JP2000515416A - 連続的なガス分子捕捉及び除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 一部が中空の芯繊維（２０）を使用することによって空気流からいくつかのガス相汚染物質を除去する独特の濾過装置は、ガス相汚染物質を捕捉することができる選択された液体に予め含浸される。芯繊維（２０）は、ほぼ平行に配置され、フィルタエレメント（１２）に形成され、このフィルタエレメント（１２）は、望ましくないガス相の汚染物質を除去し、搬送する他の空気流に伸びている。ガス相の汚染物質は、濃縮因子誘導分子混合によってストリッピング空気流に搬送される。清浄にすべき空気流は、フィルタエレメント（１２）が伸びる室（１６）を通って流れ、完全な空気流がフィルタエレメント（１２）を通る。またフィルタエレメント（１２）は、ストリッピング空気流が流れる他の室（１８）に伸びている。芯繊維（２０）は、内側に長手方向のキャビティ（２２）を含み、各々が比較的小さい長手方向に伸びる開口部（２４）を備えている。芯繊維（２０）は、毛管作用を通して選択された汚れ除去液体に浸けられ、それによって、個々の芯繊維（２０）が選択された液体を迅速に引き、その液体とともにそれらが内側のキャビティ（２２）を通して接触する。吸収液体は芯繊維キャビティ（２２）内に残り、長手方向の開口部（２４）を通って芯繊維の間の空隙には入らず、液体は、前記繊維（２０）を越えて流れる空気流に完全に連通する。

Description

【発明の詳細な説明】 連続的なガス分子捕捉及び除去装置 発明の背景 １．発明の分野 本発明は、空気浄化装置に関し、特に空気流から臭い又は湿気を連続的に除去 する装置に関する。 ２．従来技術の説明 通常、内燃機関に関連するインテークエアフィルタ及びホームヒーティング装 置に使用される取り外し可能なエアフィルタは、粒子濾過の従来技術の例である 。これらのフィルタは、幾分多孔性の紙フィルタエレメント又は同様のフィルタ 媒体を使用する。このフィルタ媒体は、空気がフィルタ媒体を通過するとき、望 ましくない粒子をその上に保持する。これらの従来技術のフィルタ装置は、機械 的な捕捉又は電気的な引力に依存し、これらは、除去された粒子がフィルタ媒体 の表面に接着する表面現象であり、空気流から臭いを除去するためには、適当で はない。 臭いを除去する吸着技術の例は、空気の流れを純化するために装置内での臭い 除去エレメントとして活性炭素又はゼオライト材料を使用する。しかしながら、 このような空気流を純化する吸着技術は、比較的短い時間においてのみ有効であ り、低い臭い濃度水準で比較的不十分であり、しばしば、比較的大きなフィルタ エレメントの圧力差を生じる。その結果、この装置に比較的大量のフィルタ媒体 が必要になるが、比較的大きな圧力差の問題は、残る。これらの従来の装置は、 サイクルベースで機械的に作動される。 流速及び効率問題に対する高価で複雑な解決法は、次の吸着技術を使用するこ とによって提供することができる。即ち、逆流液体及びガスは、ガス吸収タワー で混合され、あるガス成分は、吸収され、液体によって除去される。このような 選択技術は、小さい固体フィルタの適用には適当でない。従って、時間に対する 低減された流速及び減少された除去効率の問題を避け、臭い及び湿度を連続的に 除去するコンパクトで経済的な空気フィルタを提供することが望まれる。 発明の概要 本発明は、選択された液体を含む芯繊維材料の使用を介して空気流からいくつ かのガス相を連続的に除去し、ガス相汚染物質を捕捉し、望ましくないガス相汚 染物質を除去し、取り除き、空気流から他の空気流に延びる独特のフィルタ装置 を提供する。芯繊維は、それらの表面に沿って液体を搬送し、その液体を容易に 移動しないように保持する性能を有する。米国特許第５，０５７，３６８号に示 されたような芯繊維は、非常に小さく、本発明の実施には、よく適する。これら のほぼ中空の繊維は、選択液を迅速に引き、内側のキャビテイを含み、各々は、 それらの外面に延びる比較的小さい長手方向の開口部を備える。毛管作用を通し て、個々の芯繊維は、選択液を迅速に引き、内側のキャビテイを通して接触する 。この吸収液体は、芯繊維キャビテイ内に残り、長手方向の開口部を通して芯繊 維の間の空隙には入らず、液体は、芯繊維を越えて流れる空気流に連通する。 望ましくないガス粒子は、空気流から複数の芯繊維の挿入によって除去される 。この芯繊維は、それらの内側のキャビテイにおいて、望ましくない分子と類似 の液体を含む。芯繊維の長手方向に延びる開口部は、望ましくないガス分子を吸 収するように芯繊維キャビテイ内に保持された液体が空気流内のガス分子との相 互作用を可能にする。濃度係数誘導混合法は、液体内の望ましくないガス分子を 清浄にすべき空気流から除去し、ストリッピング空気流に搬送し、新しいガス分 子を備えた安定状態の濃度勾配のセットアップは、連続的に吸収され、連続的に 除去されたストリッパサイドに搬送される。 選択された液体を含む芯繊維は、清浄にすべき空気流が通過する第１の室に配 置され、ガスの汚染物質を取り除く空気流が流れる第２の室とに延びている。好 ましくは、これらの繊維のほぼ屁請うなフォーマットは、繊維マットの一部が機 械的な接触／ストリッパ装置の双方の室を横断するように構成される。芯繊維の 機械的なハウジングは、２つの機能を有する。即ち、（ａ）純化が必要である流 入ガスの流れが含浸された芯繊維媒体の吸収液体に緊密に接触することができる ようにすること。（ｂ）第２の側は、ガスの汚染物質を除去することによって暖 かいストリッピングガスが芯繊維キャビテイ内に液体を発生することができるよ うにすること。作動中にこれらの芯繊維は、ガス分子をピックアップし、それら をストリッピング室側に搬送し、その分子をクリーニング液体に解放するために 液体相を機械的ハウジングの双方の室の間で往復させることができる。本発明は 、車のキャビン又は建物の空気濾過装置に使用するために特に適している。 この発明は、湿度を制御し、毒物及び望ましくないガスを除去し、種々のガス を純化するために注文製作仕様で使用することができる。このフィルタは、吸収 には依存せず、除去すべき粒子が、フィルタ材料エレメントの表面に付着するが 、むしろ吸収、分子の運動性は、非機械的な方法で１つの領域から他の領域に望 ましくないガスを移動するようにつけることができる。開示した装置において、 芯繊維の間の解放空間は、清浄すべき空気流において、圧力差の問題が最小限に なり、空気流の制限が吸収すべき液体及びガスの分子を連続的に使用することに よって増大しないように残る。本発明による装置は、ガスの流れの非機械的で連 続的で非周期的な再発生又はクリーニングを提供する。 図面の簡単な説明 本発明をさらによく理解するために、添付図面に示した本発明の好ましい実施 例を参照しなければならない。 図１は、本発明によるガス相除去装置の斜視図である。 図２は、本発明によるガス分子フィルタ装置の概略図である。 図３は、本発明を実施する特に適当な芯繊維の拡大図である。 図４は、空気流を連続的に除湿するために本発明を使用した結果を示すグラフ である。 図５は、空気流を形成するトルエン分子形態を連続的に除去するために本発明 を使用する結果を示すグラフである。 図６は、Ｃ形状の芯繊維の拡大図である。 好ましい実施例の詳細な説明 図面、特に図１及び図２を参照すると、本発明による連続的なガス分子捕捉及 び除去装置１０が示されている。ガス除去装置１０は、図３に示すように、ガス 分子吸収液体を含有する多数の芯繊維２０から形成されたフィルタエレメント１ ２を使用する。フィルタエレメント１２は、清浄にすべき空気流から他の空気流 に延び、他の空気流は、汚染ガス分子を吸収液体から剥ぎ離すことができる。 ガス吸収液体は、中に溶解された種々の添加物を備えた不活性溶剤からなる。 この添加物は、種々の蒸気の溶解性を向上するために不活性溶剤に加えられる。 この不活性担体は、好ましくは、グリセロール、ポリエチレングリコール、ポリ プロピレン、ミネラルオイル、又は他の高い沸点を有するような非揮発性液体で ある。望ましくない空気ガスの類似性を有するガス吸収液体が選択され、個々の 芯繊維２０に形成された内側溝又は空洞２２内に配置される。選択された液体媒 体は、空気の流れを浄化又は純化するためにその機構としての吸収ではない吸収 を使用する。使用される吸収液体は、問題となる蒸気を吸収し、有害ではなく、 特定のガス及び臭いの蒸気を中性化するために選択される。この吸収において補 助するために、特定のガスの吸収、すなわち、揮発性有機成分の除去のために水 蒸気の除去又はパラシクラフェンのカルシウム塩化物のリチウム塩化物の吸収を 容易にするために、種々の添加物を液体の担体と関連して使用することができる 。選択された液体担体と吸収補助剤の可能な組み合わせは、当業者に公知である ようにほぼ無制限である。選択された液体担体は、それが容易にはがれることが できるように逆な方向で特定のガス分子をわずかに吸収することができなければ ならない。 本発明を実施するために特に適した芯繊維は、米国特許第５，０５７，３６８ 号に示されている。この特許は、繊維が、中央コア及び３つ及び４つのＴ形状の ローブ２６を備えた断面を備えている熱可塑性ポリマーから形成されたトリロー バル又はクオドリローバル繊維を示す。ローブの脚部は、コアと交差し、隣接す るローブの脚部の間の角度は、約８０°ないし１３０°である。熱可塑性ポリマ ーは、通常、ナイロン、ポリエステル、ポイオレフィン又はその組み合わせであ る。図３に示すような芯繊維は、３つの中空の内側の長手方向に延びるキャビテ ィ２２を有する延長したストランドとして形成され、その各々は、長手方向に延 びるスロット２４によって外側ストランド面と連通する。芯繊維２０は、３０な いし２５０ミクロンの直径を有し、比較的小さい。個々のキャビティ２２内の毛 管力は、外側面２８を適当に濡らすことなく、又は内側の繊維空洞を充填するこ となく繊維２０の内側に吸収液体が容易に吸い上げられる繊維２０の外側よりも かなり大きい。繊維２０は、毛管作用を通して液体を強く保持し、繊維マット１ ２は、接触するためにぬれず、液体はふられない。このような芯繊維２０のフィ ルタマット１２において、個々のストランドの間の領域は、各繊維２０の内側空 洞２２が充填されるガス吸収液体が比較的ないまま残る。このフィルタエレメン トは、ナイロン、ポリエステル又はポリオレフィンのような１つ又は複数の芯材 料のストランドからつくられている。３つのＴ形状の断面のセグメントは、図示 したように曲がっているか、直線の外面を有する。芯繊維２０は、外側の３つの 数のローブとして示されているが、他の数のローブも適している。さらに、Ｃ形 状又は他の断面を有する他の外側又は内側の芯繊維は、ガス吸収液体を吸い上げ るために適している。 図６は、溝３２及び長手方向に延びる開口部３４とを備えたＣ形状の芯繊維３ ０の拡大図である。繊維３０の円周部に対する開口部３４の寸法は、選択された 繊維が所望の芯特性を有する場合には重要ではない。芯繊維の特定の形状は、選 択された繊維が吸収液体を動かすことができる限り重要ではなく、その表面に沿 ってそれと接触し、それが容易に移動しないようにその表面にに沿ってその吸収 液体を保持する。 有効な芯剤である多数の共通の材料は、材料を通る空気の循環を制限する。例 えば、水で普通のハンカチを濡らすことは、それを通る空気流に対して材料を密 封することである。ガス吸収液体が繊維２０のキャビティ２２内に維持された内 側の芯繊維を使用することによって、個々の芯繊維２０の外側の周りの制限され ない空気流が維持される。 示したガス除去装置１０は、ガス除去室又は吸収室１６と、ハウジング１４内 に形成されたストリッピング室１８とを有する。繊維メッシュ又はフィルタエレ メント１２は、平行に配置され、双方の室１６，１８内に延びるように向いてい る多数の芯繊維２０からなる。ハウジング１４は、装置１０の外側を形成する。 図１において、明らかにするために、ハウジング１４の上部は図示されない。ハ ウジング１４は、２つの室１６，１８が分離するように構成される。ハウジング １０内の隔壁１７は室１８から室１６を分離する。清浄にすべき空気流は、室１ ６に入り、室１６に配置された飽和された繊維メッシュ１２の部分を通って流れ る。室１６を通って流れる空気全体は、芯繊維メッシュ１２を通って流れなけれ ばならない。繊維メッシュ１２は、多数の含浸された芯繊維２０で構成され、室 １６を通って流れる空気流全体が芯繊維２０の空洞２２内の選択された液体に緊 密に接触する。望ましくないガスモジュールの類似性を有する選択された液体は 、ガス分子を吸収し、室１６を通る空気流からそれらを除去する。 吸収された望ましくないガス分子を備えた液体を含む芯繊維２０は、空気流が 芯繊維２０上を通過し、望ましくないガス分子を除去し、それを排出するために 搬送されるストリッピング室１８に延びている。濃縮因子誘導分子混合は、室１ ６内できれいにされるべき空気流からの液体内の望ましくないガス分子を室１８ を通ってストリピング空気流に搬送される。ストリッピング空気流は、加熱され るか、又は望ましくないガス分子の除去を容易にするために変形される。図１及 び図２に異なるように示されている空気流の流れの方向は重要ではない。室１６ 及び１８の寸法及び空気流の流速は、特別の用途に適するように構成されている 。選択された液体は、隔壁１７のガスを搬送し、繊維２０のほぼ平行な構成を介 して再び戻ることができる折返運転担体運転室１８として作用する。 示されたガスモジュール除去装置は、空気流から水の分子を除去し、空気から 除湿するために使用することができる。図４に示すグラフを参照すると、１００ ％に近い相対湿度を備えた供給空気は、本発明によって処理された後、５０％以 下まで低下した湿度を有する。実験で使用される処理空気は、２５℃の温度で５ ＳＬＰＭである。ストリッピング空気流速は、４２℃ないし４６℃で２８ＳＬＰ Ｍであった。選択されたガス吸着液体位相は、リチウムクロライド、水、及び適 当なプロピレングリコール（３．５／３．５／３Ｗ／Ｗ／Ｗ）の混合物からなる 。 また表示されたガス分子装置は、空気流からトルエン分子を連続的に除去する ために使用することができる。いま図５を参照すると、グラフは、２つの異なる ストリッピング流速１４ＳＬＰＭ及び２８ＳＬＰＭでミネラルオイル吸収剤によ って摂取されるトルエンを示す。経験は、１００ｐｐｍのトルエンチャレンジ精 神を使用する２２℃ないし２４℃の大気の空気温度で導入される。吸収剤が含ま れない含浸されない乾燥したファイバスクリーンが使用される最小限のトルエン のアップテークが観察された。この一連の経験において、芯ファイバ層内のガス の残留時間は、約６０ｍ秒であった。 本発明の動作方法及び装置を説明する。望ましくない空気生成材料及びガス汚 染物質は、空気流の複数の少なくとも一部が中空の芯繊維２０を挿入することに よって空気流から除去される。芯繊維の中空部分は、開口部２４を通して空気流 と連通する望ましくない材料又はガスは、芯繊維２０内の液体によって吸収され る。液体内の溶液内の望ましくない材料又はガスは、濃縮因子誘導分子混合によ って清浄な空気流から廃棄空気に搬送され、この廃棄空気の流れは、望ましくな い材料又はガス分子を除去し搬送する廃棄空気流に搬送される。 本発明の芯繊維法は活性炭又は炭素に対して大きな利点を有する。含浸されな い芯繊維２０は、非常に大きな臭い吸収性能及び等価な炭素容積より大きな時間 を有する。空気フィルタ１０の圧力低下は、同じ性能及び除去性能のカーボンフ ィルタの低下より非常に小さい。芯繊維フィルタ１０は、未使用炭素の広範なガ スを除去するために液体で含浸された。さらに、芯繊維フィルタ装置１０は、炭 素状ガスではない。安定状態で作動する芯繊維装置１０は、選択された蒸気を連 続的に除去し、ガス吸収液体を除去するためにポンプ又は他の装置を必要としな い。 本発明は、航空機のコックピット、車の内部、宇宙船、建物又は同様の包囲さ れた環境のような比較的小さい領域の空気を新鮮にするために特に適しており、 そのすべては、ほぼキャビンとして認識される。この明細書に示した本発明は、 非機械的であり、非周期的な、連続的なキャビンの臭い及び湿度の除去を行い、 空気流速の低減、低減した分子除去能率を避けるコンパクトな、経済的な空気フ ィルタ１０を提供する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アンガー，ピーター・ディー アメリカ合衆国ニュージャージー州07961, コベント・ステーション，テリー・ドライ ブ 36 (72)発明者 ボーズ，ダニエル アメリカ合衆国ニュージャージー州07836, フランダース，クローバーヒル・ドライブ 150 【要約の続き】 ティ（２２）を通して接触する。吸収液体は芯繊維キャ ビティ（２２）内に残り、長手方向の開口部（２４）を 通って芯繊維の間の空隙には入らず、液体は、前記繊維 （２０）を越えて流れる空気流に完全に連通する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１の空気流から望ましくないガス分子を連続的に除去し、前記望ましく ないガス分子を第２空気流へ解放する装置であって、 各々が長手方向に伸びる開口部を備えた長手方向に伸びる溝を含む複数の芯繊 維と、 前記複数の芯繊維の溝内に配置された望ましくないガス分子と類似性を有する 液体と、 前記液体が前記望ましくないガス分子を吸収するように、前記第１の空気流を 複数の芯繊維の一部へ向ける手段と、を有し、 前記複数の芯繊維は、前記第１の空気流から、前記望ましくないガス分子を除 去し搬送する第２の空気流へ伸びるように配置されていることを特徴とする装置 。 ２．前記第１の空気流及び前記第２の空気流が流れるハウジングと、 前記第２の空気流から前記第１の空気流を分離する前記ハウジング内に配置さ れた隔壁と、を備え、前記複数の芯繊維は、前記第１の空気流と前記第２の空気 流との間に間隔を設ける前記隔壁を通って伸びる請求項１に記載の装置。 ３．前記除去すべきガス分子は、水である請求項２に記載の装置。 ４．前記複数の繊維の各々は、ほぼ中空である請求項１に記載の装置。 ５．空気流から臭いを除去する濾過装置であって、 第１の室及び第２の室を備えたハウジングと、 前記ハウジングの第１の室を通る空気流の空気流通路と、 前記ハウジング伸びる第１の室を通る空気流の空気流通路と、 前記空気流通路を途中でとめるために第１の室内に配置された複数のストラン ドを有する繊維性芯材料であって、前記複数のストランドの各々は、少なくとも １つの半径方向の開口部を通して外面に接続された中空の内側領域を備えている 繊維性芯材料と、 前記複数のストランドの中空の内側領域に配置された液体を吸収する空気ボー ン蒸気であって、前記複数のストランドの半径方向の開口部を通して連通し、空 気流が前記第１の室を通る空気流通路に従う空気ボーン蒸気と、 前記第２の室に伸びる前記繊維性芯材料の部分を通過して前記吸収液体によっ て吸収された蒸気分子を除去するために前記ハウジングの前記第２の室を通って 流れるストリップ空気流と、を有する濾過装置。 ６．請求項５に記載の濾過装置であって、前記流通路に沿って前記空気流を移 動する移動装置を備え、前記空気ボーン蒸気は、前記ストランドの半径方向開口 部を通過することによって前記ストランドの中空領域の前記空気ボーン蒸気吸収 液体に連通し、前記空気ボーン蒸気は、前記ストランドの外面に空気ボーン蒸気 を蓄積することなく、空気流から臭いを除去するために空気ボーン蒸気吸収液体 によって吸収され、その結果の空気流の移動は、前記繊維性芯材料が延長された 時間、使用した後であっても、本質的には影響されない濾過装置。 ７．前記ストランドは、前記ハウジングの前記第１の室と前記第２の室との間 に伸びるように向いている複数のほぼ細長い繊維を有する請求項６に記載の濾過 装置。 ８．前記ストランドの各々の半径方向の開口部は、前記ストランドの各々に支 持された前記蒸気吸収液体に作用する毛管作用が前記ストランドの前記中空の領 域から前記ストランドの外面に蒸気吸収液体が漏れることを防止するように形成 されている請求項６に記載の濾過装置。 ９．前記ストランドの各々の半径方向開口部は、蒸気吸収液体が、毛管力が前 記ストランドの外面を濡らすことを防止するように空気流の臭い蒸気を吸収する ことができるように十分な面積を有する請求項８に記載の濾過装置。 １０．第１のガス流から特定のガス分子を連続的に除去する方法であって、 ａ．除去すべき特定のタイプのガス分子の類似性を有する液体を選択し、 ｂ．前記表面に沿って選択された液体を移動して前記個々の繊維の間の空間に 移動する選択液体を保持する機能を有する複数の芯繊維から形成されるマット上 へ選択された液体を配置し、 ｃ．前記マットの一部を通って前記第１のガス流を流し、選択された液体が特 別のタイプのガス分子を吸収するようにし、 ｄ．吸収され、選択された液体によって分配され、それを通って分配される特 定のタイプのガス分子が除去され、搬送するように、マットの異なる部分を通っ て第２のガス流をを向けることを特徴とする方法。 １１．前記特定のタイプのガス分子は、水であり、第１のガス流及び第２のガ ス流は、空気である請求項１０の方法。