JP6673891B2 - エアフィルタリングデバイス - Google Patents
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Description
基部及びファン
図4〜5を参照すると、本発明のデバイス10は、任意の公知の材料で構成された、電動式ファン40を安定させるための基部20を含んでもよい。基部20は、ファンハウジング30と、ファンハウジングを支持し、かつ空気入口が基部の下面に配置される場合にファンハウジングを支持面から上昇させて空気入口22への空気の流れを促進する脚32と、を含んでもよい。基部20は脚32と合わせて、高さ約5cm〜約10cm及び直径約20cm〜約30cmとし、部品重量を低減してもよい。基部20は、基部の第1の側23に空気入口22、基部の第2の側25に空気出口24を有する。いくつかの実施形態では、基部20は、空気入口22及び空気出口24に対応するグリルカバー26a、26bと、任意選択的に、大きな粒子(例えば毛髪)を濾過してファンを清潔に保つためのファンプレフィルタ42及びファンカバー44と、を含んでもよい。
再度図1〜3を参照すると、本発明のエアフィルタ50は基部20から長手方向に延出し、かつ基部20の空気出口24と空気流連通している。エアフィルタ50は、基部20にエアフィルタ50を着脱可能に取り付ける少なくとも1つの取り付け部材52を含んでもよい。取り付け部材52はクリップ、弾性バンド、把持材(gripping material)、フック及びループファスナ等の形態であってもよい。1つの固定法は、ファン40に電気的に接続されており、エアフィルタ50が適切に係合するとファン40に電源を入れる機械的なスイッチに係合するタブを設けることである。
1.好ましくはあらかじめ切り出された金属ダイ及びダイプレスを用いて、不織布又は濾材の少なくとも3つの片を特定の既知の寸法に切断する。各試験片は、通常、少なくとも0.01m2の面積を有する。
2.天秤を用いて各試験片のグラム単位の質量を測定し、以下の等式を用いて平方メートルあたりのグラム(「gsm」)坪量(単位面積あたり質量)を計算する。
1.機器設定には以下を含むべきである
a.脚部直径:40.54mm(1.596インチ)
b.脚部面積:12.90cm2(2in2)
c.脚部重量:90.72グラム(0.2lbs)
d.脚部圧力:7.03グラム/cm2(0.1psi、0.69kPa)
e.滞留時間:10秒
2.少なくとも4つの位置、理想的には10の位置を測定する。全て単一層でありかつ折り目のないものとすべきである。折り目を除去するために材料を平らにしたりアイロンをかけたり引っ張ったりしない。試験片は圧力脚部(pressure foot)の面積よりも大きくする必要がある。
3.折り目のない試料を滞留時間の間圧力脚部下に置き、厚み(mm)を測定する。
4.全ての試験片について数値平均を報告する。
試験前に温度23℃±2.0℃及び相対湿度45%±10%で最低12時間調整した試料に対して以下の試験法を実施する。全ての試験は同一環境条件下及びこのように調整した室内で実施する。損傷した製品はどれも廃棄する。皺、破れ、穴などのような欠陥を有する試料は、試験しない。全ての計器は、製造業者の仕様書に従って較正する。本明細書に記載されたように調整された試料は、本発明の目的上、乾燥試料(例えば「乾燥繊維状シート」)であるとみなされる。任意の所与の被試験材料に対して少なくとも4つの試料を測定し、これら4つの複製の結果を平均して最終的な報告値を得る。4つの複製試料はそれぞれ55mm×55mmの寸法を有する。
圧力差=[(2)γ cos Θ]/有効半径
式中、γ=液体表面張力、Θ=接触角である。
1.この方法により定められるように、少なくとも2つ、より好ましくは6つ以上の濾材試料を測定する。
2.少なくとも36cm×36cm(14"×14")のプリーツ、しわ、折り目等のない平らなフィルタシートの測定を実施する。次に、フィルタシートの直径30cm(1ft)の円に粒子を噴射する。
3.材料が向きによって異なる特性を有する場合、デバイス内で第1粒子が見える、第1材料の同じ側に粒子が当たるように試験装置内に材料を配向する。材料が領域全体で不均質な場合、代表的な材料を抜き取る。
4.デバイスで用いられるエアフィルタ表面積及びデバイスの空気流量に基づき、デバイスのエアフィルタ面速度に厳密に一致するように選択したエアフィルタ面速度を用い、ISO Fine A2塵を使用し(ISO 12103−1に定義される)、塵を6グラムまで装填する。0.5gの増分で装填し、試験を実施する。0.5g追加するごとに抵抗を測定する。
更に図1〜3を参照すると、本発明のデバイス10は、基部20から長手方向に延在する外スリーブ80を含む。外スリーブ80は、空気が入る第1の開端部82と、空気が出る第2の開端部84と、第1の開端部82と第2の開端部84との間の空気流路90と、を含む。外スリーブ80は第1の開端部82において基部20に着脱可能に取り付けられており、ゆえに、空気出口24と空気流連通している。外スリーブ80はその長手方向の軸線LAの周りにおいてエアフィルタ50を取り囲む。このようにして、空気流路90内における空気流の方向がエアフィルタ50及び外スリーブ80の長手方向の軸線LAとほぼ整列する。図1〜3に示す外スリーブ80はデバイス及びエアフィルタの長手方向の軸線と整列しているが、外スリーブの第2の開端部84は長手方向の軸線LAからわずかに曲線を描いて遠ざかってもよく、第2の開口部(second open)は長手方向の軸線から約15〜約30度角度をなすことも考えられる。
デバイス10、より具体的には、ファン40を動作するために制御ユニット(不図示)が設けられてもよい。制御ユニットは電流又は電圧のパルスをエミッタに供給するようあらかじめプログラムしても、ユーザによりプログラムされてもよい。このようにして、小滴サイズの分布及び密度を経時的に制御してもよい。また、電源により生成される電圧時間曲線は、微粒子がエアフィルタ50内を移動するときに最適な微粒子捕集電位を維持することができるようにファン速度及び空気流速度と同期させてもよい。
流出速度
濾過がより広い空間で行われるように室内の良好な空気循環を提供するためにはデバイス10を出る空気の流出速度も重要である。中程度の大きさの部屋(約7〜13m2(80〜140ft2)、天井高2〜3メートル(8〜9ft))では、1〜10マイクロメートルサイズの空中浮遊粒子を室内の空気流によりデバイスへと移動させるには約0.4メートル毎秒(「m/s」)を超える流出速度が求められる。より広い部屋(約14〜20.9m2(150〜225ft2)、天井高2〜3メートル(8〜9フィート))では、約0.6m/s以上の流出速度が求められる。これら速度による目的は、部屋の大部分において、1〜10マイクロメートルの空中浮遊粒子を、それらをフィルタで除去することができるデバイスへと移動させる0.003m/s超の室内空気流速度(room air flow velocity)を実現することである。
外スリーブの第2の開端部を通過して出る空気流(CFM)÷出口オリフィスの面積(ft2)
デバイス10(デバイスにはハウジング、エアフィルタ、外スリーブ、基部、グリル、ファン、ファンプレフィルタ及び空気流を制限する可能性のある任意の他の構成要素を含んでもよい)の圧力損失は約5〜約25Paである。HEPAフィルタ又はHEPA様フィルタを備えたデバイスでは、通常、33L/s(70CFM)を超える流量において25Paを大幅に超える圧力損失が生じる。この高い圧力損失により、HEPAフィルタ又はHEPA様フィルタで33L/s(70CFM)超を供給するための消費電力が高くなり、通常、25ワット超となる。したがって、本発明では、約24〜約71L/s(50〜約150CFM)を供給しつつも、このデバイスによる圧力損失が約5〜約25Pa未満であり、また、本明細書中に記載される音響パワー測定に従いデバイス全体の騒音を約50dB(A)未満になるように維持し、また、25ワット未満の低い消費電力で動作するファン40を選択してもよい。
デバイス10は、作動時(すなわちファンが動作した状態)、良好な空気清浄化性能を提供しつつも低騒音であってもよい。空気清浄化性能は、有効な部屋全体の空気循環を供給するための空気流出速度、フィルタの単回通過の粒子清浄化効率(particle cleaning efficiency)及びデバイス10の総CFMに依存する。デバイス10の騒音は音圧又は音響パワーのいずれかを測定することによって測定することができる。音圧のレベルは約50dB(A)未満、又は約45dB(A)未満、又は約40dB(A)未満であってもよく、基準音圧は20μPaである。本明細書中に記載される音圧は、床上1mに位置し、デバイスの軸線LAから水平に0.2mずらした1つのマイクロホンで測定されるものである。あるいは、騒音は基準1pWの音響パワーを標準的方法、例えば、IEC 60704−2−11に従い測定することによって測定することができる。いくつかの実施形態では、デバイス10は遮音材料(すなわち本明細書中にデバイス10の部品又は任意の部品として記載されない任意の遮音部品)を有しない。
本発明のデバイス10は、実質的に約0.3マイクロメートル〜約10マイクロメートルの大きさの微粒子の30%超又は約40%〜約70%を、20〜40分で、デバイスの総圧力損失が約75Pa未満又は約25Pa未満又は約20Pa未満又は約10Pa未満又は約9Pa未満で、空気流出速度が約0.1〜約4.0m/s又は約0.5m/s〜約3m/s又は約0.8m/s〜約3m/s又は約0.8m/s〜約2.6m/s又は約0.6m/s〜約2.6m/s又は約0.8m/s〜約1.8m/s又は約(abour)0.7m/s〜約2.0m/s)で、及び空気流量が約33L/s(70CFM)超又は約33L/s〜約71L/s(70CFM〜約150CFM)で濾過してもよい。1マイクロメートルを超える粒子については、本発明のデバイス10は、粒子の50%超を、20分で、デバイス内の圧力損失が約25Pa未満又は約15Pa未満又は約10Pa未満で、流出速度が約0.5m/s〜約3m/sで、及び空気流量が33L/s(70CFM)超又は約70FM〜約71L/s(150CFM)で濾過することができる。エアフィルタリングデバイスの濾過効率は、本明細書中の実施例では修正ANSI/AHAM−1−2006に記載されている方法を用いることにより特定することができる。
室内での微粒子除去性能を試験するため、本発明によるデバイス及びエアフィルタを組み立てた。基部は約25cm×25cm×3cmであり、全てのファンが同じ方向に(載置面から上方に)空気を送風するような空気の流れを可能にする4つの直径約120mmの穴を有する基部に、4つのNoctua NF−P12(120mm×25mm)のファンを組み込んだ。4つのファンは適切なスプライスとともに電気的に接続され、その後、プラグイン式計器用変圧器(McMaster−Carr部品番号70235K95)を介して12VのDC電源により電力を供給した。25cm×25cm×3cmの基部はデバイスを10cm床から持ち上げるために各角に取り付けられた4つの支柱も有する。デバイスの上部に、外周約102cmのエアフィルタバッグ及びエアフィルタバッグをデバイスに保持するための弾性手段を取り付けた。
1.60gsm HETの小型バッグ−外周102cm×高さ約38cm−バッグのテーパリング設計により、膨らんだときの総フィルタ表面積空気流(total filter surface area air flow)は約0.3m2(400in2)である。
2.60gsm HETの大型バッグ−外周102cm×高さ約66cm−バッグのテーパリング設計により、膨らんだときの総フィルタ表面積空気流は0.5m2(800in2)である。
3.59gsm SMSの小型バッグ(より高い圧力が必要なためSilverstoneファンを使用する)−上記60gsm HETの小型バッグと同じ大きさである。
4.59gsm SMSの大型バッグ(より高い圧力が必要なためSilverstoneファンを使用する)−上記60gsm HETの大型バッグと同じ大きさである。
4つのエアフィルタリングデバイスを組み立てた。(1)空気流表面積の約30%が外スリーブに接触しているエアフィルタバッグを有する23cm×23cm×66cmの外スリーブデバイス、(2)25cm×25cm×66cmの外スリーブデバイス及び(3)30cm×30cm×66cmの外スリーブデバイス、(2)(3)両方とも外スリーブに接触しないエアフィルタバッグを有する(後者は前者に比べてエアフィルタバッグと外スリーブの内壁との間により広い空間隙間を有する)及び(4)外スリーブなしのデバイス。空間隙間が広いほど圧力損失は低下する。圧力損失に関しては外スリーブがないことが有利であるが、外スリーブがなければ、デバイスが室内の空気を濾過するのに必要な流出速度を提供するのに十分な空気を捕捉する性能が低下する。
Claims (16)
- エアフィルタリングデバイスであって、
空気入口及び空気出口を有する基部と、
前記基部に機能的に取り付けられたファンブレードを備えるファンアセンブリであって、前記ファンアセンブリは一定体積の空気を前記空気出口へと移動させる、ファンアセンブリと、
前記基部の前記空気出口および先端側閉端部と空気流連通している基端側開端部を備えるエアフィルタバッグであって、前記基端側開端部は前記ファンブレードの少なくとも外周の大きさの開端部を画定し、前記エアフィルタバッグが1〜3mmの厚み、20〜60kg/m3の密度を有する不織布を含み、前記エアフィルタバッグが30フィート/分の面速度にて15Pa未満の初期圧力損失を有する、前記エアフィルタバッグと、
第1の開端部と、第2の開端部と、前記第1の開端部と前記第2の開端部との間の空気流路と、を含む、空気不透過性の外スリーブであって、前記外スリーブが前記空気出口と空気流連通しており、かつ前記第1の開端部において前記基部に着脱可能に取り付けられており、前記外スリーブがその長手方向の軸線の周りにおいて前記エアフィルタバッグを取り囲む、外スリーブと、を含み、
前記デバイスが作動しているとき、前記外スリーブの前記第2の開端部を出る一定体積の空気の流出速度が0.5m/s〜3.0m/sであり、
前記ファンは50〜150CFMの空気流を10Pa〜25Paの圧力において提供し、
前記デバイスは45dB(A)未満の音響パワーレベルを提供する、エアフィルタリングデバイス。 - 前記ファンが10cm〜25cmの直径を含む、請求項1に記載のデバイス。
- 前記密度が20〜60kg/m3である、請求項1に記載のデバイス。
- 前記エアフィルタが、前記基部に着脱可能に取り付けられたエアフィルタバッグの形態である、請求項1乃至3のいずれかに記載のデバイス。
- 前記デバイスが作動している間、前記エアフィルタが前記外スリーブに接触しない、請求項1乃至4のいずれかに記載のデバイス。
- 前記エアフィルタが0.1m2〜1m2の空気流表面積を有する、請求項1乃至5のいずれかに記載のデバイス。
- 前記外スリーブの前記第2の開端部を出る空気流が前記外スリーブの前記第1の開端部に入る空気流の少なくとも60%である、請求項1乃至6のいずれかに記載のデバイス。
- 前記外スリーブの前記第2の開端部を出る前記空気流が前記外スリーブの前記第1の開端部に入る前記空気流の少なくとも80%である、請求項7に記載のデバイス。
- 前記外スリーブが可撓性材料で構成されている、請求項1乃至8のいずれかに記載のデバイス。
- 前記デバイスが作動しているとき、前記エアフィルタを出る空気の面速度が25〜50fpmである、請求項1乃至9のいずれかに記載のデバイス。
- 前記デバイスが25Pa未満の圧力損失をもたらす、請求項1乃至10のいずれかに記載のデバイス。
- 前記デバイスが35dB(a)〜45dB(A)の音響パワーレベルを提供する、請求項1乃至11のいずれかに記載のデバイス。
- 前記基部が、前記エアフィルタを受け入れるための第1の段差と、前記外スリーブの前記第1の開端部を受け入れるための第2の段差とを有するテーパ状の覆いを含む、請求項1乃至12のいずれかに記載のデバイス。
- 前記ファンを作動するために8ワット未満の電力を供給する電源を更に含む、請求項1乃至13のいずれかに記載のデバイス。
- 空気品質センサを更に含む、請求項1乃至14のいずれかに記載のデバイス。
- 寿命終了検知センサを更に含む、請求項1乃至15のいずれかに記載のデバイス。
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