JP2023545024A - 空気浄化システム - Google Patents

Abstract

粒子物質、悪臭、ウイルス、細菌、真菌、及び毒素などの望ましくない物質を閉鎖環境内に存在する空気から除去する空気浄化用装置が提供される。装置は、装置ハウジングのすぐ近隣の空気が引き込まれて浄化されるモードと、装置ハウジングから離れた空気が細長いダクトの使用によって閉鎖環境内の特定のポイントから引き込まれるモードとの間で切り替え可能である。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年１０月１日に出願された米国仮特許出願第６３／０８６，４３７号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、概して、粒子物質、悪臭、ウイルス、細菌、真菌、及び毒素などの望ましくない物質を閉鎖環境内に存在する空気から除去する空気浄化用装置に関する。装置は、概して閉鎖環境から空気を吸い込んで処理する能力、及び閉鎖環境内の特定の局所的な空間から空気を吸い込む能力を有する。

病原性及び／又は毒性物質を含むエアロゾルは、多くの種類のプロセスによって生成され得る。有害な病原体を包含し得るエアロゾルを生成するものとして、特定の医療及び歯科処置が周知である。歯科処置の特定の状況において、圧縮空気と水との組合せにより、細菌及びウイルスを包含する患者の口腔からのエアロゾルの生成がもたらされ得る。これらの細菌及びウイルスは、患者の身体から放出されると、数時間又は数日間処置室に滞留し、オフィススタッフ及び他の患者に危険をもたらす可能性がある。

これらのエアロゾルを捕捉し、危険な汚染物質を除去するための口腔外歯科用吸引システムが提案されている。特に、これらのデバイスはかさばり、既に機器で一杯の治療室内のかなりの空間を占める。これらのシステムの多くは、「部屋全体」の空気浄化システムである機能性も有していない。したがって、処置中に使用されていないときは、これらのシステムはスイッチが切られ、治療室内に継続的な空気浄化を提供しない。これに対処するために、口腔外吸引システムに加えて第２の部屋全体空気浄化機が必要である。この解決策は、標準的な歯科治療室内の限られた空間の問題を悪化させるだけである。

手術室、獣医科診療所、及び他のポイント・オブ・ケア施設などの他の医療環境にも同様の問題が存在する。医療分野以外において、他の産業もまた、毒性物質が取り扱われている実験室及び製造環境を含む点源及び部屋全体の空気浄化システムから恩恵を受け得る。

したがって、両方の要求が単一のデバイスによって対処される、部屋全体及びポイント・オブ・プロシージャ（ｐｏｉｎｔ－ｏｆ－ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）の空気浄化のための統合された解決策に対する必要性が当技術分野に存在する。

本発明の一実施形態によれば、ハウジングと、送風機と、ハウジング内に包含されたフィルタ媒体と、を備える空気浄化装置が提供される。ハウジングは、少なくとも第１の空気入口及び第２の空気入口と、少なくとも１つの空気出口と、を備える。送風機は、ハウジング内に空気の流れを誘導するように動作可能である。空気の流れは、第１の空気入口と少なくとも１つの空気出口との間に位置付けされた第１の流路、又は第２の空気入口と少なくとも１つの空気出口との間に位置付けされた第２の流路のいずれかに沿って選択的に導かれる。フィルタ媒体は、ハウジング内に包含されており、ハウジング内の空気の流れがフィルタ媒体を通過するように、流路を横切るように位置決めされている。フィルタ媒体は、空気の流れから１つ以上の望ましくない物質を除去することができる吸着材、吸収材、及び／又は中和材を含む。

本発明の別の実施形態によれば、第１の空気入口及び第２の空気入口並びに少なくとも１つの空気出口を有するハウジングと、空気の流れをハウジング内に誘導するように動作可能な送風機と、空気分流器アセンブリと、フィルタ媒体と、を備える空気浄化装置が提供される。第１の空気入口は、一般に、装置が中に位置付けされた閉鎖空間からハウジング内に空気を引き込むように構成されている。第２の空気入口は、ダクト入口及びダクト出口を有する細長いダクトと結合されている。ダクト入口は、閉鎖空間内の局所領域に隣接するように選択的に位置決めされ、かつ局所領域からダクト内に空気を引き込むように構成されている。ダクト出口は、第２の空気入口に連結されている。送風機は、第１の空気入口と少なくとも１つの空気出口との間に位置付けされた第１の流路、又は第２の空気入口と少なくとも１つの空気出口との間に位置付けされた第２の流路のいずれかの間で、ハウジング内に空気の流れを誘導するように動作可能である。空気分流器アセンブリは、第１の流路が遮断され第２の流路が開放された第１の構成と、第２の流路が遮断され第１の流路が開放された第２の構成との間で切り替え可能に構成されている。フィルタ媒体は、ハウジング内に包含されており、第１の流路又は第２の流路のいずれかを通って流れる空気がフィルタ媒体を通過するように、第１の空気入口及び第２の空気入口と少なくとも１つの空気出口との間に位置決めされている。フィルタ媒体は、空気の流れから１つ以上の望ましくない物質を除去することができる金属酸化物又は金属水酸化物ナノ結晶粒子を含む第１のフィルタセクション、及び高性能微粒子空気（ＨＥＰＡ）フィルタを含む第２のフィルタセクションを備える。

本発明のさらに別の実施形態によれば、空気から汚染物質を除去する方法が提供される。方法は、ハウジング内に設置された送風機を使用して、空気浄化用装置のハウジング内に空気の流れを誘導することを含む。空気の流れは、選択的に、第１の空気入口又は第２の空気入口のいずれかを通してハウジングに流入させられ、少なくとも１つの空気出口を通してハウジングから流出させられる。空気の流れは、ハウジングを通って流れるときに、第１の空気入口と少なくとも１つの空気出口との間に位置付けされた第１の流路、又は第２の空気入口と少なくとも１つの空気出口との間に位置付けされた第２の流路のいずれかに沿って導かれる。空気の流れは、ハウジング内に包含されており、かつ第１の流路及び第２の流路を横切るように位置決めされた、フィルタ媒体を通過させられる。フィルタ媒体は、空気の流れから１つ以上の望ましくない物質を除去することができる吸着材、吸収材、及び／又は中和材を含む。

本発明の一実施形態による空気浄化装置の正面斜視図である。 図１の装置の背面斜視図である。 代替的な細長いダクト構造を有する空気浄化装置の正面斜視図である。 装置ハウジングの内部を露出させるために後部パネルが除去された、図３の装置の底面背面斜視図である。 空気分流器アセンブリを示す図３の装置の上面背面斜視図である。 空気浄化装置とともに使用するように構成されたナノ結晶金属酸化物又は水酸化物粒子を包含するプリーツ付き空気フィルタカートリッジの部分切欠図である。 空気浄化装置とともに使用するように構成された粒状のナノ結晶金属酸化物又は水酸化物粒子を包含する複数のセルを有するハニカム型フィルタカートリッジの部分切欠図である。 送風機及び空気分流器アセンブリを明らかにするためにハウジングパネルが部分的に切り取られた空気浄化装置の底面背面斜視図である。 空気分流器アセンブリが代替的な構成に転換されて示されている空気浄化装置の上部の区分された図である。 空気浄化装置の上部を底部の視点から見た区分された図である。 ナノ結晶粒子とＨＥＰＡフィルタ媒体とを含む代替的な空気フィルタカートリッジの拡大図である。

図面は、図示された構成要素又は構造の正確な寸法又は公差を必ずしも提供しないが、図面は、図面に示された構造の構成要素間の関係に関しては縮尺通りである。

図１を参照すると、本発明の一実施形態による空気浄化用装置１０が示されている。装置１０は、一般に、内部にフィルタ媒体１４、１６が包含されたハウジング１２と、ハウジング内に空気の流れを誘導するように動作可能な送風機１８（図７を参照）と、を備える。

１つ以上の実施形態では、ハウジング１０は、上壁２０、底壁２２、及び側壁構造２４を備える。側壁構造２４は、複数の個々のパネルから構成され得、そのうちのいくつか（例えば、パネル２６）は、フィルタ媒体１４、１６が中に位置付けされたハウジング１２内の内部空間２８を露出させるために取り外し可能であり得ることに留意されたい。ハウジング１２は、上壁２０内に形成され得る少なくとも第１及び第２の空気入口３０、３２を備えるが、これは必ずしもそうである必要はない。ハウジング１２は、装置１０の用途に応じて、複数の空気入口（例えば、３つ、４つ、５つ、又はそれ以上）で構成され得ることに留意されたい。ハウジング１２は、少なくとも１つの空気出口３４をさらに備える。特定の実施形態では、ハウジングは、側壁構造２４を構成する２つ、３つ、又はそれ以上のパネルの各々内に形成された少なくとも１つの空気出口３４を備える。１つ以上の実施形態では、少なくとも１つの空気出口３４は、側壁構造２４内に複数のルーバ付き開口部３６を備え得るが、これは必ずしもそうである必要はない。

第１の空気入口３０及び少なくとも１つの空気出口３４は、空気がハウジングを通って流れ得る第１の流路を画定する。第２の空気入口３２及び少なくとも１つの空気出口３４は、空気がハウジング１２を通って流れ得る第２の流路を画定する。フィルタ媒体１４、１６は、流路と交差し、かつハウジング１２内の空気の流れがフィルタ媒体１４、１６を通過するようにハウジング１２内に位置決めされている。

図１及び図２に示すように、第２の空気入口３２は、ダクト出口４０（図７を参照）及びダクト入口４２を有する細長いダクト３８と結合されている。この実施形態では、ダクト３８は、ダクト入口４２が、装置１０が位置付けされた閉鎖空間内のハウジング１２から離れた局所領域（例えば、特定のポイント）に隣接して位置決めされることを可能にする複数の関節セグメントを含む。例えば、閉鎖空間は、歯科処置が患者に対して行われている歯科治療室であり得る。そのような処置の間、エアロゾルが生成されることが多く、エアロゾルは、患者に対して作業している歯科医、衛生士、及び／又は任意の支援要員のオペレータ全体に広がる可能性がある。ダクト３８の関節構造は、ダクト入口４２を患者の口に近接して配置することを可能にし、それにより、生成されたエアロゾルをダクト３８内に、最終的には生成されたエアロゾルがフィルタ媒体１４、１６を通過することとなるハウジング１２の内部空間２８内に引き込むことができる。図示されていないが、細長いダクト３８は、収集ポイントでのユーザ制御を強化するために、ダクト入口４２に又はその近くに別個のダンパ又は空気流制御構造を備え得る。

対照的に、第１の空気入口３０は、はるかに全般に及ぶ閉鎖空間からハウジング１２内に空気を引き込んで、部屋全体又は閉鎖空間全体の空気浄化をもたらすように構成されている。ハウジング１２に対する第１の空気入口３０の位置は、通常、固定されており、ダクト入口４２のように調整可能ではない。装置１０の動作及び各入口の機能は、以下でさらに詳細に説明される。

図３及び図４は、細長いダクト３８ａの別の実施形態を示している。ダクト３８ａは、ダクトをその長さの大部分に沿って可撓性にする複数の波形セグメント４４を備える。波形セグメント４４は、ダクト３８ａがほぼ任意の構成をとることを可能にし、それにより、ダクト入口４２は閉鎖空間内の所望の場所に配置され維持され得る。ダクトの構成にかかわらず、細長いダクト３８は、上壁２０に取り付けられたフランジ４６によって第２の空気入口３２に固設されてもよく、また、内部空間２８内に延在する出口セクション４８を備えてもよい。

図５及び図７～図９に示すように、装置１０は、第１の流路が遮断され第２の流路が開放された第１の構成と、第２の流路が遮断され第１の流路が開放された第２の構成との間で切り替え可能に構成された空気分流器アセンブリ５０を備え得る。図示のように、空気分流器アセンブリ５０は、制御レバー５４に取り付けられた転換可能なゲート部材５２を備える。しかしながら、他の構成及び構造は、電子的又は機械的に制御されるスライディングルーバ若しくはプレート、交換可能なハウジング上壁、入口３０、３２用のキャップ、又は第１の空気入口及び第２の空気入口３０、３２を選択的に遮断及び遮断解除し、それによって空気がそこを通って引き込まれるのを防止若しくは許容するための任意の他の適切な手段を含む、アセンブリ５０を備え得る。１つの例示的な実施形態では、アセンブリ５０は、空気入口３０、３２のうちの少なくとも一方に差し込まれて覆う上部を備え得る。そのためには、細長いダクト３８を最初に上壁２０から取り外す必要があり得ることに留意されたい。特定の実施形態では、空気が一度にただ１つの空気入口を通ってハウジング１２内に引き込まれることが好ましい場合があるが、空気が第１及び第２の空気入口３０、３２の両方を通って同時にハウジング１２内に引き込まれることは本発明の範囲内である。したがって、空気分流器アセンブリ５０はまた、第１の流路及び第２の流路の両方が同時に開放されている第３の構成に切り替え可能に構成され得る。

本発明の一実施形態では、図４及び図５に描写されているように、例えば、フィルタ媒体は、吸着材、吸収材、及び／又は他の中和材を含む、第１のフィルタセクション又はカートリッジ１４を備える。好ましい実施形態では、吸着材又は吸収材は、空気の流れから１つ以上の望ましくない物質を除去することができる金属酸化物又は金属水酸化物ナノ結晶粒子を含む。ナノ結晶材料は、ナノ結晶金属酸化物及び水酸化物、被覆金属酸化物／水酸化物（すなわち、ハロゲン被覆）、ドープ金属酸化物／水酸化物、界面活性剤被覆ナノ結晶金属酸化物、及びそれらの組合せを含み得るか、それらからなり得るか、又はそれらから本質的になり得る。本明細書で使用される「金属酸化物」及び「金属水酸化物」という用語は、好ましくは主成分として金属酸化物又は金属水酸化物材料を含む、全てのそのような材料を集合的に指す。本発明に関連して使用するための好ましいナノ結晶材料としては、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｓｂ、Ｃｒ、Ｃｏ、及びそれらの混合物の金属酸化物及び金属水酸化物が含まれる。さらなる好ましいナノ結晶材料には、米国特許第６，０９３，２３６号明細書及び第５，７５９，９３９号明細書に開示されているものなどの被覆ナノ結晶材料（別の金属酸化物で被覆された金属酸化物）、米国特許第６，６５３，５１９号明細書、第６，０８７，２９４号明細書、及び第６，０５７，４８８号明細書に開示されているものなどのハロゲン化粒子（反応性原子をその表面に安定化させたナノ結晶材料であり、反応性原子には、酸素イオン部分、オゾン、ハロゲン、及びＩ族金属が含まれる）、銀ドープアルミナなどのドープ金属酸化物及び水酸化物、Ｍｇ、Ａｌ、及びＴｉの組合せなどの密接に混合された金属酸化物、炭素被覆金属酸化物、並びに米国特許第６，８８７，３０２号明細書及び第６，８６０，９２４号明細書に開示されているものなどの空気安定性ナノ結晶材料（界面活性剤、ワックス、油、シリル、合成若しくは天然ポリマー、又は樹脂で被覆されたナノ結晶材料）が含まれ、これらは全て参照により本明細書に組み込まれる。ナノ結晶材料は、好ましくは約２５ｎｍ未満、より好ましくは２０ｎｍ未満、最も好ましくは１０ｎｍ未満の結晶子径を呈する。ナノ結晶粒子は、少なくとも約１５ｍ^２／ｇ、より好ましくは少なくとも約７０ｍ^２／ｇ、最も好ましくは約１００～８５０ｍ^２／ｇのブルナウアー・エメット・テラー（ＢＥＴ）多点表面積を示すのが好ましい。ナノ結晶材料は、単結晶を含む必要はなく、したがって、必ずしも示された結晶子径に一致する粒径を有さないことに留意されたい。むしろ、ナノ結晶材料は、複数の結晶子の凝集体を含み、約０．５ミクロン～約５ｍｍ、約１ミクロン～約２．５ｍｍ、又は約１０ミクロン～約１ｍｍ程度など、より大きな実際の粒径（粒子の最大寸法にわたって測定されたとき）を有し得る。

一般に、フィルタカートリッジ１４は、吸着材又は吸収材を包含する第１のフィルタ材、及び任意選択的に、装置１０を通って流れる空気から粒子状物質を除去することができる第２のフィルタ材を備える。第２のフィルタ材は、第１のフィルタ材と相互に分散させられ得るか、又は第１のフィルタ材の完全に上流若しくは下流に位置付けされ得る。特定の実施形態では、空気中に分散した粒子状物質を、粒子による空気流の目詰まり又は遮断を回避するように、ナノ結晶粒子を包含する第１のフィルタ材と接触する前に除去することができるように、第１のフィルタ材の上流に第２のフィルタ材を位置付けすることが望ましい。

第１のフィルタ材は、ナノ結晶粒子が閉じ込められた多孔質織布又は不織布材料を備え得る。織布又は不織布材料は、ナノ結晶粒子を包含する合成樹脂発泡体又はフィルムを備え得る。例示的な織布又は不織布材料には、天然繊維（例えば、セルロース、綿、ウールなど）、及び合成繊維（例えば、アクリル芳香族ポリアラミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリイミド、ガラス、ポリフェニレンスルファイド、二成分繊維など）が含まれる。第２のフィルタ材は、第１のフィルタ材で使用されるのと同じ又は同様の材料を備え得る。第２のフィルタ材はまた、ナノ結晶粒子を包含してもよいし、包含しなくてもよい。第２のフィルタ材として使用される例示的な材料には、天然繊維（例えば、セルロース、綿、ウールなど）、及び合成繊維（例えば、アクリル芳香族ポリアラミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリイミド、ガラス、ポリフェニレンスルファイド、二成分繊維など）が含まれる。

図６ａ及び図６ｂは、ナノ結晶粒子を含み得る例示的なフィルタカートリッジを示している。最初に図６ａを参照すると、カートリッジ１４ａは、ナノ結晶粒子がその中に実質的に均一に分布している不織布材料のプリーツ付きシート５６を備える。好ましくは、ナノ結晶粒子は不織布材料全体に均等に閉じ込められ、それによって、空気流と接触する有効な表面積を最大化し、またカートリッジ１４ａの製造後の粒子の不均一な沈降に関連する問題を回避する。ナノ結晶粒子をフィルタ媒体全体に均一に分布させ続ける能力は、ナノ結晶粒子が単に緩い粉末としてフィルタに適用されないことを示している。むしろ、粒子及び第１のフィルタ材は、粒子が閉じ込められており、フィルタ材内において比較的一定の局所位置を維持するように形成されている。他の実施形態では、第１のフィルタ材は、ナノ結晶粒子が被覆としてその上に堆積された細粒を含む。細粒は、ナノ結晶金属酸化物／水酸化物粒子自体であってもよく、活性炭などの別の種類の不活性多孔質基材であってもよい。ナノ結晶粒子は、後続の内層が空気調和装置によってフィルタを通って循環されている空気に徐々に曝露されることとなり得る「タイムリリース」臭気吸収度効果を与えるために、複数の被覆層として細粒に適用され得る。

図６ｂは、本発明に従って作製されたフィルタカートリッジの代替的な実施形態を示している。カートリッジ１４ｂは、各セルが多数の粒状ナノ結晶金属酸化物又は金属水酸化物材料６２を包含する、複数の個別のセル６０を含むハニカム状構造５８を備える。細粒６２は、微細多孔質材料の第１及び第２のシート６４、６６によってセル６０内に包含されている。シート６４、６６は、空気が自由に通過することを可能にするように十分に透過性であるが、細粒６２がセル６０から逃げることを可能にしない、織布又は不織布材料を含み得る。したがって、細粒６２は、セル６０内に閉じ込められ、カートリッジ１４ｂ全体にわたって実質的に均一に分布したままである。シート６４、６６はまた、上述の第１のフィルタ材及び第２のフィルタ材と同様の材料から作製され得、ハニカムセクション５８を通過する前に空気から粒子状物質を濾過し得る。

本発明による特定の実施形態では、ナノ結晶粒子は、約５０ｇ～約１ｋｇ／平方フィート（約５３８ｇ～約１０．７４ｋｇ／平方メートル）の充填でフィルタカートリッジ１４内に存在する。

本発明とともに使用され得る他のフィルタ媒体は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第８，４９６，７３５号明細書に記載されている。

本発明の実施形態では、フィルタ媒体はまた、第２のフィルタセクション又はカートリッジ１６を備え得る。フィルタカートリッジ１６は、装置１０の対象用途に基づいて選択される。１つ以上の実施形態では、装置１０の対象用途は粒子除去を必要とする。したがって、フィルタカートリッジ１６は、高性能微粒子空気（ＨＥＰＡ）フィルタセクション又はカートリッジを備え得る。本明細書で使用される場合、「ＨＥＰＡ」フィルタは、米国エネルギー省規格３０２０－２０１５に記載されている要件を満たす任意の種類のフィルタである。一般に、このこのタイプの空気フィルタは、理論的には、粉塵、花粉、カビ、細菌、及び０．３ミクロン（μｍ）のサイズの任意の浮遊粒子の少なくとも９９．９７％を除去することができる。代替的な実施形態では、装置１０の対象用途は、粒子状物質の除去ではなく、化合物の除去であり得る。そのような実施形態では、ＨＥＰＡフィルタを採用する必要はない。代わりに、活性炭又はナノ結晶金属酸化物若しくは金属水酸化物の充填床を含むフィルタなどの、標的化合物を吸着又は吸収することができるフィルタ材が使用され得る。

したがって、１つ以上の実施形態では、フィルタ媒体は、空気中に分散した粒子（すなわち、粉塵、ペットの毛、綿埃など）を除去することができるが、ナノ結晶粒子の存在に起因して、臭気、細菌、ウイルス、真菌、及び毒素などの空気中に存在する望ましくない化学物質及び生物学的物質を除去及び中和することもできる。本発明のフィルタカートリッジによって除去され得る一般的な臭気には、尿、糞便、汗、腐敗性生体物質、農薬、有機溶媒、揮発性有機化合物、及びそれらの組合せからなる群から選択された要素によって引き起こされるものが含まれる。参照により上記に組み込まれる米国特許出願公開第２００９／００９８０１６号明細書は、本フィルタカートリッジとともに使用されるナノ結晶粒子によって除去され得るさらなる例示的な臭気原因物質を開示している。さらに、ナノ結晶粒子は、閉鎖空間内の空気から有害な非臭気材料及び物質を除去する能力を有する。例示的な材料及び物質には、ＨＣＮ、ＣＯ、並びにウイルス、細菌、毒素、及び真菌などの生物種が含まれる。

当業者は、フィルタカートリッジ１４、１６の幾何学的形状は、例えばキャニスタ型フィルタ、ラウンドフィルタなど、必要な用途に適合するように変更され得ることを認識するであろう。

図に示すように、本発明の１つ以上の実施形態では、フィルタカートリッジ１４は、フィルタカートリッジ１６の上方に位置付けされており、すなわち、空気はハウジング内で上部から底部に一般に垂直方向に流れるため、フィルタカートリッジ１４は、フィルタカートリッジ１６の上流に位置付けされている。したがって、第１又は第２の空気入口３０、３２のいずれかを通って入る空気は、ハウジング１２内を垂直下方に進み、フィルタカートリッジ１４を通り、次いでフィルタカートリッジ１６を通って垂直下方方向に続く。空気がフィルタカートリッジ１６を通過すると、空気流の方向が変化し、その結果、空気は開口部３６を通って排出される。しかしながら、１つ以上の実施形態では、内部空間２８内の空気流、特にフィルタカートリッジ１４及び１６によって境界付けられた内部空間２８の部分では、空気は垂直下方方向のみに流れることが好ましい。

図７に示すように、内部空間２８の底部マージンは、プレート６８によって画定され得る。プレート６８は、一般に、ハウジングを通って流れる空気が送風機１８に入ることができるように中央開口部を備えるが、送風機１８は、内部空間２８の下及び外側に位置決めされることが好ましい。したがって、第１の空気入口及び第２の空気入口３０、３２とプレート６８の中央開口部との間の内部空間内の空気流の方向は、垂直下方方向である。

代替的な実施形態では、図１０に示すように、別個のフィルタカートリッジ１４、１６が単一のフィルタカートリッジ７０に置き換えられ得る。特定の実施形態では、この複合フィルタカートリッジは、送風機１８に近接してフィルタカートリッジ１４と同様にハウジング１２内に位置付けされ得るが、本発明の範囲から逸脱することなく、確かに他の配置も可能であり得る。

フィルタカートリッジ７０は、本明細書で前述した任意の織布又は不織布フィルタ材などの、フィルタ材の上部シート７２を備える。その隣には、本明細書で前述した任意の実施形態によるナノ結晶粒子を含むフィルタ層７４が位置付けされている。図６ａのプリーツ付きフィルタ材は、単に例示を目的として示されている。フィルタ層７４の隣にはＨＥＰＡフィルタ層７６があり、これも本明細書で前述した任意の実施形態に従って構成されている。フィルタ層７２、７４、７６の全てを単一のフィルタカートリッジ７０内に配置することによって、装置１０を保守点検するエンドユーザの負担が大幅に軽減される。フィルタ層７６は、必ずしもＨＥＰＡフィルタを備える必要はないが、上述したように、フィルタ層は、化学吸着又は吸収などの装置１０の対象用途に特に対処するように選択され得ることに留意されたい。

１つ以上の実施形態では、図９に見られるように、例えば、装置１０は、ＵＶＣ放射線をフィルタ媒体上に送達するように動作可能なＵＶ光アセンブリ７８を任意選択的に備える。一般に、ＵＶＣ放射線は、１００～２８０ｎｍの範囲内の波長を有する紫外線である。この短波放射は殺菌特性を有し、ウイルス、細菌、及び真菌などの有害な生物学的物質を破壊又は不活性化するのによく適している。

１つ以上の実施形態では、ＵＶ光アセンブリは、最小の１つのＵＶ光源８０と、少なくとも１つのＵＶ光源８０の上に位置決めされており、第１の空気入口及び第２の空気入口３０、３２をＵＶＣ放射線に対する曝露から遮蔽するように、すなわち、光源８０によって生成されたＵＶＣ光がハウジング１２から漏れないように構成された少なくとも１つのシールド８２と、を備える。特定の実施形態では、ハウジング１２から漏れるＵＶＣ光の量は、１００μＷ／ｃｍ^２未満である。光源８０は、短波紫外線ランプ、ＵＶＣＬＥＤ、及び紫外線レーザなどのＵＶＣ放射線を放出することができる任意のデバイスであり得る。シールド８２は、好ましくは、光源８０の真上に位置決めされた屈曲した金属シートであるが、ＵＶＣ放射線を吸収又は偏向することができる他の材料もまた使用され得る。

１つ以上の実施形態では、ＵＶ光アセンブリ８０は、ＵＶＣ放射線をＨＥＰＡフィルタ上に送達するように動作可能であることが好ましい。フィルタ媒体によって捕捉された全ての粒子物質の大部分は、ＨＥＰＡフィルタ１６内に捕捉され保持されることとなることが企図されている。したがって、アセンブリ８０から放出されたＵＶＣ放射線を使用して、ＨＥＰＡフィルタ上の病原体レベルを妨害、抑制、又はそうでなければ低減することができ、それによって、空気流が出口３４を介してハウジング１２から出るときにそれらが閉鎖空間に再導入されるのを防ぐ。

したがって、特定の実施形態では、フィルタカートリッジ１４は、空気入口３０、３２と少なくとも１つのシールド８２との間に位置決めされている。この実施形態では、ＵＶＣ放射線は、ほとんど又は全くフィルタカートリッジ１４上に導かれない。特定の実施形態では、フィルタカートリッジ１６は、ＵＶ光源８０と送風機１８との間に位置決めされている。

組み合わされたフィルタカートリッジ７０が採用される実施形態では、ＵＶ光源８０は、ＵＶＣ放射線をシート７２上及びフィルタ層７４内に導く。好ましくは、フィルタ層７４は、ＵＶＣ放射線の少なくとも一部がフィルタ層７４を貫通してＨＥＰＡフィルタ層７６に到達するように構成される。

制御パネル８４をハウジング１２の前面上に設けて、電源スイッチ８６、送風機速度制御ダイヤル８８、及び電力ポート９０を提供してもよい。電力ポート９０は、標準的な電気レセプタクル及び／又はＵＳＢ充電ポートを備えてもよく、これにより、装置１０が位置付けされている空間内で使用されている他のデバイスを都合良く差し込むことができる。また、図２に見られるように、装置１０に電力を供給するために、電源ポート９２がハウジング１２の背面上に設けられている。

装置１０はまた、装置が閉鎖空間又は同じ閉鎖空間内の異なる場所の間で容易に移動可能であることを可能にする一組のキャスタ９４を備え得る。キャスタ９４はまた、装置１０が所望の場所に置かれたときに、移動するのを防止するためのロックされる能力を有し得る。

装置１０は、空間内の空気からの汚染物質の除去をもたらすために様々な環境で使用され得る。装置１０は、歯科治療室、手術室、実験室、及び特定の種類の製造施設など、潜在的に危険なエアロゾルが生成される用途において非常に有用である。

本発明の１つ以上の実施形態による方法は、ハウジング内に設置された送風機１８を使用してハウジング１２内に空気流を誘導することを含む。次いで、空気流は、第１の空気入口及び第２の空気入口３０、３２のいずれか（又は両方）を通ってハウジング１２に選択的に入り、次いで少なくとも１つの空気出口３４を通ってハウジングから出るようにされる。空気流は、ハウジング１２を通って流れるとき、第１の空気入口３０と少なくとも１つの空気出口３４との間に位置付けされた第１の流路、又は第２の空気入口３２と少なくとも１つの空気出口３４との間に位置付けされた第２の流路のいずれかに沿って導かれる。空気がハウジング１２を通って流れるとき、空気は、第１の流路及び第２の流路の両方を横切るように位置決めされたフィルタ媒体１４、１６を通過させられる。空気がフィルタ媒体１４を通過するとき、病原体、固体粒子、液滴、及び臭気などの望ましくない物質が除去される。したがって、出口３４を通って出る空気流は、入口３０、３２を通して引き込まれる空気よりも清浄度が高い。

空気流を選択的にハウジング１２に流入させるステップは、第１の流路が遮断され第２の流路が開放された第１の構成と、第２の流路が遮断され第１の流路が開放された第２の構成との間で、空気分流器アセンブリ５０を転換させることを含む。上述したように、アセンブリ５０はまた、空気が両方の入口３０、３２を介してハウジング１２に同時に引き込まれることを可能にするように構成されてもよい。特定の実施形態では、空気は、第１及び第２の入口３０、３２と１つ以上の出口３４との間で装置１０を通って垂直に流れる。特定の実施形態では、送風機１８は、装置１０を通して毎分少なくとも１００、少なくとも１５０、又は少なくとも２００立方フィートの空気を引き出すことができる。したがって、歯科医院で通常見られ得る小さな治療室の状況では、治療室内の空気は、毎分又は２分以内毎に装置１０を通して循環させることができる。

ＵＶ光アセンブリ７８が存在する本発明の実施形態では、ＵＶ光アセンブリは、ＵＶＣ放射線をフィルタ媒体の少なくとも一部に、好ましくは少なくともＨＥＰＡフィルタ１６上に送達する。さらに、ＵＶ光アセンブリ７８はまた、装置１０の動作中に粒子状物質及び病原体が上に蓄積する可能性があるハウジング１２の任意の露出した内面上に殺菌ＵＶＣ放射線を送達するように構成されてもよい。

装置１０は、一般に閉鎖空間から（すなわち、ハウジング１２に近接して位置する空気）、及び細長いダクト３８の使用によってハウジング１２から離れた閉鎖空間内の特定のポイントから空気を引き込むように動作可能である。装置１０が第２の空気入口３２を通して、したがってダクト入口４２を通して空気を引き込むように動作しているとき、ダクト入口４２は、閉鎖空間内のポイントに隣接するように位置決めされている。歯科治療室の状況では、ダクト入口４２は、歯科処置中に生成されたエアロゾル又は他の物質がダクト入口４２に引き込まれ、装置１０によって処理され得るように、患者の口に隣接するように位置決めされ得る。ポイント特定の空気浄化を必要とする歯科処置が行われていないとき、装置１０は、閉鎖空間の空気中に一般に存在する可能性がある不純物を処理して除去するように、空気が第１の空気入口３０を通って引き込まれるように動作し得る。

この方法論は、ダクト入口４２を処置を受けている患者の身体の部分に隣接するように位置決めして、処置によって生成される患者の身体からのエアロゾル又は粒子を引き込むことができる一般的な医療及び外科的処置などの他の分野にもつながる。実験室での使用の状況では、装置１０は、有毒な化学薬品又は生物学的薬剤を用いて作業するときに、ダクト入口４２を作業部位に隣接するように位置決めすることによって実験室での作業中に生成され得る臭気、煙、固体粒子、又は液滴を除去及び隔離するために使用することができる。実験室での作業が完了したとき、分流器アセンブリ５０は切り替えることができ、それによって、装置１０に隣接する空気が第１の空気入口３０を通って引き込まれる。

本発明による装置及び方法は、他の産業及びサービス産業の環境でも使用することができる。例えば、装置１０は、ダクト入口４２を溶接部位に隣接するように位置決めして、溶接作業から生成された粒子状物質及び／又はガスを引き込むことができるため、溶接が行われている閉鎖空間内で使用することができる。また、装置１０をネイルサロン、美容院、及びスパなどのパーソナルサービスの環境において使用して、揮発した有機化合物及び他の化学物質、又は特定のサービスの提供において生成され得る他の有害な臭気若しくは煙を除去することができる。さらに、装置１０をキッチン及びレストランで使用して、食品調理中に生成される臭気を取り除くことができる。

これらの例は例示として提供されており、本発明によって企図される多くの他の用途があることに留意されたい。したがって、これらの例は、決して本発明の範囲を限定するものとみなされるべきではない。

Claims (38)

1. 内部にフィルタ媒体が位置付けされたフィルタフレームを備える空気浄化装置のためのフィルタカートリッジであって、前記フィルタ媒体が、
   空気中に浮遊する粒子を捕捉することができるポリマー繊維マット材を備える第１のフィルタセクションと、
   複数の個別のセルを備える第２のフィルタセクションであって、各セルが、多数の粒状ナノ結晶金属酸化物又は金属水酸化物材料を包含する、第２のフィルタセクションと、
   高性能微粒子空気（ＨＥＰＡ）フィルタ材を備える第３のフィルタセクションと、を備える、
   フィルタカートリッジ。
2. 前記第２のフィルタセクションが、多孔質材料を備え、前記多孔質材料が、各セルの第１の開口面及び第２の開口面を覆って、前記多数の粒状ナノ結晶金属酸化物又は金属水酸化物材料を前記多孔質材料内に閉じ込める、請求項１に記載のフィルタカートリッジ。
3. ナノ結晶金属酸化物又は金属水酸化物細粒が、前記第２のフィルタセクション全体にわたって実質的に均一に分布したままである、請求項２に記載のフィルタカートリッジ。
4. 前記多数の粒状ナノ結晶金属酸化物又は金属水酸化物材料が、１平方フィート当たり約５０ｇ～約１ｋｇの充填で前記第２のフィルタセクション内に存在する、請求項３に記載のフィルタカートリッジ。
5. 前記多孔質材料が、織布材料又は不織布材料を含む、請求項２に記載のフィルタカートリッジ。
6. 前記不織布材料又は前記織布材料が、天然繊維又は合成繊維を含む、請求項５に記載のフィルタカートリッジ。
7. 前記フィルタ媒体が、０．３ミクロンのサイズを有する任意の浮遊粒子の少なくとも９９．９７％及び空気中に存在する望ましくない化学物質又は生物学的物質の少なくとも９９％を除去することができる、請求項１に記載のフィルタカートリッジ。
8. 各セルが、六角形に構成されている、請求項１に記載のフィルタカートリッジ。
9. 前記第３のフィルタセクションが、前記第２のフィルタセクションよりも厚い、請求項１に記載のフィルタカートリッジ。
10. 前記フィルタカートリッジが、第１の面及び第２の面を有し、
    前記第１のフィルタセクションが、前記フィルタカートリッジの前記第１の面に隣接しており、前記第３のフィルタセクションが、前記フィルタカートリッジの前記第２の面に隣接しており、前記第２のフィルタセクションが、前記第１のフィルタセクションと前記第３のフィルタセクションとの間に並置されており、
    前記フィルタカートリッジが、空気の流れが前記第１の面に入り、前記第２の面を通って出るように構成されている、
    請求項１に記載のフィルタカートリッジ。
11. 前記フィルタカートリッジの前記第１の面が、ＵＶ光源の近くに位置決めされており、前記ＵＶ光源が、ＵＶＣ放射線を、前記第１のフィルタセクションを貫通し、前記第２のフィルタセクション及び任意選択的に前記第３のフィルタセクションに到達するように前記フィルタカートリッジ内に導く、請求項１０に記載のフィルタカートリッジ。
12. 空気浄化装置であって、
    少なくとも第１の空気入口及び第２の空気入口並びに少なくとも１つの空気出口を有するハウジングと、
    前記ハウジング内に空気の流れを誘導するように動作可能な送風機であって、前記空気の流れが、前記第１の空気入口と前記少なくとも１つの空気出口との間に位置付けされた第１の流路、又は前記第２の空気入口と前記少なくとも１つの空気出口との間に位置付けされた第２の流路のいずれかに沿って選択的に導かれる、送風機と、
    前記ハウジング内に包含されており、前記ハウジング内の前記空気の流れが前記フィルタ媒体を通過するように、前記流路を横切るように位置決めされたフィルタ媒体であって、
    前記フィルタ媒体が、前記空気の流れから１つ以上の望ましくない物質を除去することができる吸着材、吸収材、及び／又は中和材を含む、フィルタ媒体と、を備える、
    空気浄化装置。
13. 前記ハウジングが、上壁、底壁、及び側壁構造を有し、前記第１の空気入口及び前記第２の空気入口が、前記ハウジング上壁内に位置付けされており、前記少なくとも１つの空気出口が、前記側壁構造内に位置付けされている、請求項１２に記載の空気浄化装置。
14. 前記装置が、前記フィルタ媒体及び／又は前記ハウジングの１つ以上の内面上にＵＶＣ放射線を送達するように動作可能なＵＶ光アセンブリをさらに備える、請求項１２に記載の空気浄化装置。
15. 前記ＵＶ光アセンブリが、最小の１つのＵＶ光源と、少なくとも１つのＵＶ光源の上に位置決めされ、前記第１の空気入口及び前記第２の空気入口を前記ＵＶＣ放射線に対する曝露から遮蔽するように構成された、少なくとも１つのシールドと、を備える、請求項１４に記載の空気浄化装置。
16. 前記フィルタ媒体が、金属酸化物又は金属水酸化物ナノ結晶粒子を含む第１のフィルタセクションと、高性能微粒子空気（ＨＥＰＡ）フィルタを含む第２のフィルタセクションと、を備える、請求項１２に記載の空気浄化装置。
17. 前記装置が、前記空気が第１の入口及び第２の入口と１つ以上の空気出口との間で前記装置を通って垂直に流れるように構成されている、請求項１２に記載の空気浄化装置。
18. 前記装置が、前記第１の流路が遮断され前記第２の流路が開放された第１の構成と、前記第２の流路が遮断され前記第１の流路が開放された第２の構成との間で切り替え可能に構成された空気分流器アセンブリをさらに備える、請求項１２に記載の空気浄化装置。
19. 前記空気分流器アセンブリが、前記第１の流路及び前記第２の流路の両方が同時に開放された第３の構成に切り替え可能であるように構成されている、請求項１８に記載の空気浄化装置。
20. 前記第１の空気入口が、概して、前記装置が中に位置付けされた閉鎖空間から前記ハウジング内に空気を引き込むように構成されている、請求項１２に記載の空気浄化装置。
21. 前記第２の空気入口が、ダクト入口及びダクト出口を有する細長いダクトと結合されており、前記ダクト入口が、前記閉鎖空間内の局所領域に隣接するように選択的に位置決めされ、かつ前記局所領域から前記ダクト内に空気を引き込むように構成されており、前記ダクト出口が、前記第２の空気入口に連結されている、請求項２０に記載の空気浄化装置。
22. 前記吸着材又は前記吸収材が、金属酸化物又は金属水酸化物ナノ結晶粒子を含む、請求項１２に記載の空気浄化装置。
23. 空気浄化装置であって、
    第１の空気入口及び第２の空気入口並びに少なくとも１つの空気出口を有するハウジングであって、
    前記第１の空気入口が、概して前記装置が中に位置付けされた閉鎖空間から前記ハウジング内に空気を引き込むように構成されており、
    前記第２の空気入口が、ダクト入口及びダクト出口を有する細長いダクトと結合されており、前記ダクト入口が、前記閉鎖空間内の局所領域に隣接するように選択的に位置決めされ、かつ前記局所領域から前記ダクト内に空気を引き込むように構成されており、前記ダクト出口が、前記第２の空気入口に連結されている、ハウジングと、
    前記第１の空気入口と前記少なくとも１つの空気出口との間に位置付けされた第１の流路又は前記第２の空気入口と前記少なくとも１つの空気出口との間に位置付けされた第２の流路のいずれかの間で、前記ハウジング内に空気の流れを誘導するように動作可能な送風機と、
    前記第１の流路が遮断され前記第２の流路が開放された第１の構成と、前記第２の流路が遮断され前記第１の流路が開放された第２の構成との間で切り替え可能に構成された空気分流器アセンブリと、
    前記ハウジング内に包含されているフィルタ媒体であって、前記フィルタ媒体が、前記第１の流路又は前記第２の流路のいずれかを通って流れる空気が前記フィルタ媒体を通過するように、前記第１の空気入口及び前記第２の空気入口と前記少なくとも１つの空気出口との間に位置決めされおり、
    前記フィルタ媒体が、前記空気の流れから１つ以上の望ましくない物質を除去することができる金属酸化物又は金属水酸化物ナノ結晶粒子を含む第１のフィルタセクション、及び高性能微粒子空気（ＨＥＰＡ）フィルタを含む第２のフィルタセクションを備える、フィルタ媒体と、を備える、
    空気浄化装置。
24. 前記ハウジングが、上壁、底壁、及び側壁構造を有し、前記第１の空気入口及び前記第２の空気入口が、前記ハウジング上壁内に位置付けされており、少なくとも１つの空気出口が、前記側壁構造内に位置付けされている、請求項２３に記載の空気浄化装置。
25. 前記装置が、前記フィルタ媒体及び／又は前記ハウジングの１つ以上の内面上にＵＶＣ放射線を送達するように動作可能なＵＶ光アセンブリをさらに備える、請求項２３に記載の空気浄化装置。
26. 前記ＵＶ光アセンブリが、前記ＨＥＰＡフィルタ上にＵＶＣ放射線を送達するように動作可能である、請求項２５に記載の空気浄化装置。
27. 前記ＵＶ光アセンブリが、最小の１つのＵＶ光源と、少なくとも１つのＵＶ光源の上に位置決めされており、前記第１の空気入口及び前記第２の空気入口を前記ＵＶＣ放射線に対する曝露から遮蔽するように構成された、少なくとも１つのシールドと、を備える、請求項２５に記載の空気浄化装置。
28. 前記第１のフィルタセクションが、前記空気入口と前記少なくとも１つのシールドとの間に位置決めされている、請求項２７に記載の空気浄化装置。
29. 前記第２のフィルタセクションが、前記ＵＶ光源と前記送風機との間に位置決めされている、請求項２７に記載の空気浄化装置。
30. 前記装置が、前記空気が第１の入口及び第２の入口と１つ以上の空気出口との間で前記装置を通って垂直に流れるように構成されている、請求項２３に記載の空気浄化装置。
31. 前記空気分流器アセンブリが、前記第１の流路及び前記第２の流路の両方が同時に開放された第３の構成に切り替え可能であるように構成されている、請求項２３に記載の空気浄化装置。
32. 空気から汚染物質を除去する方法であって、
    空気の流れを空気浄化用装置のハウジング内に、前記ハウジング内に設置された送風機を使用して誘導することと、
    前記空気の流れを、少なくとも第１の空気入口又は第２の空気入口のいずれかを通して前記ハウジングに選択的に流入させ、少なくとも１つの空気出口を通して前記ハウジングから流出させることであって、前記空気の流れが、前記ハウジングを通って流れるときに、前記第１の空気入口と前記少なくとも１つの空気出口との間に位置付けされた第１の流路、又は前記第２の空気入口と前記少なくとも１つの空気出口との間に位置付けされた第２の流路のいずれかに沿って導かれる、流入させること及び流出させることと、
    前記空気の流れを、前記ハウジング内に包含され、かつ前記第１の流路及び前記第２の流路を横切るように位置決めされたフィルタ媒体を通過させることであって、前記フィルタ媒体が、前記空気の流れから１つ以上の望ましくない物質を除去することができる吸着材、吸収材、及び／又は中和材を含む、通過させることと、を含む、
    方法。
33. 前記空気の流れを前記ハウジングに選択的に流入させるステップが、前記第１の流路が遮断され前記第２の流路が開放された第１の構成と、前記第２の流路が遮断され前記第１の流路が開放された第２の構成との間で、空気分流器アセンブリを転換させることを含む、請求項３２に記載の方法。
34. 前記空気浄化用装置が、ＵＶ光アセンブリをさらに備え、前記ＵＶ光アセンブリが、前記フィルタ媒体及び／又は前記ハウジングの１つ以上の内面上にＵＶＣ放射線を送達する、請求項３２に記載の方法。
35. 前記空気が、少なくとも第１の空気入口及び第２の空気入口と１つ以上の空気出口との間で前記装置を通って垂直に流れ、前記少なくとも第１の空気入口及び第２の空気入口が、ハウジング上壁内に位置付けされており、少なくとも１つの空気出口が、ハウジング側壁構造内に位置付けされている、請求項３２に記載の方法。
36. 前記第２の空気入口が、ダクト入口及びダクト出口を有する細長いダクトと結合されており、前記ダクト入口が、前記装置が中に位置付けされた閉鎖空間内の局所領域に隣接するように選択的に位置決めされており、かつ前記局所領域から前記ダクト内に空気を引き込み、前記ダクト出口が、前記第２の空気入口に連結されている、請求項３２に記載の方法。
37. 前記第１の空気入口が、概して、前記装置が中に位置付けされた閉鎖空間から前記ハウジング内に空気を引き込む、請求項３２に記載の方法。
38. 前記吸着材又は前記吸収材が、金属酸化物又は金属水酸化物ナノ結晶粒子を含む、請求項３２に記載の方法。
    

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