JP2018521770A

JP2018521770A - 空気殺菌装置

Info

Publication number: JP2018521770A
Application number: JP2018501980A
Authority: JP
Inventors: ノ−ビンイム、
Original assignee: ウェリスカンパニーリミテッド
Priority date: 2015-07-11
Filing date: 2015-10-16
Publication date: 2018-08-09
Also published as: US20180200401A1; WO2017010616A1; CN106334208A; US11191862B2; KR101555814B1; CN106334208B

Abstract

本発明はオゾン発生素子とその制御部を通じて、オゾンを発生させ、それを空気循環ファンを通じて供給し、別途のファンによる空気流れを作り、そこにカートリッジ形態で供給されて蒸散される過酸化水素またはリモネン溶液（olefen）を供給する。このように供給されるオゾンの空気流れと過酸化水素またはリモネン溶液（olefen）の空気流れは発生された各粒子の円滑な供給のために層流状態を保持するようにその流路を設計し、その後２つの流れの循環が会って乱流を作りやすいように乱流誘発流路を別途に作り、乱流を作る空気混ぜ空間を別途に作ってこの空間でオゾンと過酸化水素、オゾンとリモネン溶液（olefen）が十分に化学反応を起こすようにし、この際、生成されるOH（ヒドロキシル）ラジカルを作り、作られたラジカルまたは陰イオンを再度層流流路を作ってそれを通じて遠く放出することで、自然系の浄化原理を適用して、空気中に浮遊する細菌または室内空気を自然系と同じ原理で殺菌浄化する機器を提供する。【選択図】図３

Description

本発明はにヒドロキシルラジカル発生装置を有した空気殺菌装置に関わり、より詳細にはヒドロキシルラジカル（ＯＨ）発生に最も適当した条件を有した空気殺菌装置を具現しそれを通じて単位時間当たり最大のヒドロキシルラジカルを発生させることで空気中にある汚染物質である一酸化炭素、二酸化硫黄、二酸化窒素など各種空気汚染物質や細菌を最も効果的に除去する空気殺菌装置に関する。

産業化が進行するにつれて都市化、人口密集現状が加速化されるほど人間が毎日呼吸するに必要な空気の汚染問題はますます深刻になっている。人類が毎日使用する化石燃料は必然的に人間にわるい汚染物質を空気中に放出しバイラスや細菌のような病院性微細物質なども空気中にその濃度が高くなりつつあって綺麗な空気を飲みたがる人間の欲求が漸次に強くなっている。このような欲求充足するために使用される装置が空気浄化器または空気殺菌装置である。

空気中の汚染物質は大部分呼吸を通じて人間に吸入されて各種の疾病の原因として作用するが、現在までは汚染物質の自然浄化過程で最も重要な役割をするものは‘ヒドロキシルラジカル（ＯＨ）’であると知られているがヒドロキシルラジカル（ＯＨ）は一酸化炭素、二酸化硫黄、二酸化窒素などの各種の汚染物質をなくせる大気の主要浄化剤である。自然系に存在するＯＨ（ヒドロキシル）ラジカルは２００〜２０００万個（空気１ｃｃ当たり、毎秒基準）の密度で空気中に存在すると知られている。

一般的に、現在多く使用されている空気清浄器乃至殺菌装置は大きく次のように分けられる。まず、浄化対象空間の空気を吸入してフィルターを通過させてフィルターによって空気内の汚染物質が吸着または分解される方式が最も一般的に使用されている方式である。この方式は長い間使用する場合定期的に新しいフィルターに交換しなければならない保持管理行為が必ず伴うのであり、しかもフィルターの特性が完全でないので、この方式による空気浄化能力に関する信頼性も高くない実情である。

次に、イオン発生装置を使用して、空気中のイオン濃度を増加させる方式で現在この方式を使用している空気浄化器は陰イオンのみを発生させるものであって、陰イオンによる浄化乃至殺菌効果はある程度期待することができるが、陰イオン発生量を正確にわかることができなく、空気中に浮遊細菌の積極的な除去と関連された効果はそれ程高くないという問題点がある。

三つ目は、プラズマクラストイオン技術（Plasma Cluster Ion、ＰＣＩ）を使用するものでここにはプラズマ電荷を用いるプラズマイオン空気浄化技術が使用され空気で陰イオンと楊イオンを発生させて空気中の有害物質との化学反応を通じて有害物質を分解乃至不活性化して空気を浄化するようになる。しかし、この方式による空気浄化過程はまだＰＣＩ挙動の化学的メカニズムを正確にわからなくてイオン発生量に対する正確な分析をすることができないので殺菌効果に対する信頼度が低いので微細物学的観点で肯定的、否定的効果を完璧に究明できないのである。

空気殺菌装置に関する代表的な文献は次のようである。
英国特許公開公報ＧＢ2406275 Ａ1（2005.03.30）
日本公開特許公報ＪＰ2002-282346（2002.10.02）

通常的に空気殺菌装置はオゾンを発生させリモネンまたは過酸化水素を蒸散させてそれらの化学反応を通じてＯＨラジカルを発生させてそれを用いて空気を殺菌するようになるが従来技術ではＯＨラジカルの発生量が最大となる殺菌器内に設けられる流路の形状やオゾンとリモネンの流動形態などに関する条件、またはそれらの結合からラジカルが生成できる最大量、また最大量になるまでのオゾンとリモネンの結合比についてまともに知られていなかった。

従って、今までは発生器を通じてオゾンを発生させ送風機を通じて発生したオゾンを適当に移送させてそれをリモネンと共に反応させることでＯＨラジカルを作り出すことで満足しただけでラジカルの発生量が最大となる条件や流路形状に対する正確な認識なしに製品外観のみに傾いた設計を通じて装置を製作して製品として使用して来たのである。

本発明のイオン発生装置はオゾンを発生させるための直流電圧を前記発生素子に付与する高圧直流電源と、前記発生素子から発生したオゾンを強制的に送風する送風機を設置したことを特徴とする。この発生装置によると、高圧直流電源から直流電圧を発生素子に付与して発生素子から発生したオゾンと蒸散させたリモネンまたは過酸化水素を化学反応させてＯＨラジカルを発生させＯＨラジカルを送風機によって空気中の広い範囲に送ることができる。また、ＯＨラジカルの作用によって空気中に浮遊する細菌を殺菌することができる。

また、本発明の空気調節装置は空気を吸入するための吸入口、前記吸入口から吸入した空気と共に前記発生素子から発生したオゾンを前記送風機によって層流に排出するための排出口、送風機を通じてリモネン（または過酸化水素）を蒸散させて層流に排出する排出口と前記吸入口から前記排出口に至る送風経路に配置されオゾンを蒸散させたリモネン（または過酸化水素）と化学反応を起こすように乱流を作り反応を起こす反応空間を設けること、反応空間以後には発生したＯＨラジカルを実際空気浄化のために使用空間に排出する層流送風システムを有することを特徴とする。

前記空気調節装置は高圧直流電源から直流電圧をオゾン発生素子に付与して発生素子から発生したオゾンをリモネン（または過酸化水素）と反応させて発生したＯＨラジカルを送風機によって空気中の広い範囲に送る装置である。このＯＨラジカルの作用によって空気中に浮遊する細菌を殺菌することができる。また、空気が循環されることで空気中に含まれている誇りや、悪臭成分がＯＨラジカルによって除去される。それによって、快適で清浄な住居環境を実現するができる。

本発明は前記のような既存方式を使用する空気殺菌装置が持っている問題点を解決するために導出されたもので、最大量のＯＨラジカルを発生させることのできる最も適合した条件を有した空気殺菌装置を提供することにある。

本発明による空気殺菌装置はオゾンを発生させ過酸化水素またはリモネン溶液（olefen）を蒸散させて反応させることで、ＯＨ（ヒドロキシル）ラジカルを作り、作られたラジカルを遠く放出することで、自然系の浄化原理を適用して、空気中に浮遊する細菌または室内空気を殺菌浄化する装置である。本発明による殺菌装置はオゾン量を発生点から５ｃｍ離れた位置で時間当たり０．０００１ｇ〜０．５ｇ範囲で発生させ、リモネンまたは過酸化水素を空気送風を通じて時間当たり０．００１〜０．１ｇ範囲に蒸散させ、蒸散されたリモネンまたは過酸化水素がオゾンと化学反応をすることによって生成するＯＨ（ヒドロキシル）ラジカルを秒当たり５０万〜２０００万個/個以上の範囲に発生するようにし、１モルのオゾンと１モルのリモネンが反応してＯＨ（ヒドロキシル）ラジカルは８５．６８％体積（０．８５６８モル）に生成するようにする空気殺菌装置として体積比（モル比、ｐｐｍ比）を基準としてリモネン蒸散量１に対してオゾン蒸散量０．３〜５程度の比率内でＯＨ（ヒドロキシル）ラジカルを有用に発生させ、最適の比率はリモネンとオゾンの比率（ｐｐｍ基準）は１：０．８である場合乃至質量基準で３．５５：１で反応される空気殺菌装置でありリモネンは分子量が１３６．２４でありオゾンは４８であるので、質量比から見るときはリモネン０．１〜１．７６に対してオゾン１の比率で反応させる空気殺菌装置を提供する。

本発明による空気殺菌装置はオゾン発生素子とその制御部を通じて、オゾンを発生させ、それを空気循環ファンを通じて供給し、別途のファンによる空気流れを作り、そこにカートリッジ形態で供給されて蒸散される過酸化水素またはリモネン溶液（olefen）を供給する。このように供給されるオゾンの空気流れと過酸化水素またはリモネン溶液（olefen）の空気流れは発生された各粒子の円滑な供給のために層流状態を保持するようにその流路を設計し、その後２つの流れの循環が接して乱流を作りやすいように乱流誘発流路を別途に作り、乱流を作る空気混ぜ空間を別途に作ってその空間でオゾンと過酸化水素、オゾンとリモネン溶液（olefen ）が十分な化学反応を起こすようにし、この際生成するＯＨ（ヒドロキシル）ラジカルを作り、作られたラジカルまたは陰イオンを再度層流流路を作ってそれを通じて遠く放出することで、自然系の浄化原理を適用して、空気中に浮遊する細菌または室内空気を自然系と同じ原理で殺菌上官する機器に対するものである。

また、空気流動流路を設計してその流出速度を制御し、それを通じて機器の外に流出される地点で陰イオンは５ｃｍ離れた位置で１０万〜１０００万個/以上とオゾン量を５ｃｍ離れた位置で０．００１〜０．０５ｐｐｍ以下に発生させ、それによって生成するヒドロキシル（ＯＨ）ラジカルまたはイオンは１０万〜２０００万個/個以上範囲に発生されるようにする流路設計技術を含む。

本発明の空気殺菌装置によると、高圧直流電源から直流電圧をオゾン発生素子に付与して発生素子から発生したオゾンをリモネン（または過酸化水素）と反応させて発生したＯＨラジカルを送風機によって空気中の広い範囲に送る装置としてリモネンと反応するオゾンの発生量を正確に制御することでヒドロキシルラジカルの生成量を最大にすることができそれによって空気の浄化機能乃至殺菌機能を効果的に遂行することができて快適で清浄な住居環境を実現することができる。

本発明の空気殺菌装置の断面を示す絵である。本発明の空気殺菌装置の断面を示す絵である。本発明の空気殺菌装置の流路形状を示す絵である。本発明のオゾン発生部にある上下部電極と電極部形状を示す絵である。本発明のオゾン発生部にある上下部電極と電極部形状を示す絵である。本発明のオゾン量センサーを通じてリモネン蒸散を制御するアルゴリズムを示す絵である。本発明の溶液残量感知装置が作動されるアルゴリズムを示す絵である。本発明の光学式残量検知装置の一例を示す絵である。本発明の電気式残量検知装置の一例を示す絵である。本発明の浮遊電極式残量検知装置の一例を示す絵である。

本発明は多様な変更を加えることができ、多様な形態を有することできる。ここでは、特定の実施形態を図面に例示し本文に詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の開示形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むこととして理解されるべきである。

本発明を説明することにおいて、関連された公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要に濁すと判断される場合その詳細な説明はを省略する。また、本明細書の説明過程で利用される数字（例えば、第１、第２など）は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみとして使用される。また、本明細書において、一構成要素が他の構成要素と“連結される”、か“接続される”などで言及される時には、一構成要素が他の構成要素と直接連結されるかまたは直接接続されることもできるが、特別に反対される記載が存在しない以上、中間に他の構成要素を媒介して連結されたり接続されたりすると理解されるべきである。

本発明の一実施形態によると図１に示されたように空気殺菌装置１０でオゾン粒子がリモネンまたは過酸化水素の蒸散粒子とよく混ぜられるようにして円滑な化学反応が連続的に起こるようにするものでその主要構成は電極を通じてオゾン粒子を発生させるオゾン発生部１００、高電圧電源回路部及びその制御部からなった電子装置部５００、リモネンまたは過酸化水素を供給する溶液を盛る容器及び溶液の蒸散のためのカバーなどからなった溶液供給部２００、溶液の蒸散と化学反応のための吸入ファン３００及び流路部４００からなっている。

また、本発明は図２のように空気殺菌装置においてオゾン発生部１００で発生したオゾン粒子が溶液供給部２００から蒸散されたリモネンまたは過酸化水素の蒸散粒子とよく混ぜられるようにして円滑な化学反応が連続的に起こるようにする構造に形成されている。粒子がオゾン発生部５００から一定の流れを有して連続的に発生するように作るためには層流発生部４１０を置いて粒子の流動が層中となるように流路設計することが重要である。円滑な化学反応のために反応が起こる前には乱流発生部４２０を置いて乱流となるようにすることが有利であり前記乱流発生部後段にはオゾンと蒸散粒子が反応する反応空間４３０が位置するようになる。

流路内部の特定空間で乱流が発生する構造（例えば、エアロフォイル構造）と乱流化学反応空間を作り化学反応が起こってＯＨラジカルが生成された後には装置外部に生成されたＯＨラジカルを可能限り遠く移送することが必要であるので再度層流流動ができるように流路を設計することが必要である。また、流路の空気流れのために複数個のファンが必要であるがリモネンまたは過酸化水素の溶液蒸散のための空気流動を起こすために吸入ファン３００が必要でありオゾン粒子、リモネンまたは過酸化水素の溶液蒸散粒子の生成後の層流流れが可能にすると共に化学反応によって生成されたＯＨラジカルを機器の外に可能限り遠く導出させて装置の最終目的である空気の浄化作用を達成するために外部噴出ファン３１０が要求される。

一般的に層流、乱流の発生は次のようなレイノルズ数という無次元変数によって境界が分けられるが、円形パイプ内の流動の場合層流のレイノルズ数は約２３００程度以下である。

（ここでｖｓは流動の平均速度、Ｌは特性長さ（characteristic length）、ｕは流体の［［粘性係数］（dynamic viscosity）］、ｖは流体の［動粘性係数］（kinematic viscosity）］、ロは流体の密度）

従って、レイノルズ数が２０００以下となるように流路を設計し解釈することが必要であり、簡単に実験的に流路の直径をＤとする時、流路ファンの後方距離が６Ｄ以上となるようにしてこそ層流が発生すると知られている。この基準によると、層流の発生を有する流路の設計例は次のようである。

ファンを設置した後層流を発生させるために、緩慢に流路の直径を減らし、最終的に決定された流路直径の６倍距離の先にオゾンを発生させる電極部とリモネンまたは過酸化水素の溶液蒸散部を位置させる。また、粒子が円滑に層流を通じて供給された以後には化学反応のために乱流に流れを変えなければならない。それのためには次のようなエアロフォイル構造を流路内に設計して乱流の発生を誘導する。エアロフォイル形態によって揚力と抗力が発生し得るのでそれを考慮して設計する。

実際に流路内に次のような流線型のエアロフォイル構造を入れ、それを通じてエアロフォイルの後段で角度によって乱流の発生を誘導する。または乱流の発生のために、別途の流路に一定角度で吹き入れてもよい。

化学反応によってＯＨラジカルが生成された後には生成されたＯＨラジカルを可能な限り機器外部に遠く排出することが効果的な空気殺菌浄化に助けとなるので、再度層流で空気流れを変えて中心の空気速度を早くなるように流路を設計する。それのために別途のファンを設置するか空気流動を発生させることもできる。設計された流路とその機能は図３に示されたのである。

また、本発明によるオゾン発生部にあるオゾン発生電極とリモネン（または過酸化水素）溶液をカートリッジ内に含んだ構造は図３のような断面を有している。即ち、下部に備えられた吸入ファン（図示せず）を通じて空気を流入させ、流入された空気は大きさがＤである流路を通じてＬ１＝６Ｄの距離分だけ離れたリモネン（または過酸化水素）溶液蒸散中心部を通過して層流を作り出し、蒸散が円滑に起こる条件を満たすようになる。また、蒸散うまく起こった後にはＬ２＝３〜４Ｄの距離分だけ離れた位置（流路スタートから総距離９〜１０Ｄ）で乱流が発生するのでそこで乱流をよく発生させることのできるエアロフォイル構造を設け、以後に乱流で溶液とオゾンがうまく混ぜられるように反応空間構造を作る。反応空間４３０で十分な反応が起こった以後に生成されたＯＨラジカルを可能な限り機器外部に遠く排出することが空気殺菌浄化に助けとなるので、再度層流で空気流れを変えて中心の空気速度を早くなるように別途のファンを設置するか空気流動を発生させてもよい。

また、本発明のオゾン発生部１００は図４のような上下部に分けられたセラミック電極１１０を含んでいる。セラミック電極１１０は小型サイズと同時に長い寿命を有しており、オゾン発生量は０．１ｍｇ/ｈ〜１ｇ/ｈまで可能である。発生量は電極の両端にかかる電圧と電流、電極の面積などによって決定されるが、発生量の正確な制御と管理のために機械式移動と発生量計測を通じて制御する。電圧の制御は２０００〜７０００Ｖの高電圧を使用しオゾンである場合には周波数１、０００〜１００、０００Ｈｚのパルス派形態で供給する。

オゾン発生量制御は電圧調節を通じても可能であるがこの場合は精密制御が不可能であるので、本発明による実施形態においては使用される電圧を一定に保持しながらセラミック電極の両面の反応長さや面積を制御するようになると、電流やパワーの制御を通じて発生するオゾンの量を精密に制御することが可能となるのでこの方法を使用する。このようなオゾン発生量制御は図５のような電極構造を通じて行われる。

滑り基準板１３０に対して上下部にセラミック電極１１０が置かれ、一方の電極を電極位置調整器具部１２０を通じて機械的に微細移送させ、それによって発生するオゾン量などを計測器またはセンサーを通じて定められた距離で計測し、それによって所望する発生量に到達する場合、位置調整を終えて、ボンディングなどの方法で位置を固定して追後その位置で、所望する発生量を反復的に得るようにする方法である。電極位置の調整器具は多様な方法があるが最も簡単な方法は機械式精密ネジを最小してネジ進行反対方向にスプリング構造を採用して、ネジの回転によって微細距離の移送が可能にする方法である。電極は板状の形態だけではなく、棒の形態も可能であり、電極の発生面積を制御することで発生量を微細に制御することが可能である。

また、本発明によるとオゾンが反応蒸散気体と反応しないで排出されるオゾン量が少しでも感知されると、オゾンとリモネン（または過酸化水素）は適合した比率で反応せずにオゾン量が過多に多いことを意味する。従って、予め複数の定められた条件に対して実験をしそれをデータテーブル化して条件を制御する基準として適用するか、機器からＯＨ（ヒドロキシル）ラジカルが排出される出口にオゾンセンサーまたはオゾン検出器を装着して出口でのオゾン検出量が０となるように条件を変更して制御適用する。それは事前実験を通じたデータによって量産製品の条件（風量、オゾン発生量、リモネン蒸散量、風速など）を制御する方法と同時にセンサーなどを通じたフィードバックで変わる状況に対する条件制御の方法として使用される基準でオゾンが反応によって微量検出され完全な反応が行われる瞬間０となることを能動的に用いる方法である。それに対するアルゴリズムは図６に示すのである。

図６を参照して過程を説明すると機器排出口に装着されたオゾン量センサー（または検出器）でオゾン量を測定する。０である場合にはまずオゾン量を増加させる駆動をする。電極の反応面積を増やすか、電圧、電流を調節する方法などを使用する。オゾン量が０以上になると、リモネン（または過酸化水素）の蒸散量を増加させる。オゾンは反応によってセンサーから検出される濃度が下がる。濃度が０となる瞬間の各条件（オゾン発生器の電極位置、面積、電圧、電流、オゾン発生量、リモネン蒸散量、その時の吸気ファンの風量、風速、温度、湿度など）を固定し、それを記録するか記憶して、機器制御の際各条件による制御テーブルとして使用するか、生産工程中の基準として使用することが可能である。

オゾン量発生制御部はオゾン発生器駆動モジュールまたはファン駆動モジュールを通じて生成されるオゾン量を増減するか風の発生量を増減する。オゾン発生器から発生されるオゾン量は例えば、放電器の二つの電極の発生面積を調節するか電極間の電圧差を調節するか、ファンから流入される空気の流量によって適切に制御されるオゾンセンサーまたはオゾン検出器から感知されるオゾン量が０となる瞬間を基準として制御することができる。

また、本発明による溶液供給部２００で最も重要な要素は溶液カートリッジ内に残った溶液の量を測定する方法である。溶液はリモネンまたは過酸化水素であるが、電気的または光学的にセンシングをする構造をカートリッジ構造内に含んで残った溶液の量を測定し、カートリッジが正常的に装着されているかを判断する。センシング構造と回路から初期装着する時一定高さの溶液に対して発生する初期信号によって作動をしてもよいという信号を受け、電源を供給する基準とし、最終的に溶液が一定水準以下となって再供給しなければならないレベルに到達すると電源を切る基準とする。電源供給を中断しなければならない理由はオゾン発生装置がリモネンまたは過酸化水素が供給されない状況でも継続作用してオゾンがリモネンまたは過酸化水素と反応なしに一定量以上排出されると、周囲環境に悪影響を及ぼすからである。この際適用されるアルゴリズムは図７のようである。

即ち、装着されるリモネンと過酸化水素の溶液の蒸散のための全体動作や電源の印加は、溶液が装着されその残量が所定の量以上に確認された場合のみに作動し、溶液の残量が一定量以下であるか、溶液装着が行われていない場合には警告表示と共に作動されない構造である。従って、初期に溶液が装着されているかを知らせ、残った溶液が一定量以下となる場合に残った量や、交代時期を知らせる方法が必要であるが本発明においては光学式と電気式の二つの方法が使用されている。

本発明に使用される光学式残量検知方式は図８に示されたのと同じであるが溶液カートリッジ内部に反射板、反射部を溶液に浮遊されるように設置した後下部や側面に発光光学系と受光光学系を設けて、溶液の高さを見出す方法である。カートリッジの外形が光の透過に障害とならない材質にすべきであり、発光部と受光部の光学系費用が大きい。また、使用光源は溶液によって少なくとも反射部まで往復するが影響を受けてはいけなく、赤外線光源を周波数変換をしながら使用することが可能である。

カートリッジの存在は本体に位置した発光部から光が出て、それがカートリッジに反射されて出る光が受光部に得られる時、カートリッジが存在するのであり、溶液内を光線が往復して通ると、光の強度が弱化されるが、溶液が減少されると光の弱化程度が減少されるようになる。それによって、受光部での光強度を検知して、溶液の残量をわかるようになる。受光部の光が検知されると、アルゴリズムで溶液カートリッジが装着されたと把握し、光強度が初期状態から漸次に大きくなっていくが、溶液が所望する水準以下に下がって限界点以上に大きくなると溶液が不足していると把握してその時オゾンの発生を制御するようになる。

本発明による電気式残量検知方法は図９に示されたように溶液カートリッジ内部から外部に連結された電極を側面に高さ別に複数個設けた後、側面で電極の間に電圧を印加し、電極の間の電圧を測定する電気回路を構成する。溶液が電極の間に存在する場合は電流が流れてもよい。カートリッジ側面の電極１、電極２に本体で連結された電気回路を構成する。電気回路の一部分は電極１、電極２の状態によって連結されたり、断線されたりする構造である。即ち、溶液が電流を流すように電極１と電極２の間にたたえていると正常で電圧Ｖ２が示される。この場合に溶液が正常であると判定して作動する。溶液が蒸散されることによってレベルが低くなり残留溶液が減少されて電極一つの下に降りて電極１と電極２の間の来る場合電極の間に溶液が存在しなくなって抵抗は急激に増加し、それによって電流が流れなくなる。この場合に非正常と判断して作動を中止する。初期に溶液カートリッジが装着されていない場合も抵抗が大きくなるので電流が流れない。従って、電圧Ｖ１を測定して電源と同一にかかると溶液に通電ができないと見てオゾンの発生を止める方式である。

また、本発明による溶液残量検知方法には前記の光学式電気式方法の外に図１０に示すような浮遊電極を使用する方法があるが、電極を側面高さに同じ高さ（電極１高さ）に２個設置し、溶液の上に浮く浮遊電極（導体板）を装置し、この浮遊電極（導体板）が溶液上で浮いて溶液が減少されると下がり、溶液が定められた位置分だけ減少されると電極に穴位置で結合されて接すると、その際電極の高さに該当する位置に溶液が位置すると判断する方式である。この際、導体板が容易に電極に触れる位置を見つけるようにガイド構造（ガイド棒）を設けることが必要である。図１０では異なる高さに電極１、電極２をそれぞれ２個ずつ構成し角高さに合わせて溶液の上部面に浮遊板について浮いていながら、溶液の蒸散が継続されることによって溶液が減少されると予め構成されたガイド棒に沿って下がり、該当電極に浮遊電極が挟まれて通電されるとそれによって溶液の高さをわかるようになる方式が示されたいる。

以下では本発明で使用されるヒドロキシルラジカルの生成が行われるために必要なリモネンのオゾンに対するモル数比の範囲を算出することについて説明する。本発明のような空気殺菌装置でＯＨラジカルを発生させるためにはOzone‐Olefinの化学反応が随伴されるがその時代表的なOlefinとしてlimoneneが使用されその反応式は次のようである。

この反応で発生する物質はそれぞれ次の反応を経てＯＨラジカルを発生させる。

前記式をまとめて見ると理論的に１モルのオゾンと１モルのリモネンが反応するようになると０．８５６８モルのＯＨラジカルが生成される。しかし、それは理論上の結果であって実際空気殺菌装置での結果は風速や流動の形態、周囲温度などの条件によってＯＨラジカルの生成量は異なる。実験の結果下記の表のようにリモネンとオゾンの比率（ｐｐｍ基準）は１：０．８の場合ＯＨラジカルの生成量が最大であることが分かりリモネンの量１に対してオゾン０．６〜４．２程度の範囲内で本発明のような空気殺菌装置で空気殺菌の効果を齎すＯＨ（ヒドロキシル）ラジカル量を発生させることがわかった。リモネンは分子量が１３６．６４でありオゾンは４８であるので、質量比から見るときリモネン０．６〜４．７３に対してオゾン１の比率で反応させることが有力な比率となることがわかった。実験的な誤差を考慮する時、リモネン蒸散量１に対してオゾン蒸散量０．１５〜６程度の比率内でＯＨ（ヒドロキシル）ラジカルを有用な個数で発生させ質量比から見るときはリモネン１に対してオゾン０．０５〜２．１１の比率で反応させると実際殺菌器作動で殺菌に有用なラジカルを発生させることができると判断される。

表：リモネンとオゾンの反応量によるＯＨラジカル発生量（実験結果）

空気浄化に有用なＯＨ（ヒドロキシル）ラジカルの発生基準を自然浄化の場合より若干多い千万個（空気１ｃｃ当たり、１秒当たり）と見て時間当たり空気１１ｍ^３を浄化して吹き入れるシステムを例に挙げて１ｍ^３は１０^６自乗ｃｃであるので１０^７ｘ１１ｘ１０^６個ｘ３６００時間当たり必要個数で計算すると９．５個ｘ１０^１８個（一日発生個数）となる。

それが６０日であると５．７ｘ１０^２０個それは９．４６ｘ１０^{- 4}モル＝０．１２８ｇである。供給される量のうち蒸散されたリモネンが反応をしてＯＨラジカルが１％のみ発生すると仮定すれば２カ月間１２．８ｇ（９．４５６ｘ１０^−２モル）を供給して使用されると推定される。オゾン発生量とリモネンモル比率が同じであるべきなのでオゾン分子量は４８を考慮計算すると、オゾンは２カ月に４．８ｇが発生すればよく１日０．０８ｇ＝３．３ｍｇ/ｈｒ＝１．５４ｘ１０^−６ｍ^３が時間当たり発生すればいい。オゾンが時間当たり３．３ｍｇのみ発生すればよい。また、最適のモル比である１：０．８を基準とするとリモネン１２．８ｇに対してオゾンは２．５ｍｇ/ｈｒ発生すればいい。

このように大略的な範囲の反応予想を通じて、最適反応が起こる送風量とその時のオゾン発生量、リモネン蒸散量（または過酸化水素蒸散量）を予想することができるが、最適の反応が行われる正確な過程について把握することが容易ではない。送風量とオゾン発生量、リモネン蒸散量、流路の構造などが変わると、他の方法を通じて計算するか実験値を見出す。従って本発明では最適のＯＨ（ヒドロキシル）ラジカル発生条件を探して機器を制御することで、変化する条件に合う最適条件を決定する方法を提示する。

大略的な範囲で合わせられた一定量の送付によって蒸散されるリモネンに対して、オゾンの発生量を加減して、反応の後吐出部でオゾンセンサーまたはオゾン検出器を使用してオゾンの発生量を測定する。オゾンの発生量が反応の前、リモネンの蒸散のない場合一定量で検出される量から、リモネンの蒸散が増えるとリモネンと反応することによってＯＨ（ヒドロキシル）ラジカルを発生させ、従って反応する量分だけ減少されることによってオゾンの検出量が減らされ、オゾンが微量から０となる瞬間になる。その時が、オゾン発生量、リモネンの蒸散量、その時の送風量が最も最適のＯＨ（ヒドロキシル）ラジカル発生条件になるのである。従って、機器の吐出部に装着されたオゾンセンサーまたはオゾン検出器のフィードバックデータによって最適の条件を選定することが可能となる。

このような過程を経て実施形態の場合発生させたオゾンが反応前の場合約０．１ｐｐｍで反応を始めた後、漸次減少され完全な反応が行われると０．０００ｐｐｍとなって全量反応してオゾンが全部反応してなくなったことが確認できる。

一方、本発明ではリモネンの代わりに過酸化水素を使用することもできるが過酸化水素とオゾン反応を通じてヒドロキシルラジカルが生成される反応式は次のようである。

即ち、過酸化水素１モル（３４ｇ）に対してオゾン２モル（９６ｇ）が反応するとヒドロキシルラジカル２モルが生成される。従って、この場合に対しても似たような量のオゾンを発生させればよく、モル基準（または体積、ｐｐｍ基準）で過酸化水素の蒸散量がオゾン量の半分であればよいのである。リモネンの場合と同様に反応事件を通じて過酸化水素蒸散量１モルに対してオゾン蒸散量０．１〜１０程度の比率内でＯＨ（ヒドロキシル）ラジカルが有用な個数で発生することがわかった。このように過酸化水素の場合も室内空気浄化に十分な数量のＯＨラジカルを発生させることができる。基準となる機器の条件を定めることは前記で前述したリモネンを通じた方法であるオゾン検出量が０となる基準点を通じて条件を定めればよいのである。それによって、本特許によって構成された機器では最も最適の条件で十分に多い数のＯＨ（ヒドロキシル）ラジカルを生成させ、作られたらジアｋルまたは陰イオンを層流流路を作って空気循環ファンの空気流動によって遠く放出することで、自然系の浄化原理を適用し、空気中に浮遊する細菌または室内空気を自然系の浄化原理と同じ原理で殺菌浄化することが可能となるのである。

また、本発明の一実施形態によると空気殺菌装置の排出部に陰イオン発生装置を追加で設置してＯＨ（ヒドロキシル）ラジカルと陰イオンを同時に発生させて空気中に発散させることで空気殺菌効果と浄化機能をより確実にすることができるように構成することもできる。

Claims

オゾン発生部で生成されるオゾンとリモネンまたは過酸化水素溶液から蒸散されたリモネンまたは過酸化水素エアロゾルとの反応を通じてヒドロキシルラジカルを発生させて空気を殺菌する空気殺菌装置において、前記オゾン１モル当たり前記リモネンのモル比は０．１６〜６．７の間に過酸化水素モル比は０．１〜１０の間に存在するようにオゾン発生量を調節することを特徴とする空気殺菌装置。
オゾン発生部で生成されるオゾンとリモネン溶液から蒸散されたリモネンエアロゾルとの反応を通じてヒドロキシルラジカルを発生させて空気を殺菌する空気殺菌装置において、オゾンを発生させるオゾン発生部と、高電圧電源回路部及び装置制御部からなった電子装置部と、リモネン溶液を供給する溶液供給部と、吸入ファン、と、流路部と、を含むことを特徴とする空気殺菌装置。
前記オゾン発生部、前記電子装置部、前記溶液供給部、前記吸入ファン、前記流路部が一体に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の空気殺菌装置。
前記オゾン発生部と前記溶液供給部は前記空気殺菌装置本体と着脱可能であるように別途にできた一つのカートリッジからなることを特徴とする請求項２に記載の空気殺菌装置。
前記溶液供給部が前記空気殺菌装置本体と着脱可能であるように別途にできた一つのカートリッジからなったことを特徴とする請求項２に記載の空気殺菌装置。
前記流路部は、層流生成部の流路長さＬ１が流路断面直径Ｄの６倍となるようにし乱流生成部流路長さＬ２の流路断面直径Ｄの３〜４倍になるようにすることを特徴とする請求項２に記載の空気殺菌装置。
オゾン発生量はオゾン発生部に設置された電極両面の反応長さや面積の調節を通じて制御されるようにし、前記空気殺菌装置の運転条件であるオゾン発生器の電極位置、面積、電圧、電流、溶液蒸散量、吸入ファンの風量、風速、温度、湿度などどが排出口に装着されたオゾン検出器から感知されるオゾン量がゼロ（０）となる状態を基準として決定されるようにすることを特徴とする請求項２乃至６のうちいずれか一つに記載の空気殺菌装置。
前記溶液供給部は電気的または光学的に溶液の残量を感知して前記オゾン発生部の動作可否を制御することを特徴とする請求項２乃至６に記載のうちいずれか一つに記載の空気殺菌装置。
空気殺菌装置の排出部に陰イオン発生装置を置いてＯＨ（ヒドロキシル）ラジカルと陰イオンを同時に発生させることを特徴とする請求項１乃至２のうちいずれか一つに記載の空気殺菌装置。