JP2017146013A

JP2017146013A - 空気調和方法及び空気調和システム

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Publication number: JP2017146013A
Application number: JP2016027825A
Authority: JP
Inventors: 新吾松井; Shingo Matsui
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2016-02-17
Filing date: 2016-02-17
Publication date: 2017-08-24
Anticipated expiration: 2036-02-17
Also published as: JP6282678B2; WO2017141880A1

Abstract

【課題】鉄道車両、船舶、病院、映画館や劇場ホールなどの多数の人を収容する比較的密閉性の高い室内空間などの空気調和対象空間の空気調和を、より低い感染症感染リスクで行うことのできる空気調和方法及び空気調和システムを提供する。【解決手段】外部から取り込んだ換気用新鮮空気と、空気調和対象空間内に存在する空気の一部をフィルター及び／又は吸着材による処理並びに紫外線照射することによって得た浄化再循環用空気と、を混合して換気用空気を得、得られた換気用空気を空気調和対象空間内に供給する空気調和方法であって、換気用新鮮空気、浄化再循環用空気及び換気用空気から選ばれる少なくとも一種を加熱又は冷却して空気調和対象空間内の温度調節及び換気を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両、船舶、病院、映画館や劇場ホールなどの多数の人を収容する比較的密閉性の高い室内空間の空調を行うための空気調和方法及び空気調和システムに関する。

フロン系冷媒を用いた空気調和装置は、高いＣＯＰの熱サイクルが実現でき、冷媒が取り扱い容易で安全であり、更に熱サイクルでの圧力が低いといった特長を有している。このため、一般的な室内の冷房用空調として広く普及している。

ところが近年は、地球温暖化防止の観点から、オゾン層破壊効果や温室効果を有するフロン類の使用量削減の機運が高まり、フロン類に替えて自然冷媒を使う方法が模索され始めている。そして、そのような空気調和方法の一つとして、航空機で使用されている空気を冷媒としたエアサイクル式空気調和装置を用いた空調システムが提案されている（特許文献１参照）。

すなわち、特許文献１には、室外から室内に向かう空気を、圧縮後に冷却させ、しかる後に膨張させることで冷気とするエアサイクル装置と、前記圧縮後の冷却により凝縮した空気中の水分を分離する水分離手段と、循環する室内空気を、水分吸着機能を有すると共に加熱されることで再生される水分吸着剤により除湿する乾燥装置と、前記圧縮により昇温された空気の熱量を、前記水分吸着剤の再生に利用する機構とを備える空気調和システムが開示されている。

特開２００４−２２６０３３号公報

前記特許文献１に記載された従来の空気調和システムでは、冷房時と暖房時とでラインの切り替えを行い、冷房時には室外や車外から取り入れた空気（以下、「換気用新鮮空気」ともいう。）を、暖房時には室内や車内から再循環された空気（以下、「再循環用空気」ともいう。）を、夫々エアサイクル装置によって圧縮した上で冷却用空気との熱交換で冷却し、熱交換により加熱された冷却用空気（吸着剤再生用空気でもある。）を用いて吸着剤を再生している。そして、冷房時には、エアサイクル装置で冷却された換気用新鮮空気が再循環用空気と混合されて室内に供給される。また、暖房時には、冷却用空気として使用され、吸着剤再生に使用された、換気用新鮮空気と再循環用空気の混合空気が室内に供給される。

このとき、再循環用空気は、主として室内や車内に存在する人員、飲食物、不可避的に侵入する昆虫や小動物などに起因する汚染物質を含むことになるため、ＨＥＰＡフィルターや吸着材フィルターなどを用いた空気フィルタープロセスによって、これら汚染物質を除去又は低減するのが一般的である。

ところが、ＨＥＰＡフィルターによってもウイルスそのものを完全に除去することはできず、例えばＨＥＰＡフィルターを有するエアサイクル装置を用いた空気調和システムを採用している航空機においても、ＳＡＲＳ、麻疹等に関して機内感染の例も報告されている。

前記したように、特許文献１に記載されている空気調和システムでは、冷房時においては、エアサイクル装置によって圧縮（それに伴う発熱により高温となる）されることが無い再循環用空気が室内に供給されるため、ウイルスのような有害微生物も循環していると考えられる。また、暖房時においても熱交換により加熱された冷却用空気の温度によっては、同様に有害微生物の循環が懸念される。

そこで、本発明は、感染症感染のリスクをより低減することが可能な、空気調和システムを用いた空気調和方法及び該方法に用いる空気調和システムを提供することを目的とする。

本発明は、従来の空気調和方法及びシステムにおいて、再循環用空気を紫外線殺菌することにより、上記課題を解決するものである。

本発明の空気調和方法は、空気調和対象空間内の温度調節及び換気を行うための空気調和方法であって、（Ａ）外部から換気用新鮮空気を取り込む、換気用新鮮空気取り込み工程、（Ｂ）空気調和対象空間内に存在する空気の一部を再循環用空気とし、フィルター及び／又は吸着材による処理並びに紫外線照射によって該再循環用空気を浄化して浄化再循環用空気を得る、浄化再循環用空気調製工程、（Ｃ）前記換気用新鮮空気と前記浄化再循環用空気を混合して換気用空気を得る、換気用空気調製工程、および（Ｄ）前記換気用空気調製工程で得られた換気用空気を空気調和対象空間内に供給する、換気用空気供給工程、を含んでなり、換気用新鮮空気、浄化再循環用空気及び換気用空気から選ばれる少なくとも一種を加熱又は冷却して、前記（Ｄ）換気用空気供給工程で空気調和対象空間内に供給される換気用空気の温度調節を行うことを特徴とする。

上記本発明の空気調和方法においては、前記換気用新鮮空気を、圧縮した後に冷却し、その後膨張させて、換気用新鮮空気の冷却を行うことが好ましい。さらに、該方法においては、圧縮後に換気用新鮮空気の冷却及び膨張を行う前、又は膨張を行う前に、別途前記再循環用空気を、圧縮された換気用新鮮空気の圧力以上の圧力となるように圧縮した状態で、前記（Ｂ）浄化再循環用空気調製工程にける紫外線照射を行い、得られた圧縮状態の浄化再循環用空気を前記圧縮状態の換気用新鮮空気と混合することが好ましい。また、このとき、換気用新鮮空気を圧縮するときの圧縮比は、２．５以上４未満とすることが好ましい。

また、本発明の空気調和システムは、空気調和対象空間内に換気用空気を供給する換気用空気供給口と、空気調和対象空間内の空気を排出する排気口と；外部より新鮮空気を取り入れるための吸気手段と；空気圧送手段、フィルター装置及び紫外線照射装置を含み、前記排気口から排出された空気の一部からなる再循環用空気を前記フィルター装置及び紫外線照射装置により浄化して浄化再循環用空気を得る再循環系流路と；前記吸気手段によって取り入れられた新鮮空気の少なくとも一部からなる換気用新鮮空気を得る換気用新鮮空気系流路と；前記浄化再循環用空気と前記換気用新鮮空気とを混合して換気用空気を得る混合容器と；を含んでなり、コンプレッサー、冷却用熱交換器及び冷却タービンを含んでなるエアサイクルシステム用いた冷却又はヒーターを用いた加熱により換気用空気の温度調節を行うことを特徴とする。なお、前記コンプレッサーは、前記外部より新鮮空気を取り入れるための吸気手段及び／又は前記再循環系流路における空気圧送手段であってもよい。

本発明の空気調和システムにおける、好ましい態様としては、以下に示す３つの態様を挙げることができる。

１．前記エアサイクルシステムで前記換気用新鮮空気を、圧縮した後に冷却し、その後膨張させて、換気用新鮮空気の冷却を行い、当該冷却された換気用新鮮空気と、前記浄化再循環用空気と、を前記混合器で混合して換気用空気を得る空気調和システム。

２．前記エアサイクルシステムが、前記換気用新鮮空気を圧縮するための第一のコンプレッサー及び当該第一のコンプレッサーで圧縮されることにより加熱された換気用新鮮空気を冷却するための第一の冷却用熱交換器と、前記再循環用空気を圧縮するための第二のコンプレッサー及び当該第二のコンプレッサーで圧縮されることにより加熱された再循環用空気を冷却するための第二の冷却用熱交換器と、冷却タービンと、を有し、前記混合器を当該冷却タービンの上流であって前記第一の冷却用熱交換器及び前記第二の冷却用熱交換器の下流に配置したことを特徴とする空気調和システム。

３．前記混合器またはその下流にヒーターを配置し、換気用空気を加熱するようにしたことを特徴とする空気調和システム。

本発明の空気調和方法及び空気調和システムは、再循環用空気を紫外線殺菌しているので、空気調和対象空間内での感染症感染のリスクをより低減することができる。さらに、紫外線殺菌に際しては、深紫外線発光ダイオード（以下、「ＤＵＶ−ＬＥＤ」と略記することもある。）を用いることにより、消費電力が少なく発電のための燃料消費量を少なくすることができる。しかも、ＤＵＶ−ＬＥＤは、人体に悪影響のある水銀を使用していないため安全に空気調和を行うことができる。

本図は、代表的な本発明の空気調和システムの概略図である。本図は、別の代表的な本発明の空気調和システムの概略図である。本図は、更に別の代表的な本発明の空気調和システムの概略図である。本図は、本発明の空気調和システムで使用できる殺菌チャンバー及び紫外線光源の模式図である。本図は、図４における紫外線光源の構造を模式的に示す図である。本図は、本発明の空気調和システムで使用できる別の殺菌チャンバーの模式図である。本図は、本発明の空気調和システムで使用できる更に別の殺菌チャンバー及び紫外線光源の模式図である。本図は、本発明の空気調和システムで使用できる更に別の紫外線光源の模式図である。

ここで、空気調和対象空間とは、例えば鉄道車両、船舶、病院、映画館や劇場ホールなどの多数の人を収容すると共に密閉性の高い室内などの空間であって、換気と共に冷房や暖房などの空調を行う必要がある空間を意味する。

本発明の方法における（Ａ）換気用新鮮空気取り込み工程では、吸引ブロア又はコンプレッサーを用いて外部から換気用新鮮空気を取り込む。

（Ｂ）浄化再循環用空気調製工程では、吸引ブロア又はコンプレッサーを用いて空気調和対象空間内に存在する空気の一部を再循環用空気として抜き出した後に、フィルター及び／又は吸着材による処理並びに紫外線照射によって該再循環用空気を浄化して浄化再循環用空気を得る。フィルター及び／又は吸着材としては、埃や繊維を除去又は低減するためのプレフィルター、微粒子、細菌類等を除去又は低減するためのＨＥＰＡフィルター、臭気、ＶＯＣ等を除去又は低減するための吸着フィルター、二酸化炭素を吸着するための固体−アミンフィルターなどが用いられる。

なお、本発明においては、紫外線照射を効率的行うため、空気圧送手段としてコンプレッサーを用い、該コンプレッサーより下流側に圧力調整流出弁またはタービンを配置して加圧空間を形成することが好ましい。このとき、コンプレッサーより上流側にフィルター装置を配置することが好ましい。

本発明の方法では、前記工程（Ｂ）において、好ましくはフィルター及び／又は吸着材による処理を行った後に、再循環用空気に紫外線を照射して殺菌を行う。

このとき、紫外線光源としては、２００ｎｍ以上３５０ｎｍ未満、特に２００ｎｍ以上３００ｎｍ未満の波長領域に主ピークを有する紫外線を発光する深紫外発光ダイオード（ＤＵＶ−ＬＥＤ）を使用することが好ましい。このような波長の紫外線を照射することにより被照射体となる空気を殺菌することができる。たとえば２５４ｎｍの紫外線を６．６ｍＷ秒／ｃｍ^２（＝ｍＪ／ｃｍ^２）照射するとインフルエンザウイルスは９９．９％不活性化されることが知られている。

紫外線を照射する際に使用する紫外線照射装置は、ＤＵＶ−ＬＥＤを有する光源から出射した紫外線（ＵＶ）を直接被照射物に照射するようにしたものであってもよく、また、ＤＵＶ−ＬＥＤを有する光源から出射した紫外線（ＵＶ）を導光部により伝送し、出射部から出射するような光伝送システムを含むものであってもよい。光源としては、ＤＵＶ−ＬＥＤ又はＤＵＶ−ＬＥＤパッケージを複数整列配置したものを使用することが好ましい。このような例としては、たとえば特開２０１５−９１５８２号公報の図６に記載されているような金属製の放熱基板上にＤＵＶ−ＬＥＤ群を並べて配置し、石英ガラスパッケージで覆い、該石英ガラスパッケージから紫外線が出射するようにしたモジュールからなる光源や、特開２０１４−８９８９８号公報の図２及び３に記載されているような、円筒状若しくは多角柱状の基体の側面上に、複数のＤＵＶ−ＬＥＤを、各ＤＵＶ−ＬＥＤの光軸が前記前記基体の中心軸を通るように配置して、紫外線が前記中心軸に対して放射状に出射されるように棒状モジュール化した棒状の光源などを挙げることができる。前記特許文献では、長楕円反射ミラーからなる出射側反射ミラーと、長楕円反射ミラーらなる集光側反射ミラーと、該出射側反射ミラーの集光軸の近傍に設けられた紫外線出射用開口部と、該開口部に配置されたコリメート系と、を有する装置本体の前記出射側反射ミラーの焦点軸上に、前記棒状の光源を配置して紫外線照射装置とすることが開示されているが、該紫外線照射装置自体を光源として使用することもできる。

光源自体を紫外線照射装置とし、光源から出射した紫外線を直接照射する場合には、前記特開２０１５−９１５８２号公報に開示されているようなモジュールの石英ガラスパッケージ（光照射用窓となる）が被照射体となる空気と接触するようにして空気を流通させつつ紫外線照射を行えばよい。また、光源と；光ファイバ、光導波路、導光板などの光伝送路からなる導光部と；光ファイバ用コリメータ、レンズ拡散板、拡散レンズ、導光板などの出射部；とを組み合わせた光伝送システムを組み込んで紫外線照射装置としてもよい。このような光伝送システムを組み込んだ紫外線照射装置としては、たとえば特開２００６−２３７５６３号公報に開示されているような光透過層（導光部に相当する。）及び発光面（出射部に相当する。）を有する面発光デバイス（導光板）と光源とを組み合わせたものなどを例示することができる。導光板を用いる場合、光源は、通常導光板の側面に整列配置されるが、光源として前記した特開２０１４−８９８９８号公報に開示される紫外線照射装置を光源として用いた場合には、高い強度でＵＶ照射を行うことができる。

紫外線照射は、空気が流通するダクトや配管内で行ってもよく、紫外線殺菌チャンバーを設けて、その中で行ってもよい。紫外線照射が行われるダクト、配管、紫外線殺菌チャンバーの内表面は、紫外線の反射により殺菌効率を高めることができるという理由から、紫外線に対する反射率が大きい材質で構成することが好ましい。このような材料を例示すれば、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ等の白金族金属、Ａｌ、Ａｇ、Ｔｉ、これらの金属の少なくも一種を含む合金、又は酸化マグネシウムを挙げることができる。これらのなかでも反射率が特に高いという理由から、Ａｌ、白金族金属又は白金族金属を含む合金、又は酸化マグネシウムで形成されていることが特に好ましい。なお、表面をこれら材質で構成する場合には、その表面を二酸化ケイ素やフッ素樹脂等の紫外線透過性の材料でコーティングすることが好ましい。

ＤＵＶ−ＬＥＤは、電源から供給される電力によって点灯（稼働）する。また、紫外線照射装置は、ＵＶ−ＬＥＤの順方向電流を制御するための昇圧ＤＣ−ＤＣコンバータ又はチャージポンプ用いた発光制御回路を有することが好ましい。

前記紫外線照射を行うに際しては、ＤＵＶ−ＬＥＤの温度上昇を抑え、出力の安定化や耐久性の向上を図るために、紫外線発光ダイオード冷却手段を用いてＤＵＶ−ＬＥＤから発生する熱を放熱し、ＤＵＶ−ＬＥＤの作動温度が一定の範囲内となるように制御することが好ましい。上記紫外線発光ダイオード冷却手段としては、ＤＵＶ−ＬＥＤから発生する熱を放熱するための放熱用ヒートシンク又は放熱器と、紫外線発光ダイオード冷却用流体流路と、を含み、紫外線発光ダイオード冷却用流体と、放熱用ヒートシンク又は放熱器とを、直接又は間接的に接触させることによってＤＵＶ−ＬＥＤの冷却を行うものが好適に採用できる。このとき、紫外線発光ダイオード冷却用流体としては、冷却効率の観点から、外部から取り込んだ新鮮空気、又は冷却された新鮮空気又は冷却された換気用空気の一部を使用することが好ましい。

これら紫外線発光ダイオード冷却用流体を紫外線発光ダイオード冷却用流体流路に流通させるために、該紫外線発光ダイオード冷却用流体流路は、メインの流路とは別に取り入れた新鮮空気用流路、又はメインの流路から分岐された流路を通って流れ込むようにすればよい。

放熱用ヒートシンク又は放熱器は、通常、ＤＵＶ−ＬＥＤを搭載した基板と一体化されており、ＤＵＶ−ＬＥＤで発生して熱は基板及び放熱用ヒートシンク又は放熱器を経由して紫外線発光ダイオード冷却用流体に放出される。このとき、センサーによりＤＵＶ−ＬＥＤの温度を検知しながら紫外線発光ダイオード冷却用流体の温度に応じて該冷却用流体の流量を調節することによりＤＵＶ−ＬＥＤの温度を一定に保つことができる。

放熱用ヒートシンク又は放熱器とＤＵＶ−ＬＥＤ搭載基板とを一体化した例としては、たとえば、特開２０１４−８９８９８号公報に開示される棒状のモジュール（冷却媒体用流路の内壁面に溝加工を施した場合の溝加工が放熱フィンに該当する。）、特開２０１５−９１５８２号公報、特開２００５−３５４０６７号公報及び特開２００９−４６８８号公報などに記載されているような、複数のＤＵＶ−ＬＥＤ又は複数のパッケージ化されたＤＵＶ−ＬＥＤを搭載した伝熱性基板と、放熱用フィンを有するヒートシンクやヒートパイプと一体化した放熱用フィンと、を接続したものなど、を挙げることができる。ＤＵＶ−ＬＥＤの冷却に際しては、これら放熱用フィンと紫外線発光ダイオード冷却用流体を（直接）接触させてもよいし、ベーパサイクルシステムの冷媒冷却手段として前記紫外線発光ダイオード冷却用流体を用い、ベーパサイクルシステムの冷媒と放熱用ヒートシンク又は放熱器とを接触させてもよい。

また、殺菌効率の観点から、紫外線照射は加圧空間で行うことが好ましい。空気は加圧することによってその体積を大幅に小さくすることができるので、加圧下で紫外線照射を行えば、大量の空気全体に短時間で一定量以上の紫外線を効率的に照射することができるからである。なお、加圧下とは大気圧より高い状態であれば特に限定されないが加圧に要するエネルギー等を考慮すると大気圧力の２．５倍以上４倍未満、特に２．５倍から３倍であることが好ましい。

前記再循環系流路に加圧空間を形成するためには、たとえば、空気圧送手段としてのコンプレッサーを用い、該コンプレッサーより下流側に圧力調整流出弁またはタービンを配設すればよい。タービンを配した場合には、圧力解放される際のエネルギーを回収し、ＤＵＶ−ＬＥＤを発光させるための電力などとして利用することもできるので、タービンを用いることがより好ましい。

また、紫外線照射装置のメンテナンスを容易にし、装置の設置場所や殺菌箇所の選定の自由度を確保しやすいという観点から、紫外線照射装置は、紫外線発光ダイオードを有する光源と、前記加圧空間内に配置された紫外線出射用光学部材と、を有し、前記紫外線発光ダイオードを加圧空間の外部に配置すると共に前記紫外線発光ダイオードから出射された紫外線を前記紫外線出射用光学部材から出射して前記加圧空間内を流通する空気に紫外線を照射するようにしたものであることが好ましい。このとき紫外線出射用光学部材としては、前記光伝送システムにおける出射部、具体的には、光ファイバ用コリメータ、レンズ拡散板、拡散レンズ、導光板などが使用できる。

（Ｃ）換気用空気調製工程において、前記工程（Ａ）で取り込まれた換気用新鮮空気および前記工程（Ｂ）で得られた浄化再循環用空気は、ダクト又は配管を通って、夫々混合器の換気用新鮮空気導入口及び浄化再循環用空気導入口から混合器内に導入、混合されて、換気用空気とされる。

さらに、本発明の方法においては、換気用新鮮空気、浄化再循環用空気及び換気用空気から選ばれる少なくとも一種を加熱又は冷却して、前記（Ｄ）換気用空気供給工程で空気調和対象空間内に供給される換気用空気の温度調節を行う。

すなわち、上記本発明の空気調和方法において、冷房を行う場合には、コンプレッサー、熱交換器及びタービンを用いたエアサイクルシステム（ＡＣＳ：Air Cycle System）を用いて上記温度調節を行ことが好ましい。このとき、換気用新鮮空気を圧縮するときの圧縮比は、２．５以上４未満とすることが好ましい。

また、上記の好ましい態様においては、前記換気用新鮮空気を、圧縮した後に冷却し、その後膨張させて、換気用新鮮空気の冷却を行ってもよいし、さらに、圧縮後に換気用新鮮空気の冷却及び膨張を行う前又は膨張を行う前に、別途前記再循環用空気を、圧縮された換気用新鮮空気の圧力以上の圧力（好ましくは、１〜１．２倍、より好ましくは１〜１．１倍の圧力であって大気圧の４倍未満の圧力）となるように圧縮した状態で、前記（Ｂ）浄化再循環用空気調製工程にける紫外線照射を行い、得られた圧縮状態の浄化再循環用空気を圧縮状態の換気用新鮮空気と混合することが好ましい。なお、別途前記再循環用空気の圧縮を行ってから紫外線照射を行う場合には、安定して効果的な紫外線照射を行い易いという理由から、紫外線照射を行う前に冷却を行い圧縮により上昇した温度を下げてから紫外線照射を行うことが好ましい。

また、暖房を行う場合には、ヒーターを用いた加熱により換気用空気の温度調節を行うことが好ましい。

これら温度調節に際しては、各種センサーで検出された温度、圧力、流量などの情報に基づき、温度制御弁、調圧弁、チェックバルブなどの各種制御バルブや電動コンプレッサーなどの各種機器の制御することにより、また、ヒーター出力を制御することにより温度制御を行うことができる。

以下に図面を参照して本発明についてさらに説明する。

図１に示す本発明の空気調和システム１０では、冷房を行うためのシステムであり、換気用新鮮空気系流路３０において、新鮮空気７０が電動コンプレッサー３３により圧縮されながら流路内に取り込まれる。そして圧縮された新鮮空気は換気用新鮮空気として、別経路の吸引ブロア６０によって取り込まれた新鮮空気を冷却用流体とする冷却用熱交換器３１で冷却される。そして、その後に冷却タービン３４で断熱膨張させられることにより温度及び圧力が調節され換気用新鮮空気となる。換気用新鮮空気系流路３０における上記冷却用熱交換器３１での冷却以降は、所謂ＡＣＳであり、リヒーター、コンデンサー、水分離器（何れも図示せず）を含んでいてもよい。また、別経路の吸引ブロア６０によって取り込まれた新鮮空気は分岐され、温度調節バルブ６１によって、混合器内の空気を暖めるための温度調節用空気（換気用新鮮空気の一部でもある）として、必要に応じて適宜混合器５０に供給される。また、冷却コンプレッサーを通過することによって冷却された換気用新鮮空気７２は、分岐され、紫外線発光ダイオード冷却用流体７３として使用される。このとき、紫外線光源４５におけるＤＵＶ−ＬＥＤ４５１の温度を制御するためにその流量は温度調節バルブ６２によってコントロールされる。

一方、室内空気（空気調和対象空間内空気）７１は、送風手段である吸引ブロア４６の働きにより、空気調和対象空間２０の各ゾーン２３に設けられた室内空気排気口２２から排気され、再循環用空気として再循環系流路４０を経て浄化再循環用空気導入口５２より混合器５０内に導入される。また、室内空気７１の一部は、換気のため排気ブロア２４を経て空気調和対象空間外に排出される。再循環系流路４０において、各ゾーン２３から排気された再循環用空気は集められ、吸引ブロア４６の下流に設置されたフィルター装置４１を通過することにより汚染物質が低減又は除去される。フィルター装置４１の下流側には、紫外線殺菌チャンバー４３が設けられ、該チャンバー内において紫外線光源４５から出射された紫外線が再循環用空気に照射され殺菌が行われ、浄化再循環用空気とされる。

混合器５０では、換気用新鮮空気、紫外線殺菌された浄化再循環用空気および必要に応じて温度調節のための換気用新鮮空気が混合され、所定の温度の換気用空気が調製され、得られた換気用空気は換気用空気排出口５３から排出され、ダクトを通じて分岐され空気調和対象空間内の各ゾーン２３に設けられた換気用空気供給口２１から空気調和対象空間２０内に供給される。

図２に示す発明の空気調和システム１０’は、冷房を行うための別のシステムであり、加圧状態で再循環用空気の紫外線殺菌を行うようにした例である。該システムでは、再循環系流路４０において電動コンプレッサー４２により圧縮しながら再循環用空気を取り込むようにしている。このとき、フィルター装置４１は電動コンプレッサー４２の上流側に配置し、加圧系に粗大なごみ等が混入することを避けるようにしている。また、電動コンプレッサー４２で圧縮されると共に圧縮に伴う発熱により加熱され再循環用空気は、冷却用熱交換器３１における新鮮空気７０’’との熱交換により冷却された後に紫外線殺菌チャンバー４３に導入され、加圧状態で紫外線殺菌される。紫外線殺菌された浄化再循環用空気は、換気用新鮮空気系流路３０の冷却用熱交換器３１と冷却タービン３４との間に設けられた混合器５０に導入され、圧縮・冷却された換気用新鮮吸気と混合された後に、冷却タービン３４を通過することにより膨張し、温度が調節された換気用空気とされる。このとき、膨張によって得られる空気の温度が低すぎる場合には、別経路の吸引ブロア６０によって新鮮空気７０’の一部からなる換気用新鮮空気と混合することにより暖めて、所定の温度に調整される。

図３に示す発明の空気調和システム１０’’は、暖房を行うための別のシステムである。該システムでは、吸引ブロア６０によって取り込まれた新鮮空気は、そのまま換気用新鮮空気として熱交換器５０に導入されて、紫外線殺菌された浄化再循環用空気と混合されると共にヒーター６３により加熱されて暖められて換気用空気とされる。再循環系流路４０は図１に示すシステムと基本的には同様であるが、別途導入された新鮮空気７０’が紫外線発光ダイオード冷却用流体７３として使用される。

図４および図５に、本発明の空気調和システムで使用できる紫外線殺菌チャンバー４３ａ及び紫外線光源４５ａの模式図を示す。これらは、加圧下および常圧下の何れでも使用可能であり、導光板４５４をチャンバー４３ａの内部に配置し、ＤＵＶ−ＬＥＤ４５１を有する紫外線光源４５ａをチャンバー４３ａの外部に配置している。紫外線光源４５ａにおいて、必要に応じてパッケージ化されていてもよい複数のＤＵＶ−ＬＥＤ４５１が基板４５２上に１列に配列搭載されるとともに、サファイアや石英等の紫外線透過性材料からなる蓋４５５で封止されている。基板４５２は放熱用フィン４５３を有するヒートシンクと一体化され、放熱用フィン４５３は、紫外線発光ダイオード冷却用流体流路４５６内に露出し、該流路４５６内を流通する紫外線発光ダイオード冷却用流体７３によって、ＤＵＶ−ＬＥＤ４５１で発生した熱を放熱できるようになっている。そして、紫外線光源４５ａの紫外線出射面は、導光板４５４の上流側端面に密着するように配置される。導光板４５４は、片面に光偏光素子を設けて発光面（出射部４５７）とし、ＤＵＶ−ＬＥＤ４５１から出射されたＵＶが上記端面から入射し、光透過層（導光部４５８）を通って該発光面から出射し、チャンバー内を流通する（フィルター装置を通過した）再循環用空気７４に照射され、浄化再循環用空気７５が得られるようになっている。

図６に、本発明の空気調和システムで使用できる別の紫外線殺菌チャンバー４３ｂの模式図を示す。該紫外線殺菌チャンバー４３ｂは金属製配管８０をチャンバーとして利用したものであり、内部が加圧空間８４となっている。金属製配管８０の内部には紫外線出射部としての導光板４５４が配置されている。該導光板４５４は、その側面において、配管８０に設けられた穴に固定された耐圧コネクタ８３から配管内に延びた光ファイバと光学的に接続されている。耐圧コネクタ８３から配管外に延びた光ファイバは、カップラー８２において導光部の光ファイバ８１の光出射ポートと光学的に接続されている。光ファイバ８１は、もう一方の端部に存在する光入射ポート（図示せず）まで延びており、光源（図示せず）から出射された紫外線は該光入射ポートから取り入れられて光ファイバ８１内を伝送し、光出射ポート及び耐圧コネクタ８３を経由して導光板４５４から拡散光として出射される。出射された紫外線は、紫外線反射性材料で構成される配管８０の内壁面で反射を繰り返しながら進行し、内部を流通する再循環用空気７４に照射されることにより殺菌が行われる。

図７に、本発明の空気調和システムで使用できる更に別の紫外線殺菌チャンバー４３ｃ及び紫外線光源４５ｃの模式図を示した。該紫外線殺菌チャンバー４３ｃは、横長（浄化再循環用空気の流れる方向に沿って長い）平箱状のチャンバー内において紫外線光源４５ｃから出射された紫外線を直接再循環用空気７４に照射する構造となっている。紫外線光源４５ｃは、チャンバーの上面とほぼ同一形状を有する矩形の基板４５２状に、必要に応じてパッケージ化されていてもよい複数のＤＵＶ−ＬＥＤ４５１が基板４５２上に縦横夫々複数列に配列搭載されるとともに、サファイアや石英等の紫外線透過性材料からなる蓋４５５で封止されている。基板４５２は放熱用フィン４５３を有するヒートシンクと一体化され、放熱用フィン４５３は、紫外線発光ダイオード冷却用流体流路４５６内に露出し、該流路４５６内を流通する紫外線発光ダイオード冷却用流体７３によって、ＤＵＶ−ＬＥＤ４５１で発生した熱を放熱できるようになっている。なお、紫外線殺菌チャンバー４３ｃは、チャンバー内に紫外線光源４５ｃそのものが配置されるため、常圧で使用することが好ましい。

最後に、図８に、本発明の空気調和システムで使用できる更に別の紫外線光源４３ｄの模式図を示した。該紫外線光源４３ｄは、特開２０１４−８９８９８号公報に開示されている紫外線殺菌装置１００と同じものである。該紫外線光源４３ｄ（紫外線殺菌装置１００）は、内面が長楕円反射ミラーからなる出射側反射ミラー１２０となっている出射側筐体１２５と、内面が長楕円反射ミラーらなる集光側反射ミラー１２３となっていると共に紫外線出射用開口部１３０が形成されている集光側筐体１２６と、紫外線出射用開口部１３０に配置されたコリメート光学系１４０からなる本体１５０と；円筒状基体１１１の側面上に、複数のＤＵＶ−ＬＥＤ１１２を、各ＤＵＶ−ＬＥＤ１１２の光軸１１５が前記前記基体の中心軸１１４を通るように配置して、紫外線が前記中心軸に対して放射状に出射されるようにした棒状の紫外線発光モジュール１１０と；を有する。そして、前記出射側反射ミラーの焦点軸１２１上に前記紫外線発光モジュール１１０を配置し、該出射側反射ミラーの集光軸１２２（集光側反射ミラーの焦点軸１２４でもある）の近傍に紫外線出射用開口部１３０を設けている。

さらに、前記円筒状基体の内部には冷却媒体用流路１１３が形成され、また、ＤＵＶ−ＬＥＤ１１２が搭載された円筒状基体１１１は、石英などの紫外線透過性材料から形成されるカバー１１６で覆われている。該カバー１１６は封止剤やパッキン、ｏ−リング等のシール部材１１７を用いて気密又は水密に円筒状基体に装着され、その内部には窒素などの不活性ガス、乾燥空気などのガスが封入されている。上記円筒状基体１１１は、紫外線発光素子１１２を固定・保持するための支持体として機能するほか、ヒートシンクとしての機能も有し、内部の冷却媒体用流路１１３に冷却媒体１１８を流通することにより紫外線発光素子からの放熱による温度上昇を防止して、素子の安定作動を可能にしたり、素子寿命を長くしたりすることが可能となっている。

上記紫外線光源４３ｄは、被照射体に向かわない方向に配置したＤＵＶ−ＬＥＤから出射される光も合わせて集光して高強度化された紫外線を帯状の並進光として出射することが可能となっている。したがって、導光板と組み合わせ使用する光源として好ましい。

以上、図を参照して本発明の航空機用空気調和システムは、これら図に記載されたものに限定されるものではない。

１０、１０’、１０’’・・・空気調和システム
２０・・・空気調和対象空間
２１・・・換気用空気供給口
２２・・・室内空気排気口
２３・・・ゾーン
２４・・・排気ブロア
３０、３０’・・・換気用新鮮空気系流路
３１、３２・・・冷却用熱交換器
３３・・・電動コンプレッサー
３４・・・冷却タービン
４０・・・再循環系流路
４１・・・フィルター装置
４２・・・電動コンプレッサー
４３、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ・・・紫外線殺菌チャンバー
４５、４５ａ、４５ｃ・・・紫外線光源
４５１・・・ＤＵＶ−ＬＥＤ
４５２・・・基板
４５３・・・放熱用フィン
４５４・・・導光板
４５５・・・紫外線透過性材料からなる蓋
４５６・・・紫外線発光ダイオード冷却用流体流路
４５７・・・出射部
４５８・・・導光部
４６・・・吸引ブロア
５０・・・混合器
５１・・・換気用新鮮空気導入口
５２・・・浄化再循環用空気導入口
５３・・・換気用空気排出口
６０・・・吸引ブロア
６１、６２・・・温度調節バルブ
６３・・・ヒーター
７０、７０’、７０’’・・・新鮮空気
７１・・・室内空気（空気調和対象空間内空気）
７２・・・冷却された換気用新鮮空気
７３・・・紫外線発光ダイオード冷却用流体
７４・・・再循環用空気
７５・・・浄化再循環用空気
８０・・・配管
８１・・・光ファイバ
８２・・・カップラー
８３・・・耐圧コネクタ
８４・・・加圧空間
１００・・紫外線殺菌装置
１１０・・紫外線発光モジュール
１１１・・円筒状基体
１１２・・深紫外線発光素子（ＤＵＶ−ＬＥＤ）
１１３・・冷却媒体用流路
１１４・・円筒状基体の中心軸
１１５・・深紫外線発光素子の光軸
１１６・・カバー
１１７・・シール部材
１１８・・冷却媒体
１２０・・長楕円反射ミラーからなる出射側反射ミラー
１２１・・出射側反射ミラーの焦点軸
１２２・・出射側反射ミラーの集光軸
１２３・・長楕円反射ミラーらなる集光側反射ミラー
１２４・・集光側反射ミラーの焦点軸
１２５・・出射側筐体
１２６・・集光側筐体
１３０・・紫外線出射用開口部
１４０・・コリメート光学系
１５０・・本体

本発明の空気調和方法は、空気調和対象空間内の温度調節及び換気を行うための空気調和方法であって、（Ａ）外部から換気用新鮮空気を取り込む、換気用新鮮空気取り込み工程、（Ｂ）空気調和対象空間内に存在する空気の一部を再循環用空気とし、フィルター及び／又は吸着材による処理を行った後に、該再循環用空気に紫外線を照射して殺菌を行うことによって該再循環用空気を浄化して浄化再循環用空気を得る、浄化再循環用空気調製工程、（Ｃ）前記換気用新鮮空気と前記浄化再循環用空気を混合して換気用空気を得る、換気用空気調製工程、および（Ｄ）前記換気用空気調製工程で得られた換気用空気を空気調和対象空間内に供給する、換気用空気供給工程、を含んでなり、換気用新鮮空気、浄化再循環用空気及び換気用空気から選ばれる少なくとも一種を加熱又は冷却して、前記（Ｄ）換気用空気供給工程で空気調和対象空間内に供給される換気用空気の温度調節を行うことを特徴とする。

また、本発明の空気調和システムは、空気調和対象空間内に換気用空気を供給する換気用空気供給口と、空気調和対象空間内の空気を排出する排気口と；外部より新鮮空気を取り入れるための吸気手段と；空気圧送手段、フィルター装置及び紫外線照射装置を含み、前記排気口から排出された空気の一部からなる再循環用空気を前記フィルター装置による処理を行った後に、紫外線照射装置により浄化して浄化再循環用空気を得る再循環系流路と；前記吸気手段によって取り入れられた新鮮空気の少なくとも一部からなる換気用新鮮空気を得る換気用新鮮空気系流路と；前記浄化再循環用空気と前記換気用新鮮空気とを混合して換気用空気を得る混合容器と；を含んでなり、コンプレッサー、冷却用熱交換器及び冷却タービンを含んでなるエアサイクルシステム用いた冷却又はヒーターを用いた加熱により換気用空気の温度調節を行うことを特徴とする。なお、前記コンプレッサーは、前記外部より新鮮空気を取り入れるための吸気手段及び／又は前記再循環系流路における空気圧送手段であってもよい。

（Ｂ）浄化再循環用空気調製工程では、吸引ブロア又はコンプレッサーを用いて空気調和対象空間内に存在する空気の一部を再循環用空気として抜き出した後に、フィルター及び／又は吸着材による処理を行った後に、該再循環用空気に紫外線を照射して殺菌を行うことによって該再循環用空気を浄化して浄化再循環用空気を得る。フィルター及び／又は吸着材としては、埃や繊維を除去又は低減するためのプレフィルター、微粒子、細菌類等を除去又は低減するためのＨＥＰＡフィルター、臭気、ＶＯＣ等を除去又は低減するための吸着フィルター、二酸化炭素を吸着するための固体−アミンフィルターなどが用いられる。

Claims

空気調和対象空間内の温度調節及び換気を行うための空気調和方法であって、
（Ａ）外部から換気用新鮮空気を取り込む、換気用新鮮空気取り込み工程、
（Ｂ）空気調和対象空間内に存在する空気の一部を再循環用空気とし、フィルター及び／又は吸着材による処理並びに紫外線照射によって該再循環用空気を浄化して浄化再循環用空気を得る、浄化再循環用空気調製工程、
（Ｃ）前記換気用新鮮空気と前記浄化再循環用空気を混合して換気用空気を得る、換気用空気調製工程、および
（Ｄ）前記換気用空気調製工程で得られた換気用空気を空気調和対象空間内に供給する、換気用空気供給工程、を含んでなり、
換気用新鮮空気、浄化再循環用空気及び換気用空気から選ばれる少なくとも一種を加熱又は冷却して前記（Ｄ）換気用空気供給工程で空気調和対象空間内に供給される換気用空気の温度調節を行うことを特徴とする空気調和方法。
前記換気用新鮮空気を、圧縮した後に冷却し、その後膨張させて、換気用新鮮空気の冷却を行う、請求項１に記載の方法。
前記請求項２に記載の方法において、圧縮後の冷却及び膨張を行う前又は膨張を行う前に、別途前記再循環用空気を、圧縮された換気用新鮮空気の圧力以上の圧力となるように圧縮した状態で、前記（Ｂ）浄化再循環用空気調製工程における紫外線照射を行い、得られた圧縮状態の浄化再循環用空気と、圧縮された換気用新鮮空気と、を混合することを特徴とする方法。
前記換気用新鮮空気を圧縮するときにおける圧縮比を２．５以上４未満とすることを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。
空気調和対象空間内に換気用空気を供給する換気用空気供給口と、
空気調和対象空間内の空気を排出する排気口と、
外部より新鮮空気を取り入れるための吸気手段と、
空気圧送手段、フィルター装置を及び紫外線照射装置を含み、前記排気口から排出された空気の一部からなる再循環用空気を前記フィルター装置及び紫外線照射装置により浄化して浄化再循環用空気を得る再循環系流路と、
前記吸気手段によって取り入れられた新鮮空気の少なくとも一部からなる換気用新鮮空気を得る換気用新鮮空気系流路と、
前記浄化再循環用空気と前記換気用新鮮空気とを混合して換気用空気を得る混合容器と、を含んでなり、
コンプレッサー、冷却用熱交換器及び冷却タービンを含んでなるエアサイクルシステムを用いた冷却又はヒーターを用いた加熱により換気用空気の温度調節を行うことを特徴とする空気調和システム。
前記エアサイクルシステムで前記換気用新鮮空気を、圧縮した後に冷却し、その後膨張させて、換気用新鮮空気の冷却を行い、当該冷却された換気用新鮮空気と、前記浄化再循環用空気と、を前記混合器で混合して換気用空気を得る請求項５に記載の空気調和システム。
前記エアサイクルシステムが、前記換気用新鮮空気を圧縮するための第一のコンプレッサー及び当該第一のコンプレッサーで圧縮されることにより加熱された換気用新鮮空気を冷却するための第一の冷却用熱交換器と、前記再循環用空気を圧縮するための第二のコンプレッサー及び当該第二のコンプレッサーで圧縮されることにより加熱された再循環用空気を冷却するための第二の冷却用熱交換器と、冷却タービンを有し、前記混合器を当該冷却タービンの上流であって前記第一の冷却用熱交換器及び前記第二の冷却用熱交換器の下流に配置したことを特徴とする請求項５に記載の空気調和システム。
前記混合器またはその下流にヒーターを配置し、換気用空気を加熱するようにしたことを特徴とする請求項５に記載の空気調和システム。