JP2012517862A - Ultraviolet light air treatment method and ultraviolet light air treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
本発明は、環境の微生物制御、及び/又は殺菌/改善を行う方法及び装置に関する。通常、上記方法は、例えば水和(溶液中の水、又は共有原子価、ファンデルワールス力、又はロンドン分散力によって結合されている水分子の形)、オゾン、プラズマ種、及び/又は有機種が実質的にない精製過酸化水素ガス(PHPG)を生成することと、環境中において、より好ましくは表面上及び空気中の両方において微生物制御、及び/又は殺菌/改善を行うように上記PHPGが作用するよう、主としてPHPGからなるガスを上記環境中へ放出することである。The present invention relates to a method and apparatus for microbial control and / or sterilization / improvement of the environment. Typically, the above method involves, for example, hydration (in the form of water in solution or water molecules bound by covalent valence, van der Waals forces, or London dispersion forces), ozone, plasma species, and / or organic species. To produce purified hydrogen peroxide gas (PHPG) that is substantially free from microbial control and / or sterilization / improvement in the environment, more preferably both on the surface and in the air. In order to work, it is to release a gas consisting mainly of PHPG into the environment.
Description
この出願は、2009年2月13日に出願された米国の仮特許出願第61/152,581、及び2009年11月4日に出願された米国の仮特許出願第61/258,005の出願日の利益を主張し、これら両出願は、その全体を参照することにより、本出願に組み込まれている。 This application is filed in US provisional patent application 61 / 152,581 filed February 13, 2009 and US provisional patent application 61 / 258,005 filed November 4, 2009. Claiming the benefit of the day, both of these applications are incorporated herein by reference in their entirety.
本発明は、一般に感染対策及び微生物制御の方法論、及びそれらに関係する装置に関する。 The present invention generally relates to infection control and microbial control methodologies and related devices.
病原菌、カビ、白カビ、胞子、及び有機および無機の汚染物質は、環境中に通常見つけられる。環境空間中の微生物制御及び殺菌は、健康増進のために望ましい。空気を浄化し、表面を殺菌するための試みにおいて、従来から多くの方法が使用されている。例えば、光触媒による酸化処理によって生成された活性酸素種(Reactive oxygen species (ROS))が、有機汚染物質を酸化し、微生物を殺すことができることは、既に知られている。より詳しくは、ヒドロキシルラジカル(hydroxyl radical)、ヒドロペルオキシルラジカル(hydroperoxyl radical)、塩素及びオゾンといった光触媒反応の最終生産物は、有機化合物を酸化させ、微生物を殺すことができるのが知られている。しかし、既知の方法及び装置には、有効性の限界だけでなく、安全性の問題点のために制限がある。 Pathogenic fungi, mold, mildew, spores, and organic and inorganic contaminants are usually found in the environment. Microbial control and sterilization in the environmental space is desirable for health promotion. Many methods have been used in the past in attempts to purify air and sterilize surfaces. For example, it is already known that reactive oxygen species (ROS) generated by photocatalytic oxidation treatment can oxidize organic pollutants and kill microorganisms. More specifically, the end products of photocatalytic reactions such as hydroxyl radical, hydroperoxyl radical, chlorine and ozone are known to oxidize organic compounds and kill microorganisms. . However, known methods and devices have limitations due to safety issues as well as limited effectiveness.
ROSは、環境中の湿った空気を紫外光に曝して得られる高度に活性された空気を説明するために使用される用語である。紫外線領域の光は、或る振動数で光子を放出し、この光子は、吸収されると化学結合を切り離すのに十分なエネルギを有している。250〜255nmの波長の紫外光は、殺菌剤として通常使用されている。略181nm以下から182〜187nmまでの波長の紫外光は、オゾンを生成する能力において、コロナ放電に匹敵する。オゾン処理及び紫外光照射は、共に地域の水道システムにおける殺菌に使用されている。オゾンは、産業廃水及び冷却塔を処理するのに現在使用されている。 ROS is a term used to describe highly activated air that is obtained by exposing humid air in the environment to ultraviolet light. Light in the ultraviolet region emits a photon at a certain frequency, and when absorbed, this photon has sufficient energy to break chemical bonds. Ultraviolet light having a wavelength of 250 to 255 nm is usually used as a disinfectant. Ultraviolet light having a wavelength of approximately 181 nm or less to 182 to 187 nm is comparable to corona discharge in the ability to generate ozone. Both ozone treatment and ultraviolet light irradiation are used for sterilization in local water systems. Ozone is currently used to treat industrial wastewater and cooling towers.
過酸化水素は、抗菌特性を有していることが一般に知られており、殺菌及び微生物制御のために水溶液中で使用されている。しかし、気相で過酸化水素を使用する試みは、精製過酸化水素ガス(Purified Hydrogen Peroxide Gas(PHPG))の生成についての技術的ハードルによって今まで妨げられている。過酸化水素の水溶液を蒸発させると、含水過酸化水素水溶液で構成された微液滴のエアロゾルが生成される。蒸発させた過酸化水素水を「乾燥」させる種々の処理は、せいぜい水和した形の過酸化水素を生成するにすぎない。この水和した過酸化水素は、静電引力及びロンドン分散力によって結合した水分子で囲まれている。従って、過酸化水素が静電的手段によって環境と直接相互作用する能力は、結合した水分子によって著しく弱められ、このことが、封入された過酸化水素分子の基本的な静電構造を事実上変えるのである。さらに、蒸発させた過酸化水素が達成できる最低濃度は、通常、米国労働安全衛生局(OSHA)による職場の安全限度である1.0ppmよりも十分高いため、人がいる区域にこの処理を用いることを不適切にしている。 Hydrogen peroxide is generally known to have antibacterial properties and is used in aqueous solutions for sterilization and microbial control. However, attempts to use hydrogen peroxide in the gas phase have been hampered to date by technical hurdles for the production of purified hydrogen peroxide gas (PHPG). When the aqueous solution of hydrogen peroxide is evaporated, an aerosol of fine droplets composed of the aqueous hydrogen peroxide solution is generated. Various treatments to “dry” the evaporated aqueous hydrogen peroxide only produce hydrated forms of hydrogen peroxide at best. This hydrated hydrogen peroxide is surrounded by water molecules bonded by electrostatic attraction and London dispersion. Thus, the ability of hydrogen peroxide to interact directly with the environment by electrostatic means is significantly weakened by the bound water molecules, which effectively reduces the basic electrostatic structure of the encapsulated hydrogen peroxide molecules. Change it. In addition, the minimum concentration that can be achieved with evaporated hydrogen peroxide is usually well above the workplace safety limit of 1.0 ppm by the Occupational Safety and Health Administration (OSHA), so use this treatment in areas where people are present. Is inappropriate.
流体中の有機汚染物質の分解に適すると実証された光触媒は、TiO2、ZnO、SnO2、WO3、CdS、ZrO2、SB2O4、Fe2O3を含むが、これらに限定されない。二酸化チタン(TiO2)は、化学的に安定で、紫外光又は可視光による活性化に適したバンドギャップを有し、比較的安価である。従って、二酸化チタンの光触媒化学は、汚染された空気及び水から有機および無機化合物を除去するために過去30年間、広範囲に亘って研究されてきている。
Photocatalyst was demonstrated to be suitable for the decomposition of organic contaminants in the fluid, TiO 2, ZnO, SnO 2 ,
光触媒は、十分なエネルギをもつ紫外光で活性化されると、吸着した水からヒドロキシルラジカルを生成することができるので、気体状態で適用されると、環境中に放出するためのPHPGの生成に用いうる見込みがある。しかし、光触媒の既存の適用は、多くの異なる活性化学種を含んだプラズマを作ることに集中している。さらに、光触媒プラズマ中の大部分の化学種は、過酸化水素と反応し、過酸化水素を分解する反応によって過酸化水素ガスの生成を抑制する。また、プラズマ中に導入されるどの有機ガスも、過酸化水素との直接反応及び過酸化水素と反応した結果の酸化生成物の両方によって過酸化水素の生成を抑制する。 Photocatalysts can generate hydroxyl radicals from adsorbed water when activated with sufficient energy ultraviolet light, so when applied in the gaseous state, they can generate PHPG for release into the environment. There is a possibility that it can be used. However, existing applications of photocatalysts are focused on creating a plasma containing many different active species. Furthermore, most chemical species in the photocatalytic plasma react with hydrogen peroxide and suppress the generation of hydrogen peroxide gas by a reaction that decomposes hydrogen peroxide. Also, any organic gas introduced into the plasma suppresses the production of hydrogen peroxide by both the direct reaction with hydrogen peroxide and the oxidation products resulting from the reaction with hydrogen peroxide.
また、光触媒プラズマ反応装置自体も、環境中に放出するためのPHPGの生成を制限する。過酸化水素(還元電位0.71eV)には、犠牲酸化剤として還元されるべき酸素(還元電位−0.13eV)よりも大きい化学ポテンシャルがあるので、水の酸化で生成されるのと同じくらい急速に、光触媒プラズマ反応装置内を下流へ移動するにつれて優先的に還元される。
酸化
2光子 + 2H2O → 2OH* + 2H+ + 2e-
2OH* → H2O2
還元
H2O2 + 2H+ + 2e- → 2H2O
さらに、いくつかの副反応は、光触媒プラズマの一部になる様々な種を生成し、これが、上述したような環境中に放出するためのPHPGの生成を抑制する。
The photocatalytic plasma reactor itself also limits the production of PHPG for release into the environment. Hydrogen peroxide (reduction potential 0.71 eV) has a greater chemical potential than oxygen to be reduced as a sacrificial oxidant (reduction potential -0.13 eV), so it is as fast as it is produced by water oxidation. , It is reduced preferentially as it moves downstream in the photocatalytic plasma reactor.
Oxidation
Two-photon + 2H 2 O → 2OH * + 2H + + 2e -
2OH * → H 2 O 2
reduction
H 2 O 2 + 2H + + 2e - → 2H 2 O
In addition, some side reactions generate various species that become part of the photocatalytic plasma, which inhibits the generation of PHPG for release into the environment as described above.
光触媒を活性化するために使用される光の波長は、過酸化水素分子中の過酸化結合を光分解するのに十分なエネルギもあり、また、環境中に放出するためのPHPGの生成における抑制剤でもある。さらに、オゾンを生成する波長の光を使用した実施は、過酸化水素を分解する光触媒プラズマ中にさらに別の種を導入する。
O3 + H2O2 → H2O + 2O2
The wavelength of light used to activate the photocatalyst is also energetic enough to photodecompose peroxide bonds in the hydrogen peroxide molecule, and also suppresses the generation of PHPG for release into the environment It is also an agent. Furthermore, implementations using light of a wavelength that generates ozone introduces another species into the photocatalytic plasma that decomposes hydrogen peroxide.
O 3 + H 2 O 2 → H 2 O + 2O 2
実際には、光触媒の適用は、プラズマを生成することに焦点を合わせていて、有機汚染物質及び微生物を酸化するために使用されるオゾンをしばしば含んでいる。そのようなプラズマは、そもそもプラズマ反応装置自体の範囲内で主として有効であり、プラズマ反応装置の範囲外では化学安定性が本来制限され、プラズマが含みうる限られた量の過酸化水素ガスは活発に分解する。さらに、プラズマがプラズマ反応装置自体の中で主として有効なので、多くの設計は、プラズマ反応装置を通り抜けるときに有機汚染物質及び微生物のより完全な酸化を促進するために滞留時間を最大にしている。過酸化水素は、還元されるポテンシャルが上述したように高いので、最大化された滞留時間は、過酸化水素の生成量を最小化することになる。 In practice, the application of photocatalysts is focused on generating a plasma and often includes ozone used to oxidize organic pollutants and microorganisms. Such plasmas are primarily effective primarily within the plasma reactor itself, with inherently limited chemical stability outside the plasma reactor itself, and the limited amount of hydrogen peroxide gas that the plasma can contain is active. Disassembled into Furthermore, since the plasma is primarily effective within the plasma reactor itself, many designs maximize residence time to promote more complete oxidation of organic contaminants and microorganisms as they pass through the plasma reactor. Since hydrogen peroxide has a high potential to be reduced as described above, the maximized residence time will minimize the amount of hydrogen peroxide produced.
また、光触媒反応の適用の大部分は、環境上好ましくない化学種を生成する。これら化学種のうちの第1は、多くのシステムの意図的な産物であるオゾン自体である。さらに、プラズマ反応装置を通る有機汚染物質は、1回の暴露で殆ど酸化されないため、二酸化炭素と水に完全に酸化するには複数回の空気交換が必要である。上記プラズマ反応装置で不完全酸化が生じると、アルデヒド,アルコール,カルボキシル酸,ケトン及び他の部分酸化された有機種の混合物が生成される。しばしば、光触媒プラズマ反応装置は、大きな有機分子をホルムアルデヒドのような複数の小さな有機分子に分解することによって、空気中の有機汚染物質の全濃度を実際に増加させうる。 Also, most of the applications of photocatalysis produce chemical species that are environmentally undesirable. The first of these species is ozone itself, an intentional product of many systems. In addition, organic contaminants that pass through the plasma reactor are hardly oxidized in a single exposure, and multiple air exchanges are required to fully oxidize to carbon dioxide and water. When incomplete oxidation occurs in the plasma reactor, a mixture of aldehydes, alcohols, carboxylic acids, ketones and other partially oxidized organic species is produced. Often, photocatalytic plasma reactors can actually increase the total concentration of organic pollutants in the air by breaking large organic molecules into multiple small organic molecules such as formaldehyde.
要約すれば、環境中に放出するためのPHPGの生成は、従来の技術で達成されていなかった。過酸化水素水を蒸発させる方法は、せいぜい、水和した形の過酸化水素を生成するにすぎない。また、光触媒システムは、過酸化水素を生成することはできても、それらには環境中に放出するためのPHPGの生成を厳しく抑制する複数の制限を有している。 In summary, the production of PHPG for release into the environment has not been achieved with the prior art. The method of evaporating the hydrogen peroxide solution, at best, produces only a hydrated form of hydrogen peroxide. Photocatalytic systems can also produce hydrogen peroxide, but they have multiple limitations that severely suppress the production of PHPG for release into the environment.
本発明の1つの局面では、環境の微生物制御、及び/又は殺菌/改善を行う方法が開示されている。通常、この方法は、(a) 過酸化水素ガスを優先的に生成する光触媒帆、つまり、帆のような空気透過性の形態を提供することと、(b) 例えば水和(溶液中の水、又は共有原子価、ファンデルワールス力、又はロンドン分散力によって結合されている水分子の形)、オゾン、プラズマ種、及び/又は有機種が実質的にない精製過酸化水素ガス(PHPG)を生成することと、(c)環境中において、より好ましくは表面上及び空気中の両方において微生物制御、及び/又は殺菌/改善を行うように上記PHPGが作用するよう、主としてPHPGからなるガスを上記環境中へ放出することである。 In one aspect of the present invention, a method for microbial control and / or sterilization / improvement of the environment is disclosed. Typically, this method involves (a) providing a photocatalytic sail that preferentially produces hydrogen peroxide gas, ie, an air permeable form such as sail, and (b) hydration (eg, water in solution). Or purified hydrogen peroxide gas (PHPG) that is substantially free of ozone, plasma species, and / or organic species), or the form of water molecules bound by covalent valence, van der Waals forces, or London dispersion forces). And (c) a gas consisting mainly of PHPG so that the PHPG acts in the environment, more preferably both on the surface and in the air, for microbial control and / or sterilization / improvement. To release into the environment.
或る実施形態において、上記方法は、(a)例えば水和(溶液中の水、又は共有原子価、ファンデルワールス力、又はロンドン分散力によって結合されている水分子の形)、オゾン、プラズマ種、及び/又は有機種が実質的にない精製過酸化水素ガス(PHPG)を生成するための条件下で、金属又は金属酸化物からなる触媒を湿った清浄環境空気の存在下で紫外光に曝すことと、(b)環境中において、より好ましくは表面上及び空気中の両方において微生物制御、及び/又は殺菌/改善を行うように上記過酸化水素ガスが作用するよう、上記PHPGを上記環境中へ放出することである。 In certain embodiments, the method comprises (a) hydration (in the form of water in solution or water molecules bound by covalent valence, van der Waals forces, or London dispersion forces), ozone, plasma Under conditions to produce purified hydrogen peroxide gas (PHPG) that is substantially free of species and / or organic species, a catalyst comprising a metal or metal oxide is exposed to ultraviolet light in the presence of moist and clean ambient air. Exposing the PHPG to the environment so that the hydrogen peroxide gas acts in the environment, and more preferably on the surface and in the air both for microbial control and / or sterilization / improvement. To release into.
本発明のもう一つの側面は、例えば水和(溶液中の水、又は共有原子価、ファンデルワールス力、又はロンドン分散力によって結合されている水分子の形)、オゾン、プラズマ種、及び/又は有機種が実質的にないPHPGを生成するためディフューザ装置に関する。上記ディフューザ装置は、(a) 紫外光源と、(b) 金属酸化物からなる触媒基板構造と、(c) 空気分配機構とを一般に備えている。 Another aspect of the invention is, for example, hydration (in the form of water in water or water molecules bound by covalent valence, van der Waals forces, or London dispersion forces), ozone, plasma species, and / or Or relates to a diffuser device for producing PHPG substantially free of organic species. The diffuser device generally includes (a) an ultraviolet light source, (b) a catalyst substrate structure made of a metal oxide, and (c) an air distribution mechanism.
本発明のもう一つの側面は、PHPGの生成を制御するための方法に関する。或る実施形態では、PHPGを全く含まない新鮮な空気と所望のレベルのPHPG含む再循環している空気、及びそれらの組み合わせとの間で給送空気のバランスをとることを通じて、PHPGの収率を改善するために、PHPGの生成は、光触媒装置内の波長選択によって制御されている。 Another aspect of the invention relates to a method for controlling the production of PHPG. In some embodiments, the yield of PHPG is achieved by balancing the feed air between fresh air without any PHPG and recirculating air with a desired level of PHPG, and combinations thereof. In order to improve the generation, the generation of PHPG is controlled by wavelength selection in the photocatalytic device.
本発明のもう一つの側面は、環境に放出されたPHPGによって、環境空気中のVOC(揮発性有機炭化水素)を酸化/除去することに関する。 Another aspect of the present invention relates to the oxidation / removal of volatile organic hydrocarbons (VOC) in ambient air with PHPG released to the environment.
本発明のもう一つの側面は、環境に放出されたPHPGによって、環境空気中からオゾンを除去することに関する。 Another aspect of the present invention relates to the removal of ozone from ambient air by PHPG released to the environment.
本発明のこれら及び他の局面は、本発明の開示を読めば当業者に明らかになる。 These and other aspects of the invention will be apparent to those of ordinary skill in the art upon reading the present disclosure.
本発明は、一般に微生物制御、及び/又は殺菌/改善方法、及びそれらに関係する装置に関する。或る実施形態では、上記方法及び装置に光触媒による処理が用いられてもよい。 The present invention relates generally to microbial control and / or sterilization / improvement methods and related devices. In some embodiments, photocatalytic treatment may be used in the methods and apparatus.
光触媒処理の基本的性質は、化学反応において光の吸収によって活性な中間生成物を生成することである。これは、適切な波長を有する光子が光触媒に当たったときに生じる。光子のエネルギが価電子帯の電子に与えられ、この電子が伝導帯へ励起され、価電子帯に「ホール」を残す。吸着した化学種がない場合は、励起された電子は減衰し、価電子帯のホールと再結合する。価電子帯のホールが酸化されうる種−優先的には光触媒の活性表面サイトに吸着された水分子−から電子を捕捉すると、再結合は妨げられる。同時に、光触媒の表面上に吸着された還元されうる種−優先的には酸素分子−は、伝導帯の電子を捕捉してもよい。 The basic property of photocatalytic treatment is to produce an active intermediate product by absorption of light in a chemical reaction. This occurs when a photon with the appropriate wavelength hits the photocatalyst. Photon energy is applied to electrons in the valence band, which are excited to the conduction band, leaving a “hole” in the valence band. In the absence of adsorbed species, the excited electrons decay and recombine with holes in the valence band. Recombination is prevented when electrons are trapped from species that can oxidize holes in the valence band-preferentially water molecules adsorbed on the active surface sites of the photocatalyst. At the same time, the reducible species adsorbed on the surface of the photocatalyst—preferentially oxygen molecules—may trap the electrons in the conduction band.
光触媒処理の開始点、又は光触媒プラズマ反応装置の入口点では、以下の反応が起こる。
酸化
2光子 + 2H2O → 2OH* + 2H+ + 2e-
2OH* → H2O2
還元
O2 + 2H+ + 2e- → H2O2
しかし、過酸化水素が一旦生成されると、上記光触媒は、酸素分子(還元電位−0.13eV)の代わりに過酸化水素(還元電位0.71eV)を優先的に還元し、反応は、プラズマ反応装置に大部分の体積中で行われる以下の平衡に移る。
酸化
2光子 + 2H2O → 2OH* + 2H+ + 2e-
2OH* → H2O2
還元
H2O2 + 2H+ + 2e- → 2H2O
The following reaction takes place at the start of the photocatalytic treatment or at the entry point of the photocatalytic plasma reactor.
Oxidation
Two-photon + 2H 2 O → 2OH * + 2H + + 2e -
2OH * → H 2 O 2
reduction
O 2 + 2H + + 2e - → H 2
However, once hydrogen peroxide is generated, the photocatalyst reduces hydrogen peroxide (reduction potential 0.71 eV) preferentially instead of oxygen molecules (reduction potential −0.13 eV), and the reaction is performed by a plasma reactor. To the following equilibrium, which takes place in most volumes.
Oxidation
Two-photon + 2H 2 O → 2OH * + 2H + + 2e -
2OH * → H 2 O 2
reduction
H 2 O 2 + 2H + + 2e - → 2H 2 O
本発明との関連で、精製過酸化水素ガス(PHPG)は、光触媒によるその後の還元を強制的にされる前に、過酸化水素を上記PHPG反応装置から除去できるような目的で設計された形態をもつ光触媒処理を用いて生成されてもよい。吸着した過酸化水素ガスを利用できなくなれば、光触媒は、過酸化水素よりむしろ酸素を優先的に還元せざるをえなくなる。そうすれば、過酸化水素ガスは、一般に、光触媒処理において水の酸化と二酸素の還元の両方によって同時に生成されてもよい。限定する意図はないが、処理動作において、生成される過酸化水素の量は2倍になり、その大部分が還元されうる前にシステムから除去される。その結果、PHPGの生成量は、光触媒プラズマ反応装置内で同じ条件の下、等しい数の活性触媒部位から生成された、精製されていない過酸化水素の偶発的な生成量の何千倍である。また、この目的に適って設計された形態によって、光触媒プラズマ反応装置が効果的に動作できる絶対湿度より十分に低い湿度でPHPGの生成が可能になる。例えば、0.2ppmより多いPHPGの生成量は、1リットル当たり2.5ミリグラムの絶対湿度で達成されている。この目的に適って設計された形態における支配的な反応は、次のようになる。
酸化
2光子 + 2H2O → 2OH* + 2H+ + 2e-
2OH* → H2O2
還元
O2 + 2H+ + 2e- → H2O2
しかし、理論に制限されることなく、本発明の微生物制御、及び/又は殺菌/改善方法及び装置は、光触媒処理の結果としてではなく、環境中に放出されたPHPGの作用によって達成されることに注目すべきである。
In the context of the present invention, purified hydrogen peroxide gas (PHPG) is a form designed for the purpose of removing hydrogen peroxide from the PHPG reactor before it is forced to undergo subsequent reduction by a photocatalyst. May be produced using a photocatalytic treatment with If the adsorbed hydrogen peroxide gas cannot be used, the photocatalyst is forced to reduce oxygen preferentially rather than hydrogen peroxide. Then, hydrogen peroxide gas may generally be generated simultaneously by both water oxidation and dioxygen reduction in the photocatalytic treatment. While not intending to be limiting, in a processing operation, the amount of hydrogen peroxide produced is doubled and most of it is removed from the system before it can be reduced. As a result, the amount of PHPG produced is thousands of times the amount of unpurified hydrogen peroxide produced accidentally produced from an equal number of active catalyst sites under the same conditions in the photocatalytic plasma reactor. . In addition, the form designed for this purpose enables the generation of PHPG at a humidity sufficiently lower than the absolute humidity at which the photocatalytic plasma reactor can operate effectively. For example, production of PHPG greater than 0.2 ppm has been achieved at 2.5 milligrams absolute humidity per liter. The dominant reaction in a form designed for this purpose is as follows.
Oxidation
Two-photon + 2H 2 O → 2OH * + 2H + + 2e -
2OH * → H 2 O 2
reduction
O 2 + 2H + + 2e - → H 2
However, without being limited by theory, the microbial control and / or sterilization / improving method and apparatus of the present invention is achieved by the action of PHPG released into the environment, not as a result of photocatalytic treatment. It should be noted.
過酸化水素ガスを還元されうる前に直ちに除去できる形態を用いて、PHPGは、従来技術で知られている適切ないかなる処理によって生成されてもよい。この処理は、限定する意図はないが、水をガス状態に酸化すると同時に酸素ガスを還元する処理を含み、例えば二酸化チタン、ジルコニア、(銅、ロジウム、銀、白金、金等の)触媒でドープされた二酸化チタンなどの金属からなる触媒、又は他の適切な金属酸化物からなる光触媒を用いる気相光触媒法を含む。PHPGは、適切な任意の金属、又は過酸化水素ガスを還元されうる前に直ちに除去できる構造を用いた金属酸化物セラミックからなる陰極および陽極を用いた電気分解によって生成されてもよい。これと択一的に、PHPGは、過酸化水素ガスが還元されうる前に直ちに除去できる構造を用いた適切な支持基板上で気体の水及び酸素分子を高周波数で励起することによって生成されてもよい。 Using a form that allows the hydrogen peroxide gas to be removed immediately before it can be reduced, PHPG may be produced by any suitable process known in the prior art. This treatment includes, but is not intended to be limited to, a treatment that oxidizes water to a gas state and simultaneously reduces oxygen gas, for example, doped with titanium dioxide, zirconia, a catalyst (such as copper, rhodium, silver, platinum, gold). Gas phase photocatalytic method using a catalyst made of a metal such as titanium dioxide or a photocatalyst made of other suitable metal oxide. PHPG may be produced by electrolysis using any suitable metal or cathode and anode consisting of a metal oxide ceramic with a structure that allows hydrogen peroxide gas to be removed immediately before it can be reduced. Alternatively, PHPG is produced by exciting gaseous water and oxygen molecules at high frequency on a suitable support substrate using a structure that can be removed immediately before hydrogen peroxide gas can be reduced. Also good.
本発明の1つの局面では、環境の微生物制御、及び/又は殺菌/改善を行う方法が開示されている。この方法は、(a) 例えば水和(溶液中の水、又は共有原子価、ファンデルワールス力、又はロンドン分散力によって結合されている水分子の形)、オゾン、プラズマ種、及び/又は有機種が実質的にない精製過酸化水素ガス(PHPG)を生成することと、(b)環境中において、より好ましくは表面上及び空気中の両方において微生物制御、及び/又は殺菌/改善を行うように上記PHPGが作用するよう、上記PHPGからなるガスを上記環境中へ放出することである。 In one aspect of the present invention, a method for microbial control and / or sterilization / improvement of the environment is disclosed. This method involves (a) eg hydration (in the form of water in solution or water molecules bound by covalent valence, van der Waals forces, or London dispersion forces), ozone, plasma species, and / or presence. To produce purified hydrogen peroxide gas (PHPG), which is substantially free of equipment, and (b) to perform microbial control and / or sterilization / improvement in the environment, more preferably both on the surface and in the air In other words, the PHPG gas is released into the environment so that the PHPG acts on the environment.
ここで使用されているように、「精製過酸化水素ガス」又はPHPGという用語は、少なくとも水和(溶液中の水、又は共有原子価、ファンデルワールス力、又はロンドン分散力によって結合されている水分子の形)が実質的になく、さらにオゾンが実質的にない過酸化水素のガス形態を通常意味している。 As used herein, the term “purified hydrogen peroxide gas” or PHPG is bound by at least hydration (water in solution, or covalent valence, van der Waals force, or London dispersion force). It usually means a gaseous form of hydrogen peroxide that is substantially free of water molecules and substantially free of ozone.
或る実施形態で、上記方法は、(a)例えば水和(溶液中の水、又は共有原子価、ファンデルワールス力、又はロンドン分散力によって結合されている水分子の形)、オゾン、プラズマ種、及び/又は有機種が実質的にない精製過酸化水素ガス(PHPG)を生成するための条件下で、金属、又は金属酸化物からなる触媒を湿った清浄環境空気の存在下で紫外光に曝すことと、(b)環境中において、より好ましくは表面上及び空気中の両方において微生物制御、及び/又は殺菌/改善を行うように上記PHPGが作用するよう、上記PHPGを上記環境中へ放出して、上記環境空気からオゾン及びVOCを除去することである。 In some embodiments, the method comprises (a) eg hydration (in the form of water in solution or water molecules bound by covalent valence, van der Waals forces, or London dispersion forces), ozone, plasma UV light in the presence of moist and clean ambient air under conditions to produce purified hydrogen peroxide gas (PHPG) that is substantially free of species and / or organic species And (b) bringing the PHPG into the environment so that the PHPG acts in the environment, more preferably both on the surface and in the air, for microbial control and / or sterilization / improvement. To release and remove ozone and VOC from the ambient air.
一実施形態では、紫外光は、略181nm以上、略185nm以上、略187nm以上、略182nmから略254nmまで、略187nmから略250nmまで、略188nmから略249nmまで、略255nmから略380nmまで等の範囲のうち少なくとも1つの範囲の波長を生成する。或る実施形態では、略255nmから略380nmまでの範囲の波長が、PHPGの収率を改善させるのに好ましい。 In one embodiment, the ultraviolet light is about 181 nm or more, about 185 nm or more, about 187 nm or more, about 182 nm to about 254 nm, about 187 nm to about 250 nm, about 188 nm to about 249 nm, about 255 nm to about 380 nm, etc. Generate a wavelength in at least one of the ranges. In some embodiments, wavelengths in the range of about 255 nm to about 380 nm are preferred to improve the yield of PHPG.
本発明のもう一つの側面は、例えば、水和(溶液中の水、又は共有原子価、ファンデルワールス力、又はロンドン分散力によって結合されている水分子の形)、オゾン、プラズマ種、及び/又は、有機種を実質的に含まない精製過酸化水素ガス(PHPG)から成るガスを生成するためのディフューザ装置に関する。例えば図1及び図2を参照すると、ディフューザ装置は、概ね(a)紫外光源4と、(b)金属又は金属酸化物触媒基板構造3と、(c)空気分配機構5,6及び/又は7とを備えている。
Another aspect of the present invention is, for example, hydration (the form of water in solution or water molecules bound by covalent valence, van der Waals forces, or London dispersion forces), ozone, plasma species, and The present invention relates to a diffuser device for generating a gas composed of purified hydrogen peroxide gas (PHPG) substantially free of organic species. For example, referring to FIGS. 1 and 2, the diffuser apparatus generally includes (a) an ultraviolet light source 4, (b) a metal or metal oxide
或る実施形態では、上記空気分配機構は、ファン5であるか、又は例えば空気などの流体を、ディフューザ装置を通って移動させるのに適切な他の機構であってもよい。本発明の或る局面によると、空気分配機構の選択、設計、サイズ選定、及び運転は、ディフューザ装置を通って流れる、例えば空気などの流体が、概ね実際的に最も早くなるようでなければならない。理論に制限されるつもりはなく、最適なPHPGのレベルは、急速な流体フロー条件下で、ディフューザ装置を抜け出るために生成されていると信じられている。 In some embodiments, the air distribution mechanism may be a fan 5 or other mechanism suitable for moving a fluid, such as air, through a diffuser device. According to certain aspects of the present invention, the selection, design, sizing, and operation of the air distribution mechanism should be such that the fluid flowing through the diffuser device, such as air, is generally the fastest in practice. . Without intending to be bound by theory, it is believed that optimal PHPG levels are being generated to exit the diffuser device under rapid fluid flow conditions.
紫外光源4は、通常、湿った環境空気に光触媒反応を起こさせるのに十分な少なくとも1つの波長範囲の光を発するが、オゾンの生成を開始させるために酸素を光分解することはない。一実施形態では、紫外光は、略181nm以上、略185nm以上、略187nm以上、略182nm〜略254nm、略187nm〜略250nm、略188nm〜略249nm、略255nm〜略380nm等の範囲のうち少なくとも1つの範囲の波長を生成する。或る実施形態では、略255nm〜略380nmの範囲の波長が、オゾンが実質的にない非水和過酸化水素を含むPHPGの収率を改善させるのに好ましい。 The ultraviolet light source 4 typically emits light in at least one wavelength range sufficient to cause a photocatalytic reaction in moist ambient air, but does not photodegrade oxygen to initiate ozone production. In one embodiment, the ultraviolet light is at least about 181 nm or more, about 185 nm or more, about 187 nm or more, about 182 nm to about 254 nm, about 187 nm to about 250 nm, about 188 nm to about 249 nm, about 255 nm to about 380 nm, etc. Generate a range of wavelengths. In some embodiments, wavelengths in the range of about 255 nm to about 380 nm are preferred to improve the yield of PHPG comprising non-hydrated hydrogen peroxide that is substantially free of ozone.
本発明では、「オゾンが実質的にない」という表現は、略0.015ppm以下であって、オゾンのLOD(level of detection,検出レベル)以下のレベルまで下がったオゾン量を一般に意味している。このようなレベルは、人間の健康に対する一般的な許容限以下である。この関連で、米国食品医薬品局(FDA)は、室内の医療機器のオゾン排出量を0.05ppm以下と定めている。米国労働安全衛生局(OSHA)は、労働者は平均濃度0.10ppm以上のオゾンに8時間曝されてはならないと定めている。米国国立労働安全衛生研究所(NIOSH)は、0.1ppmのオゾン上限は常に超えられてはならないと推奨している。米国環境保護庁(EPA)の環境空気品質基準は、オゾンに対して室外平均濃度0.08ppmで最大8時間と定めている。この明細書に記載されている上記ディフューザ装置は、ドレージャーチューブによって検出可能なレベルのオゾンを生成しないことを常に実証している。 In the present invention, the expression “substantially free of ozone” generally means an amount of ozone that is approximately 0.015 ppm or less and has dropped to a level that is less than or equal to the ozone level of detection (LOD). Such a level is below the general tolerance for human health. In this connection, the US Food and Drug Administration (FDA) has set indoor medical devices to emit less than 0.05 ppm of ozone. The US Occupational Safety and Health Administration (OSHA) states that workers should not be exposed to ozone with an average concentration of 0.10 ppm or higher for 8 hours. The National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) recommends that the ozone limit of 0.1 ppm should not always be exceeded. The US Environmental Protection Agency (EPA) environmental air quality standards set a maximum outdoor concentration of 0.08 ppm for ozone and a maximum of 8 hours. The diffuser device described in this document has always demonstrated that it does not produce a level of ozone detectable by the drager tube.
しかし、或る実施形態では、以下の反応により、PHPGは、周囲環境からオゾンを除去するために使用されてもよい
O3 + H2O2 → H2O + 2O2
However, in some embodiments, PHPG may be used to remove ozone from the surrounding environment by the following reaction:
O 3 + H 2 O 2 → H 2 O + 2O 2
或る実施形態では、PHPGによるVOCの直接酸化により、PHPGは、周囲環境からVOCを除去するために使用されてもよい。 In some embodiments, PHPG may be used to remove VOCs from the surrounding environment by direct oxidation of VOCs by PHPG.
或る実施形態では、PHPGは、室内空気処理のための殺菌剤、カビ及び/又は真菌の除去装置、バクテリア除去装置、及び/又はウイルス除去装置を含むがこれらに限定されない微生物制御に使用されてもよい。上記PHPG方法は、所望の微生物制御、及び/又は殺菌/改善プロセスを行うのに十分な量の過酸化水素ガスを生成してもよい。十分な量は、当業者に通常知られており、浄化すべき固体、液体、又は気体によって、特定の殺菌/改善の性質に応じて変更できる。 In some embodiments, PHPG is used for microbial control including, but not limited to, bactericides for indoor air treatment, mold and / or fungal removal devices, bacteria removal devices, and / or virus removal devices. Also good. The PHPG method may produce a sufficient amount of hydrogen peroxide gas to perform the desired microbial control and / or sterilization / remediation process. Sufficient amounts are usually known to those skilled in the art and can vary depending on the particular sterilization / remediation nature, depending on the solid, liquid, or gas to be purified.
或る実施形態では、空気及び関連する環境(その中の表面を含む)の微生物制御及び/又は殺菌/改善に関して、PHPGの量は、殺菌すべき環境において略0.005ppmから略0.10ppmまで、特に略0.02ppmから略0.05ppmまで変化する。このような量は、例えばネコカリシウイルス(EPAは、ノロウイルスの代替と認めている)、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)、バンコマイシン耐性腸球菌ファカリス(VRE)、クロストリジウム・ディフィシル(C-Diff)、ゲオバチルス・ステアロサーモフィルス、クロコウジカビに対して有効なことが実証されている。このような量のPHPGは、(学校、病院、事務所、家庭、他の共用領域を含むがこれらに限られない)人のいる領域で安全に使用でき、表面を汚染する微生物を殺菌し、空中の病原菌を殺菌し、例えばインフルエンザ大流行の拡大を防ぎ、院内感染を制御し、一般の疾病の伝染を減じるなどの微生物制御を提供する。 In certain embodiments, with respect to microbial control and / or sterilization / improvement of air and related environments (including surfaces therein), the amount of PHPG is from about 0.005 ppm to about 0.10 ppm in the environment to be sterilized, particularly It varies from about 0.02ppm to about 0.05ppm. Such amounts include, for example, feline calicivirus (EPA is recognized as an alternative to norovirus), methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA), vancomycin-resistant enterococcus facaris (VRE), Clostridium difficile (C-Diff), It has been proven effective against Geobacillus stearothermophilus and Aspergillus niger. Such amounts of PHPG can be used safely in human areas (including but not limited to schools, hospitals, offices, homes, other common areas), sterilizing microorganisms that contaminate the surface, Provide microbial control, such as sterilizing airborne pathogens, preventing the spread of influenza pandemics, controlling nosocomial infections, and reducing the transmission of common diseases.
或る実施形態では、空気及び関連する環境(その中の表面を含む)の微生物制御及び/又は殺菌/改善に関して、PHPGの量は、殺菌すべき環境において略0.005ppmから略0.40ppmまで変化する。絶対湿度3.5mg/Lの未処理空気の給送を使用する0.2ppmのPHPGレベルは、常に達成されうる。特に、湿った再循環空気を使用する略0.09ppmから略0.13ppmまでのPHPGレベルは、殺菌されるべき環境中で生成されうる。このような量は、例えばH1N1ウイルスに対して有効であると立証されている。また、このような量のPHPGは、(学校、病院、事務所、家庭、他の共用領域を含むがこれらに限られない)人のいる領域で安全に使用でき、表面を汚染する微生物を殺菌し、空中の病原菌を殺菌し、例えばインフルエンザ大流行の拡大を防ぎ、院内感染を制御し、一般の疾病の伝染を減じるなどの微生物制御をもたらす。 In certain embodiments, with respect to microbial control and / or sterilization / improvement of air and associated environments (including surfaces therein), the amount of PHPG varies from approximately 0.005 ppm to approximately 0.40 ppm in the environment to be sterilized. . A 0.2 ppm PHPG level using a feed of untreated air with an absolute humidity of 3.5 mg / L can always be achieved. In particular, PHPG levels from about 0.09 ppm to about 0.13 ppm using moist recirculated air can be produced in the environment to be sterilized. Such an amount has proved effective against eg H1N1 virus. Also, this amount of PHPG can be used safely in areas where people (including but not limited to schools, hospitals, offices, homes, other common areas) and sterilizes microorganisms that contaminate the surface. And sterilizing pathogens in the air, preventing the spread of influenza pandemics, controlling nosocomial infections, and reducing the transmission of common diseases.
本発明の或る態様では、環境空気の湿度は、好ましくは相対湿度(RH)略1%以上、RH略5%以上、RH略10%以上などである。或る実施形態では、環境空気の湿度は、RH略10%からRH略99%までであってもよい。或る実施形態では、本発明の方法は、環境空気の湿度をRH略5%からRH略99%までの範囲内、又はRH略10%からRH略99%までの範囲内に調整することを含んでいる。 In one aspect of the present invention, the humidity of the ambient air is preferably about 1% or higher relative humidity (RH), about 5% or higher RH, about 10% or higher RH, and the like. In some embodiments, the ambient air humidity may be from approximately 10% RH to approximately 99% RH. In some embodiments, the method of the present invention adjusts the humidity of the ambient air within a range of approximately 5% RH to approximately 99% RH, or approximately 10% RH to approximately 99% RH. Contains.
金属又は金属酸化物からなる触媒は、二酸化チタン、銅、酸化銅、亜鉛、酸化亜鉛、鉄、酸化鉄、又はこれらの混合物から選ばれ、より好ましくは二酸化チタンである。特に、二酸化チタンは、電磁スペクトルの近紫外部分の光を吸収する半導体である。二酸化チタンは、アナターゼとルチルの2つの形に合成され、両者は、実際同じ親結晶構造の異なった面である。成す形は、準備方法及び使用される開始材料に応じて決まる。アナターゼは、380nm以下の波長の光子を吸収するのに対して、ルチルは、405nm以下の波長の光子を吸収する。 The catalyst comprising a metal or metal oxide is selected from titanium dioxide, copper, copper oxide, zinc, zinc oxide, iron, iron oxide, or a mixture thereof, more preferably titanium dioxide. In particular, titanium dioxide is a semiconductor that absorbs light in the near ultraviolet part of the electromagnetic spectrum. Titanium dioxide is synthesized in two forms, anatase and rutile, both of which are actually different faces of the same parent crystal structure. The shape to be formed depends on the preparation method and the starting material used. Anatase absorbs photons with a wavelength of 380 nm or less, whereas rutile absorbs photons with a wavelength of 405 nm or less.
厚さ約4μmの二酸化チタンの層は、入射する短波長光を100%吸収する。二酸化チタンは、1平方センチメートル当たり約9〜14×1014の活性表面サイトを有することが知られている。活性表面サイトは、表面上の配位的に不飽和なサイトであり、ヒドロキシルイオン又は他の塩基性種に結合することができる。二酸化チタンの光触媒的活性は、その構造(アナターゼ又はルチル)、表面積、寸法、空隙率、表面上のヒドロキシル群の密度によって影響される。アナターゼは、一般にルチルよりも活性な光触媒であると考えられている。アナターゼは、ルチルよりも強く二酸素を吸着することが知られていて、フラッシュ発光後にルチルよりも長く光伝導性を維持する。アナターゼ及びルチルは、それぞれ3.2eV(エレクトロンボルト)及び3.0eVのバンドギャップエネルギを有している。 The titanium dioxide layer about 4 μm thick absorbs 100% of incident short wavelength light. Titanium dioxide is known to have about 9-14 × 10 14 active surface sites per square centimeter. Active surface sites are coordinately unsaturated sites on the surface and can bind to hydroxyl ions or other basic species. The photocatalytic activity of titanium dioxide is affected by its structure (anatase or rutile), surface area, dimensions, porosity, and density of hydroxyl groups on the surface. Anatase is generally considered to be a more active photocatalyst than rutile. Anatase is known to adsorb dioxygen more strongly than rutile and maintains photoconductivity longer than rutile after flash emission. Anatase and rutile have band gap energies of 3.2 eV (electron volts) and 3.0 eV, respectively.
多くの化学物質は、光触媒作用に影響することが確認されている。このような化学物質は、光触媒処理に影響を与えるために反応環境に加えられてもよい。当業者に認められているように、或る化学物質は処理を促進し、他の化学物質は処理を低下させる。また、他の化学物質は、或る反応を促進し他の反応を抑制させるように作用する。 Many chemicals have been identified that affect photocatalysis. Such chemicals may be added to the reaction environment to affect photocatalytic processing. As recognized by those skilled in the art, certain chemicals facilitate processing and other chemicals reduce processing. In addition, other chemical substances act to promote certain reactions and suppress other reactions.
酸−塩基化学から、塩基性物質は触媒の活性サイトに結合することが分かっている。理論に制限されることなく、触媒上に二酸素よりも強く吸着する還元性物質は、電子受容体として代替してもよい。小分子の化学物質、金属、及びイオンは、全てこの能力を有している。このような場合、PHPGの生成に及ぼされる影響は、二酸素及び過酸化水素に対する化学物質の電子受容効率によって決定づけられる。 From acid-base chemistry it is known that basic substances bind to the active sites of the catalyst. Without being limited by theory, a reducing substance that adsorbs more strongly than dioxygen on the catalyst may be substituted for the electron acceptor. Small molecule chemicals, metals, and ions all have this ability. In such cases, the effect on the production of PHPG is determined by the electron accepting efficiency of the chemical for dioxygen and hydrogen peroxide.
或る追加の化学物質は、副反応における、又は所望の反応を行うことができないより不活性なラジカルの生成におけるラジカル種を含んでいる。また、他の化学物質は、光触媒を物理的に変え、その能力を変化させる。本発明によれば、追加の化学物質は、PHPGの生成を最適化する(付加的に、オゾン、プラズマ種、又は有機種の生成を最小化又は除去する)ように選ばれてもよい。 Some additional chemicals contain radical species in side reactions or in the production of more inert radicals that cannot perform the desired reaction. Other chemicals also physically change the photocatalyst and change its ability. In accordance with the present invention, additional chemicals may be chosen to optimize the production of PHPG (and additionally minimize or eliminate the production of ozone, plasma species, or organic species).
一実施態様では、上述したように、追加の化学物質は、共触媒を含んでいてもよい。共触媒は、選択されたPHPG反応の効率を改善するために触媒の表面に堆積される金属又は被膜であってもよい。共触媒は、触媒の物理的特性を2通りに変更してもよい。第1に、共触媒は、伝導帯の電子が占める新たなエネルギ準位を与えてもよい。第2に、共触媒は、共触媒を担持する光触媒とは異なった吸着特性を有していてもよい。これは、共触媒上で起こる反応の順序を、触媒上で起こる反応の順序と異ならせる。共触媒は、一般に5%以下の表面被覆で最も有効である。典型的な共触媒は、白金、銀、ニッケル、パラジウム、及び他の多くの金属化合物から選ばれていてもよい。また、フタロシアニンも、実証された共触媒能力を有している。 In one embodiment, as described above, the additional chemical may include a cocatalyst. The cocatalyst may be a metal or coating deposited on the surface of the catalyst to improve the efficiency of the selected PHPG reaction. Cocatalysts may change the physical properties of the catalyst in two ways. First, the cocatalyst may provide a new energy level occupied by electrons in the conduction band. Second, the cocatalyst may have different adsorption characteristics than the photocatalyst carrying the cocatalyst. This makes the order of reactions occurring on the cocatalyst differ from the order of reactions occurring on the catalyst. Cocatalysts are generally most effective at surface coverage of 5% or less. Typical cocatalysts may be selected from platinum, silver, nickel, palladium, and many other metal compounds. Phthalocyanine also has a proven cocatalytic ability.
本発明によるディフューザ装置は、球状、半球状、立方体、直方体などを含む適切な任意の形状及び寸法を有していてもよい。制限しない実施例の代わりに、ディフューザ装置は、帆船形状、360°台取り付け、翼形状(例えば、ビル内の空気ダクト向きのもの)、例えば、天井の蛍光灯器具に組み込まれてもよいデザイン、(例えば、航空機、地上の乗り物、及び大量輸送給気システムに搭載して使用するための)狭い面積での使用のために明確に構成されたデザインとして構成されていてもよい。また、ディフューザ装置は、テディーベア、豚の貯金箱、モックラジオなど任意の空想的な形状にしてもよい。 The diffuser device according to the present invention may have any suitable shape and dimensions including spherical, hemispherical, cubic, cuboid and the like. Instead of a non-limiting example, the diffuser device is a sailboat-shaped, 360 ° -mounted, wing-shaped (e.g. for air ducts in buildings), e.g. a design that may be incorporated into a ceiling fluorescent light fixture, It may be configured as a clearly configured design for use in a small area (e.g., for use in aircraft, ground vehicles, and mass transit air supply systems). Further, the diffuser device may have any fantasy shape such as a teddy bear, a pig money box, or a mock radio.
上記ディフューザ装置の芯は、紫外光源から構成されていてもよい。上記ディフューザ装置の中心又は内部に配置されている紫外光源4は、装置の寸法及び意図する適用に応じた種々の強度であってもよい。 The core of the diffuser device may be composed of an ultraviolet light source. The ultraviolet light source 4 located in the center or inside of the diffuser device may have various intensities depending on the size of the device and the intended application.
例えば、図1及び図2に示す或る実施形態では、上記ディフューザ装置は、全体的に細長い楔形であってもよい。例えば管状の紫外光源4が、細長い楔形、又は管状のディフューザシェル2内に収容されていてもよい。或る構造では、反射器1が、装置の特定の形状により要求される装置内の特定の方向に光を収束させる役割を果たしてもよい。
For example, in one embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the diffuser device may be generally wedge-shaped. For example, the tubular ultraviolet light source 4 may be accommodated in an elongated wedge-shaped or
ディフューザ装置のシェル2は、セラミック、磁器、ポリマー等を含む適切な任意の基板材料から形成されてもよい。例えば、ポリマーは、波長が380nm〜182nmの紫外光によって劣化しない疎水性の多孔質又は通気性のポリマーである。上記範囲内の全てではなく或る波長の光に耐性のあるポリマーは、耐性のある範囲の波長の光のみを発する紫外光ランプと共に用いられる。ディフューザシェルは、所望の任意の寸法及び形状並びに所望の任意の色にモールド成形されてもよい。或る実施形態では、シェルの材料に紫外光を吸収して可視光を発するリン光性材料を組み込んでもよい。
The
また、一般に、上記ディフューザ装置は、流体分配機構を含んでいる。一般に、流体分配機構は、空気などの流体をディフューザ装置を通って移動させるのに役立つ。特に、空気分配機構は、流体をディフューザ装置内に送り込み、次に、流体は、ディフューザ基板を通り抜けて拡散する。 In general, the diffuser device includes a fluid distribution mechanism. In general, the fluid distribution mechanism serves to move fluid, such as air, through the diffuser device. In particular, the air distribution mechanism pumps fluid into the diffuser device, which then diffuses through the diffuser substrate.
一実施形態では、図2に関し、上記流体分配機構は、通気入口7を通ってディフューザ装置の開口5に嵌め込まれた小さなファン(図示しない)に流体を向かわせる。また、ファンは、有機ガス及び/又は塵芥がディフューザ装置に入るのを防ぐ交換可能な疎水性のガス及び/又は塵芥フィルタ6を上流側に備え、PHPGを実質上有機種のない状態に確実に保っている。或る実施形態では、必要により、流体分配機構は、ディフューザ内で穏やかな過圧をするのに必要な最低の出力であり、他の実施形態では、速いファン速度がより好ましい。 In one embodiment, with reference to FIG. 2, the fluid distribution mechanism directs fluid through the vent inlet 7 to a small fan (not shown) that is fitted into the opening 5 of the diffuser device. The fan also includes a replaceable hydrophobic gas and / or dust filter 6 on the upstream side to prevent organic gas and / or dust from entering the diffuser device, ensuring that the PHPG is substantially free of organic species. I keep it. In some embodiments, if necessary, the fluid distribution mechanism is the minimum power required to provide a gentle overpressure in the diffuser, and in other embodiments, a fast fan speed is more preferred.
図3に示す他の実施形態では、上記ディフューザ装置のうち、360°台座を取り付けた実施形態についての断面図が図示されている。これは、例えば広い領域の中心に配置されうる、図1及び図2のディフューザ装置と同様のディフューザ装置の変形例である。 In another embodiment shown in FIG. 3, a cross-sectional view of an embodiment in which a 360 ° pedestal is attached is shown in the diffuser device. This is a modification of the diffuser device similar to the diffuser device of FIGS. 1 and 2, which can be arranged at the center of a wide area, for example.
また、図4に示す他の実施形態では、例えばビルの空気ダクト内での使用が意図されている翼形状型ディフューザ装置の一実施形態についての断面図が図示されている。図からわかるように、上記装置は、装置の前縁で直交する通気面に流れてくる空気の流れをもたらすために構成され、上記装置内へ空気を強制的に流すようになっている。発光ダイオードのかたまり及び光触媒の帆は、上記翼形状の後縁に対して平行に配置され、PHPGが生成されたとき上記装置からPHPGを引き込むために翼形状の後縁によって生成された低い空気圧をうまく利用している。或る実施形態では、図4のディフューザ装置は、容易により多くの空気流を生成するための補助内部ファン(図示しない)と、空気ダクトを流れる空気がないときに上記装置をオフにし、空気流が再開したときに上記装置を再開し、又はその両方をするための空気流センサ(図示しない)とを付加的に備えていてもよい。 In another embodiment shown in FIG. 4, a cross-sectional view of one embodiment of a wing-shaped diffuser device intended for use, for example, in a building air duct is shown. As can be seen, the device is configured to provide a flow of air that flows to an orthogonal vent surface at the leading edge of the device and is adapted to force air into the device. A light emitting diode mass and a photocatalytic sail are placed parallel to the trailing edge of the wing shape to reduce the low air pressure generated by the trailing edge of the wing shape to draw the PHPG from the device when the PHPG is generated. I use it well. In some embodiments, the diffuser device of FIG. 4 turns off the device when there is no auxiliary internal fan (not shown) to generate more airflow and air flowing through the air duct. An air flow sensor (not shown) may be additionally provided for resuming the device when both resume, or both.
また、図5に示す他の実施形態では、天井の蛍光灯器具に組み込まれうるディフューザ装置の一実施形態についての断面図が図示されている。図からわかるように、元の器具の蛍光灯電球は取り外され、器具に気密シールと、ファンに電源を入れるための配線とが設けられている。その後、PHPGの生成に適した蛍光灯電球がとりつけられ、器具の底部は、吸気ファン及びフィルタ、例えば長方形の光触媒の帆、及び例えば四角形の通気ディフューザを含む組み立て部品が組み込まれている。 In addition, in another embodiment shown in FIG. 5, a cross-sectional view of an embodiment of a diffuser device that can be incorporated into a ceiling fluorescent lamp fixture is illustrated. As can be seen, the fluorescent lamp bulb of the original instrument has been removed, and the instrument is provided with a hermetic seal and wiring to turn on the fan. Thereafter, a fluorescent lamp bulb suitable for the generation of PHPG is installed, and the bottom of the instrument incorporates an assembly that includes an intake fan and a filter, such as a rectangular photocatalytic sail, and a rectangular vent diffuser, for example.
また、図6に示す他の実施形態では、加湿型のディフューザ装置の一実施形態についての断面図が図示されている。図からわかるように、芯は、その下側部分が水トレイ中に浸されて、フィルタの下流側に配置されている。上記トレイは、手動により、又は水位センサ(図示しない)によって調整される自動給水により給水されうる。 Further, in another embodiment shown in FIG. 6, a cross-sectional view of one embodiment of a humidifying diffuser device is illustrated. As can be seen from the figure, the core is disposed downstream of the filter with its lower portion immersed in a water tray. The tray can be supplied manually or by automatic water supply adjusted by a water level sensor (not shown).
また、図7に示す他の実施形態では、湿度センサを含むディフューザ装置の一実施形態についての断面図が図示されている。一実施形態では、上記湿度センサは、例えば予め定めていた動作パラメータ(例えば、95%,98%,99%等)を越える動作湿度が検知されれば、上記装置をオフにするために使用されてもよい。 Further, in another embodiment shown in FIG. 7, a cross-sectional view of an embodiment of a diffuser device including a humidity sensor is shown. In one embodiment, the humidity sensor is used to turn off the device if an operating humidity is detected that exceeds, for example, predetermined operating parameters (eg, 95%, 98%, 99%, etc.). May be.
また、図8に示す他の実施形態では、小さい領域のためのディフューザ装置に関する一実施形態についての断面図が図示されている。この小さい装置は、小さな部屋の電源出力に直接プラグを差し込むように設計されている。吸気ファン及び上記装置の端部にあるフィルタは、PHPGを生成するためのずらりと並んだ小さな発光ダイオードによって活性化された小さな光触媒の帆に、空気を供給している。 Also, in another embodiment shown in FIG. 8, a cross-sectional view of one embodiment for a diffuser device for a small area is shown. This small device is designed to plug directly into the power output of a small room. The intake fan and the filter at the end of the device supply air to a small photocatalyst sail activated by small light emitting diodes lined up to generate PHPG.
また、図9に示す他の実施形態では、例えば航空機、地上の車両、及び大量輸送空気供給システム内での使用のためのディフューザ装置が搭載された一実施形態についての断面図が図示されている。上記搭載された装置は、供給空気の流れの中に直接配置されてもよいし、空気が上記装置を通過するときに生じる圧力降下を相殺するために内部ファンが設けられていてもよい。或る実施形態において、上記装置は、実施形態の各特定の用途のための空気流ダクトの内部断面と同じ大きさの外部断面を有するように構成されていてもよい。 In addition, in another embodiment shown in FIG. 9, a cross-sectional view is illustrated for an embodiment in which a diffuser device for use in, for example, an aircraft, a ground vehicle, and a mass transport air supply system is mounted. . The mounted device may be placed directly in the flow of supply air, or an internal fan may be provided to offset the pressure drop that occurs when air passes through the device. In certain embodiments, the apparatus may be configured to have an outer cross section that is the same size as the inner cross section of the airflow duct for each particular application of the embodiment.
また、図10に示す他の実施形態では、ディフューザ装置の好適な実施形態の正面図が図示されている。この装置は、縦・横・高さの全ての寸法において対称であり、図示するように、直立するための台座形状をした底スリーブ内に設置され、又はブラケットにより壁又は天井から水平に取り付けられうる。 Also, in another embodiment shown in FIG. 10, a front view of a preferred embodiment of the diffuser device is shown. This device is symmetrical in all dimensions, length, width and height, and is installed in a pedestal shaped bottom sleeve to stand upright as shown, or mounted horizontally from a wall or ceiling by a bracket. sell.
また、図11に示す他の実施形態では、ディフューザ装置の好適な実施形態の断面図が図示されている。この装置は、ろ過作用を改善させるため及び吸気口プレナムにろ過された空気を供給するための円弧形状のダスト及びVOCフィルタを採用している。上記円弧状のフィルタは、フィルタの通過による圧力損失を抑えて、より大きい表面積を通して、より均等に空気の流れを分配する。上記吸気口プレナムは、通気出口のすぐ内側に配置された円弧状の光触媒帆に対して直交するように空気を送り出す一列の3つのファンを供給する。この実施形態では、空気は、装置の後部から前部へ直通で流れる。2つの紫外光電球は、光触媒帆に均等に照射するために上記空気流の外へオフセットされている。この実施形態は、より良い性能、つまり、7.66倍のろ過性能、7.5倍の空気流、及び2倍の光子束を与えている。これは、湿った空気を大きく改善された速度で光触媒帆に供給し(PHPGの生成を増加させ)、より多くのPHPGが系から出るために残るのを確実にして、一度生成された光触媒面上のPHPGの滞留時間を大きく削減している。 In another embodiment shown in FIG. 11, a cross-sectional view of a preferred embodiment of the diffuser device is shown. This device employs arc-shaped dust and VOC filters to improve the filtering action and to supply filtered air to the inlet plenum. The arc-shaped filter distributes the air flow more evenly through a larger surface area while suppressing pressure loss due to the passage of the filter. The intake plenum supplies a row of three fans that send out air so as to be orthogonal to an arc-shaped photocatalyst sail arranged just inside the ventilation outlet. In this embodiment, air flows directly from the rear of the device to the front. The two ultraviolet light bulbs are offset out of the air flow to illuminate the photocatalytic sail evenly. This embodiment provides better performance: 7.66 times filtration performance, 7.5 times airflow, and 2 times photon flux. This supplies moist air to the photocatalytic sail at a greatly improved rate (increases the production of PHPG) and ensures that more PHPG remains to leave the system, once produced photocatalytic surface The residence time of the upper PHPG is greatly reduced.
図12に示しているのは、図11のディフューザ装置の実施形態についての側面図である。 FIG. 12 shows a side view of the embodiment of the diffuser device of FIG.
一実施形態では、ディフューザシェルの内面は、或る実施形態において1以上の金属でドープされた二酸化チタンを含む光触媒で被覆されることにより、一般に基板として使用してもよい。例えば、光触媒は、ディフューザ基板の内面に塗料として塗布されてもよい。この塗布は、ディフューザ基板内の細孔を塞がないように一般に行われる。一実施形態では、空気がディフューザ基板に供給され、光触媒塗布後の基板の細孔を通して無理に送られて、強制された空気によって塗料が乾燥されると共に細孔を貫通状態に保ってもよい。光触媒被覆と、UV光が組み立てられたディフューザ装置から洩れないように十分に不透明であるディフューザ基板との組み合わせが好ましい。 In one embodiment, the inner surface of the diffuser shell may be generally used as a substrate by being coated with a photocatalyst comprising titanium dioxide doped with one or more metals in some embodiments. For example, the photocatalyst may be applied as a paint to the inner surface of the diffuser substrate. This application is generally performed so as not to block the pores in the diffuser substrate. In one embodiment, air may be supplied to the diffuser substrate and forced through the pores of the substrate after photocatalyst application to dry the paint and force the pores to penetrate through the forced air. A combination of a photocatalytic coating and a diffuser substrate that is sufficiently opaque so that UV light does not leak from the assembled diffuser device is preferred.
他の実施形態では、ディフューザシェル及び触媒基板は、基板層がディフューザシェルの内面のすぐ内側に非常に接近して配置された別々の構成部材である。 In other embodiments, the diffuser shell and the catalyst substrate are separate components with the substrate layer positioned very close to the inside of the inner surface of the diffuser shell.
或る実施形態では、上記ディフューザ装置は、本明細書に記載されているように、PHPGの収率を特に改善するために予め定められた範囲の波長で動作するように設計されていてもよい。さらに、或る実施形態では、上記ディフューザ装置は、加湿されてもよく(図6参照)、特定の動作湿度で動作するように設計されていてもよく、動作パラメータは、それに応じて調整されてもよい。この点、上記ディフューザ装置は、湿度センサを含んでいてもよい(図7参照)。或る実施形態では、上記ディフューザ装置は、動作環境の湿度に基づいてPHPG収率を最適化するため、及び/又は湿度条件が好ましくなければ動作を停止する制御システムを付加的に含んでいてもよい。 In some embodiments, the diffuser device may be designed to operate at a predetermined range of wavelengths to improve especially the yield of PHPG, as described herein. . Further, in some embodiments, the diffuser device may be humidified (see FIG. 6) and may be designed to operate at a specific operating humidity, with operating parameters adjusted accordingly. Also good. In this regard, the diffuser device may include a humidity sensor (see FIG. 7). In some embodiments, the diffuser apparatus may additionally include a control system that optimizes the PHPG yield based on the humidity of the operating environment and / or shuts down if humidity conditions are undesirable. Good.
上記ディフューザの設計は、プラズマ反応装置内の滞留時間を最大にするように設計された体積最適化形態になるようにディフューザを小型化することによって、というよりはむしろ、空気の流れに対して直交する大きな領域上に(例えば、或る実施形態では帆のような領域上に)空気透過性の光触媒PHPG反応装置の表面を薄く広げることによって、PHPGの生成を最適化する。上記PHPG反応形態を、ディフューザの内側シェルのすぐ内側に、薄くて帆のような空気透過性の構造として構成することで、触媒上に生成された過酸化水素分子の出口通路の長さは徐々に短くなり、PHPG反応装置構造内の滞留時間は、ほんの一瞬に減少し、過酸化水素分子の大部分が続いて触媒に吸着して水に還元されることが防止される。また、触媒基板をディフューザシェルの内面のすぐ内側に配置することによって、PHPG反応装置の表面積が最大化されるだけでなく、生成されたPHPGが直ちにディフューザから抜け出し、紫外光源に長く曝されることによるPHPGの光分解が回避される。この形態によって生成されたPHPGの濃度は、0.4ppmという高濃度に達した。 The diffuser design is orthogonal to the air flow rather than downsizing the diffuser to a volume optimized configuration designed to maximize residence time in the plasma reactor. The production of PHPG is optimized by thinning the surface of the air permeable photocatalytic PHPG reactor over a large area (eg, on a sail-like area in some embodiments). By constructing the above PHPG reaction form as a thin, sail-like air-permeable structure just inside the inner shell of the diffuser, the length of the outlet passage of hydrogen peroxide molecules generated on the catalyst gradually increases. The residence time in the PHPG reactor structure is reduced only momentarily, preventing most of the hydrogen peroxide molecules from subsequently adsorbing on the catalyst and being reduced to water. In addition, by placing the catalyst substrate just inside the inner surface of the diffuser shell, not only the surface area of the PHPG reactor is maximized, but also the generated PHPG immediately escapes from the diffuser and is exposed to an ultraviolet light source for a long time. The photolysis of PHPG by is avoided. The concentration of PHPG produced by this form reached a high concentration of 0.4 ppm.
好適な実施形態では、PHPGの濃度は、互いに反応すると水及び酸素に分解するPHPG分子間の静電的引力によって自己調整されてもよい。PHPGの自己調整は、PHPGの濃度が、PHPG分子間の距離が互いにPHPG分子の静電的引力の圏内まで近づくような濃度に達すれば常に生じる。この自己制御が生じると、上記濃度が十分に低下して、PHPG分子間の距離が延びてPHPG分子の静電的引力の圏外になるまで、PHPG分子は、互いに引き付け合って分解する。これによって、PHPGの濃度は、OSHAの職場の安全限度である1.0ppmよりも十分低いレベルに維持されている。 In a preferred embodiment, the concentration of PHPG may be self-adjusted by electrostatic attraction between PHPG molecules that decompose into water and oxygen upon reaction with each other. PHPG self-regulation occurs whenever the concentration of PHPG reaches a concentration such that the distance between PHPG molecules approaches each other within the electrostatic attraction of PHPG molecules. When this self-regulation occurs, the PHPG molecules are attracted to each other and decompose until the concentration is sufficiently reduced to extend the distance between the PHPG molecules and out of the electrostatic attractive force of the PHPG molecules. Thereby, the concentration of PHPG is maintained at a level sufficiently lower than 1.0 ppm, which is the OSHA workplace safety limit.
いくつかの実施形態では、PHPG出力レベルの能動制御が望ましく、PHPGの生成は、PHPG反応装置自体によって調整されうる。PHPG生成レベルは、PHPG反応装置を通って戻るPHPGを含むわずかに調整された処理済みの空気を再循環させることによって、0.01ppmから0.40ppmまでのいずれかのレベルに設定されうる。この設定がなされたとき、PHPG出力レベルは以下の一連の反応によって制御される。
酸化
2光子 + 2H2O → 2OH* + 2H+ + 2e-
2OH* → H2O2
還元
(100%- x%)O2 + 2(100%- x%)H+ + 2(100%- x%)e- → (100%- x%)H2O2
x%H2O2 + 2x%H+ + 2x%e- → 2x%H2O
In some embodiments, active control of the PHPG power level is desirable and PHPG production can be coordinated by the PHPG reactor itself. The PHPG production level can be set to any level from 0.01 ppm to 0.40 ppm by recirculating slightly conditioned treated air containing PHPG returning through the PHPG reactor. When this setting is made, the PHPG output level is controlled by the following series of reactions.
Oxidation
Two-photon + 2H 2 O → 2OH * + 2H + + 2e -
2OH * → H 2 O 2
reduction
(100% - x%)
x% H 2 O 2 + 2x % H + + 2x% e - → 2x% H 2 O
PHPGの過酸化物結合の還元電位(+0.71eV)は、酸素分子中の酸素原子間における二重結合の還元電位(-0.13eV)よりもはるかに高いので、PHPGは酸素を上回って優先的に還元され、正味生成レベルを下げるために少量の再循環したPHPGのみを要する。この調整されたわずかな再循環により、最も高い出力のために別の方法で設計されているPHPG反応装置は、単にそれがPHPG反応装置を通って戻り、既に処理された空気のうち、いくらかの空気の方向を変えることによって、より低いレベルに設定されうる。 The reduction potential of PHPG peroxide bonds (+0.71 eV) is much higher than the reduction potential of double bonds between oxygen atoms in oxygen molecules (-0.13 eV), so PHPG is preferential over oxygen. Only a small amount of recycled PHPG is required to reduce the net production level. Due to this regulated slight recirculation, a PHPG reactor that is otherwise designed for the highest output will simply return it through the PHPG reactor, and some of the air that has already been processed. By changing the direction of air, it can be set to a lower level.
また、このPHPG最適化形態は、系に入ると共に系を通り抜けるいかなる有機汚染物質の滞留時間も最小化し、有機汚染物質が酸化される可能性を劇的に減少させることに注目すべきである。PHPGの生成に最適化された光触媒系は、設計により、触媒構造を通り抜けるときに有機汚染物質を効果的に酸化されにくくし、有機汚染物質を酸化させるのに最適化された光触媒系は、設計により、過酸化水素ガスの生成を妨げる。 It should also be noted that this PHPG optimized form minimizes the residence time of any organic contaminants entering and through the system, dramatically reducing the likelihood of organic contaminants being oxidized. The photocatalyst system optimized for the generation of PHPG is designed to effectively oxidize organic pollutants when passing through the catalyst structure, and the photocatalyst system optimized to oxidize organic pollutants is designed Prevents the production of hydrogen peroxide gas.
本発明の或る態様では、PHPGは、オゾン,プラズマ種,有機種が実質上ない状態において、例えば既述の範囲の紫外光で活性化されたときに光触媒による吸着水分子の酸化によって生成されてもよい。一実施形態では、内側を光触媒で被覆されたディフューザ基板(又は内側を薄い帆状の通気性光触媒構造で覆われたディフューザシェル)が、紫外光ランプの上及び周囲に配置されてもよい。ディフューザ内の開口は、紫外光の電源と構造上の支持部が嵌め込まれる枠の役割を果たしてもよい。組み立てられたとき、上記ディフューザ装置は、次のように動作してもよい。即ち、(a) 流体分配機構は、空気を有機性の蒸気及びダストフィルタを通してディフューザ内に送り込んで過圧を作り、(b) 空気は、基板及び/又はディフューザシェルの細孔又は通気孔を通ってディフューザ外へ流れ、(c) 空気中に含まれる湿気は、光触媒の表面に吸着し、(d)ランプによって生成された紫外光は、光触媒を照射して活性化し、光触媒は、吸着した水を酸化すると共に吸着した酸素を還元してPHPGを生成し、(e) ディフューザ装置内で生成されたPHPGは、ディフューザの細孔又は通気孔を通ってディフューザから出て、周囲環境へ急速に移動する。 In one aspect of the present invention, PHPG is produced by the oxidation of adsorbed water molecules by a photocatalyst in the absence of ozone, plasma species, and organic species, for example, when activated with ultraviolet light in the stated range. May be. In one embodiment, a diffuser substrate coated with a photocatalyst on the inside (or a diffuser shell covered with a thin sail-like breathable photocatalytic structure on the inside) may be placed on and around the ultraviolet light lamp. The opening in the diffuser may serve as a frame into which the ultraviolet light source and the structural support are fitted. When assembled, the diffuser device may operate as follows. That is, (a) the fluid distribution mechanism sends air through the organic vapor and dust filter into the diffuser to create overpressure, and (b) the air passes through the pores or vents in the substrate and / or diffuser shell. (C) Moisture contained in the air is adsorbed on the surface of the photocatalyst, and (d) UV light generated by the lamp is activated by irradiating the photocatalyst. (E) The PHPG generated in the diffuser device exits the diffuser through the diffuser pores or vents and rapidly moves to the surrounding environment. To do.
いくつかの実施形態では、PHPGは、中圧水銀アーク(MPMA)ランプによって生成される。MPMAランプは、紫外光のみならず赤外域の波長をもつ可視光を発する。ランプを選ぶ際、紫外域の出力を詳しく調べることが重要である。紫外域のスペクトル出力は、グラフで表され、重要な紫外域波長で比例した出力を示すことがある。MPMAランプの広いスペクトルは、その機能性の故に選ばれる。 In some embodiments, PHPG is generated by a medium pressure mercury arc (MPMA) lamp. An MPMA lamp emits not only ultraviolet light but also visible light having a wavelength in the infrared region. When choosing a lamp, it is important to examine the UV output in detail. The spectral output in the ultraviolet region is represented by a graph and may show output proportional to the important ultraviolet wavelength. The broad spectrum of MPMA lamps is chosen because of its functionality.
他の実施形態では、PHPGは、紫外光発光ダイオード(UV LED)によって発せられる。UV LEDは、より小型で、UV LEDの群が種々の寸法と方法で列に並べられ、より小さく,より頑丈な製品を可能にする。 In other embodiments, PHPG is emitted by an ultraviolet light emitting diode (UV LED). UV LEDs are smaller and groups of UV LEDs are lined up in various sizes and methods, allowing for smaller and more robust products.
他の実施形態では、PHPGの出力は、装置を単一又はグループで管理する制御システムによって調整されてもよい。このような制御システムは、(a) 装置をオン・オフし、(b) 光の強度やファン速度を調整し、(c) 自動比色分析器,自動ドレガー・インジケータ,水トラップに蓄積したPHPGのフラッシュ蒸発,過酸化水素の蓄積を検知する基板の導電率の変化の測定によって、又はPHPGとPHPGが静電引力で引き付けられる安定な反応体との間の発熱反応で放出される熱を測定する熱的手段によって、環境中のPHPGレベルを直接モニタし、(d) 相対湿度によって環境中のPHPGレベルを間接的にモニタすることによって動作を調整してもよい。 In other embodiments, the output of the PHPG may be adjusted by a control system that manages the devices singly or in groups. Such a control system consists of (a) turning the device on and off, (b) adjusting light intensity and fan speed, and (c) automatic colorimetric analyzer, automatic dregger indicator, PHPG accumulated in water traps. Measures heat released by exothermic flash evaporation, measurement of change in conductivity of substrate to detect hydrogen peroxide accumulation, or exothermic reaction between PHPG and a stable reactant to which PHPG is attracted by electrostatic attraction The operation may be adjusted by directly monitoring the environmental PHPG level by thermal means, and (d) indirectly monitoring the environmental PHPG level by relative humidity.
実施例
発明を次の実施例に制限する意図はないが、本発明の一実施形態では、(a)装置は、長さ50.8cm,半径21.6cmの1/4円筒状をなし、(b)1/4円筒は、壁と天井の出会いが成す90°の角度に適合するように設計され、1/4円筒の真っ直ぐな両面が天井と壁にぴったりと接し、1/4円筒の湾曲面が外方かつ下方に向かって室に面し、(c)1/4円筒の下から見た右端は、毎分6.79m3の最大出力をもつ可変速度ファンおよび活性炭からなる疎水性の高効率吸気口フィルタを収容し、(d)1/4円筒の左端は、ファン用の電源コネクタおよび1/4円筒の中心に位置し,1/4円筒の長手方向に延びる35.6cmの中圧水銀アーク(MPMA)ランプを収容し、(e)光を1/4円筒の湾曲面の内側に向かって反射する通気口付き金属反射板が、MPMAランプの背後に配置され、(f)1/4円筒の湾曲面は、装置の外へ空気は流すが光は洩らさない構造となっている。
Although not intended to limit the invention to the following examples, in one embodiment of the invention, (a) the device is a quarter cylinder with a length of 50.8 cm and a radius of 21.6 cm; The 1/4 cylinder is designed to fit the 90 ° angle where the wall meets the ceiling, the straight sides of the 1/4 cylinder are in close contact with the ceiling and the wall, and the 1/4 cylindrical curved surface is Facing the chamber outward and downward, (c) the right end, seen from the bottom of the 1/4 cylinder, is a hydrophobic high-efficiency air intake consisting of a variable speed fan and activated carbon with a maximum output of 6.79 m 3 / min (D) The left end of the 1/4 cylinder is located at the center of the power connector for the fan and 1/4 cylinder, and the medium-pressure mercury arc (35.6 cm) extends in the longitudinal direction of the 1/4 cylinder ( MPMA) lamp is housed, and (e) a metal reflector with a vent that reflects light toward the inside of the curved surface of the 1/4 cylinder is the back of the MPMA lamp. Arranged later, (f) the curved surface of the 1/4 cylinder has a structure in which air flows outside the apparatus but does not leak light.
湾曲した帆状の光触媒構造は、1/4円筒の湾曲面の直ぐ内側に平行に配置され、(a) 光触媒基板は、長さ45.7cm、高さ27.9cmの枠に入れられ、頂部から底部まで半径21.0cmの円弧を成し、(b) 結晶性二酸化チタン粉で被覆されたガラス繊維からなり、(c) 二酸化チタンは、ガラス繊維の全面を完全に覆うように5層で塗布された後、光触媒の結晶を相互に、かつガラス繊維に結合させるべく、炉内で焼結される。 The curved sail-like photocatalyst structure is placed parallel to the inside of the curved surface of the 1/4 cylinder. (A) The photocatalyst substrate is placed in a frame of 45.7 cm in length and 27.9 cm in height, from the top to the bottom. (B) consisted of glass fibers coated with crystalline titanium dioxide powder, and (c) titanium dioxide was applied in five layers so as to completely cover the entire surface of the glass fibers Thereafter, the photocatalyst crystals are sintered in a furnace to bond them to each other and to the glass fibers.
運転中、ファンとMPMAランプは電源がオンされ、(a) 吸入空気は、活性炭からなる疎水性の高効率入口フィルタを経て装置内に吸い込まれ、上記吸気口フィルタは、吸入空気から湿気を除去することなく、揮発性有機炭化水素(VOC)を吸着して除去し、(b) 吸入空気は、装置の背部に送られ、通気口付き金属反射板によって光触媒構造および1/4円筒の湾曲面の内側に向かって均一に方向転換され、(c) 吸入空気中の湿気と酸素は、MPMAランプからの波長255nmから380nmの光で活性化された光触媒上に吸着され、(d) 活性化された光触媒は、水を酸化してヒドロキシルラジカルにし、このヒドロキシルラジカルが結合して過酸化水素となる一方、二酸素が同時に光触媒上で還元されて過酸化水素となり、(e) 生成された精製過酸化水素ガス(PHPG)が、光触媒から離れる空気の流れによってすぐに運び去られ、光は通さない装置の通気面を通って、室内へ放出される。 During operation, the fan and the MPMA lamp are turned on. (A) The intake air is sucked into the device through a hydrophobic high-efficiency inlet filter made of activated carbon, and the inlet filter removes moisture from the intake air. Without adsorbing and removing volatile organic hydrocarbons (VOC), (b) Intake air is sent to the back of the device, and the photocatalytic structure and the curved surface of the quarter cylinder by a metal reflector with a vent (C) Moisture and oxygen in the intake air are adsorbed onto the photocatalyst activated with light from the wavelength 255 nm to 380 nm from the MPMA lamp, and (d) activated. The photocatalyst oxidizes water to hydroxyl radicals, which combine to form hydrogen peroxide, while dioxygen is simultaneously reduced on the photocatalyst to hydrogen peroxide, and (e) Hydrogen oxide gas ( HPG) is carried away immediately by the flow of air away from the photocatalyst, light passes through the ventilation surface of the device impervious, is released into the room.
こうして生成されたPHPGは、(a) 水溶液の蒸発によってではなく、触媒手段によって生成されているので、実質上結合水がなく、(b) MPMAランプが二酸素を光分解できる波長の光を用いないので、PHPGは、実質上オゾンがなく、(c) 光触媒の構造が、過酸化水素が続いて光触媒で還元される前に光触媒の表面から迅速に離脱することを可能にするので、PHPGは、実質上プラズマ種がなく、(d) PHPGは、光触媒の表面から離脱すると直ちに1/4円筒の非透光性で通気性の面を通って装置外へ抜け出るので、PHPGは、紫外光分解から保護され、(e) 活性炭からなる疎水性の高効率吸気口フィルタによってVOCが吸着されるので、PHPGは、実質上有機種がなかった。 The PHPG thus produced is (a) produced by catalytic means rather than by evaporation of the aqueous solution, so there is virtually no bound water, and (b) light of a wavelength that allows the MPMA lamp to photolyze dioxygen. Since PHPG is substantially free of ozone and (c) the structure of the photocatalyst allows hydrogen peroxide to rapidly desorb from the surface of the photocatalyst before it is subsequently reduced with the photocatalyst, There is virtually no plasma species, and (d) as soon as PHPG leaves the surface of the photocatalyst, it escapes from the device through the non-light-transmitting and air-permeable surface of the 1/4 cylinder. (E) Since VOC is adsorbed by a hydrophobic high efficiency inlet filter made of activated carbon, PHPG was essentially free of organic species.
本発明の装置は、認定された2つの研究所によって計画され、実施された次のような試験を受けた。即ち、(a) PHPGの産出量を測定し、(b) 産出物(PHPG)にオゾンが実質上ないことを確認し、(c) 産出物にVOCが実質上ないことを確認し、(d) ネコカリシウイルス(米国環境保護庁がノロウイルスの代替と認定)、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)、バンコマイシン耐性腸球菌ファカリス(VRE)、クロストリジウム・ディフィシル(C-Diff)、ゲオバチルス・ステアロサーモフィルス (微生物に対する改善が成功したか否かを実証するために保険業界が用いる安定なバクテリア)、クロコウジカビに対するPHPGの有効性を測定し、(e) 華氏70〜72度、相対湿度35%〜40%、華氏81〜85度、相対湿度56%〜59%、華氏78度、相対湿度98%の種々の環境で試験を行うことである。 The device of the present invention was subjected to the following tests designed and conducted by two accredited laboratories. (A) measure the output of PHPG, (b) confirm that the product (PHPG) is substantially free of ozone, (c) confirm that the product is substantially free of VOC, ) Feline calicivirus (recognized by the US Environmental Protection Agency as a norovirus substitute), methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA), vancomycin-resistant enterococcus facaris (VRE), Clostridium difficile (C-Diff), Geobacillus stearothermophilus (Stable bacteria used by the insurance industry to demonstrate whether or not the improvement to microorganisms was successful), measured the effectiveness of PHPG against Aspergillus niger, (e) 70-72 degrees Fahrenheit, 35% -40% relative humidity %, 81 to 85 degrees Fahrenheit, 56% to 59% relative humidity, 78 degrees Fahrenheit, and 98% relative humidity.
オゾン、VOC、温度、湿度の測定は、全て標準的な装置を用いて行われた。0.10ppm以下のレベルの過酸化水素ガスを測定する装置は、未だ容易に利用できないので、3つの新たな手段が考案された。即ち、(a) 水溶液中の近似濃度の測定に通常用いられる過酸化水素試験片は、時間経過後のPHPGの存在を検知することが見出され、(b)通常20秒の暴露後に読むように設計された過酸化水素試験片は、PHPGを蓄積し、1時間以内の暴露時間で標準化した場合、PHPGの近似濃度を0.01ppmの精度で読み取ることができることが分かった。例えば、5分間で0.5ppmのPHPGを蓄積した試験片は、15×20秒の間暴露され、0.5ppm/15即ち0.033ppmの近似濃度を示し、(c) 2000cm3の空気を吸引した後に0.10ppmの低濃度の過酸化水素を検出するように設計されたドレージャーチューブ(インジケータ)は、較正されたポンプによって大量の空気が吸引された場合、0.005ppmの精度で低いPHPG濃度を読み取れることが分かった。例えば、4000cm3の吸引後に0.10ppm濃度を示すドレージャーチューブは、略0.05ppmのPHPG濃度を測定し、6000cm3の吸引後に0.10ppm濃度を示すドレージャーチューブは、略0.033ppmのPHPG濃度を測定し、(d)過酸化水素試験片およびドレージャーチューブを用いた測定は、互いに良好に一致していることが分かった。 Measurements of ozone, VOC, temperature, and humidity were all performed using standard equipment. Since a device for measuring hydrogen peroxide gas at a level of 0.10 ppm or less is not yet readily available, three new means have been devised. That is, (a) hydrogen peroxide test strips commonly used for measuring approximate concentrations in aqueous solutions were found to detect the presence of PHPG after time, and (b) usually read after 20 seconds of exposure. It was found that the hydrogen peroxide test specimens designed in 1 were able to read the approximate concentration of PHPG with an accuracy of 0.01 ppm when accumulated with PHPG and normalized with an exposure time of less than 1 hour. For example, a specimen that has accumulated 0.5 ppm of PHPG over 5 minutes is exposed for 15 × 20 seconds, exhibits an approximate concentration of 0.5 ppm / 15 or 0.033 ppm, and (c) 0.10 after aspiration of 2000 cm 3 of air. Drager tubes (indicators) designed to detect low concentrations of hydrogen peroxide in ppm can read low PHPG concentrations with an accuracy of 0.005 ppm when a large amount of air is inhaled by a calibrated pump. I understood. For example, Dre jar tube showing the 0.10ppm concentration after aspiration of 4000 cm 3 is a PHPG concentration approximately 0.05ppm was measured, Dre jar tube showing the 0.10ppm concentration after aspiration of 6000 cm 3 is measured PHPG concentration substantially 0.033ppm (D) The measurements using the hydrogen peroxide test piece and the drager tube were found to be in good agreement with each other.
湿度を変化させて過酸化水素のレベルを測定する試験では、次のようなデータが得られた。
PHPG測定データは、生成されたPHPGの濃度が、相対湿度に大きく依存することを示している。このことは、PHPGの生成が空気中の利用できる水分子に直接依存することから予測できる。病院の手術室の相対湿度を30%〜60%に維持することを米国保健社会福祉省が要求していることに注目すべきである。 The PHPG measurement data indicates that the concentration of generated PHPG is highly dependent on relative humidity. This can be predicted because the production of PHPG is directly dependent on the water molecules available in the air. It should be noted that the US Department of Health and Human Services requires that the relative humidity of the hospital operating room be maintained between 30% and 60%.
また、PHPG測定データは、長時間に亘って一定を保ち、略0.08ppmの平衡上限値を示している。このことも、PHPG分子間の距離が分子間の静電的引力範囲内になった場合は常に働くPHPG分子間の静電的引力から予測できる。この状態下で、過剰なPHPGは、自ら反応して酸素分子と水分子とになる。また、この上限値0.08ppmは、米国労働安全衛生局の職場の安全限度である1.0ppmよりも低くて安全に呼吸できるから、PHPGシステムが、人のいる領域で安全かつ持続的に使えることを示している。 Further, the PHPG measurement data is kept constant for a long time, and shows an equilibrium upper limit value of approximately 0.08 ppm. This can also be predicted from the electrostatic attractive force between the PHPG molecules that always works when the distance between the PHPG molecules falls within the electrostatic attractive force range between the molecules. Under this condition, excess PHPG reacts itself to oxygen molecules and water molecules. The upper limit of 0.08 ppm is lower than the US Occupational Safety and Health Administration's workplace safety limit of 1.0 ppm, so you can breathe safely, so that the PHPG system can be used safely and sustainably in the human area. Show.
また、全ての試験は、装置から放出される気体にはオゾンが全くないことを示している。 All tests also show that the gas released from the device is completely free of ozone.
VOC試験では、70.8m3の室内の2-プロパノールの近似濃度が7ppmに設定された。上記装置は、室内のVOCレベルを急速に減少させることが分かった。
微生物の質的試験では、ゲオバチルス・ステアロサーモフィルス(Geobacillus Stearothermophilus)を植菌したチップが幾つかの試験の環境に置かれ、全ての場合、数時間以内にバクテリアの著しい減少が認められた。 In qualitative testing of microorganisms, chips inoculated with Geobacillus Stearothermophilus were placed in several test environments, and in all cases there was a significant reduction in bacteria within a few hours.
ミネソタ州イーガンにあるATS(American Thoracic Society)研究所における微生物の量的試験で、次のデータが得られた。相対湿度35%〜40%で生成された僅か0.005ppm〜0.01ppmのPHPG濃度によって、目覚ましい殺菌率が達成されたことに注目すべきである。
湿度がより高いと、より高濃度のPHPGが生成され、微生物の減少率は増加する。改善された試作品を使用するこのテストが、この定量試験に使用されるより40倍高い0.40ppmと同じくらい高いPHPG濃度を実現してからデータは集められた。 Higher humidity produces a higher concentration of PHPG and increases the rate of microbial reduction. Data was collected since this test using the improved prototype achieved a PHPG concentration as high as 0.40 ppm, 40 times higher than that used for this quantitative test.
また、比較試験は、PHPG試験装置が、光触媒プラズマ反応装置内で同じ条件のもと、等しい数の活性触媒部位から偶発的に生成された、精製されていない過酸化水素の何千倍もの平衡濃度のPHPGを生成することを示した。 Also, the comparative test shows that the PHPG test apparatus is thousands of times the equilibrium of unpurified hydrogen peroxide, which was generated accidentally from an equal number of active catalyst sites under the same conditions in a photocatalytic plasma reactor. It was shown to produce a concentration of PHPG.
本発明は、概ねある程度の特殊性をもって特定の実施形態について記載されているが、この明細書は、単なる例を述べただけで、部材の組み合わせ及び配置を含む構造、製造および使用の詳細には、例示した実施例で示したように本発明の精神と範囲内で多くの変更が可能であると理解されるべきである。 Although the present invention has been described in terms of particular embodiments with some degree of particularity, this specification is merely an example and provides details of construction, manufacture, and use, including combinations and arrangements of members. It should be understood that many variations are possible within the spirit and scope of the invention as shown in the illustrated embodiments.
Claims (17)
(b)環境中において、表面上及び空気中の両方において微生物制御、及び/又は殺菌/改善を行うように上記過酸化水素ガスが作用するよう、上記PHPGを上記環境中へ放出することとを特徴とする環境の微生物制御、及び/又は殺菌/改善をする方法。 (A) water in solution, or water, ozone, plasma species, and / or organic species bound in the form of water molecules bound by covalent valence, van der Waals forces, or London dispersion forces Producing no purified hydrogen peroxide gas (PHPG);
(B) releasing the PHPG into the environment so that the hydrogen peroxide gas acts to control and / or sterilize / improve microorganisms both on the surface and in the air in the environment. A method for microbial control and / or sterilization / improvement of a characteristic environment.
上記生成されたPHPGは、プラス及びマイナスに帯電された構造物及び/又は微生物上の部位へ静電的に引き付けられ、その結果、水和した過酸化水素又はオゾンのいずれかと比較したとき、微生物制御、及び/又は殺菌/改善における上記PHPGの有効性を向上させることを特徴とする方法。 The method of claim 1, wherein
The generated PHPG is electrostatically attracted to positively and negatively charged structures and / or sites on the microorganism, so that when compared to either hydrated hydrogen peroxide or ozone, the microorganism A method characterized by improving the effectiveness of the PHPG in control and / or sterilization / improvement.
上記供給されたPHPGは、0.005ppmと0.40ppmとの間の濃度であることを特徴とする方法。 The method of claim 1, wherein
The method wherein the supplied PHPG is at a concentration between 0.005 ppm and 0.40 ppm.
上記供給されたPHPGは、未処理の空気と、既に上記PHPGで処理されたわずかに循環する空気との間で供給空気のバランスをとることによって、所望の濃度に能動的に調整されうることを特徴とする方法。 The method of claim 1, wherein
The supplied PHPG can be actively adjusted to the desired concentration by balancing the supply air between the untreated air and the slightly circulating air already treated with the PHPG. Feature method.
環境の上記微生物制御、及び/又は殺菌/改善は、室内空気処理、水清浄器、カビ除去装置、バクテリア除去装置、及びウイルス除去装置を含んでいることを特徴とする方法。 The method of claim 1, wherein
Said microbial control and / or sterilization / improvement of the environment comprising indoor air treatment, water purifier, mold remover, bacteria remover, and virus remover.
上記空気の相対湿度は、5〜99%の範囲内であり、又はその範囲内に調整されていることを特徴とする方法。 The method of claim 1, wherein
The method according to claim 1, wherein the relative humidity of the air is within a range of 5 to 99% or adjusted within the range.
(b)環境中において、表面上及び空気中において微生物制御、及び/又は殺菌/改善を行うように上記過酸化水素ガスが作用するよう、上記PHPGを上記環境中へ放出することとを特徴とする環境の微生物制御、及び/又は殺菌/改善をする方法。 (A) water in solution, or water, ozone, plasma species, and / or organic species bound in the form of water molecules bound by covalent valence, van der Waals forces, or London dispersion forces Exposing the catalyst comprising a metal or metal oxide to ultraviolet light in the presence of moist, clean ambient air under conditions to produce no purified hydrogen peroxide gas (PHPG);
(B) In the environment, the PHPG is discharged into the environment so that the hydrogen peroxide gas acts to control and / or sterilize / improve microorganisms on the surface and in the air. To control and / or sterilize / improve the environment.
環境の上記微生物制御、及び/又は殺菌/改善は、室内空気処理、水清浄器、カビ除去装置、バクテリア除去装置、及びウイルス除去装置を含んでいることを特徴とする方法。 The method of claim 7, wherein
Said microbial control and / or sterilization / improvement of the environment comprising indoor air treatment, water purifier, mold remover, bacteria remover, and virus remover.
上記空気の相対湿度は、5〜99%の範囲内であり、又はその範囲内に調整されていることを特徴とする方法。 The method of claim 7, wherein
The method according to claim 1, wherein the relative humidity of the air is within a range of 5 to 99% or adjusted within the range.
上記金属又は金属酸化物からなる触媒は、二酸化チタンであることを特徴とする方法。 The method of claim 7, wherein
The catalyst comprising the metal or metal oxide is titanium dioxide.
上記PHPG生成物は、オゾン及びVOC種とPHPGとの直接化学反応によって、上記環境空気中からオゾン及びVOCの両方を除去することにもなり、この除去は、(a)酸素及び水を生成するためにオゾンと反応することと、(b)二酸化炭素及び水を生成するためにVOCと反応することとを備えていることを特徴とする方法。 The method of claim 7, wherein
The PHPG product also removes both ozone and VOC from the ambient air by direct chemical reaction of ozone and VOC species with PHPG, this removal (a) produces oxygen and water. Reacting with ozone for the purpose, and (b) reacting with VOC to produce carbon dioxide and water.
上記金属又は金属酸化物からなる触媒は、少なくとも略255nmから略380nmまでの範囲の波長の紫外光に曝されていることを特徴とする方法。 The method of claim 7, wherein
The catalyst comprising the metal or metal oxide is exposed to ultraviolet light having a wavelength in the range of at least about 255 nm to about 380 nm.
上記触媒基板上の上記触媒の形態は、薄くて帆のような空気透過性の構造であり、上記ディフューザ装置を通る空気の流れに対して直交するように配置され、
上記形態は、水の酸化及び酸素の還元の両方から過酸化水素を生成するように上記触媒の反応平衡を変え、また、上記形態は、上記過酸化水素が還元されうる前に、上記過酸化水素を上記触媒から離すと共に上記触媒から離れて急速に流すことによって、上記触媒上の過酸化水素の還元を実質的に妨げることを特徴とする装置。 The apparatus of claim 13.
The form of the catalyst on the catalyst substrate is a thin, sail-like air-permeable structure, and is arranged to be orthogonal to the air flow through the diffuser device,
The form changes the reaction equilibrium of the catalyst to produce hydrogen peroxide from both oxidation of water and reduction of oxygen, and the form is suitable for the peroxidation before the hydrogen peroxide can be reduced. An apparatus characterized by substantially preventing hydrogen peroxide reduction on the catalyst by flowing hydrogen away from the catalyst and rapidly away from the catalyst.
上記空気分配機構は、ファンであることを特徴とする装置。 The apparatus of claim 13.
The air distribution mechanism is a fan.
上記紫外光源は、少なくとも1つの範囲の波長を生成することを特徴とする装置。 The apparatus of claim 13.
The ultraviolet light source generates at least one range of wavelengths.
上記紫外光源は、1よりも多くの範囲の波長を生成することを特徴とする装置。 The apparatus of claim 13.
The ultraviolet light source generates a wavelength in a range of more than one.
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