４５０、およびプルーム発生器４００を備えることができる。いくつかの実施形態では、プルームチャンバ１２０の態様は、混合チャンバ１３０内またはガス取入れ口１００内など、ナノ粒子ろ過システム内の任意の場所にプルーム発生器４００を設置することによって除外されることができる。したがって、プルームチャンバ１２０に関して本明細書で述べる特性は、必要に応じてシステムの他の態様に適用可能とすることができる。

取入れインタフェース４４０は、ガス取入れ口１００または粒子帯電チャンバ１１０などの上流要素に結合するように構成されることができる。取入れインタフェース４４０は、浮遊するナノ粒子を含むガスの流れをプルームチャンバ１２０内に誘導するように構成されることができる。ガスおよびプルーム４２４は、側壁４３０によってプルームチャンバ内に保持されることができる。出力インタフェース４５０は、混合チャンバ１３０またはサイクロン分離器１４０などの下流要素に結合するように構成されることができる。出力インタフェース４５０は、浮遊するナノ粒子を含むガスの流れを下流要素内に誘導するように構成されることができる。たとえば、出力インタフェース４５０は、混合チャンバ１３０および／またはサイクロン分離器１４０に対処するために、特定の位置および方向にガスを運ぶように設計されることができる。

プルーム発生器４００は、液体移行タンク４２２および超音波発生器４２１を備えることができる。液体移行タンク４２２は、ある量の液体４２０を含むように構成された側壁を備えることができる。超音波発生器４２１は、超音波発生器４２１の振動が、浮遊液滴のプルーム４２４を生成するように、図４に示すように、超音波発生器４２１の平坦表面が液体４２０の層の下で上を向くよう整列させることなどによって、液体４２０に接触状態で配設されることができる。滴４２４は、超音波発生器４２１の振動によって液体４２０を出て上に発射され、一方、新しい液体４２０が、超音波発生器４２１の側面から超音波発生器４２１上に流れる。いくつかの実施形態では、超音波発生器４２１の表面を覆う液体４２０の層は、約０．１〜約３．０ミリメートル厚のレベルに維持されることができる。

超音波発生器４２１は、高いエネルギー効率でプルーム４２４を生成するように構成されることができる。いくつかの実施形態では、超音波発生器４２１は、圧電円板を備えることができる。円板が、所望の周波数で変形し振動を生成するように、交流電界が印加されることができる。圧電円板は、たとえば、圧電特性を示すセラミックのような材料層に結合した真鍮の薄い円板を備えることができる。真鍮円板に交流電界を印加することは、セラミック材料を変形させ、圧電円板を撓ませる。

いくつかの実施形態では、実質的に図４に示すように構成されたプルーム発生器４００は、ボイスコイルなどの別の振動タイプ滴生成機構を持つように構成されることができる。ボイスコイルは、オーディオスピーカのために従来使用される構造と類似の構造を備えることができ、磁界内に配設されたワイヤコイルに加えられる交流電流が、ワイヤコイルと機械的接触状態にある振動板において所望の振動周波数を生成する。水滴のプルームを生成するために高周波振動を生成するための他の機構も実行可能であり、本開示は、任意の特定の振動要素構造に限定されない。

いくつかの実施形態では、プルーム発生器４００は、液滴のプルーム４２４を生成するための他の機構を備えることができる。たとえば、噴霧器は、いくつかの実施形態で使用されることができる。噴霧器は、選択されたアパーチャサイズの１つまたは複数のアパーチャを持つように構成されることができる。アパーチャを通るように強制された液体は、プルームチャンバ１２０内に液滴のプルームを噴霧することができる。アパーチャサイズおよび形状ならびに液体背圧は、噴霧器プルームにおいて生成される液滴の特性に影響を及ぼす可能性がある。いくつかの実施形態では、滴サイズ調整および／または滴生成レートの調整を可能にするために、アパーチャサイズと液体背圧が共に調整可能とすることができる。

超音波発生器４２１は、コントローラ２００を介して起動されるように構成されることができる。いくつかの実施形態では、コントローラ２００は、たとえば、プロペラおよび本システムの任意の他の電子制御式態様がろ過システムの動作を始動および停止するために起動されるのと同時に超音波発生器４２１を起動および停止することができる。

いくつかの実施形態では、超音波発生器４２１は、コントローラ２００において決定されたサイズの滴を生成することによって、カップリング１７５を介して受信されたコントローラ２００からの滴サイズ制御信号１７６に応答するようにさらに構成されることができ、また、コントローラ２００において決定されたレートで滴をさらに生成することができる。液滴は、たとえば、径が１〜１００ミクロンの範囲の滴を含むことができる。湿度および気温は、最適な滴サイズを決定するためにコントローラ２００において使用されることができる。滴は、一般に、熱く乾燥した環境でより急速に蒸発し、より大きなサイズの粒子が好ましい場合がある。湿った環境では、滴は、さらなる液体を収集することができるため、より小さなサイズの粒子が好ましい場合がある。ナノ粒子ろ過システムについての空気出力要件は、プルーム発生器４００で実装される滴生成レートを決定するために使用されることができ、より大きくより速い空気出力は、一般に、より速い滴生成レートならびにより速いプロペラ速度に対応する。

コントローラ２００は、いくつかの実施形態では、液体レベル制御弁４２５へ液体レベル制御信号４７１を送信するように構成されることができ、液体レベル制御信号４７１は、プルーム発生器４００が連続して動作するようにタンク４２２内に十分な液体を維持するために、液体再使用パイプ１６２を通る液体または液体移行タンク４２２に入る他の液体源の流れを制御する。液体４２０は、たとえば、液体再使用パイプ１６２がタンク４２２に合流する（ｍｅｅｔ）タンク４２２内の液体入口でタンク４２２に流入することができる。コントローラ２００は、タンク４２２の溢れを防止するために、プルーム発生器４００が停止すると、弁４２５を停止するように構成されることができる。

図５は、本開示の少なくともいくつかの実施形態に従って配されたナノ粒子ろ過システムで使用するのに適合した例示的なサイクロン分離器を示す図である。示されるサイクロン分離器は、図１のサイクロン分離器１４０の例である。図５は、取入れインタフェース５４０、ガス入口５２１、ダクト５１０、ダクト角度制御継手５１１、円錐キャビティを画定する側壁５３０、ろ過済みガス５２１がそこを通って出ることができる出力インタフェース５５０、および液体がそこを通って排出されることができる液体ガイド５０１を備える。液体は、サイクロン分離器からコレクタ１６１内に排出されることができ、また、液体再使用パイプ１６２を通って、いくつかの実施形態では第２ステージフィルタ５７０を通ってプルーム発生器に移動することができる。

図５では、コントローラは、サイクロン動作制御信号１８０がそれを通じて送信されることができるカップリング１７９を介してダクト角度制御継手５１１に結合される。

取入れインタフェース５４０は、混合チャンバ１３０などの上流要素に結合するように構成されることができる。取入れインタフェース５４０は、ナノ粒子に付着した浮遊する液滴を含むガスの流れをダクト５１０内に誘導するように構成されたガス入口５４１を備えることができる。ダクト５１０は、サイクロン回転を始動させるために、所望の回転方向にガスを誘導することができる。コントローラ２００は、ダクト５１０の角度を変更し、それにより、サイクロン回転のレートを増減することができるサイクロン動作制御信号１８０をダクト角度制御継手５１１に送信することができる。

ガスが、サイクロン運動で円錐キャビティ５００に流入すると、液滴および付着したナノ粒子は、キャビティ５００の側壁に沿って集まることができ、液体ガイド５０１は、それらをコレクタ１６１内に排出することができる。液滴などの大きな粒子は、慣性が大き過ぎて、サイクロン運動の螺旋流れに追従できず、したがって、回転して、キャビティ５００の側壁に達する。サイクロン運動のガスの回転は、キャビティ５００の狭い端部にガスが近づくにつれて、益々小さくなり、一部の小さな粒子が取除かれることを可能にする場合がある。

いくつかの実施形態では、サイクロン分離器１４０の最終ステージは、清浄され調整された空気またはガスをガス出力口１５０から流出させながら、付着したナノ粒子および液滴を含む液体排出物１６０をコレクタ１６１内に運ぶ、収集された液体のシートを有する円錐を備えることができる。さらに、いくつかの実施形態では、サイクロン分離器１４０は、ろ過済みガス５２１が、キャビティ５００の中心を通って戻り、キャビティ５００の上部から出るように流れることによってキャビティ５００を出るように構成されることができる。

ろ過済みガス５２１は、出力インタフェース５５０を通してサイクロン分離器１４０を出ることができる。出力インタフェース５５０は、建物換気システムなどを通して、所望の場所にろ過済みガス５２１を送るためのパイプまたはダクトに結合するように構成されることができる。その間、収集された液体は、液体再使用パイプ１６２を通過することができる、また、いつくかの実施形態では、液体がプルーム発生器に再び送られる前に、収集された液体から選択された量のナノ粒子が取除かれることができる第２ステージフィルタ５７０を通過することができる。

図６は、本開示の少なくともいくつかの実施形態に従って配されたナノ粒子ろ過システムを組み込む例示的な建物換気システムを示す図である。図６は、建物６００、ＨＶＡＣシステム６１０、建物水供給部６７０、ならびに屋内および屋外空気品質センサ６８０および６９０を備える。ＨＶＡＣシステム６１０は、ナノ粒子ろ過システム６２０およびコントローラ２００を備える。

図６では、コントローラ２００は、センサデータ６８５がそこを通じて通信されることができるカップリング６７２および６７３をそれぞれ介して屋内および屋外空気品質センサ６８０および６９０に結合されることができる。同様に、ＨＶＡＣシステム６１０は、空気出力６５０を建物６００内に放出するように構成されることができる。さらに、建物水供給部６７０は、水パイプ６７１を介してＨＶＡＣシステム６１０に結合されることができる。

ナノ粒子ろ過システム６２０は、ＨＶＡＣシステム６１０と一体化されることができる。たとえば、ＨＶＡＣシステム６１０は、空気が建物６００内で再循環されるため、または、空気が屋外から取入れられるため、空気をろ過するために本明細書で述べるナノ粒子ろ過システム６２０を使用することができる。ＨＶＡＣシステム６１０は、ナノ粒子ろ過を提供するために必要に応じてナノ粒子ろ過システム６２０を起動および／または停止するように適合されることができる。

ＨＶＡＣシステム６１０は、ナノ粒子ろ過システム６２０用の制御と共にコントローラ２００に実装されることができる、建物環境制御システムの制御下で動作するように構成されることができる。環境制御システムは、ＨＶＡＣシステム６１０の適応的動作のためのリアルタイムデータを提供するために、サーモスタットおよび占有センサに結合されることができる。本開示のいくつかの実施形態によれば、コントローラ２００に実装される環境制御システムは、屋内および／または屋外空気品質センサ６８０および６９０からのセンサデータ６８５を監視するように適合されることができ、また、受信したセンサデータ６８５に応答してナノ粒子ろ過システム６２０を制御するように適合されることができる。たとえば、環境制御システムは、屋内および／または屋外空気品質が所定の閾レベルより下がるとナノ粒子ろ過システム６２０を起動するように構成されることができる。

システムの側面でのハードウェアの実装形態とソフトウェアの実装形態との間には、ほとんど相違が残されていない。ハードウェアまたはソフトウェアの使用は、一般に（いつもそうではないが、ある状況ではハードウェアとソフトウェアの間の選択が重要になり得るという点で）コスト対効果のトレードオフを表す設計上の選択である。本明細書に記載された、プロセスおよび／またはシステムおよび／または他の技術をもたらすことができるさまざまな達成手段があり（たとえば、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェア）、好ましい達成手段は、プロセスおよび／またはシステムおよび／または他の技術が導入される状況によって異なる。たとえば、実装者が速度と正確性が最も重要であると決定すると、実装者は主にハードウェアおよび／またはファームウェアの達成手段を選択することができる。フレキシビリティが最も重要なら、実装者は主にソフトウェアの実装形態を選択することができる。または、さらに別の代替案として、実装者は、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアのなんらかの組合せを選択することができる。

前述の詳細な説明では、ブロック図、フローチャート、および／または例の使用によって、装置および／またはプロセスのさまざまな実施形態を説明してきた。そのようなブロック図、フローチャート、および／または例が１つまたは複数の機能および／または動作を含む限りにおいて、そのようなブロック図、フローチャート、または例の中のそれぞれの機能および／または動作は、広範囲のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、または実質上それらの全ての組合せにより、個別におよび／または集合的に実装可能であることが、当業者には理解されるであろう。ある実施形態では、本明細書に記載された主題のいくつかの部分は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、または他の集積化方式によって実装することができる。しかし、本明細書で開示された実施形態のいくつかの態様が、全体においてまたは一部において、１つまたは複数のコンピュータ上で動作する１つまたは複数のコンピュータプログラムとして（たとえば、１つまたは複数のコンピュータシステム上で動作する１つまたは複数のプログラムとして）、１つまたは複数のプロセッサ上で動作する１つまたは複数のプログラムとして（たとえば、１つまたは複数のマイクロプロセッサ上で動作する１つまたは複数のプログラムとして）、ファームウェアとして、あるいは実質上それらの任意の組合せとして、等価に集積回路に実装することができることを、当業者は認識するであろうし、電気回路の設計ならびに／またはソフトウェアおよび／もしくはファームウェアのコーディングが、本開示に照らして十分当業者の技能の範囲内であることを、当業者は認識するであろう。さらに、本明細書に記載された主題のメカニズムをさまざまな形式のプログラム製品として配布することができることを、当業者は理解するであろうし、本明細書に記載された主題の例示的な実施形態が、実際に配布を実行するために使用される信号伝達媒体の特定のタイプにかかわらず適用されることを、当業者は理解するであろう。信号伝達媒体の例には、フロッピーディスク、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、デジタルテープ、コンピュータメモリ、などの記録可能なタイプの媒体、ならびに、デジタル通信媒体および／またはアナログ通信媒体（たとえば、光ファイバケーブル、導波管、有線通信リンク、無線通信リンクなど）の通信タイプの媒体が含まれるが、それらには限定されない。

本明細書で説明したやり方で装置および／またはプロセスを記載し、その後そのように記載された装置および／またはプロセスを、データ処理システムに統合するためにエンジニアリング方式を使用することは、当技術分野で一般的であることを当業者は認識するであろう。すなわち、本明細書に記載された装置および／またはプロセスの少なくとも一部を、妥当な数の実験によってデータ処理システムに統合することができる。通常のデータ処理システムは、一般に、システムユニットハウジング、ビデオディスプレイ装置、揮発性メモリおよび不揮発性メモリなどのメモリ、マイクロプロセッサおよびデジタル信号プロセッサなどのプロセッサ、オペレーティングシステムなどの計算実体、ドライバ、グラフィカルユーザインタフェース、およびアプリケーションプログラムのうちの１つもしくは複数、タッチパッドもしくはスクリーンなどの１つもしくは複数の相互作用装置、ならびに／またはフィードバックループおよびコントロールモータを含むコントロールシステム（たとえば、位置検知用および／もしくは速度検知用フィードバック、コンポーネントの移動用および／もしくは数量の調整用コントロールモータ）を含むことを、当業者は理解するであろう。通常のデータ処理システムは、データコンピューティング／通信システムおよび／またはネットワークコンピューティング／通信システムの中に通常見られるコンポーネントなどの、市販の適切なコンポーネントを利用して実装することができる。本明細書に記載された主題は、さまざまなコンポーネントをしばしば例示しており、これらのコンポーネントは、他のさまざまなコンポーネントに包含されるか、または他のさまざまなコンポーネントに接続される。そのように図示されたアーキテクチャは、単に例に過ぎず、実際には、同じ機能を実現する多くの他のアーキテクチャが実装可能であることが理解されよう。概念的な意味で、同じ機能を実現するコンポーネントの任意の構成は、所望の機能が実現されるように効果的に「関連付け」される。したがって、特定の機能を実現するために組み合わされた、本明細書における任意の２つのコンポーネントは、アーキテクチャまたは中間のコンポーネントにかかわらず、所望の機能が実現されるように、お互いに「関連付け」されていると見ることができる。同様に、そのように関連付けされた任意の２つのコンポーネントは、所望の機能を実現するために、互いに「動作可能に接続」または「動作可能に結合」されていると見なすこともでき、そのように関連付け可能な任意の２つのコンポーネントは、所望の機能を実現するために、互いに「動作可能に結合できる」と見なすこともできる。動作可能に結合できる場合の具体例には、物理的に接続可能な、および／もしくは物理的に相互作用するコンポーネント、ならびに／またはワイヤレスに相互作用可能な、および／もしくはワイヤレスに相互作用するコンポーネント、ならびに／または論理的に相互作用する、および／もしくは論理的に相互作用可能なコンポーネントが含まれるが、それらに限定されない。

本明細書における実質的に全ての複数形および／または単数形の用語の使用に対して、当業者は、状況および／または用途に適切なように、複数形から単数形に、および／または単数形から複数形に変換することができる。さまざまな単数形／複数形の置き換えは、理解しやすいように、本明細書で明確に説明することができる。

通常、本明細書において、特に添付の特許請求の範囲（たとえば、添付の特許請求の範囲の本体部）において使用される用語は、全体を通じて「オープンな（ｏｐｅｎ）」用語として意図されていることが、当業者には理解されよう（たとえば、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」と解釈されるべきであり、用語「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、「少なくとも有する（ｈａｖｉｎｇ ａｔ ｌｅａｓｔ）」と解釈されるべきであり、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｂｕｔ ｉｓ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」と解釈されるべきである、など）。導入される請求項で具体的な数の記載が意図される場合、そのような意図は、当該請求項において明示的に記載されることになり、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことが、当業者にはさらに理解されよう。たとえば、理解の一助として、添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」および「１つまたは複数の（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」を使用して請求項の記載を導くことを含む場合がある。しかし、そのような句の使用は、同一の請求項が、導入句「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、そのように導入される請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、単に１つのそのような記載を含む発明に限定する、ということを示唆していると解釈されるべきではない（たとえば、「ａ」および／または「ａｎ」は、通常、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を意味すると解釈されるべきである）。同じことが、請求項の記載を導入するのに使用される定冠詞の使用にも当てはまる。また、導入される請求項の記載で具体的な数が明示的に記載されている場合でも、そのような記載は、通常、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることが、当業者には理解されよう（たとえば、他の修飾語なしでの「２つの記載（ｔｗｏ ｒｅｃｉｔａｔｉｏｎｓ）」の単なる記載は、通常、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。さらに、「Ａ、ＢおよびＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（たとえば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。「Ａ、Ｂ、またはＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（たとえば、「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。２つ以上の代替用語を提示する事実上いかなる離接する語および／または句も、明細書、特許請求の範囲、または図面のどこにあっても、当該用語の一方（ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｒｍｓ）、当該用語のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｒｍｓ）、または両方の用語（ｂｏｔｈ ｔｅｒｍｓ）を含む可能性を企図すると理解されるべきであることが、当業者にはさらに理解されよう。たとえば、句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」または「Ｂ」あるいは「ＡおよびＢ」の可能性を含むことが理解されよう。

ある例示的な技法が、種々の方法、デバイス、およびシステムを使用して本明細書で述べられ示されたが、特許請求される手段から逸脱することなく、種々の他の変更が行われることができ、等価物が置換されることができることが当業者によって理解されるべきである。さらに、本明細書で述べる中心概念から逸脱することなく、特許請求される主題の教示に対して、特定の状況に適合する多くの変更が行われることができる。したがって、特許請求される主題は、開示される特定の例に限定されるのではなく、こうした特許請求される主題は、添付特許請求項およびその均等物の範囲内に入る全ての実装形態を含むことができることが意図される。

Claims (32)

1. ガス中に浮遊するナノ粒子を含む前記ガスを処理するように構成されたフィルタ装置であり、ガス取入れ口およびガス出力口を有し、流れ方向が前記ガス取入れ口から前記ガス出力口へ延びる、フィルタ装置であって、
   前記流れ方向において前記ガス取入れ口の下流に配置されるプルーム発生器であって、前記ガス取入れ口を介して前記ガスを受取るように適合され、前記受取られたガス中に浮遊する液滴のプルームを生成するように構成された、プルーム発生器と、
   前記流れ方向において前記プルーム発生器の下流に配置される混合チャンバであって、前記受取られたガス中に浮遊する前記液滴のプルームおよび前記受取られたガス中に浮遊する前記ナノ粒子を受取り混合して、混合物を生成するように構成され、前記混合物は、ガスおよび前記浮遊する液滴に付着結合するナノ粒子を含む、混合チャンバと、
   前記混合チャンバの下流に配置されるサイクロン分離器であって、前記流れ方向に径が狭くなる実質的に円錐のキャビティを備え、前記ガスのサイクロン回転を生成して、前記浮遊する液滴を前記ガスから分離し、前記分離したガスを前記ガス出力口から放出するように構成される、サイクロン分離器とを備えるフィルタ装置。
2. 前記プルーム発生器の上流に配置される粒子帯電チャンバであって、前記ガス中に浮遊するナノ粒子に電荷を与えるように構成される、粒子帯電チャンバをさらに備える請求項１に記載のフィルタ装置。
3. 前記粒子帯電チャンバは、コロナ放電素子または電子放出器を備える請求項２に記載のフィルタ装置。
4. 前記サイクロン分離器から液体を収集するように構成されたコレクタをさらに備える請求項１に記載のフィルタ装置。
5. 収集された液体を前記プルーム発生器内で再使用するようにさらに構成される請求項４に記載のフィルタ装置。
6. 前記収集された液体からナノ粒子を取除くように構成された第２ステージフィルタをさらに備える請求項４に記載のフィルタ装置。
7. 前記第２ステージフィルタは、選択された量のナノ粒子が、前記プルーム発生器内で再使用される前記収集された液体内に残ることを可能にして、前記混合チャンバ内で液滴とナノ粒子との間の付着を促進するようにさらに構成される請求項６に記載のフィルタ装置。
8. 前記流れ方向にフィルタを通して前記ガスを推進するように構成されたプロペラをさらに備える請求項１に記載のフィルタ装置。
9. フィルタ装置を通る前記ガスの流量、前記プルーム発生器によって生成される前記液滴のサイズ、および／または、前記ガス中に浮遊する前記ナノ粒子の電荷を生成するように構成された粒子帯電チャンバ内の電圧レベルの１つまたは複数を調整するように構成されたコントローラをさらに備える請求項１に記載のフィルタ装置。
10. 前記プルーム発生器は、超音波発生器、圧電円板、噴霧器、またはボイスコイルの１つまたは複数を備える請求項１に記載のフィルタ装置。
11. 前記プルーム発生器は、選択されたサイズの水粒子を生成するように調整可能である請求項１に記載のフィルタ装置。
12. 前記サイクロン分離器は、前記ガスを所望の回転方向に誘導するためのダクトを使用して、前記ガスのサイクロン回転を生成する請求項１に記載のフィルタ装置。
13. 前記ガスは空気を含む請求項１に記載のフィルタ装置。
14. 前記液滴は、約１ミクロン〜約１００ミクロンの範囲の径を有する水滴および／または液滴の１つまたは複数を含む請求項１に記載のフィルタ装置。
15. 前記ナノ粒子は、ガソリンエンジンから放出される粒子、ディーゼルエンジンから放出される粒子、および／または、約１ナノメートル〜約５００ナノメートルの範囲の径を有する粒子の１つまたは複数を含む請求項１に記載のフィルタ装置。
16. 建物換気システムの一部として構成される請求項１に記載のフィルタ装置。
17. ガス中に浮遊するナノ粒子を含む前記ガスを処理するように構成された建物換気システムであり、ガス取入れ口およびガス出力口を有し、流れ方向が前記ガス取入れ口から前記ガス出力口へ延びる、建物換気システムであって、
    空気中に浮遊するナノ粒子を含む前記空気を処理するように構成されたフィルタ装置であって、空気取入れ口および空気出力口を備え、流れ方向が前記空気取入れ口から前記空気出力口へ延びる、フィルタ装置を備え、前記フィルタ装置は、
    前記流れ方向において前記空気取入れ口の下流に配置されるプルーム発生器であって、前記ガス取入れ口を介して前記ガスを受取るように適合され、前記受取られた空気中に浮遊する液滴のプルームを生成するように構成される、プルーム発生器と、
    前記流れ方向において前記プルーム発生器の下流に配置される混合チャンバであって、前記受取られた空気中に浮遊する前記液滴のプルームおよび前記受取られた空気中に浮遊する前記ナノ粒子を受取り混合して、混合物を生成するように構成され、前記混合物は、ガスおよび前記浮遊する液滴に付着結合するナノ粒子を含む、混合チャンバと、
    前記混合チャンバの下流に配置されるサイクロン分離器であって、前記流れ方向に径が狭くなる実質的に円錐のキャビティを備え、前記空気のサイクロン回転を生成して、前記浮遊する液滴を前記空気から分離し、前記分離した空気を前記空気出力口から放出するように構成される、サイクロン分離器と、
    前記流れ方向に前記フィルタ装置を通して前記空気を推進するように構成されたプロペラとを備える建物換気システム。
18. 前記サイクロン分離器から液体を収集するように構成されたコレクタをさらに備える請求項１７に記載の建物換気システム。
19. 前記フィルタ装置は、収集された液体を前記プルーム発生器内で再使用するようにさらに構成される請求項１８に記載の建物換気システム。
20. 前記収集された液体からナノ粒子を取除くように構成された第２ステージフィルタをさらに備える請求項１８に記載の建物換気システム。
21. 前記第２ステージフィルタは、選択された量のナノ粒子が、前記プルーム発生器内で再使用される前記収集された液体内に残ることを可能にし、前記混合チャンバ内で液滴とナノ粒子との間の付着を促進するようにさらに構成される請求項２０に記載の建物換気システム。
22. 前記液滴は、約１ミクロン〜約１００ミクロンの範囲の径を有する水滴および／または液滴の１つまたは複数を含む請求項１７に記載の建物換気システム。
23. ガスからナノ粒子を分離するための方法であって、
    ガス取入れ口を介して前記ガスを受取ること、
    前記受取られたガス中に浮遊する液滴のプルームを生成すること、
    混合物を生成するために、前記受取られたガス中に浮遊する前記液滴のプルームおよび前記受取られたガス中に浮遊するナノ粒子を混合することであって、前記混合物は、ガスおよび前記浮遊する液滴に付着結合するナノ粒子を含む、混合すること、および、
    前記浮遊する液滴から前記ガスをサイクロン分離することを含む方法。
24. 前記液滴のプルームと前記ガスを混合する前に、前記ガス内のナノ粒子に電荷を与えることをさらに含む請求項２３に記載の方法。
25. 前記ガスからサイクロン分離される液体を収集し再使用することをさらに含む請求項２３に記載の方法。
26. 前記ガスからサイクロン分離される液体を収集し、前記収集された液体からナノ粒子を取除くために、前記収集された液体をろ過することをさらに含む請求項２３に記載の方法。
27. 前記プルームを生成すること、混合すること、およびサイクロン分離することを実施するように構成されたフィルタ装置を通して前記ガスを推進することをさらに含む請求項２３に記載の方法。
28. フィルタを通る前記ガスの流量、前記液滴のサイズ、および／または、前記ガス中に浮遊する前記ナノ粒子の電荷を生成するように構成された粒子帯電チャンバ内の電圧レベルの１つまたは複数を調整することをさらに含む請求項２３に記載の方法。
29. 前記ガスは空気を含む請求項２３に記載の方法。
30. 前記液滴は、約１ミクロン〜約１００ミクロンの範囲の径を有する水滴および／または液滴の１つまたは複数を含む請求項２３に記載の方法。
31. 前記ナノ粒子は、ガソリンエンジンから放出される粒子、ディーゼルエンジンから放出される粒子、および／または、約１ナノメートル〜約５００ナノメートルの範囲の径を有する粒子の１つまたは複数を含む請求項２３に記載の方法。
32. 建物換気プロセスの一部として実施される請求項２３に記載の方法。

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