JP2018537271A - 空気清浄装置及び機器 - Google Patents

Abstract

【解決手段】
空気流からエアロゾル粒子を除去するための空気清浄装置は、空気流中に空気イオンを生成するためのハウジングと電極装置とを備える粒子荷電器と、使用中に空気流中のエアロゾル粒子が空気イオンとの衝突を介して帯電する粒子帯電領域を有する粒子荷電器と、空気清浄装置を通って移動する空気流から帯電したエアロゾル粒子を沈殿させるためのフィルタと、ケーシングを備えており、空気清浄装置を通って空気流を移動させるためのエアムーバとを備えている。粒子荷電器及びエアムーバは、フィルタの上流に設けられており、粒子荷電器のハウジングは、空気清浄装置を通る空気流の方向について、エアムーバのケーシングに気密シールされていることで、粒子荷電器とエアムーバが密接に結合されており、空気清浄装置に入る全ての空気が粒子荷電器とエアムーバの両方を通過する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、空気清浄装置及び空気清浄機器に関する。本発明は、より具体的には、空気清浄及びろ過の両方に使用される電気集塵装置及び電気空気清浄機器に関しているが、これらに限定されない。

空気清浄装置及びその他の空気ろ過装置若しくは機器は、空気から望ましくないエアロゾル粒子を除去するために使用される。典型的には、空気のろ過は、フィルタ要素を使用して達成され、当該フィルタ要素は、フィルタを通過する際にエアロゾル粒子を空気から取り込むように構成されている。

電気集塵空気清浄装置及び機器は、空気中のエアロゾル粒子がフィルタ又はその粒子収集要素（以下、便宜上、まとめて「フィルタ」と称する）を通過する前に、それら粒子に電荷を移すことによって動作する。フィルタに電界が印加されてよく、荷電粒子が、装置/機器を通過する間にフィルタの表面に引き付けられて、その表面に捕集されることで、荷電していないエアロゾル粒子の除去と比較してより高い効率で、通過する空気流から粒子が除去される。

粒子の荷電は、多くの方法で達成できる。このような方法の１つは、「フィールドチャージャ（field charger）」を利用しており、通常、ろ過用途に使用される。フィールドチャージャは、粒子荷電器を備えている。粒子荷電器は、放電電極及び対電極を含んでおり、それらは、粒子帯電領域を形成するように共に動作する。使用時には、電位の違いに起因して、放電電極とその対電極との間に電界が生じる。放電電極は、典型的には曲率半径が小さく、例えば、細い導線又は鋭い導電ピンの形態であってよく、通常は接地電位に保持される対電極と比較して高電圧に昇圧される。このような構成は、フィールドチャージャ内の放電電極でコロナ放電を引き起こす（電極間の電圧差が絶縁破壊を起こさず、電極間にアーク放電を引き起こさないように注意される）。コロナ放電によって生成された空気イオンは、電界によって加速され、粒子帯電領域を通過するエアロゾル粒子と衝突し、その結果、粒子が帯電する。

従来技術の電気空気ろ過装置及び機器は、最も一般的には、フィールドチャージャの放電電極として、細いワイヤ（直径は、ミリメートルのオーダーである）のアレイを組み込んでいる。このようなワイヤアレイは、アレイにおけるどのワイヤの周囲にもコロナ放電を生じるので、多数の用途に適合するように構成できる。しかしながら、ワイヤアレイは、ワイヤ上に望ましくない有害物質が堆積することによって妨げられることがあり、これは、荷電効率に影響を与える。加えて、オゾンの放出が、ワイヤに支持されたコロナから望ましくないほどに高くなり得る。更に、ワイヤが支持フレームに取り付けられる必要があることから、取付けがなされるワイヤ端部の領域では、コロナ放出が、ワイヤ端部を通過する空気中のエアロゾル粒子が効果的に帯電しない程度までに低減することで、結果としてエアロゾル粒子の収集効率が低下する。この「荷電バイパス（charge bypass）」効果は、通常、装置又は機器を通過するろ過すべき空気の流路を規定する周囲のハウジングに、ワイヤアレイを含むフレーム構造が比較的緩やかに嵌まることによって悪化する。

「ピン型」放電電極は、あまり一般的ではないが、（実際には本願出願人のみかも知れないが）フィールドチャージャに使用することも知られている。ワイヤアレイ電極と比較して、ピン型電極は、その鋭い先端の周りにおける比較的小さな体積においてのみコロナを生じる。所定の印加電流について、ピン型電極の先端のコロナ強度は、ワイヤアレイ電極のコロナ強度に比べて高い。これは、それら２つの物理的な違いによる。鋭い（漸減する）ポイントでの電子濃度は、横断面が一定のワイヤの電子濃度よりも非常に大きく、これは粒子の帯電効果を改善する。更に、ピン型放電電極は、所与の粒子荷電能力について、ワイヤアレイの等価物と比較してより少ないオゾンを生成する。これは、ワイヤに沿って分布したコロナは、ピン型コロナよりも大きな電流を必要とし、オゾンの生成はその電流に比例するからである。更に、ワイヤアレイ電極と比較して、ピン型電極は、コロナ放電を妨げるおそれのある物質の堆積の影響を受け難い。これは、２つの理由による。第１に、ピンの尖った先端の表面積は、ワイヤの表面の面積よりもはるかに小さく（両方の付近でコロナ放電が起こる）、故に、コロナ放電を妨害する物質の堆積が起こり難い。第２に、ワイヤの長さに沿ったコロナと比較して、ピン先端での高いコロナ強度は、ピン先端での空気イオンの流れを大きくする。これによって、コロナ放電を妨害する物質の堆積が抑制され、堆積した妨害物質が流される。更に、ワイヤアレイ電極のワイヤに必要とされるのと同じ方法で、ピン型電極を周囲のフレーム構造に取り付ける必要がないので、ピン型電極ではコロナ放電が低減される領域がなく、（ワイヤアレイ電極と比較して）より高い割合のエアロゾル粒子が荷電される。従って、既知のフィールドチャージャにおけるワイヤアレイ放電電極がより普及しているにも拘わらず、フィールドチャージャにおけるピン型放電電極の使用は、ワイヤアレイ放電電極を組み込んだ他の等価なフィールドチャージャで達成可能なものに比べて多くの利点をもたらす。

何れかのタイプの空気清浄装置（即ち、粒子荷電器にワイヤアレイ電極又はピン型電極を使用する空気清浄装置）の場合、典型的には、清浄前の空気に装置を通過させるようにエアムーバ、例えばファンが組み込まれる。空気清浄器内における構成要素の通常の配置は、空気流の方向に、粒子荷電器、フィルタ、及びエアムーバである。このような従来技術の構成は、従来の携帯型空気清浄装置における典型的な空気清浄構成を示す添付の図１乃至３に概略的に示されている。

図１乃至図３を参照すると、空気流から望ましくないエアロゾル粒子を除去するための従来技術の携帯電気集塵装置１０が示されている。電気集塵空気清浄装置１０は、粒子荷電器１２と、機械的なファンの形態であるエアムーバ１５と、空気流（「汚れた空気」）（図示せず）から帯電したエアロゾル粒子を除去するためのフィルタ１６とを備えている。空気流は、粒子荷電器１２への入口にある吸気口１７を介して、矢印Ａの方向に、フィルタ１６を通り、ファン１５の下流の排気口１８に流れて、装置１０を通過する。図２及び図３は、吸気口１７及び排気口１８に夫々取り付けられた吸気口グリル１９ａ及び排気口グリル１９ｂを示しており、それらは、装置１０の上述した構成要素の全てを取り囲んで収容するハウジング１０１に形成されている。

粒子荷電器１２は、ピン１３の形態のピン型電極（矢印で表されており、その矢印の頭部は、上流を指して、ピンの先端を示している）を備えている。ピン１３は、対電極１４に対して、径に沿った棒１３ａ（図２及び図３のみに示されている）の長さに沿った中心に取り付けられており、本明細書において先に説明した手法によって、ピンの先端からのコロナ放電と、空気流中のエアロゾル粒子を帯電させる空気イオンの発生とを可能にする。図１及び図２に明確に示されているように、粒子荷電器１２及びフィルタ１６は、ファン１５の上流に設けられており、これらの構成要素の各々の間には、Ｇを付されたかなりの空間的分離、つまりギャップがある。

第１に粒子荷電器１２をフィルタ１６に繋ぐ破線と、第２にフィルタ１６をファン１５に繋ぐ破線とで示されているように、図１乃至図３は、装置１０にて、ギャップＧの領域において、吸気口１７と排気口１８の間で断面積の２つの変化が起きている模様を示している。清浄化される汚れた空気は、粒子荷電器１２を通過すると、流れることができる断面領域の拡大を経験し、その後、粒子荷電器１２よりも大きな横断面（空気流に対して垂直）を有するフィルタ１６に達する。フィルタ１６の下流では、清浄化された空気は、流れることができる断面領域の縮小を経験し、当該領域は、フィルタ１６よりも小さい断面（空気流に対して直角）を有するファン１５を収容している。粒子荷電器１２とフィルタ１６の間のギャップＧと、フィルタ１６とファン１５の間のギャップＧとにおける断面積の変化は、望ましくない乱流、より大きい空気抵抗、高エネルギー消費及びノイズをもたらす。

説明されている断面積のミスマッチの少なくとも１つを克服するために、従来技術では、単一のピン型電極を、各々が接地された対電極によって囲まれた複数のピン型電極のアレイで置き換えることが知られている。これによって、フィルタの面積を粒子荷電器の面積に実質的に一致させることができる。（図１乃至３に示す場合と同じように）ファンは、粒子荷電器に対してフィルタの反対側にある。

このような構成は、例えば、ＷＯ２００５／１０２５３４に記載されている。しかしながら、ピンアレイ電極は、単一ピン型電極よりも製造するのにより費用が掛かり、単一ピン型電極に比べてより多くのオゾンを生成するという欠点に加えて、図１乃至３に示した装置に関連して説明した３つの構成要素（粒子荷電器、フィルタ及びファン）間の空間的な分離又はギャップが依然として存在しており、望ましくない乱流、空気抵抗、高エネルギー消費、ノイズ、テーパー状のカウリング／ダクトの必要性という問題が残っている。実際には、このようなマルチピン型電極のアレイは、装置内のフィルタから離間されなければならない。それが、フィルタに近すぎると、フィールドチャージャの接地された対電極ではなく、フィルタに接地している空気イオン流が、フィルタの動作を妨げ、効率を著しく低下させる可能性があるからである。更に、フィールドチャージャとフィルタの間の領域は、装置が使用されている場合には、周囲空気に対して負圧になるので、空気がピン型電極を迂回して、フィルタからアレイを離している領域に漏れる可能性が増大する。このような「荷電バイパス」は、通常、フィルタに入る空気中に帯電していないエアロゾル粒子を導いて、粒子捕捉効率を低下させるので有害である。

更に、粒子荷電器１２とフィルタ１６の間のギャップＧと、フィルタ１６とエアムーバ１５の間のギャップＧとを橋渡しする手段が必要である。通常は高価なテーパー状のカウリング又はダクトを、例えばハウジング１０１の形態において、断面積の不一致及び構成要素の空間的分離を克服するために設ける必要がある。図２及び図３から明らかなように、装置は１００％の粒子捕捉効率を示さず、むしろ、示された構成に、２つのかなりのバイパス領域が存在するために、装置１０の効率は、フィルタ１６本来の効率と一致し得ない。特に、汚れた空気の一部は、矢印Ｂ１で示すように粒子荷電器１２を迂回することができ（「帯電バイパス」）、そのため、その中のエアロゾル粒子は帯電せず、フィルタ１６によって空気流から除去されない。第２に、汚れた空気は、帯電エアロゾル粒子を含むか否かに関わらず、Ｂ２と表示された矢印で示すようにフィルタ１６を迂回でき（「ろ過バイパス」）、故に、清浄にされない。

フィルタ１６における粒子捕集効率を高めるためには、粒子荷電器１２の周囲の荷電バイパス空気流は、装置１０を通る総空気流に対して小さい割合でなければならない。荷電を逃れるエアロゾル粒子は、静電フィルタ１８を低効率で通過する傾向があるだろう。例えば、９９．９９％を超える粒子捕集効率（非常に高い効率）で動作する空気清浄装置では、総空気流量の１００，０００分の１未満が粒子荷電器を迂回し得る。

上述したように、空気が周囲の大気に比べて負の空気圧を受けることから、ファン１５が粒子荷電器１２及びフィルタ１６の両方の下流に配置される場合、そのような荷電バイパス及びろ過バイパスの影響は低下する。しかしながら、空気フィルタ１６は、交換又は清掃のために装置１０から取り外されるように設計されており、従って、フィルタ１６のフレームと周囲のハウジング１０１との間の嵌合は必然的に滑り嵌めとなるため、ろ過バイパスが必然的に生じる。その結果、ろ過されないバイパス空気流（薄い矢印Ｂ２で示す）は、ファン１５の上流にてファン１５に隣接して見られる乱流の領域（Ｔ）のろ過空気（太い矢印で示す）と混合し得る。これは、図３に示すように、装置１０の排気口１８及び排気口グリル１９ｂから流出断面積全体にわたって出てくる空気（厚さが異なる矢印Ｍで示す）の清浄さを減少させる。

例えばＨＶＡＣシステムのような典型的な先行技術の空気清浄装置で見受けられる構成要素の通常の構成が、添付の図面の図４乃至図７に概略的に示されている。

図４及び図５を参照すると、空気流から望ましくないエアロゾル粒子を除去するための従来技術の電気集塵機器１００が示されている。電気集塵空気清浄機器１００は、機械式ファンの形態であるエアムーバ１１５と、粒子荷電器１１２と、フィルタ１１６とを含んでいる。空気流（「汚れた空気」）（図示せず）が、ダクト１１９によって規定された容積内にて、機器１００を通って、矢印Ａの方向に、フィルタ１１６、そしてファン１１５の下流の排気口（図示せず）へと流れる際に、フィルタ１１６は、空気流から帯電したエアロゾル粒子を除去する。

粒子荷電器１１２は、フレーム１１３ａに装着されたピン１１３のアレイの形態であるピン型電極のアレイを備えている。それは、隣接するプレート１１３ｃに形成された円形の対電極１１３ｂのアレイに結合されており、本明細書で先述したようにして、各ピン１１３の先端からのコロナ放電と、空気流中のエアロゾル粒子を帯電させるための空気イオンの生成とを可能にする。図４及び図５に明確に示されているように、粒子荷電器１１２及びフィルタ１１６は、ファン１１５の下流に設けられている。これらの構成要素が互いに離間しているか又は密接に結合されているかに拘わらず、粒子荷電器１１２及びフィルタ１１６の各々がダクト１１９に着脱可能に嵌め込まれることができるように設計された内在的な空間許容誤差のために、高価なガスケットのような特定の高性能シール手段が存在しない場合には、粒子荷電器１１２及びフィルタ１１６の周りに荷電バイパス及びろ過バイパスの両方の経路が必然的に存在することになる。

図５から明らかなように、機器１００は１００％の粒子捕捉効率を示さず、むしろ、機器１００の効率は、これらの２つの主たるバイパス領域のためにフィルタ１１６の本来の効率と一致しない。特に、汚れた空気の一部は、矢印Ｂ１で示すように粒子荷電器１１２を迂回することができ（「帯電バイパス」）、その中のエアロゾル粒子は帯電していないので、それらは、フィルタ１１６によって空気流から除去されない。第２に、帯電したエアロゾル粒子を含むか否かに拘わらず、汚れた空気は、Ｂ２と表示された矢印で示すようにフィルタ１１６を迂回することができ（「ろ過バイパス」）、清浄にされない。

図６及び図７に示す従来技術の構成は、空気流の方向における粒子荷電器、フィルタ及びエアムーバの相対的な順序を除いて、図４及び図５に示す従来技術の構成と同一である。故に、図６及び図７において、全ての同様の構成要素には、図４及び図５で使用されたものと同じ参照符号が、１００だけ上げられて付されている。特に、粒子荷電器２１２及びフィルタ２１６は、矢印Ａによって規定される空気流の方向に対して、エアムーバ２１５の上流に設けられる。

先述の構成要素が互いから離間しているか又はそれらが緊密に結合されているかに拘わらず、ここでもまた、粒子荷電器２１２及びフィルタ２１６の各々は、設計された内在的な空間許容誤差によって、ダクト２１９に取り外し可能に嵌め込まれ、高価なガスケットのような特定の高性能シール手段が存在しない場合には、粒子荷電器２１２及びフィルタ２１６の周りに夫々荷電バイパス及びろ過バイパスの経路が必然的に存在することになる。

図７から明らかなように、機器２００は１００％の粒子捕捉効率を示さず、むしろ、機器２００の効率は、これらの２つの主たるバイパス領域のために、フィルタ２１６の本来の効率と一致することができない。特に、汚れた空気の一部は、矢印Ｂ１で示すように粒子荷電器２１２を迂回することができ（「帯電バイパス」）、その中のエアロゾル粒子は帯電していないので、フィルタ２１６によって空気流から除去されない。第２に、荷電したエアロゾル粒子を含むか否かに拘わらず、汚れた空気は、矢印Ｂ２で示すようにフィルタ２１６を迂回することができ（「ろ過バイパス」）、故に、清浄にされない。

このような装置の空気清浄効率は、以下の前提及び基準に基づいて計算される。

例えば、ＨＶＡＣ設備に利用される典型的なダクトは、当然のごとく可撓性を有しており、シートメタルから製造される。３種の典型的な家庭内ＨＶＡＣ設備において、ダクト側壁の中心へと外部から加えられた２．３乃至６．８ｋｇ（５乃至１５ｌｂｓ）の範囲の重量の指圧下における撓みを測定した。撓みのある各ダクト壁の荷電バイパス領域も計算され、ダクト全体の非撓み領域の％として表した。結果を以下の表１に示す。

結果として生じる撓みは３ｍｍ乃至７ｍｍの範囲内にあったことが分かる。各撓みを採用し、各フレーム長に沿った平均バイパスギャップが撓みの５０％であると仮定すると、全断面積と比較した場合にて、矩形ダクト全体の４辺について、結果として生じるバイパス領域を計算することができる。

空気流がバイパス及び撓んでいないダクトの断面積に比例して分布すると仮定すると、バイパス流は平均して、上記の例よりも３．９％高い。これは、１００，０００の総空気流量に対して３，９００部のバイパスを表しており、実現可能な最大効率を、所望の効率よりもかなり低い９６．１％まで低減させるであろう。

当然のことながら、リブとブラケットで強化することでも、専用のキャビネットを挿入することによっても、ダクトを強化できる。しかしながら、そのような改変は困難で高価であり、依然として周囲のダクトの内壁への粒子荷電器のフレームの周囲に高品質のシールが必要とされる。

本発明の目的は、特に荷電バイパスに関して、上記の欠点の一部又は好ましくは全てを除去又は緩和することである。

更に、全ての粒子を本質的に含まない（典型的な空気清浄効率９９．９％を意味する）、純粋な空気を、使用者の直ちに通気可能な雰囲気に直接送ることができる個人用空気清浄機（空気清浄装置）が必要とされている。エアロゾル粒子（塵埃粒子や他のアレルゲンを含む）に対して大きな感受性を有しており、特定のタイプの粒子に暴露されると健康を害する人がいることが知られている。例えば、１つの花粉粒子でも、かなりの個体において、重篤なアレルギー反応を誘発することができる。エアークリーナの排気口で９９．９％の粒子除去効率で純粋な空気を出すように設計されたエアークリーナを用いることで、ユーザは、汚染物質を含まない空気を呼吸することの完全な利点を得ることができる。

従って、本発明の更なる目的は、従来の空気清浄機、特に個人用空気清浄機の欠点を排除することである。

本発明の第１の形態によれば、
空気流からエアロゾル粒子を除去するための空気清浄装置において、
（ａ）ハウジングとその中にある電極装置とを備えており、空気流中に空気イオンを発生させるための粒子荷電器であって、使用中に空気流中のエアロゾル粒子が空気イオンとの衝突を介して帯電する粒子帯電領域を有する粒子荷電器と、
（ｂ）空気清浄装置を通って移動する空気流から帯電したエアロゾル粒子を集塵するためのフィルタと、
（ｃ）ケーシングを備えており、空気清浄装置を通って空気流を移動させるためのエアムーバと、
を備えており、
粒子荷電器及びエアムーバは、フィルタの上流に設けられており、
粒子荷電器のハウジングは、空気清浄装置を通る空気流の方向でエアムーバのケーシングに気密シールされて、粒子荷電器とエアムーバとが互いに密接に結合されており、それによって、空気清浄装置に入る全ての空気が粒子荷電器とエアムーバの両方を通過する、空気清浄装置がもたらされる。

この装置は、荷電バイパスを確実に排除する。何故ならば、装置に入る全ての空気が粒子帯電領域を通過しなければならず、これは、空気流中の全てのエアロゾル粒子は、空気イオンとの衝突による帯電が生じる粒子帯電領域を通過しなければならないことを意味する。これは、粒子荷電器のハウジングとエアムーバのケーシングとが一緒になって、フィルタを通過させるために空気流が流れる容積を規定することで可能にされており、追加の周囲ハウジング、カウリング又はダクトは不要である。更に、この装置を用いることで、粒子除去効率が９９．９％である純粋な空気を装置の排気口に送ることができるので、ユーザは、汚染物質のない空気を呼吸することの十分な利益を得ることができる。

不確かさを避けるために、「装置を通る空気流の方向について」エアムーバのケーシングに気密シールされている粒子荷電器のハウジングへの言及は、粒子荷電器とエアムーバの間の気密シールのシーケンスを示す。言い換えると、装置を通る空気流の方向から見ると、粒子荷電器は、エアムーバに気密シールされており、エアムーバの上流に配置されている、又は、粒子荷電器がエアムーバに気密シールされており、エアムーバの下流に配置されている。

装置は、好ましくは携帯可能であって、故に、スタンドアロンの空気清浄機として機能してよい。

本発明の第２の形態によれば、
空気流からエアロゾル粒子を除去するための別の空気清浄装置において、
（ａ）吸気部と排気部を有するケーシングを備えており、空気清浄装置を通って空気流を移動させるためのエアムーバであって、吸気口と排気口の何れか一方が、空気流中に空気イオンを発生させるための電極装置の第１の部分を備えている、エアムーバと、
（ｂ）空気流中に空気イオンを生成するための電極装置の第２の部分を含む粒子荷電器であって、粒子荷電器と、電極装置の第１の部分を備えているエアムーバのケーシングの吸気部と排気部の何れか一方とが共に、使用中に空気流中のエアロゾル粒子が空気イオンとの衝突を介して帯電する粒子帯電領域を規定する、粒子荷電器と、
（ｃ）空気清浄装置を通って移動する空気流から帯電したエアロゾル粒子を集塵するためのフィルタと、
を備えており、
粒子荷電器及びエアムーバは、フィルタの上流に設けられており、
エアムーバは、空気清浄装置を通る空気流の方向について、エアムーバのケーシングの吸気／排気部に収容及び気密シールされており、粒子荷電器とエアムーバは互いに密接に結合されており、それによって、空気清浄装置に入る全ての空気が粒子荷電器とエアムーバの両方を通過する、空気清浄装置がもたらされる。

この場合もまた、この装置は、荷電バイパスを確実に排除する。何故ならば、装置に入る全ての空気が粒子帯電領域を通過しなければならず、これは、空気流中の全てのエアロゾル粒子は、空気イオンとの衝突による帯電が生じる粒子帯電領域を通過しなければならないことを意味する。これは、粒子荷電器が収容されるエアムーバの吸気／排気部は、空気流がフィルタを通過するために通過しなければならない容積を規定することから可能とされる。追加の周辺ハウジング、カウリング又はダクトは不要である。

不確かさを避けるために、「装置を通る空気流の方向について」エアムーバの吸気／排気部に収容されており、気密シールされた粒子荷電器は、粒子荷電器とエアムーバの間の気密シールのシーケンスを示す。言い換えると、装置を通る空気流の方向から見ると、粒子荷電器は、エアムーバに気密シールされて、エアムーバの上流端に位置するか、又は、粒子荷電器は、エアムーバに気密シールされて、エアムーバの下流端に位置する。

本発明の第３の形態によれば、
空気流からエアロゾル粒子を除去するための空気清浄機器において、
（ａ）空気流中に空気イオンを発生させるための電極装置の第１の部分を含むハウジングと、
（ｂ）ハウジング内に配置されており、空気流中に空気イオンを生成するための電極装置の第２の部分を備える粒子荷電器であって、
粒子荷電器及びハウジングは、使用中、空気流中のエアロゾル粒子が空気イオンと衝突することによって帯電する粒子帯電領域を規定する、粒子荷電器と、
（ｃ）ハウジング内に配置されており、空気清浄装置を通って移動する空気流から帯電したエアロゾル粒子を集塵するためのフィルタと、
（ｄ）空気清浄機器を通って空気流を移動させるためのハウジング内に配置されたエアムーバと、
を備えており、
粒子荷電器及びエアムーバは、フィルタの上流に設けられており、
ハウジングは、空気清浄機器を通る空気流の方向について、粒子荷電器とエアムーバとの間に気密シールをもたらして 粒子荷電器とエアムーバが互いに密接に結合され、それによって、空気清浄機器に入る全ての空気が粒子荷電器とエアムーバの両方を通過する、空気清浄機器がもたらされる。

この機器は、荷電バイパスを確実に排除する。何故ならば、機器に入る全ての空気が粒子帯電領域を通過しなければならず、これは、空気流中の全てのエアロゾル粒子は、空気イオンとの衝突による帯電が生じる粒子帯電領域を通過しなければならないことを意味する。このことは、装置のハウジングと、粒子荷電器と、エアムーバとが一緒になって、フィルタを通過させるために空気流が流れる容積を規定することで可能にされており、追加の周囲ハウジング、カウリング又はダクトは不要である。

不確かさを避けるために、「装置を通る空気流の方向について」粒子荷電器とエアムーバの間の気密シールをもたらすハウジングは、粒子荷電器とエアムーバの間の気密シールのシーケンスを示している。言い換えると、装置を通る空気流の方向から見ると、粒子荷電器は、エアムーバに気密シールされて、エアムーバの上流に位置するか、又は、粒子荷電器は、エアムーバに気密シールされて、エアムーバの下流に位置する。

本発明の前述の態様の各々において、粒子荷電器とエアムーバは、（粒子荷電器がエアムーバの上流にあるように）空気流の方向について粒子荷電器／エアムーバとして、又は、（エアムーバが粒子荷電器の上流にあるように）エアムーバ／粒子荷電器として、密接に結合、即ち気密シールされてよい。何れの場合も、「カップル」は、フィルタの上流にある。

本発明の第１の形態に基づく空気清浄装置では、粒子荷電器のハウジングが吸気口と排気口を有し、エアムーバのケーシングが吸気口と排気口を有しているので、密閉カップルは、粒子荷電器のハウジングの排気口にエアムーバのケーシングの吸気口を密閉シールすることでよって達成でき、又は、粒子荷電器のハウジングの吸気口にエアムーバのケーシングの排気口を密閉シールすることでよって達成できる。これは、実際には、高精度（±０．１２７乃至０．５０８ｍｍ（±１０００分の５乃至２０インチ）のオーダー）の共通の断面積を有する「シール部」によって達成される。円筒形又は実質的に円筒形である一般的な断面積が好ましいかもしれないが、共通の断面積が任意の形状であること、例えば、楕円形、又は八角形若しくは六角形のような多角形であることは、本発明の範囲内である。

本発明の第２の態様に基づく空気清浄装置では、エアムーバは、吸気部及び排気部を有しており、それらの何れかの内部にて、粒子荷電器は、気密シールによって密接に結合されてよい。

本発明の第３の形態に基づく空気清浄機器では、エアムーバが粒子荷電器の上流又は下流に設けられているか否かに拘わらず、ハウジングは、それと粒子荷電器とによって規定される粒子帯電領域がエアムーバに効果的に気密シールされるように、全ての構成部品を収容している。

使用時には、空気清浄装置及び空気清浄機器を通って流れる空気は、空気流路に沿って、装置又は機器の吸気口から装置又は機器の排気口へと容積を通って流れる。装置/機器の吸気口は、密接カップルの入口端に、つまり、粒子荷電器及びエアムーバの何れかがカップルの上流側にある箇所に設けられてよい。装置/機器の排気口は、フィルタの下流端に設けられてよい。

本明細書を通して、第１の構成要素が第２の構成要素の「上流」にあると記載されている場合、第１の構成要素は、第２の構成要素よりも装置／機器の吸気口に向かって更に先に設けられることを意味する。言い換えると、使用中、第１の構成要素が第２の構成要素の上流にある場合、第２の構成要素の前にて第１の構成要素を通過して空気が流れる。用語「下流」は、これに応じて解釈されるべきである。

本発明の更なる利点は、このような構成要素の従来の順序と比較して、互いに対する構成要素の位置決めが変更されていることである。特に、本発明の第１及び第３の態様では、粒子荷電器とエアムーバの両方がフィルタの上流に設けられているので、空気流の断面積の変化の数を１つに減らすことが可能であり、又は、断面積の変化を完全に排除することも可能である。

粒子荷電器とエアムーバの密接な結合と上記の構成要素における従来とは異なる順序の両方の結果として、本発明は、乱流、高い空気抵抗、大きなエネルギー消費、ノイズの点で、特に荷電バイパス又は漏れの問題の点で、上記の欠点を改善又は緩和することができる。更に、（ワイヤアレイ型放電電極とは対照的に）粒子荷電器のピン型放電電極を空気清浄装置に使用することに対する業界の傾向であると思われるものを除去又は低減できる。これは、ワイヤアレイが粒子荷電器で使用される場合に観察されるオゾン発生とワイヤ放電電極上の物質の堆積とによる問題を改善できる一方で、（所定の印加電流に対して）ワイヤアレイ電極で達成される場合と比較して、ピン型放電電極における単位コロナ電流当たりの粒子荷電効率を高くする。

荷電したエアロゾル粒子を捕捉するための任意の適切なフィルタが、本発明の空気清浄装置に使用されてよい。好ましい実施形態では、フィルタは静電フィルタであってよく、それを通過する帯電エアロゾル粒子を電界を用いて偏向させ、フィルタ表面にそれら粒子を集塵する。別の好ましい実施形態では、フィルタはエレクトレットフィルタであってよい。本発明の更に別の好ましい実施形態では、フィルタは電気集塵器であってもよい。これらのフィルタは、当業者に周知である。

国際公開第ＷＯ００／６１２９３号に記載されているように、例えば、静電フィルタは、電気集塵装置を通る流体通路の一部を形成し、ガス流が比較的自由に通過することができる通路のアレイと（通路は、複数のプラスチック壁の間に設けられて、それらプラスチック壁は、それらに接触する導電性材料の領域を有している）、分離している導電性材料の領域に高電位と低電位を交互に印加して、ガス流から粒子を集めるためのアレイ内における荷電部位を提供する手段とを含んでいる。この特定のタイプのフィルタを本発明の第１の態様の空気清浄装置で使用することは、このフィルタがそれを通る空気の流れを直線状にする傾向があり、故に、装置からユーザへと出る層流の利用可能性を最大化する特定の利点をもたらし、ろ過バイパスの対象となった空気は、装置を出る空気の全体流れの周辺領域に閉じ込められて、フィルタを出る浄化空気と混合して汚染することはない。

エレクトレットフィルタは、溝付きプラスチックシート材料の層のアレイを備えてよく、又は、繊維状媒体から形成されてよく、繊維は、フィルタ内の電極によって、若しくはフィルタの製造中に帯電してよい。

フィルタ構成要素の代替的な構成は、当業者に周知であって、任意の適切なフィルタが、本発明による電気集塵空気清浄装置の一部を形成してよい。

エアムーバは、所望の方向に空気を押し進める（又は移動させる）当業者に周知の任意の従来の構成要素の形態を取ってよい。エアムーバは、例えば、機械式ファン、ベローズ又は対流式空気流装置の形態を取ってよい。そのようなエアムーバは、本発明の第１及び第３の形態において特に有用である。或いは、エアムーバは、「ブロワ」としても知られている遠心ファンの形態を取ってもよい。そのようなエアムーバは、本発明の第２の態様において特に有用である。その他の適切な多数の構成要素は、当業者に周知であって、任意の適切なエアムーバが、本発明による電気集塵空気清浄装置の一部を形成してよい。

本発明に基づく空気清浄装置及び空気清浄機器の各々に含まれる電極装置は、２つの部分、即ち、電極と対電極を備えている。第１の態様の空気清浄装置では、粒子荷電器は、電極と対電極の両方を備えている。第２の態様の空気清浄装置では、エアムーバのケーシングの吸気／排気部に含まれる電極装置の第１の部分は、好ましくは対電極であり、一方、粒子荷電器に含まれる電極装置の第２の部分は、電極であることが好ましい。第３の態様の空気清浄装置では、ハウジングに含まれる電極装置の第１の部分は、対電極であるのが好ましく、一方、電極装置の第２の部分は、電極であるのが好ましい。

電極は、先端又は端部を有するピン又は細長いワイヤの形態であってもよく、それらの各々は、支持ロッドに支持されてよく、支持ロッドは、更に導電性であってよい。２つ以上の電極が支持ロッドに支持されてよい。全ての場合において、電極は、本明細書にて先述したように、コロナ放電をすることができる。対電極（非コロナ）は、電極装置において（コロナ）電極の電位とは異なる電位で動作するように構成されてよい。装置と機器の両方において、対電極は電極の先端/端部を取り囲むが、間隙によってそれから分離されるであろう。対電極は接地されてよい。対電極の提供は、空気イオンを発生させるのに必要なコロナ放電を生じるのに十分な強さの電位勾配を提供する。更に、発生した電場は、生成された空気イオンを加速して、洗浄すべき空気（望ましくないエアロゾル粒子を含む）が通過する粒子荷電器内の空間を横切るようにする。エアロゾル粒子が空気イオンと衝突すると、空気イオンからエアロゾル粒子に電荷が移動して、それによって、フィルタによるその後のエアロゾル粒子の収集が可能になる。

対電極は、電極の先端／端部から周囲の対電極の表面までの距離が、先端／端部の周囲でほぼ一定であるような形状にされてよい。先端／端部で発生する空気イオン流は実質的に対称且つ放射状であって、空気中の望ましくないエアロゾル粒子の非常に高い割合（９９．９９％が通常達成可能）が空気イオンと衝突し、所望の電荷移動とその後の粒子捕捉がもたらされる。

本発明の第１の態様の空気清浄装置では、対電極は、開口を有する導電性プレート（好ましくは、実質的に平らなプレートであるが、必須ではない）を備えてよい。代替的には、対電極は中空シリンダを備えてよく、当該シリンダは、導電性材料で形成されてよく、又は、導電性内面を備えてよい。プレートの開口又はシリンダの断面は、長方形、正方形、円形又は楕円形であってよく、プレートに直交する若しくはシリンダと同じ広がりを有する中央長手方向軸を有してよい。これらの実施形態の何れにおいても、電極の先端／端部は、好ましくは、開口／シリンダの軸線と実質的に同心状に位置し、好ましくは、プレートの開口内又はシリンダ内で中央に配置されて、間隙が電極の先端／端部の周囲でほぼ一定になることが確かになる。

より好ましくは、本発明の第１及び第２の態様の空気清浄装置の対電極は、概ね環状であってよい。即ち、導電性プレートの開口は円形であってよく、又は中空シリンダが円形の断面を有してもよい。最も好ましくは、本発明の第１の態様では、空気清浄装置の粒子荷電器のハウジングは、対電極を備えてよく、或いは、対電極を形成してよい。粒子荷電器のハウジングの内面、好ましくは電極に隣接する内面には、対電極として機能する導電性コーティング又は層が設けられてよい。或いは、ハウジングは、外部の構成要素から適切に絶縁された、適切な導電性材料から形成されてよい。電極の先端／端部は、対電極と実質的に同心状であってよい。本発明の第２の態様では、特に、エアムーバが、吸気口と吸気口に垂直な排気口とを有するブロアの形態をとる場合、（コロナ）放電電極はブロアの吸気口に設けられてよい。対電極（非コロナ）は、ブロアの吸気口に配置されてもよい。そのような実施形態では、吸気口は、導電性部、例えば、対電極を形成する導電性リング又は導電性内面を備えてよい。このようにして対電極を配置することによって、本発明の装置の特にコンパクトな設計が容易になる。この配置は、フィルタ構成要素がエアムーバと粒子荷電器の間に配置されておらず、実際には、大抵の場合、ブロワの外部に且つ遠くにあることから可能とされる。

空気清浄機器において、ハウジングは、対電極を備えることができるダクト又はダクトの形態であってよく、又は、対電極を形成してよい。機器のハウジングの内面、好ましくは粒子荷電器の電極に隣接する内面には、対電極として機能する導電性コーティング又は層が設けられてよい。或いは、装置のハウジングは、適切な導電性材料から形成されて、外部部品から適切に絶縁されてよい。電極の先端／端部は、機器のハウジングの長手方向軸と実質的に同心であってよく、即ち、空気流の全方向に延びるダクトの長手方向軸線と実質的に同心であってよい。

本明細書でオプションとして説明されている対電極の導電性内面は、導電性インク又は塗料で構成されてよい。導電性インク及び塗料は、さもなければ非導電性である表面に対電極を塗布する便利な方法を提供する。

本発明の第１の態様による装置は、２つ以上のエアムーバ及び／又は２つ以上の粒子荷電器を備えてよく、後者の各々は、空気流中に空気イオンを生成するための電極装置を、つまり、１つの粒子荷電器のハウジングが１つのエアムーバのケーシングに気密シールされている２つ以上の密接カップルを備えていてよい。これは、洗浄されるべき空気が通過するのに有効な断面積を効果的に倍にするように並列配置で提供されてもよい。このような構成では、２つ（又は２つを超える）の密接カップルは、共通のフィルタ又は個別のフィルタを用いて使用されてよい。

本発明の第４の形態では、
空気流からエアロゾル粒子を除去して帯電バイパスを除去する空気清浄方法であって、
ハウジング及びその中の電極装置を備える粒子荷電器を使用して空気流中に空気イオンを生成する工程と、
空気流中のエアロゾル粒子を、粒子荷電器の粒子帯電領域内の空気イオンとの衝突によって帯電させる工程と、
ケーシングを備えるエアムーバを使用して空気流をフィルタに向かって移動させて、空気流中の帯電したエアロゾル粒子をフィルタに集塵する工程と、
を含んでおり、
粒子荷電器のハウジングは、空気流の方向についてエアムーバのケーシングに気密シールされて、空気流は、粒子荷電器とエアムーバの密接カップルを通って移動し、それによって、フィルタに到達する前に、清浄にされる全ての空気が粒子荷電器及びエアムーバの両方を通過する、方法がもたらされる。

本発明の第４の態様の方法は、本発明の第１の態様による空気清浄装置を用いて達成されるのが好ましい。

本発明の第５の形態では、
空気流からエアロゾル粒子を除去し、且つ荷電バイパスを除去する方法であって、
電極装置の第１の部分を含むハウジングと、ハウジング内に配置されており、電極装置の第２の部分を備える粒子荷電器とを使用して空気流中に空気イオンを生成する工程と、
ハウジングと共に粒子荷電器によって規定された粒子帯電領域内の空気イオンとの衝突を介して、空気流中のエアロゾル粒子を帯電させる工程と、
ケーシングを含む、ハウジング内に配置されたエアムーバを使用して、ハウジング内に配置されたフィルタに向けて空気流を移動させて、空気流中の帯電したエアロゾル粒子をフィルタに集塵する工程と、
を含んでおり、
ハウジングは空気流の方向について、粒子荷電器とエアムーバの間に気密シールをもたらして、空気流が粒子荷電器とエアムーバの密接カップルを通って移動することで、フィルタに到達する前に、清浄にされる全ての空気が粒子荷電器及びエアムーバの両方を通過する、方法がもたらされる。

本発明の第５の態様の方法は、第３の態様の空気清浄装置を用いて達成されるのが好ましい。

本発明の第１及び第２の態様に関して上述した好ましい特徴はまた、本発明の第３及び第４の態様の好ましい特徴の代わりになるが、好ましい特徴のこのような組合せを防げるであろう技術的非互換性に左右される。更に、本発明の第１及び第２の態様に関して上述した利点は、本発明の第３及び第４の態様によっても提供されることは、当業者には明らかであろう。

不確かさを避けるために、上述した本発明の様々な特徴は、組み合わされて使用されてよいが、好ましい特徴のそのような組合せを防げるであろう技術的非互換性に左右されることに留意すべきである。故に、例えば、本発明の特定の実施形態では、エアムーバは、ブロアの形態であり、導電性材料で形成された円筒形吸気口を備えており、導電性材料は接地されて、粒子荷電器用の円形対電極を形成する。この実施形態では、放電電極の先端/端部は、円筒形の吸気口内で同心状に設けられてよいが、対電極から間隙を介して離間していてよい。

本発明は、添付の図面（一定の縮尺ではない）を参照して、単なる例として更に説明される。

図１は、本明細書にて先に説明した従来の電気集塵装置の概略を示す側断面図である。 図２は、本明細書にて先に説明した従来の電気集塵装置の概略を示す側断面図である。 図３は、本明細書にて先に説明した従来の電気集塵装置の概略を示す側断面図である。 図４は、本明細書にて先に説明した代替的な従来技術の電気集塵機器の概略を示す斜視図である。 図５は、図４に示す代替的な従来技術の電気集塵機器の概略を示す側断面図である。 図６は、本明細書にて先に説明した代替的な従来技術の電気集塵機器の概略を示す斜視図である。 図７は、図６に示す代替的な従来技術の電気集塵機器の概略を示す側断面図である。 図８は、本発明に基づく電気集塵空気清浄装置の一実施形態の概略を示す側断面図である。 図９は、本発明に基づく電気集塵空気清浄装置の一実施形態の概略を示す側断面図である。 図１０は、本発明に基づく電気集塵空気清浄装置の第２の実施形態の概略を示す側断面図である。 図１１は、本発明に基づく電気集塵空気清浄装置の第２の実施形態の概略を示す側断面図である。 図１２は、本発明に基づく電気集塵空気清浄装置の第２の実施形態の概略を示す側断面図である。 図１３は、本発明に基づく電気集塵空気清浄装置の第３の実施形態の概略を示す側断面図である。 図１４は、本発明に基づく電気集塵空気清浄装置の第３の実施形態の概略を示す側断面図である。 図１５は、本発明に基づく電気集塵空気清浄装置の第４の実施形態の概略を示す斜視図である。 図１６は、本発明に基づく電気集塵空気清浄装置の第４の実施形態の概略を示す斜視図である。 図１７は、本発明に基づく電気集塵機器の一実施形態の概略を示す斜視図である。 図１８は、図１７に示す電気集塵機器の一実施形態の概略を示す側断面図である。

図８及び図９を参照すると、本発明の第１の実施形態が図示されており、空気流から望ましくないエアロゾル粒子を除去するための電気集塵空気清浄装置２０が示されている。図１乃至図３に示す従来技術の装置１０と同様に、図８及び図９の空気清浄装置２０は、粒子荷電器２２と、機械式ファンの形態のエアムーバ２５と、空気流（図示せず）が装置２０を通って流れる際に、空気流から帯電したエアロゾル粒子を除去するフィルタ２６とを備えている。

粒子荷電器２２は、空気流中に空気イオンを生成するための電極装置を内部に有する円筒形のハウジング２２ａを備えている。ハウジング２２ａは、その空気流端２２ｂ及び空気流端２２ｃの各々で開放しており、空気流が通過できるようになっている。電極装置は、ハウジング２２ａに取り付けられた径方向バー２３ａの中央（縦方向）に取り付けられており、ピンの形態を有する電極２３（矢印で表されており、その頭部は、上流側を指しており、ピンの先端を示している）と、ハウジング２２ａの内面に同心状に電極２３を囲むように設けられた環状の導電性被膜からなる対電極２４とを備えている。粒子帯電領域は、電極２３と対電極２４の間の電気連通の範囲によって規定される容積であって、使用時に、その中では、空気流中のエアロゾル粒子は、空気イオンと衝突することによって帯電する。

エアムーバ２５は、円筒形のケーシング２５ａを備えており、その内部には、ファンブレード２５ｂ（２つのみが明示されている）が取り付けられている。ファン２５の円筒形ケーシング２５ａと粒子荷電器２２の円筒形ハウジング２２ａとは共に、機械加工、射出成形又は他の方法で高い寸法精度で形成できる材料で、例えば、ＰＶＣのようなプラスチック材料又はダイカスト金属で作られている。ファン２５の円筒形ケーシング２５ａは、空気流の方向について粒子荷電器２２の円筒形ハウジング２２ａに気密シールされているので、装置２０に入る空気は全て、粒子荷電器２２とエアムーバ２５の両方を通過することになって、荷電バイパスが除去される。

図１乃至図３に示す装置１０とは、図８及び図９に示す装置２０の構成要素の順序及び構成要素の相対的な空間方向は全く異なる。粒子荷電器２２とファン２５とは、密接カップル２９として互いに気密に結合されており、粒子荷電器２２はファン２５の上流側にある。空気流は、粒子荷電器２２の入口の吸気口２７を介して、矢印Ａの方向に、粒子荷電器２２とファン２５の密接カップル２９を通って、ギャップＧを介してフィルタ２６に行って、排気口２８に至る。実際には、このギャップＧは、図９に示すように、テーパー付きカウリング２１又は他の適切なダクトに収容される。

図８及び図９の装置２０において、粒子荷電器２２は、ピン型（コロナ）電極２３を備えている。ピン型電極２３は、周囲の対電極２４に対して中央に取り付けられており、ピンの先端からのコロナ放電と、空気流中のエアロゾル粒子を帯電させるための空気イオンの生成とが可能にされている。

図８及び図９に明示されているように、粒子荷電器２２及びファン２５は、気密方法（気密シールが形成される）で互いに結合されており、フィルタ２６の上流で密接カップル２９を形成する。粒子荷電器２２とファン２５の間には隙間がないが、ギャップＧは、密接カップル２９とフィルタ２６との間に存在するものとして示されており、それは周囲空気に対して正の圧力下にある。従って、（カウリング２１の不完全性の結果として）フィルタ２６への帯電していないエアロゾル粒子のギャップＧへの漏れは、完全に除去されない場合には、最小限に抑えられる。

言い換えると、図１乃至図３に示す従来技術の装置１０とは異なり、図８及び図９の装置２０内の空気流通路は、吸気口２７から排気口２８へと（空気流の方向に垂直な）断面積の単一の変化のみを被る。この通路は、装置２０の吸気口２７で比較的狭く（即ち、断面積が小さい）、そこを流れる空気中のエアロゾル粒子の実質的に全てが、空気イオンに遭遇して電荷移動することが確実にされる。粒子荷電器２２の下流にはファン２５が設けられており、通路は、粒子荷電器２２からファン２５までの断面において実質的に一定であるので、密接カップル２９の形成が助けられる。ファン２５の下流で、相対的に大きなフィルタ２６を収容するために、通路の断面積は拡大する。

空気流通路の断面積に単一の変化のみがあるので、図８及び図９の装置２０を通過する空気は、（ガス通路の断面積の２つの変化を含む）図１乃至図３の従来技術の装置１と比較して、乱気流と空気抵抗が低く、必要とされるエネルギーが少なく、生成するノイズが小さく、異なる断面に適合させるために要する比較的高価なカウリング／ダクトの必要性もない。

粒子荷電器２２とファン２５の密接カップルは、ファンのケーシング２５ａの排気口からフィルタ２６まで延びるカウリング２１を用いてフィルタ２６に結合されている。上述の機能要素にとって重要でない装置２０の更なる外部構造は、図９に示された点線によって概略的に示されている。

次に、図１０、図１１及び図１２を参照すると、空気流からエアロゾル粒子を除去する、本発明による電気集塵空気清浄装置３０の第２の実施形態が示されている。第２の実施形態の装置３０は、図８及び図９に示された第１の実施形態と似ていることから、装置２０と装置３０の相違点のみを以下に詳細に説明する。図１０、図１１、及び図１２において、図８及び図９に関して上述した構成要素に対応する構成要素は、図８及び図９で使用されている符号を１０だけ上げた符号を有する。

図８及び図９の装置２０とは異なり、フィルタ３６のサイズは、その断面が、（粒子荷電器３２とファン３５の形態のエアムーバと気密に結合して、前者のハウジングが後者のケーシングに気密シールされることで形成された）密接カップル３９の断面積と同一であるようにされているので、図１０、図１１及び図１２の装置３０内の空気流通路には、吸気口３７から排気口３８への断面積の変化がない。断面積に変化がないので、図１０、図１１及び図１２の装置を通って流れる空気は、乱気流、空気抵抗が少なく、より少ないエネルギーしか必要とせず、ノイズも少ない。図１乃至図３に示す従来技術の装置１０及び図８及び図９に示す本発明による装置２０と比較して、異なる断面積に合致させる比較的高価なカウリング／ダクトの必要もない。荷電バイパスが排除され、ろ過バイパス及び／又は漏れも低減され、粒子の帯電効率、故に捕捉は、図８及び図９に示される本発明の実施形態で既に達成された以上に増加する。

図１２は、（空気フィルタは、交換又は清掃のためにエアークリーナから取り外されるように設計されなければならず、故に、フィルタフレームと周囲のハウジング又はダクトの間における嵌合は、バイパスが不可避となる滑り嵌めであることから）ある量のろ過バイパスが依然として存在していても、荷電バイパスが除去される場合にて本発明で達成可能な特有の効果を示している。空気は粒子帯電領域を通って引き込まれ、その中で、エアロゾル粒子の帯電が起こる。ファン３５を通過した後、空気は正の圧力領域にあり、フィルタ３６（及び図示していない排気口グリル）を通って吹き出されて、矢印Ｌで示す滑らかな層流の空気を生成する。これは、ユーザの顔に向けられる場合に有用である。その効果は、フィルタ３６が国際特許公報ＷＯ００／６１２９３に記載されているような静電フィルタである場合には、特に顕著である。フィルタを通過する全ての荷電粒子は取り除かれて、フィルタ３６の側部の周りにバイパス空気（矢印Ｂで示す）が少し漏れる場合には、これは混合されず、フィルタ３６を出る空気の層流に影響を与えない。ユーザは、フィルタ３６から放出される無粒子空気の完全な利益を受ける。このような効果は、図１乃至図３に例示されているような、ファンが（イオン荷電器とフィルタの組合せであるか、フィルタ単独であるかに拘わらず）ろ過手段の下流にある、従来技術の携帯型空気清浄機の大半とは正反対のものである。この結果、ろ過手段が周囲空気に対して負圧になり、これは、非荷電のろ過されていない空気（バイパス空気）が、カップリング点の何れか又は全てにおいて、ギャップ又はジョイントを介して空気清浄機に引き込まれることを意味する。バイパス空気（例えば、取外し可能なフィルタの周囲から生じる）は、ファンの下流の乱流（負圧）領域に引き込まれ、そこで、フィルタを通って引き込まれた清浄な空気と混合される。ファンによって吹き出された空気は、先行技術の空気清浄機のこのありふれた設計では、大抵の場合、高速であり、非層状であり、個人ユーザに吹き付けられると不快であって、この濾過されていない空気によって汚染されている。空気清浄機への空気とファンからの空気との間で測定される全体的な粒子除去効率は、大抵の場合、著しく低減される。図１０、図１１及び図１２に示される本発明の実施形態は、従来技術のこれらの欠点を克服する。

次に図１３及び図１４を参照すると、空気流からエアロゾル粒子を除去するための本発明による別の電気集塵空気清浄装置４０が示されている。第３の実施形態の装置４０は、実際には、図１０、図１１及び図１２に示した装置３０を３つ重ねており、図１０、図１１及び図１２を説明するために使用されたものと同じ参照番号が図１３及び図１４で使用される。

各々がピン型電極３３を有する３つの粒子荷電器３２と、機械的ファン３５の形態である３つのエアムーバとが、図１３及び図１４の装置では、単一のフィルタ３６の上流側に設けられている（図８及び図９、図１０、図１１及び図１２の装置２０及び装置３０の各構成要素の１つを参照のこと）、即ち、３つの密接カップル３９が、単一のフィルタ３６の上流に設けられている。３つの個々のフィルタ（１つのカップルに１つ）ではなく、３つの密接カップル３９に延びている単一のフィルタの存在が、図１０、図１１及び図１２に示された３つの装置３０の厳密な積み重ねと比較して行われた唯一の変更である。当然のことながら、図１３及び図１４に示す実施形態は、フィルタ３６が２つの密接カップル３９にまたがるように（第３の密接カップルにはそれ自身のフィルタが設けられている）、又は、各密接カップルに、それ自身のフィルタが設けられるように変更されてよい。これらの組合せの全ては、本発明の範囲内にある。

３つの粒子荷電器３２は、並列配列で（この場合、積み重ねられて）空気通路に設けられており、装置を通って流れる空気は、１つ又は他の２つの粒子荷電器３２に遭遇する。同様に、３つのファン３５も、並列配列で（一方が他方の上に積み重ねられ、各々は個々の粒子荷電器３２と実質的に同じ軸を有している）空気通路に設けられており、装置４０を通って流れる空気は、重ね合わせて配置されている一方又は他の２つのファン３５を通って引き込まれる。

使用時には、空気流通路を流れる空気の一部は、最上にある粒子荷電器３２及び最上にあるファン３５を通って共通フィルタ３６に流れ、一部は、中央にある粒子荷電器３２及び中央にあるファンを通って共通フィルタ３６に流れ、一部は、最下にある粒子荷電器３２及び最下にあるファン３５を通って共通フィルタ３６に流れる。

３つの粒子荷電器３２の各々は、３つのファン３５の各々と同じ断面積を有しており、それらの間の全空気流通路は、断面積に関して実質的に一定のままである。３つの粒子荷電器３２及び３つのファン３５の集合的な断面積は、単一のフィルタ３６の断面積とほぼ同じである（即ち、フィルタ３６の断面積は、各密接カップル３９の断面積の約３倍の断面積である）。断面積の同一性のために、ファン３５とフィルタ３６の間の空気流通路の断面は、実質的に一定のままである。

上記を踏まえると、図１０、図１１及び図１２の装置の場合と同じく、図１３及び図１４の装置内の空気流通路の断面積は、吸気口３７から排気口３８にて実質的に変化しない。断面積が実質的に変化しないので、図１３及び図１４の装置４０を通過する空気は、乱気流、空気抵抗に遭遇せず、より少ないエネルギーしか必要とせず、ノイズも少なくなり、図８及び図９の装置２０と、図１０、図１１、及び図１２の装置３０と比べると、異なる断面積に合致するのに要する比較的高価な接続管は必要とされない。図示されているように、共通フィルタ３６は、簡単なハウジング（図示せず）を用いて３つの密接カップル３９の下流側端部に取り付けられている。このようにして、荷電バイパスは排除されて、ろ過バイパス及び/又は漏れも低減されて、粒子の荷電効率、故に捕捉が、図８及び図９に示された本発明の実施形態で既に達成された以上に増加する。

次に図１５及び１６を参照すると、空気流からエアロゾル粒子を除去するための本発明に基づく別の電気集塵空気清浄装置５０が示されている。装置５０は、粒子荷電器５２と、ブロワの形態であるエアムーバ５５と、明示されていないが、ブロア５５を出る空気流の下流に配置されるフィルタとを備えている。この空気流は、矢印Ｆで示されている。

粒子荷電器５２とブロワ５５は、密接カップル５９として気密に連結されており（共イ気密シールされており）、粒子荷電器５２はブロワ５５の上流にある。空気流は、粒子荷電器５２への入口の吸気口５７から、粒子荷電器５２とブロワ５５の密接カップル５９を通ってフィルタ（矢印Ｆで示す空気流の下流にある）、更には排気口（図示せず）に至る。実際には、フィルタをブロワ５５の外部に配置するために、カウリング又は他の適切なダクトが設けられるであろう。

より具体的には、図１５及び図１６において、粒子荷電器５２は、ブロア５５の吸気口（空気吸込部）５１に取り付けられた径方向ロッド５３ａの中央に取り付けられたピン型（コロナ）電極５３を備える。吸気口５１は導電性で接地されているので、吸気口５１は、ピン型電極５３の対電極（以下、符号５４を附す）として機能して、粒子の帯電効果を向上させる。吸気口５１は、図５では突出部材として示されているが、ブロア５５の側部にある他の平坦な外面における開口の形態とするのは容易であろう。吸気口５１は、（図示のように）突出部又は（代替的に）同一面の開口の形態であってよく、（上述のように）それ自体が導電性であってよく、例えば、プラスチック材料のような非導電性材料で形成されてよく、導電性の内面、導電性インク又は塗料の好ましくはリングの領域が設けられて、対電極が形成されてよい。ブロア５５の吸気口５１は、略円筒形であり、対電極５４も同様に円筒形であるのに対し、ピン型電極５３の先端は、ほぼ点である。円筒形の対電極５４とピン電極５３の先端とは従って、対称に配置され、ピン電極５３と対電極５４とが同心状であることと相俟って、ピン先端から周囲の電極の内面までの距離はほぼ一定となる。これによって、ピン型電極５３と周囲の対電極５４との間の空気イオン流が放射状となって、空気イオン−エアロゾル粒子の衝突の可能性を高めて、コロナ電極５３による粒子の帯電効果を更に改善し、荷電バイパスを排除する。

［試験データ］
添付した図面の図１０、図１１及び図１２に概略的に示されているタイプの電気空気集塵装置を、捕捉された粒子サイズの関数として、粒子荷電器のピン型放電電極に供給される電流を変化させることによってそのエアロゾル粒子捕捉効率について試験した。全ての試験において、装置への空気の流れは、１．２メートル／秒の面速度に調整された。使用されたフィルタは、深さが３インチ（７６．２ｍｍ）である静電溝付き「ｉｆＤフィルタ」であった、このフィルタは、Ｄａｒｗｉｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｌｉｍｉｔｅｄ（ｗｗｗ．ｉｆｄａｉｒ．ｃｏｍ）によって販売されている。ｉｆＤフィルタは、隣接する電極間で１０ｋＶ駆動された。粒子数は、レーザ粒子計数器（Ｌｉｇｈｔｈｏｕｓｅ Ｈａｎｄｈｅｌｄ Ｍｏｄｅｌ Ｎｏ．３０１６）を用いて測定され、それは、％粒子捕集効率を計算することができるように連続的に動作された。結果を以下の表２に示す。

上記の表２に示された粒子捕捉効率の割合は、捕獲された粒子のサイズの各々について、供給電流の増加に伴って効率が増加し、与えられた電流に対して、より大きな粒子が捕捉される効率が高くなる一般的な傾向を（実験誤差の影響下で）明確に示している。

より大きいエアロゾル粒子は、一般に、より小さい粒子よりも捕捉するのが簡単である（大きい粒子と空気イオンの衝突の可能性はより高く、従ってより多くの荷電粒子が捕捉されるからである）。しかしながら、エアロゾル粒径が０．３μｍであって、ピン型電極に１．０μＡの電流だけしか供給されない場合でも、９９％（９９．３５％）以上の効率が達成されており、これは、４．０μＡの電流が供給されると９９．９９％に上昇する。

当然のことながら、示されている全ての効率は、粒子計数器の動作の測定限界に左右される。

次に図１７及び図１８を参照すると、ＨＶＡＣシステムの一部を形成し得る、本発明に基づく空気清浄機器の実施形態が示されている。

電気集塵機器６０は、空気流から望ましくないエアロゾル粒子を高効率（典型的には９９．９９％）で除去するように設計されており、機械式ファンの形態のエアムーバ６５と、粒子荷電器６２と、フィルタ６６とを含んでいる。フィルタ６６は、空気流（「汚れた空気」）（図示せず）が、ダクト６９で規定された容積内で、機器６０を通って矢印Ａの方向に、フィルタ６６を通ってフィルタ６６の下流の排気口（図示せず）に流れる際に、空気流から帯電したエアロゾル粒子を除去する。粒子荷電器６２、ファン６５及びフィルタ６６の各々は、ダクト６９内、つまり、前記の構成要素を収容するためのハウジング内に設けられている。

粒子荷電器６２は、ロッド６３ａの長さに沿って中央に取り付けられた単一のピン６３の形態の電極を備えている。ロッド６３ａは、ピン６３の領域にてダクト６９の一部の内面に形成された、周囲にある対電極６３ｂに電気的に結合されており、本明細書で先に述べたように、ピン６３の先端からのコロナ放電と、空気流中のエアロゾル粒子を帯電させる空気イオンの生成とが可能にされている。ピン６３は、矢印で示されており、その頭は、ピンの先端を示している。対電極６３ｂは破線の略図で示されており、ダクト６９の内面に直接塗布された導電性インク又は塗料から形成されている。或いは、ダクト６９自体が、適切な導電性材料で作られてよい。ピン６３が装着されたロッド６３ａは、例えば、接着、はんだ付け、溶接などの一般的な固定手段によってダクト６９内に固定される。

図１７及び図１８に明確に示されているように、粒子荷電器６２及びファン６５は、フィルタ６６の上流に設けられている。粒子荷電器６２及びダクト６９は、エアロゾル粒子が帯電する粒子帯電領域（図１８にて破線矢印で示す空気イオン流線を有する）を一緒に形成するので、そして、ダクト６９は、空気流の方向について、粒子荷電器６２とファン６５の間に気密シールを提供するので、ダクト６９を介して機器６０に入る全ての空気は、粒子荷電器６２とファン６５の両方を通過しなければならず、荷電バイパスが排除される。

当然のことながら、図示された構成要素の順序が変更されて、ファン６５が粒子荷電器６２の下流にある（しかしながら、フィルタ６６の上流にある）ように、粒子荷電器６２とファン６５との相対位置が交換されてよい。ダクト６９の内面のより大部分が導電性にされるか、又はダクト６９自体が導電性である場合を除いて、対電極６３ｂの位置を、粒子荷電器６２の位置と一致するように移動させる必要もあろう。それにも拘わらず、荷電バイパスの除去の効果は同じであろう。

本発明の特定の特徴は、明確化のために個別に説明されており、特に代替的な実施形態に関する特徴は、単一の実施形態において組み合わせてもたらされてよいことは理解されるであろう。逆に、単一の実施形態に関連して、組み合わせて記載された本発明の様々な特徴は、別々に、又は任意の適切な組み合わせでもたらされてよい。

特許請求の範囲で規定される本発明の範囲から逸脱することなく、記載された実施形態に対する様々な変更、代替、及び／又は追加が導入され得ることも理解されるであろう。当業者であれば、本明細書の教示に従って、他の可能な多くの変更が理解できるであろう。

Claims (21)

1. 空気流からエアロゾル粒子を除去するための空気清浄装置において、
   （ａ）ハウジングとその中にある電極装置とを備えており、空気流中に空気イオンを発生させるための粒子荷電器であって、使用中に空気流中のエアロゾル粒子が空気イオンとの衝突を介して帯電する粒子帯電領域を有する粒子荷電器と、
   （ｂ）空気清浄装置を通って移動する空気流から帯電したエアロゾル粒子を集塵するためのフィルタと、
   （ｃ）ケーシングを備えており、空気清浄装置を通って空気流を移動させるためのエアムーバと、
   を備えており、
   粒子荷電器及びエアムーバは、フィルタの上流に設けられており、
   粒子荷電器のハウジングは、空気清浄装置を通る空気流の方向でエアムーバのケーシングに気密シールされて、粒子荷電器とエアムーバとが互いに密接に結合されており、それによって、空気清浄装置に入る全ての空気が粒子荷電器とエアムーバの両方を通過する、空気清浄装置。
2. 空気流からエアロゾル粒子を除去するための空気清浄装置において、
   （ａ）吸気部と排気部を有するケーシングを備えており、空気清浄装置を通って空気流を移動させるためのエアムーバであって、吸気口と排気口の何れか一方が、空気流中に空気イオンを発生させるための電極装置の第１の部分を備えている、エアムーバと、
   （ｂ）空気流中に空気イオンを生成するための電極装置の第２の部分を含む粒子荷電器であって、粒子荷電器と、電極装置の第１の部分を備えているエアムーバのケーシングの吸気部と排気部の何れか一方とが共に、使用中に空気流中のエアロゾル粒子が空気イオンとの衝突を介して帯電する粒子帯電領域を規定する、粒子荷電器と、
   （ｃ）空気清浄装置を通って移動する空気流から帯電したエアロゾル粒子を集塵するためのフィルタと、
   を備えており、
   粒子荷電器及びエアムーバは、フィルタの上流に設けられており、
   エアムーバは、空気清浄装置を通る空気流の方向について、エアムーバのケーシングの吸気／排気部に収容及び気密シールされており、粒子荷電器とエアムーバは互いに密接に結合されており、それによって、空気清浄装置に入る全ての空気が粒子荷電器とエアムーバの両方を通過する、空気清浄装置。
3. 空気流からエアロゾル粒子を除去するための空気清浄機器において、
   （ａ）空気流中に空気イオンを発生させるための電極装置の第１の部分を含むハウジングと、
   （ｂ）ハウジング内に配置されており、空気流中に空気イオンを生成するための電極装置の第２の部分を備える粒子荷電器であって、粒子荷電器及びハウジングは、使用中、空気流中のエアロゾル粒子が空気イオンと衝突することによって帯電する粒子帯電領域を規定する、粒子荷電器と、
   （ｃ）ハウジング内に配置されており、空気清浄装置を通って移動する空気流から帯電したエアロゾル粒子を集塵するためのフィルタと、
   （ｄ）空気清浄機器を通って空気流を移動させるためのハウジング内に配置されたエアムーバと、
   を備えており、
   粒子荷電器及びエアムーバは、フィルタの上流に設けられており、
   ハウジングは、空気清浄機器を通る空気流の方向について、粒子荷電器とエアムーバとの間に気密シールをもたらして 粒子荷電器とエアムーバが互いに密接に結合され、それによって、空気清浄機器に入る全ての空気が粒子荷電器とエアムーバの両方を通過する、空気清浄機器。
4. 粒子荷電器とエアムーバは、粒子荷電器／エアムーバとして空気流方向について密接に結合している、請求項１及び／又は請求項２に記載の空気清浄装置及び／又は請求項３に記載の空気清浄機器。
5. 粒子荷電器とエアムーバは、エアムーバ／粒子荷電器として空気流方向について密接に結合している、請求項１及び／又は請求項２に記載の空気清浄装置及び／又は請求項３に記載の空気清浄機器。
6. フィルタは、静電フィルタ、電気集塵器、繊維媒体フィルタ、又はエレクトレットフィルタである、請求項１乃至５の何れかに記載の空気清浄装置及び／又は空気清浄機器。
7. エアムーバは、機械式ファン、ベローズ、対流式空気粒装置又は遠心ファン（ブロア）である、請求項１乃至６の何れかに記載の空気清浄装置及び／又は空気清浄機器。
8. 電極装置は、電極と対電極からなる２つの部分を備える、請求項１乃至７の何れかに記載の空気清浄装置及び／又は空気清浄機器。
9. 粒子荷電器は、電極と対電極の両方を備えている、請求項１乃至８の何れかに記載の空気清浄装置及び／又は空気清浄機器。
10. エアムーバのケーシングの吸気／排気部に含まれる電極装置の第１の部分は、対電極であり、粒子荷電器に含まれる電極装置の第２の部分は電極である、請求項２に従属する場合における請求項８に記載の空気清浄装置。
11. ハウジングが備える電極装置の第１の部分は対電極であり、電極装置の第２の部分は電極である、請求項３に従属する場合における請求項８に記載の空気清浄装置。
12. 電極は、先端又は端部を有するピン又は細長いワイヤの形態である、請求項８乃至１１の何れかに記載の空気清浄装置及び/又は空気清浄機器。
13. 粒子荷電器の電極は支持棒に支持される、請求項１２に記載の空気清浄装置及び／又は空気清浄機器。
14. ２つ以上のピン型電極が共通の導体棒に支持される、請求項１３に記載の空気清浄装置及び／又は空気清浄機器。
15. 対電極は、電極を取り囲んでいるが、電極から間隔を空けて離れている、請求項８乃至１４の何れかに記載の空気清浄装置及び/又は空気清浄機器。
16. 電極は、対電極と実質的に同心である、請求項１５に記載の空気清浄装置及び/又は空気清浄機器。
17. 対電極は、その中に開口を有するプレートからなる、請求項８乃至１６の何れかに記載の空気清浄装置及び／又は空気清浄機器。
18. 対電極は、導電性材料で形成された、又は導電性内面を有する中空シリンダを含む、請求項８乃至１６の何れかに記載の空気清浄装置及び/又は空気清浄機器。
19. 導電性内面は、導電性インク又は塗料からなる、請求項１８に記載の空気清浄装置及び/又は空気清浄機器。
20. 空気流からエアロゾル粒子を除去して帯電バイパスを除去する空気清浄方法であって、
    ハウジング及びその中の電極装置を備える粒子荷電器を使用して空気流中に空気イオンを生成する工程と、
    空気流中のエアロゾル粒子を、粒子荷電器の粒子帯電領域内の空気イオンとの衝突によって帯電させる工程と、
    ケーシングを備えるエアムーバを使用して空気流をフィルタに向かって移動させて、空気流中の帯電したエアロゾル粒子をフィルタに集塵する工程と、
    を含んでおり、
    粒子荷電器のハウジングは、空気流の方向についてエアムーバのケーシングに気密シールされて、空気流は、粒子荷電器とエアムーバの密接カップルを通って移動し、それによって、フィルタに到達する前に、清浄にされる全ての空気が粒子荷電器及びエアムーバの両方を通過する、方法。
21. 空気流からエアロゾル粒子を除去し、且つ荷電バイパスを除去する方法であって、
    電極装置の第１の部分を含むハウジングと、ハウジング内に配置されており、電極装置の第２の部分を備える粒子荷電器とを使用して空気流中に空気イオンを生成する工程と、
    ハウジングと共に粒子荷電器によって規定された粒子帯電領域内の空気イオンとの衝突を介して、空気流中のエアロゾル粒子を帯電させる工程と、
    ケーシングを含む、ハウジング内に配置されたエアムーバを使用して、ハウジング内に配置されたフィルタに向けて空気流を移動させて、空気流中の帯電したエアロゾル粒子をフィルタに集塵する工程と、
    を含んでおり、
    ハウジングは空気流の方向について、粒子荷電器とエアムーバの間に気密シールをもたらして、空気流が粒子荷電器とエアムーバの密接カップルを通って移動することで、フィルタに到達する前に、清浄にされる全ての空気が粒子荷電器及びエアムーバの両方を通過する、方法。

Images