WO2023286219A1 - 空気清浄機及び感染防止用清浄化ブース - Google Patents

空気清浄機及び感染防止用清浄化ブース Download PDF

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信明 小松
朋子 伊藤
真千子 若林
隆也 西山
陽和 中村
智章 猪俣
一清 相場
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国際先端技術総合研究所株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an air purifier and a cleaning booth for infection prevention using the same.
  • one type of conventional air purifier sterilizes with ozone or ultraviolet light, or a combination thereof, and then filters and releases the air as is.
  • Each wavelength has its own characteristics, but generally speaking, the shorter the wavelength, the greater the energy that destroys genes.
  • light with a wavelength of 185 nm has the effect of destroying viruses and bacteria in a few seconds. .
  • DNA and RNA which are the nucleic acids that make up the genes of viruses and bacteria, exhibit the highest absorption characteristics around a wavelength of 260 nm.
  • a low-pressure mercury lamp has a high emission spectrum near a wavelength of 254 nm. Using this characteristic, when the target is a bacterium, it is irradiated with a low-pressure mercury lamp to destroy the cell membrane of the bacterium and let the body fluid flow out to kill it, and when the target is a virus, the virus It is performed to prevent proliferation by decomposing the genetic information of DNA and RNA possessed by.
  • Patent Literature 1 discloses a technique of irradiating the human body with ultraviolet rays having a wavelength of 200 nm or more and 230 nm or less for disinfection.
  • Short-wave ultraviolet rays have the aspect of "sterilization", but at the same time, ultraviolet rays react with oxygen in the air and generate ozone, which is harmful to the human body. Reaction between ozone and ultraviolet rays with a wavelength of 100 to 260 nm generates active oxygen, which decomposes polluting organic substances with a strong oxidizing action. Ozone has an oxidizing power several times that of chlorine, and has a strong oxidizing power. And, because of this strong oxidizing power, it degrades most substances.
  • Ozone has a strong ability to oxidize things, second only to fluorine and several times better than chlorine, and is used for sterilization, disinfection, deodorization, etc.
  • high-concentration ozone causes deterioration of rubber and plastics, and also damages living organisms.
  • Ozone is not easily absorbed by water, so if it is taken into the respiratory system, it may reach deep into the lungs and cause respiratory disorders (pulmonary edema, etc.).
  • Patent Literature 2 discloses a technique for decomposing ozone generated by using ultraviolet rays.
  • the wavelength of ultraviolet rays used is 200 nm or more, and short-wave ultraviolet rays in the 185 nm wavelength range are excluded.
  • the ozonolysis technology of Patent Document 2 is mainly aimed at improving the deodorizing performance, and there is room for further improvement in order to use it, for example, in an air purifier that provides sterilized air.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an air purifier and a cleaning booth for preventing infection that can effectively suppress the generation of ozone while sterilizing the air using ultraviolet rays of relatively short wavelengths. intended to provide
  • the air cleaner of the present invention a housing in which a recirculation chamber is formed between an intake opening and an exhaust opening; an ultraviolet irradiation device for simultaneously generating ultraviolet rays with a wavelength of 185 nm and ultraviolet rays with a wavelength of 254 nm in the reflux chamber; an ozone decomposition member through which air passes from the recirculation chamber toward the exhaust opening; a recirculation plate disposed in the recirculation chamber that hits and recirculates a portion of the air flowing from the intake opening toward the exhaust opening;
  • the ultraviolet rays irradiated from the ultraviolet irradiation device are characterized in that both the air directed toward the return flow plate from the intake opening and the air returned from the return flow plate are irradiated with the ultraviolet light.
  • an air purifier and an infection-preventing purifying booth that can effectively suppress the generation of ozone while sterilizing the air using relatively short-wavelength ultraviolet rays.
  • FIG. 1 is a perspective view of the air purifier according to the first embodiment of the present invention seen from obliquely above, and arrows indicate the air flow.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the air purifier according to the second embodiment of the present invention, in which arrows indicate the flow of air.
  • FIG. 3 is a diagram showing an infection-preventing purification booth in which the air purifier according to the embodiment of the present invention is combined as an intake device and an exhaust device for an isolation booth.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the air purifier according to the second embodiment, in which arrows indicate the flow of air.
  • Air purifier> 1 and 2 are a schematic perspective view and longitudinal sectional view, respectively, showing an air cleaner 1 of a first embodiment.
  • a housing 10 whose bottom surface is supported by casters 10a has an air intake opening 11 on its back surface and an exhaust opening 12 on its top surface.
  • the periphery of the exhaust opening 12 is surrounded by an exhaust pipe 13, and a manganese dioxide catalyst filter 25 as an ozone decomposing member is arranged inside the exhaust opening 12.
  • a manganese dioxide catalyst filter 25 as an ozone decomposing member is arranged inside the exhaust opening 12.
  • a shielding plate 14 is arranged with respect to the intake opening 11 to prevent relatively large foreign objects from being sucked. Furthermore, the intake opening 11 is covered by a prefilter 15 with a mesh.
  • Fiber products such as polypropylene, polyvinylidene chloride, polyester, and nylon can be used as the material of the pre-filter 15 here.
  • the purpose of installing the pre-filter 15 is to first collect coarse particles floating in the air.
  • the interior of the housing 10 is partitioned by a partition plate 16 into an intake opening 11 side and an exhaust opening 12 side.
  • a chamber on the exhaust opening 12 side partitioned by 16 is referred to as a recirculation chamber CC.
  • the volume of the reflux chamber CC is larger than the volume of the suction chamber SC.
  • the partition plate 16 is formed with a communication hole 16a that communicates the suction chamber SC and the reflux chamber CC.
  • a HEPA filter 17 is arranged in the vicinity of the air intake opening 11 in the suction chamber SC so that the air entering through the air intake opening 11 can pass through.
  • ethylene propylene diene rubber, silicone rubber, fluorine rubber, etc. can be used as packing to prevent air leakage.
  • a fan 18 driven by a motor 19 is arranged in the suction chamber SC in the vicinity of the communication hole 16 a of the partition plate 16 .
  • the motor 19 is connected to a power supply (not shown).
  • Various types such as an axial type and a centrifugal type are used for the fan 18 .
  • a current plate 20 is attached to the partition plate 16 so as to surround the communication hole 16a.
  • the straightening plate 20 is formed, for example, by press-molding a metal plate, and has a pair of fan-shaped side plates 20a extending from both sides of the communication hole 16a and a curved plate 20b connecting the fan-shaped side plates 20a.
  • the upper side of the current plate 20 is open.
  • the rectifying plate 20 does not necessarily have to surround the communicating hole 16a, and instead of the fan-shaped side plate 20a and the curved plate 20b, a simple plate-like structure can be used to deflect the air upward.
  • a current plate may be provided, for example, at the position of the curved plate 20b. Furthermore, if it is possible to convect the air in the reflux chamber CC, the current plate 20 may not be provided.
  • a holding plate 21 extends downward from the upper wall of the housing 10, and a control circuit 22 is arranged between the holding plate 21 and the rear surface of the housing 10. .
  • the control circuit 22 is connected to a power supply (not shown), and can drive and control an ultraviolet lamp (ultraviolet irradiation device) 23 exposed on the reflux chamber CC side of the holding plate 21 to emit light.
  • the ultraviolet lamp 23 can simultaneously emit light having a wavelength of 185 nm and a wavelength of 254 nm.
  • a circulation plate 24 is arranged between the ultraviolet lamp 23 and the exhaust opening 12 so as to be spaced apart from the upper wall of the housing 10 and extend parallel to the upper wall.
  • a clearance CL is formed between the circulation plate 24 and the inner periphery of the housing 10 .
  • the circulation plate 24 covers the entire exhaust opening 12 when viewed in the axial direction of the exhaust opening 12 (vertical direction in FIG. 2).
  • the air purifier 1 of the present embodiment is placed and used indoors, for example, but the usage environment is not particularly limited.
  • the air taken into the suction chamber SC enters the circulation chamber CC through the communication hole 16a of the partition plate 16 and flows toward the circulation plate 24 above.
  • the air flowing from the communication hole 16a passes near the ultraviolet lamp 23 and reaches the circulation plate 24 while reducing the flow velocity by entering the circulation chamber CC having a relatively large capacity.
  • the contaminant aerosols and droplet nuclei that are not captured by the HEPA filter 17 are damaged and destroyed at the genetic level within a few seconds by the ultraviolet rays emitted from the ultraviolet lamp 23 (Shoichi Morimoto, "By Airflow Control Airborne Infection Risk Reduction", Clinical Environmental Medicine, Vol. 27, No.
  • the ultraviolet lamp 23 is hermetically mounted in the housing 10, the ultraviolet rays do not leak out and come into contact with human eyes.
  • the ultraviolet rays with a wavelength of 185 nm emitted from the ultraviolet lamp 23 contribute to the generation of ozone. More specifically, when oxygen molecules absorb photons with a wavelength of 185 nm, they dissociate into oxygen atoms (active oxygen) as shown in Equation 1 below, and the oxygen atoms bond with oxygen molecules to generate ozone.
  • oxygen atoms active oxygen
  • ozone Even if the ozone is completely sealed at normal temperature, it will be reduced to less than half in one day, and will eventually be reduced to the original oxygen. However, if the human body inhales ozone-containing air, even if it is just for a short time, it will come into contact with the nasal cavity, throat, trachea, lungs, etc., and the surface will be oxidized, causing odor, irritation, cough, headache, drowsiness, Symptoms such as chest tightness may occur. In order to prevent the damage caused by the toxicity of ozone, in Japan, the Occupational Health Society Occupational Health Association Allowable Concentration Committee sets the allowable concentration of ozone in the working environment to 0.1 ppm.
  • the air purifier 1 of this embodiment includes a manganese dioxide catalyst filter 25 . More specifically, the ozone-containing air that passes through the circulation plate 24 and the inner periphery of the housing 10 and the gap CL toward the exhaust opening 12 passes through the manganese dioxide-based catalyst filter 25, whereupon the ozone is decomposed. be.
  • activated carbon As a method for removing ozone, activated carbon has conventionally been used simply. Ozone is adsorbed and reacted within the pores of activated carbon, and decomposed into carbon dioxide and water. Activated carbon is relatively easy to manage, but has the problem of being difficult to use because it produces an exothermic reaction as shown in Equation 2 below. (Formula 2) C (activated carbon) + 2O 3 ⁇ CO 2 + 2O 2 + 679 kJ
  • the manganese dioxide-based catalyst filter 25 can be a product obtained by sintering the powder into a pellet, a honeycomb-like molding, a honeycomb-like material, or a fibrous base material supported on the material.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the air purifier of the second embodiment.
  • the ultraviolet lamp 23 is installed vertically along the air flow path in the apparatus, thereby increasing the irradiation time of the ultraviolet rays to the air and enhancing the sterilization effect. can be enhanced.
  • the horizontally installed ultraviolet lamp 23 as shown in the first embodiment may be used together, or may not be used together.
  • the sterilization effect can be further enhanced by using both a horizontally installed ultraviolet lamp and a vertically installed ultraviolet lamp.
  • the sterilization effect can be enhanced by generating ultraviolet rays with a wavelength of 254 nm from the ultraviolet lamp 23 installed vertically.
  • can it is possible to generate both ultraviolet rays with a wavelength of 185 nm and ultraviolet rays with a wavelength of 254 nm from both a horizontally installed ultraviolet lamp and a vertically installed ultraviolet lamp.
  • the number of ultraviolet lamps installed vertically may be one, or a plurality of ultraviolet lamps may be arranged in parallel.
  • by mounting the rectifying plate 20 downward it is possible to efficiently generate air convection without using the return plate 24 employed in the first embodiment. , it is possible to make maximum use of the UV lamp.
  • a reflecting member may be provided inside the housing.
  • the reflective member need not be an independent member used only for reflection, and can be installed by forming a reflective film on the surface of the inner wall of the housing, the current plate, or the like.
  • the air purifier 1 can be used, for example, to supply air to a simple booth 30 for isolating infected persons that forms a certain space. It can be used as a device or an exhaust device.
  • the air purifier 1 described above is combined with the simple booth 30 as an exhaust device, it is possible to purify the air discharged from the simple booth 30 to the atmosphere by a similar effect. By doing so, it is possible to detoxify the viruses in the air flowing out of the simple booth 30 and then exhaust them into the atmosphere.
  • an ozone sensor 31 that detects an ozone concentration of 0.1 ppm or more and issues an alarm in case of trouble such as clogging of the manganese dioxide catalyst filter 25 of the air purifier 1. is preferably installed in the simple booth 30.
  • this embodiment it is possible to purify harmful components present in the room (inside the simple booth) with short-wave ultraviolet rays, and to detoxify ozone that is generated by ultraviolet rays and is harmful to the human body.
  • By adopting a push-pull arrangement it is possible to create a unidirectional flow in the room (inside the simple booth) and efficiently remove harmful components. It also has the advantage of not exposing the human body to harmful ultraviolet rays and ozone.
  • the air purifier 1 of the present embodiment was installed in the simple booth 30, and after operating for 60 minutes, the number of particles inside and outside the simple booth 30 was measured with a RION Handheld Particle Counter KC-51 manufactured by Rion Co., Ltd. Meanwhile, the measurement results shown in Table 1 below were obtained.
  • the simple booth 30 was set up in a general office. Further, in the arrangement example of FIG. 3, it was confirmed with an anemometer that the air volume on the suction side of the air purifier 1 in the simple booth 30 was 135 m 3 /hr or more.
  • Air cleaner 10 Housing 11 Intake opening 12 Exhaust opening 13 Exhaust cylinder 14 Shielding plate 15 Pre-filter 16 Partition plate 17 HEPA filter 18 Fan 19 Motor 20 Current plate 21 Holding plate 22 Control circuit 23 Ultraviolet lamp 24 Reflux plate 25 Manganese dioxide System catalyst filter 30 Simple booth 31 Ozone sensor CC Reflux chamber SC Suction chamber CL Gap

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Abstract

比較的短波長の紫外線を用いて空気の除菌を行いつつ、オゾンの発生を有効に抑制できる空気清浄機及び感染防止用清浄化ブースを提供する。空気清浄機は、吸気開口１１と排気開口１２との間に還流室ＣＣを形成した筐体１０と、前記還流室ＣＣ内において、波長１８５ｎｍの紫外線と波長２５４ｎｍの紫外線を同時に発生する紫外線ランプ２３と、前記還流室ＣＣから前記排気開口１２に向かう空気が通過する二酸化マンガン系触媒フィルタ２５と、前記還流室ＣＣ内に配置され、前記吸気開口１１から前記排気開口１２に向かって流れる空気の一部に当たり、還流させる還流板２４と、を有し、前記紫外線ランプ２３から照射された紫外線は、前記吸気開口１１から前記還流板２４に向かう空気と、前記還流板２４から還流される空気の双方に照射される。

Description

空気清浄機及び感染防止用清浄化ブース
　本発明は、空気清浄機及びこれを用いた感染防止用清浄化ブースに関する。
　近時、新型コロナウイルス感染症（ｃｏｖｉｄ　１９）の感染拡大により、社会全体が甚大な被害を受けるとともに、対応策の検討が急がれている。新型コロナウイルス感染症の感染経路は、飛沫感染（くしゃみ、せきのしぶき）が主たる経路であると考えられるため、感染拡大を防止するためには、飛沫に含まれるウイルスを殺菌し、これが広まらないようにすることが極めて重要である。同時に、飛沫感染に於いて空気中でウイルスの飛沫が３時間以上生存する事が判明したことにより、より空気感染に近い感染を生じる可能性が大きくなった。
　特に、感染者が治療を受けている医療現場や感染者が滞在しているホテルなどにおいては、感染が医従事者や関係者に拡大しないように措置を講じることが喫緊の課題となっている。
　空気中に飛散した飛沫を除去する為に、ＨＥＰＡフィルタで、０．３μ迄のサイズの物を９９．９７％以上除去する事が可能である。更に細かなものに於いては静電フィルタを併用する事で、かなりの除菌効果を持たせる事が出来る。一方、ウイルスのサイズは０．１μ以下で有り、フィルタで捕捉されても、かなりの時間生存している。そのためには、１８５ｎｍの波長をもつ深紫外線により、オゾンを生成しこれによって、飛沫核を含め殺菌する。次に、２００ｎｍ～２８０ｎｍの紫外線により、ＤＮＡ・ＲＮＡ型の構成塩基を破壊する事で短時間で殺菌を可能とする。そのためには、従来の空気清浄機の一タイプにおいて、オゾンあるいは紫外線に、またはその併用によって殺菌し、その後濾過して、その空気をそのまま放出するものがある。照射する波長によりそれぞれ特徴があるが、一般論で言えば、波長が短くなるほど遺伝子を破壊するエネルギーは増大する傾向があり、特に１８５ｎｍの波長の光はウイルスや細菌を数秒で破壊する効果を持つ。
　ウイルスや細菌の遺伝子の本体をなす核酸としてのＤＮＡやＲＮＡは、波長２６０ｎｍ付近に最も高い吸収特性を示すことが知られている。そして、低圧水銀ランプは、波長２５４ｎｍ付近に高い発光スペクトルを備える。この特性を利用し、対象が菌の場合には、低圧水銀ランプを照射して、細菌の細胞膜を破壊して体液を流出させて殺すことが行われ、また対象がウイルスの場合には、ウイルスの持っているＤＮＡやＲＮＡの遺伝子情報を分解して増殖を防ぐことが行われる。
　しかし、このような波長帯の紫外線を人体に照射すると、人体に影響を及ぼすリスクがあることも知られている。皮膚は表面に近い部分から順に、角質層、顆粒層、有刺層、基底層の４層に分けられる。波長２５４ｎｍの紫外線が人体に照射されると、角質層を透過して、顆粒層や有棘層、場合によっては基底層に達し、これらの層内に存在する細胞のＤＮＡに吸収される。この結果、ＤＮＡ損傷が生じて皮膚癌のリスクが高まる。一方、２２２ｎｍの紫外線はウイルスや細菌のＤＮＡには損傷を与えるが、人体の核には到達せずＤＮＡ損傷を起こさないことが報告されている。そこで特許文献１には、波長２００ｎｍ以上２３０ｎｍ以下の紫外線を人体に照射して消毒を行う技術が開示されている。
　短波長の紫外線には「殺菌」という面もあるが同時に、紫外線は空気中の酸素と反応し、人体に有害なオゾンを生成する。オゾンと波長１００～２６０ｎｍの紫外線との反応により活性酸素が発生し、強力な酸化作用で汚染有機物質を分解する。オゾンは塩素の数倍の酸化力があり、強力な酸化力を持っている。そして、この強力な酸化力のために、大半の物質を劣化させてしまう。
　オゾンは物を酸化する力が強く、フッ素に次ぎ、塩素より数倍勝り、殺菌、消毒、脱臭などに利用されている。しかしこの酸化力のために、高濃度のオゾンはゴムやプラスチックなどの劣化を起こし、生体にも損傷を与える。オゾンは水分に吸収されにくいため、呼吸器系に取り込まれた場合には肺の深部にまで到達して、呼吸器障害（肺水腫など）を引き起こすおそれがある。これに対し特許文献２には、紫外線を用いることで発生するオゾンを分解する技術が示されている。
特許第６４９３７０３号公報 特開平９－５２０２０号公報
　特許文献１に記載の除菌技術では、用いる紫外線の波長が２００ｎｍ以上であり、１８５ｎｍ波長域の短波長紫外線は除外されている。また、特許文献２のオゾン分解技術は、主に脱臭性能の向上を目的としたものであり、例えば除菌された空気を提供する空気清浄機に用いるためには、さらなる工夫の余地がある。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、比較的短波長の紫外線を用いて空気の除菌を行いつつ、オゾンの発生を有効に抑制できる空気清浄機及び感染防止用清浄化ブースを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の空気清浄機は、
　吸気開口と排気開口との間に還流室を形成した筐体と、
　前記還流室内において、波長１８５ｎｍの紫外線と波長２５４ｎｍの紫外線を同時に発生する紫外線照射装置と、
　前記還流室から前記排気開口に向かう空気が通過するオゾン分解部材と、
　前記還流室内に配置され、前記吸気開口から前記排気開口に向かって流れる空気の一部に当たり、還流させる還流板と、を有し、
　前記紫外線照射装置から照射された紫外線は、前記吸気開口から前記還流板に向かう空気と、前記還流板から還流される空気の双方に照射される、ことを特徴とする。
　本発明によれば、比較的短波長の紫外線を用いて空気の除菌を行いつつ、オゾンの発生を有効に抑制できる空気清浄機及び感染防止用清浄化ブースを提供することができる。
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる空気清浄機を斜め上方から透視した斜視図であるが、空気の流れを矢印で示している。 図２は、本発明の第２の実施形態にかかる空気清浄機の縦断面図であるが、空気の流れを矢印で示している。 図３は、本発明の実施形態にかかる空気清浄機を隔離用ブースの吸気装置及び排気装置として組み合わせた感染防止用清浄化ブースを示す図である。 図４は、第２の実施形態にかる空気清浄機の縦断面図であるが、空気の流れを矢印で示している。
　以下、図面を参照して実施の形態について説明する。本発明にかかる空気清浄機及び感染防止用清浄化ブースは、以下の実施の形態に限られない。
＜空気清浄機＞
　図１及び図２は、それぞれ第１の実施形態の空気清浄機１を示す模式的な斜視図及び縦断面図である。図において、キャスター１０ａによって下面を支持された筐体１０は、背面に吸気開口１１を備え、上面に排気開口１２を備えている。排気開口１２の周囲は、排気筒１３によって囲われており、排気開口１２の内部には、オゾン分解部材としての二酸化マンガン系触媒フィルタ２５が配置されている。
　吸気開口１１の外方には、比較的大きな異物が吸い込まれることを抑制する遮蔽板１４が、吸気開口１１に対して配置されている。さらに吸気開口１１は、網目を有するプレフィルタ１５により覆われている。
　ここでプレフィルタ１５の素材は、ポリプロピレンやポリ塩化ビニリデン、ポリエステル、ナイロンなどの繊維製品を用いることができる。プレフィルタ１５を設置する目的は、空気中に浮遊する粗粒子を先ず捕集するためである。
　筐体１０の内部は、仕切り板１６により、吸気開口１１側と、排気開口１２側とに仕切られており、仕切り板１６により仕切られた吸気開口１１側のチャンバを吸引室ＳＣとし、仕切り板１６により仕切られた排気開口１２側のチャンバを還流室ＣＣとする。還流室ＣＣの容積は、吸引室ＳＣの容積より大きい。仕切り板１６には、吸引室ＳＣと還流室ＣＣとを連通する連通穴１６ａが形成されている。
　吸引室ＳＣ内において、吸気開口１１に近接して、ＨＥＰＡフィルタ１７が配置されており、吸気開口１１を介し進入した空気が通過可能となっている。
　プレフィルタ１５やＨＥＰＡフィルタ１７を設置する際、エア漏れを防ぐためにエチレンプロピレンジエンゴムやシリコンゴム、フッ素ゴムなどをパッキンとして用いることができる。
　また、吸引室ＳＣ内には、仕切り板１６の連通穴１６ａに近接して、モータ１９により駆動されるファン１８が配置されている。モータ１９は不図示の電源に接続されている。ファン１８には、軸流型や遠心型など各種のタイプが用いられる。
　還流室ＣＣ内において、連通穴１６ａを囲うようにして、整流板２０が仕切り板１６に取り付けられている。整流板２０は、例えば金属板をプレス成形することによって形成され、連通穴１６ａの両側から延在する一対の扇状側板２０ａと、扇状側板２０ａを連結する湾曲板２０ｂとを有する。整流板２０の上方は、開放している。
　なお、整流板２０は、必ずしも連通穴１６ａを囲うように設ける必要はなく、扇状側板２０ａ、湾曲板２０ｂの構成に代えて、空気を上方に偏向させることができるように、単純な板状の整流板を、例えば湾曲板２０ｂの位置に設けてもよい。
　さらに、還流室ＣＣにおいて空気を対流させることが可能であれば、整流板２０は設けなくてもよい。
　還流室ＣＣ内において、筐体１０の上壁から下方に向かって保持板２１が延在しており、保持板２１と筐体１０の背面との間には、制御回路２２が配置されている。制御回路２２は、不図示の電源に接続されており、保持板２１の還流室ＣＣ側に露出した紫外線ランプ（紫外線照射装置）２３を駆動制御して、これを発光させることができる。紫外線ランプ２３は、波長１８５ｎｍと波長２５４ｎｍを同時に発光することができる。
　紫外線ランプ２３と排気開口１２との間には、筐体１０の上壁から離間し、該上壁に平行に延在するようにして還流板２４が配置されている。還流板２４と筐体１０の内周との間には、隙間ＣＬが形成されている。ここで、還流板２４は、排気開口１２の軸線方向（図２で上下方向）に見たときに、排気開口１２全体を覆っていると好ましい。
　次に、本実施形態の空気清浄機１の動作について、説明する。本実施形態の空気清浄機１は、例えば室内などに載置されて使用されるが、特に使用環境については制限されない。
　不図示の電源スイッチをオン操作することで、モータ１９に給電され、ファン１８が回転し、また制御回路２２に給電され、紫外線ランプ２３が発光する。
　ファン１８が回転することで、図２の矢印に示すように、吸気開口１１のプレフィルタ１５を介してウイルスや細菌、各種汚染物質を含む空気ないしは外気が吸引室ＳＣ内に吸引され、さらにＨＥＰＡフィルタ１７を通過することで、０．３μｍの粒子が９９．９％以上の確率で捕集される。
　アメリカ疾病予防管理センター（ＣＤＣ）により示された、隔離予防策のためのガイドライン（Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅ　ｆｏｒ　Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　Ｐｒｅｃａｕｔｉｏｎｓ　：　Ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｉｎｆｅｃｔｉｏｕｓ　Ａｇｅｎｔｓ　ｉｎ　Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ　Ｓｅｔｔｉｎｇｓ　２００７）によると、インフルエンザウィルスや結核菌、麻疹ウィルスなど空気感染を引き起こす感染性微生物を含んだ飛沫核の大きさは、通常５μｍ未満であるため、ＨＥＰＡフィルタ１７を通過することでかなりの汚染物質が捕集される。
　吸引室ＳＣ内に取り込まれた空気は、仕切り板１６の連通穴１６ａを介して、還流室ＣＣ内へと進入し、上方の還流板２４に向かって流れる。このとき、連通穴１６ａから流れる空気は、比較的容量の大きな還流室ＣＣへと進入することで流速を低下させつつ、紫外線ランプ２３の近傍を通過して還流板２４に至る。この際に、ＨＥＰＡフィルタ１７に捕集されなかった汚染物質のエアロゾルや飛沫核は、紫外線ランプ２３から照射された紫外線によって遺伝子レベルで数秒内に損傷・破壊される（森本正一「気流制御による空気感染リスク低減」、臨床環境医学、第２７巻第１号（２０１８年）　伊田寛、羽田聡子、柳宇、瀬島竣介、中西芳夫「ＵＶＧＩを組み込んだ空調システムの感染対策例」、臨床環境医学、第２７巻第１号（２０１８年）参照）。
　紫外線ランプ２３の近傍を通過した空気の一部は、還流板２４と筐体１０の内周と隙間ＣＬを抜けて排気開口１２に向かうが、空気の大部分は、還流板２４に当たって還流させられ、還流室ＣＣ内において仕切り板１６に向かうように流れが変更させられる。その際に還流された空気は、再び紫外線ランプ２３の近傍を通過するので、照射された紫外線によりエアロゾルや飛沫核がさらに破壊される。さらに、仕切り板１６に向かって流れた空気は、新たに連通穴１６ａから還流室ＣＣに導入された空気とともに、再び還流板２４に向かって流れるため、紫外線ランプ２３から紫外線を照射される。このように、本実施形態によれば、還流室ＣＣ内で空気の一部を還流させることで、より長時間にわたって紫外線の照射を行えるため、汚染物質の無毒化効果が高くなっている。なお、この紫外線ランプ２３は、筐体１０内に密閉されて搭載されるので、紫外線が洩れて人間の目に触れることはない。
　ところで、紫外線ランプ２３から照射された１８５ｎｍ波長の紫外線は、オゾンの生成に寄与する。より具体的には、波長１８５ｎｍのフォトンを酸素分子が吸収すると、以下の式１で示すように酸素原子に解離し（活性酸素）、その酸素原子が酸素分子と結合してオゾンを生成する。
（式１）　　　３Ｏ２　＋　ｈν　→　［ＯやＯ２ －などの活性酸素］　→　２Ｏ３
　オゾンは常温で完全に密閉された中でも一日で半減以下になり、最終的には元の酸素に還元される。しかし短時間とは言え、微量でも人体がオゾンを含有する空気を吸引すると、鼻腔・喉・気管・肺などにオゾンが接触し、その表面が酸化され、臭気・刺激・咳・頭痛・眠気・胸部圧迫感などの症状が現れるおそれがある。このオゾンの毒性による被害を防止するために、わが国では産業衛生学会許容濃度委員会が、作業環境におけるオゾンの許容濃度を０．１ｐｐｍとしている。
　上述したように、還流室ＣＣに導入された空気に対して比較的長時間の紫外線照射を行うことで、汚染物質の無毒化効果が期待されるが、その反面、発生するオゾン量も増大することとなる。そこで、本実施形態の空気清浄機１は、二酸化マンガン系触媒フィルタ２５を備えている。より具体的には、還流板２４と筐体１０の内周と隙間ＣＬを通過して排気開口１２に向かうオゾンを含む空気は、二酸化マンガン系触媒フィルタ２５を通過することで、オゾンが分解される。
　オゾン除去の手法として、従来は活性炭が簡便に使われていた。オゾンは、活性炭の細孔内で吸着・反応し、二酸化炭素と水に分解される。活性炭は比較的管理が容易ではあるが、以下の式２で示すように発熱反応を生じるために、使いにくいという問題がある。
（式２）　　　Ｃ（活性炭）＋　２Ｏ３　→　ＣＯ２　＋　２Ｏ２　＋　６７９ｋＪ
　これに対し、複合酸化物系触媒、例えば二酸化マンガン系触媒は、式３及び式４に示すように、オゾンの自己分解反応の活性化エネルギーを低下させ、常温あるいは低温でもオゾンを酸素に変えて無害化できる。
（式３）　　　Ｏ３　＋　Ｘ（触媒）　→　Ｘ－Ｏ　＋　Ｏ２
（式４）　　　Ｘ－Ｏ　＋　Ｏ３　→　Ｘ　＋　２Ｏ２
　すなわち、活性炭に比較してオゾン分解効率が高く、また長期間性能を維持できる。この触媒の特長は、オゾンの吸着→分解→脱離反応が常温で急速に行われることにより、より高い分解性能を長時間発揮し続けることである。二酸化マンガン系触媒フィルタ２５は、その粉末をペレット状に焼結したもの、ハニカム状成形物、ハニカム状の機材や繊維状の基材に担持させたものとすることができる。　
＜空気清浄機の他の実施態様＞
　図４は、第２の実施態様の空気清浄機の断面図である。第２の実施態様においては、図４に示すように、紫外線ランプ２３を装置内の空気の流路に沿うよう縦に設置することにより、空気に対する紫外線の照射時間を長くして、殺菌効果を高めることができる。
　そして、第１の実施態様に示されるような水平に設置した紫外線ランプ２３を併用してもよいし、併用しなくともよい。水平に設置した紫外線ランプと縦に設置した紫外線ランプを併用すれば、殺菌効果をさらに高めることができる。
　例えば、水平に設置した紫外線ランプ２３から波長１８５ｎｍの紫外線を発生している場合には、縦に設置した紫外線ランプ２３からは、波長２５４ｎｍの紫外線を発生させることによって、殺菌効果を強化することができる。
　つまり、水平に設置された紫外線ランプと縦に設置された紫外線ランプの両方から波長１８５ｎｍの紫外線と波長２５４ｎｍの紫外線の両方を発生させてもよいし、水平に設置された紫外線ランプと縦に設置された紫外線ランプとで発生波長を適宜に組み合わせて発生させることとしてもよい。
　また、縦に設置する紫外線ランプの数は１本でもよいし、複数本を並列させてもよい。
　さらに、第２の実施態様においては、整流板２０を下向きに取り付けることにより、第１の実施態様で採用していた還流板２４を用いなくとも、効率良く空気の対流を発生することが可能となり、紫外線ランプを最大限利用することが可能となる。
＜反射部材＞
　空気清浄機の内部において、紫外線ランプから発生される紫外線を有効に活用するため、筐体の内部に反射部材を設けることもできる。反射部材を設けることによって、紫外線ランプから発生した紫外線が装置内で反射を繰り返し、空気の殺菌効果を一層高めることができる。
　なお、反射部材は反射のためだけに用いる独立した部材である必要はなく、筐体の内壁や整流板などの表面に反射膜を形成することによって設置することもできる。
＜感染防止用清浄化ブース＞
　上述した空気清浄機１を医療の現場などより効果的に使用するためには、本実施形態にかかる空気清浄機１を、例えば一定の空間を形成する感染者隔離用の簡易ブース３０の給気装置または排気装置として用いることができる。
　図３に示すように、上述した空気清浄機１を給気装置として簡易ブース３０に組み合わせた場合、１８５ｎｍの波長域と２５４ｎｍの波長域を同時に発生する紫外線ランプ２３により紫外線を照射することで外気中に存在する有害成分を分解し、紫外線ランプ２３により生じたオゾンを二酸化マンガン系触媒フィルタ２５により酸素に還元して無害化した空気を、簡易ブース３０内に送り込むことによって、感染者の居住する特定の空間を効果的に清浄化することができる。
　また、上述した空気清浄機１を排気装置として簡易ブース３０に組み合わせた場合、同様な作用によって簡易ブース３０内から大気に排出される空気を清浄化することができる。このようにすることで、簡易ブース３０内から流れ出た空気中のウイルスを無毒化した上で大気中に排気することが可能になる。
　さらに、同様な空気清浄機１を簡易ブース３０の吸気装置及び排気装置として設置して、いわゆるプッシュプル型の配置とすれば、簡易ブース３０内の清浄化はさらに効果的である。かかる場合、吸気装置としての空気清浄機１から簡易ブース３０内に導入された空気が、簡易ブース３０の対角線に沿って流れ、排気装置としての空気清浄機１に取り込まれて排気されるようにすると望ましい。
　また、空気清浄機１の二酸化マンガン系触媒フィルタ２５が万一目詰まりなどのトラブルが発生した場合に備え、オゾン濃度が例えば０．１ｐｐｍ以上になったことを検出して警報を発するオゾンセンサ３１を、簡易ブース３０内に設置すると望ましい。
　本実施形態によれば、短波長紫外線により室内（簡易ブース内）に存在する有害成分を清浄化でき、かつ紫外線により発生する人体に有害なオゾンを無害化できる。プッシュプル型の配置とすることで、室内（簡易ブース内）に一方向流れを作り出し、効率的に有害成分を除去できる。また有害な紫外線やオゾンを人体に晒さないで済む利点がある。
（実施例）
　以下、本発明者が行った実験結果について説明する。
　本実施形態の空気清浄機１を用いて、還流室ＣＣ内の空気に紫外線ランプより紫外線を照射することにより発生したオゾン量を、株式会社佐藤商事社製オゾン検知器（オゾンチェッカー）ＯＣ－３００で測定したところ、測定範囲を超える０．２５ｐｐｍ以上のオゾンが検出された。一方、二酸化マンガン系触媒フィルタ２５を通過した空気のオゾン量を、同オゾン検知器を置いて測定したところ、オゾン量は０．０００ｐｐｍ以下であった。
　また、本実施形態の空気清浄機１を簡易ブース３０内に設置し、６０分間運転した後、簡易ブース３０内外のパーティクル（粒子）数をリオン株式会社製ＲＩＯＮハンドヘルドパーティクルカウンタＫＣ－５１で測定したところ、以下の表１に示す測定結果が得られた。なお簡易ブース３０は一般的なオフィス内に設営した。また、図３の配置例において、簡易ブース３０内の空気清浄機１の吸引側の風量は１３５ｍ３／ｈｒ以上であることを風速計にて確認した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
１　　空気清浄機
１０　筐体
１１　吸気開口
１２　排気開口
１３　排気筒
１４　遮蔽板
１５　プレフィルタ
１６　仕切り板
１７　ＨＥＰＡフィルタ
１８　ファン
１９　モータ
２０　整流板
２１　保持板
２２　制御回路
２３　紫外線ランプ
２４　還流板
２５　二酸化マンガン系触媒フィルタ
３０　簡易ブース
３１　オゾンセンサ
ＣＣ　還流室
ＳＣ　吸引室
ＣＬ　隙間

 

Claims (9)

  1. 　吸気開口と排気開口との間に還流室を形成した筐体と、
    　前記還流室内において、波長１８５ｎｍの紫外線と波長２５４ｎｍの紫外線を同時に発生する紫外線照射装置と、
    　前記還流室から前記排気開口に向かう空気が通過するオゾン分解部材と、
    　前記還流室内に配置され、前記吸気開口から前記排気開口に向かって流れる空気の一部に当たり、還流させる還流板と、を有し、
    　前記紫外線照射装置から照射された紫外線は、前記吸気開口から前記還流板に向かう空気と、前記還流板から還流される空気の双方に照射される、
    ことを特徴とする空気清浄機。
  2. 吸気開口と排気開口との間に還流室を形成した筐体と、
    　前記還流室内において、波長１８５ｎｍの紫外線と波長２５４ｎｍの紫外線を同時に発生する紫外線照射装置と、
    　前記還流室から前記排気開口に向かう空気が通過するオゾン分解部材と、を有し、
    　前記紫外線照射装置は、前記筐体の縦方向に設置され、
    　前記紫外線照射装置から照射された紫外線は、前記吸気開口から前記排気開口に向かう空気に照射される、
    ことを特徴とする空気清浄機。
  3. 　前記紫外線照射装置は、前記筐体の水平方向及び縦方向にそれぞれ設置されており、
    　前記筐体の水平方向に設置された前記紫外線照射装置は、少なくとも波長１８５ｎｍの紫外線を発生させ、
    　前記筐体の縦方向に設置された前記紫外線照射装置は、少なくとも波長２５４ｎｍの紫外線を発生させる、
    ことを特徴とする請求項２に記載の空気清浄機。
  4. 　前記筐体内を、前記排気開口側の前記還流室と、前記吸気開口側の吸引室とに分ける仕切りを有し、
    　前記吸引室に、前記吸気開口を介して進入した空気が通過するＨＥＰＡフィルタが配置されている、
    ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の空気清浄機。
  5. 　前記吸引室から前記還流室に進入した空気の流れを、前記排気開口側に向ける整流板を有する、
    ことを特徴とする請求項４に記載の空気清浄機。
  6. 　前記オゾン分解部材は、二酸化マンガン系触媒フィルタである、
    ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の空気清浄機。
  7. 　前記空気清浄機は、前記筐体内に反射部材を有している
    ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の空気清浄機。
  8. 　前記反射部材は、前記筐体内の部材の一部の表面に形成された反射膜である
    ことを特徴とする請求項７に記載の空気清浄機。
  9. 　一定の空間を形成するブースに請求項１～８のいずれか一項に記載の空気清浄機を給気装置または排気装置として取り付けたことを特徴とする感染防止用清浄化ブース。
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