JP2022098646A - 呼吸用保護具 - Google Patents

Abstract

【課題】活性炭等の吸着媒体の頻繁な交換を必要とせず、ＶＯＣ等の有害物質を含む雰囲気下での呼吸の保護を可能とする、呼吸用保護具を提供する。【解決手段】呼吸用保護具は、着用者の呼吸域を包囲するカバー体と、取り込まれた外気に対して処理を行って処理済気体に変換し、カバー体と着用者の顔面との間に位置する呼吸域に向けて処理済気体を送気する処理ユニットとを備える。処理ユニットは、外気を吸気する吸気口と、吸気口から取り込まれた外気に対してオゾンを供給するオゾン供給部と、オゾンが供給された後の外気である処理済気体を呼吸域に向かって送気する送気口とを備える。【選択図】 図１

Description

本発明は呼吸用保護具に関し、特に、雰囲気にＶＯＣ（Volatile Organic Compounds：揮発性有機化合物）に属する物質が含まれるおそれのある環境下で、着用者の呼吸を保護する目的で用いられる呼吸用保護具に関する。

人体に有害なおそれのある環境空気中で呼吸保護の目的で着用される器具として、呼吸用保護具が知られている。例えば、下記特許文献１には、粒子状物質のガス吸引を防ぎつつ呼吸を保護する道具として、フィルタ素子が内蔵されたマスクが開示されている。また、特許文献２には、有害な汚染物質を吸着する目的で、活性炭等の吸着媒体が内蔵されたフィルタカートリッジを含むマスクが開示されている。

特表２００４－５２３２７７号公報 特表２０１３－５０８０８２号公報

ＶＯＣに属する物質（以下、単に「ＶＯＣ」と称することがある。）は、人体に対して影響を及ぼすことが知られている。このため、ＶＯＣが雰囲気中に含まれる可能性のある環境（以下、「ＶＯＣ含有環境」と称することがある。）下で作業等を行う作業従事者は、安全な呼吸を確保する観点から呼吸用保護具を着用することが推奨される。

上記特許文献１に記載されたマスクの場合、雰囲気中に含まれる粉塵等の微粒子を除去する機能は奏するが、ＶＯＣを含む雰囲気はそのまま通過してしまう。したがって、このマスクは、前記ＶＯＣ含有環境で作業する作業従事者に対して安全性を確保する観点では、十分な効果が得られない。

一方、特許文献２に記載されたマスクの場合、前記ＶＯＣ含有環境下で使用された場合、ＶＯＣ等の有害物質が活性炭等の吸着媒体に吸着される。このため、有害物質が除去された空気を作業従事者に供給できるため、従事者に対する安全性が確保できる。

しかしながら、ＶＯＣの中には吸着媒体で吸着されにくい物質が存在する。例えば、炭素数が４以下の分子量が比較的小さい物質や親水性を示す物質は、活性炭等には吸着しづらい。このため、この種の物質が雰囲気中に含まれている場合には、マスクに内蔵された吸着媒体で吸着されず、混在した状態で作業従事者の呼吸用の空気として送られることになる。この結果、作業従事者に対する高い安全性が確保できない可能性がある。

また、作業従事者が、活性炭等の吸着媒体を内蔵したマスクを用いて作業を行う場合、使用に伴って吸着媒体に有害物質が吸着されることで、経時的に吸着性能が低下する。このため、高い安全性を確保するためには、頻繁に吸着媒体を交換する必要があり、交換作業が追加的に必要になる。この結果、高い安全性を担保するためには、吸着媒体の交換時期を管理する必要があり、管理や交換作業に伴う作業負担が増大する可能性がある。

本発明は、上記の課題に鑑み、活性炭等の吸着媒体の頻繁な交換を必要とせず、ＶＯＣ等の有害物質を含む雰囲気下での呼吸の保護を可能とする、呼吸用保護具を提供することを目的とする。

本発明に係る呼吸用保護具は、
着用者の呼吸域を包囲するカバー体と、
取り込まれた外気に対して処理を行って処理済気体に変換し、前記カバー体と前記着用者の顔面との間に位置する前記呼吸域に向けて前記処理済気体を送気する処理ユニットとを備え、
前記処理ユニットは、
前記外気を吸気する吸気口と、
前記吸気口から取り込まれた前記外気に対してオゾンを供給するオゾン供給部と、
オゾンが供給された後の前記外気である前記処理済気体を前記呼吸域に向かって送気する送気口とを備えることを特徴とする。

本明細書において、ＶＯＣとは、揮発性を有し、大気中で気体状となる有機化合物の総称であり、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、トルエン、キシレン、アセトン、イソプロピルアルコール、エチレンオキサイド等を含む物質群の総称である。

上記の呼吸用保護具によれば、外気にＶＯＣが含まれている場合であっても、このＶＯＣを含む外気が処理ユニット内に取り込まれた後、この外気に対してオゾン供給部からのオゾンが供給される。オゾンは、反応性が比較的高いため、処理ユニット内において以下の（１）式に従って分解される。なお、下記（１）式内におけるＥは、オゾンに加えられるエネルギーを示している。このエネルギーとしては、処理ユニット内に取り込まれて通流する外気の気流が有する運動エネルギーや熱エネルギーが対応する。また、処理ユニット内に紫外光源が内蔵されている場合には、前記エネルギーは、この紫外光源から出射される紫外線の光エネルギーに対応する。
Ｏ₃ + Ｅ → Ｏ₂ + Ｏ ‥‥（１）

（１）式で得られた反応性の高い原子状酸素の一部は、外気中の水分と反応して、（２）式に従って更に反応性の高いヒドロキシラジカル（・ＯＨ）を生成する。
Ｏ ＋ Ｈ₂Ｏ → ２・ＯＨ ‥‥（２）

例えば、外気中にＶＯＣの一種であるホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）が含まれていた場合、以下の（３ａ）～（３ｃ）の反応を経て分解される。
ＨＣＨＯ + ・ＯＨ → ・ＣＨＯ + Ｈ₂Ｏ ‥‥（３ａ）
・ＣＨＯ + Ｏ₂ → ＣＯ + ・ＨＯ₂ ‥‥（３ｂ）
ＣＯ + ・ＯＨ → ＣＯ₂ + ・Ｈ ‥‥（３ｃ）

水素ラジカル（・Ｈ）は、下記式（３ｄ）に従ってヒドロペルオキシルラジカル（・ＨＯ₂）に変換される。ヒドロペルオキシルラジカルは、下記式（３ｅ）に従ってヒドロキシラジカルに変換されて更にＶＯＣの分解反応に利用される他、ヒドロペルオキシルラジカル単独でもＶＯＣの分解反応に利用される。
・Ｈ + Ｏ₂ →・ＨＯ₂ ‥‥（３ｄ）
・ＨＯ₂ + Ｏ₃ →・ＯＨ + ２Ｏ₂ ‥‥（３ｅ）

ここでは、ＶＯＣの例としてＨＣＨＯの場合を挙げて説明したが、処理ユニット内に供給されたオゾンから、反応性の高い酸素原子やヒドロキシラジカルが生成されることで、Ｃ－Ｃ結合、Ｃ－Ｈ結合、Ｃ－Ｏ結合等を含む他のＶＯＣ物質に対しても、同様に分解処理を行うことができる。

なお、ＶＯＣの一種であるエチレンオキサイド（ここでは「Ｃ₂Ｈ₄Ｏ」と記載する。）は、酸素原子（Ｏ）と反応することで、下記（４）式のようにヒドロキシラジカルを生成する。この（４）式は、エチレンオキサイドの分解反応の途中で生じる反応を示している。
Ｃ₂Ｈ₄Ｏ + Ｏ → ・ＯＨ + Oxiranyl (Ｃ₂Ｈ₃Ｏ) ‥‥（４）

ＶＯＣが雰囲気中に含有されている可能性の高い環境においては、特定のＶＯＣ物質のみが雰囲気中に含有されていることは少なく、複数種のＶＯＣ物質が雰囲気中に含まれていることが一般的である。このため、上記エチレンオキサイドのように、オゾンが分解されて得られた原子状酸素と反応してヒドロキシラジカルを生成する物質が外気中に含まれることがある。

つまり、処理ユニット内にオゾンが供給されることで、このオゾンが外気に含まれるＶＯＣ物質に対して反応し、反応性の高いヒドロキシラジカル等のラジカル物質が生成される。そして、このラジカルによって、ＶＯＣが二酸化炭素や水といった安全な物質に分解される。

従って、上記呼吸用保護具によれば、処理ユニット内で上記の処理が行われて外気に含まれるＶＯＣが分解されてなる処理済気体が、着用者の呼吸域に送気される。この結果、着用者に対して安全な呼吸用空気を供給できる。

また、上記呼吸用保護具によれば、ＶＯＣに属する有害物質を処理ユニット内で分解する構成であるため、従来のように吸着によって多くの有害物質を除去する必要がない。この結果、高い安全性を確保する目的で吸着媒体を頻繁に交換する必要がなく、作業負担の増大を招くことが抑制される。

ところで、光触媒フィルタに対して外光が照射されることでラジカルが生成されることは知られている。しかし、この場合、ラジカルは光触媒フィルタの表層にのみ生成される。ラジカルは、反応性の高さに起因して、その寿命が極めて短い。このため、ＶＯＣが含有された外気を光触媒フィルタに通過させても、そのフィルタ表面に短時間にわたって存在するラジカルが外気に接触するのみであるため、ＶＯＣの分解能力は極めて低い。このため、ＶＯＣが混在した外気に対して、作業者の呼吸用空気として利用できる程度にまでＶＯＣ濃度を低下させる目的で光触媒フィルタを利用することは、現実的に困難である。

前記オゾン供給部は、ピーク波長が２００ｎｍ未満の紫外線を出射する紫外光源を含んで構成されるものとして構わない。

酸素分子は、２００ｎｍ未満の紫外域にシューマン・ルンゲ帯(Schumann-Runge Bands)と呼ばれる吸収域を有している。このため、処理ユニット内に取り込まれた外気に含まれる酸素分子に対して、２００ｎｍ未満の波長の紫外線が照射されると、下記（５）式に従って、原子状酸素に分解される。
Ｏ₂ + ｈν（λ） → Ｏ + Ｏ ‥‥（５）

一部の原子状酸素は、外気に含まれる酸素分子と反応してオゾンを生成する。なお、（６）式においてＭは第三体を示す（以下同様）。
Ｏ + Ｏ₂ + Ｍ → Ｏ₃ + Ｍ ‥‥（６）

よって、処理ユニット内に取り込まれた外気に対して紫外光源からの紫外線が照射されることで、オゾンが生成され、このオゾンが外気に対して反応することで、上述したように、ＶＯＣを分解することができる。

特に、紫外線の波長が１８０ｎｍ未満である場合には、（５）式で生成される原子状酸素のうち、励起状態を示し反応性の極めて高い原子状酸素Ｏ（¹Ｄ）の割合が高まる。このため、上記（２）式に従って生成されるヒドロキシラジカルの量が高められるため、ＶＯＣの分解速度を更に速めることができる。このような紫外線を発する紫外光源の例としては、たとえばキセノン（Ｘｅ）ガスが封入されたエキシマランプを利用できる。

前記処理ユニットは、前記吸気口からの前記外気の吸気量を制御するファンを備えていても構わない。

処理ユニット内に取り込まれる外気の流量が時間ごとに大きく変化してしまうと、処理ユニット内における処理ムラが生じるおそれがある。上記のように処理ユニットがファンを備えることで、吸気口から処理ユニットに取り込まれる外気の吸気量をほぼ一定に調整することが可能となるため、呼吸域に対して送気される処理済気体に含まれるＶＯＣ濃度を、常時安全な範囲内に抑制できる。

なお、前記オゾン供給部が前記紫外光源を含んで構成される場合には、前記処理ユニットが、前記紫外光源の点灯状態に応じて、前記吸気口からの前記外気の吸気量を制御可能なファンを備えるものとしても構わない。

仮に、紫外光源に不具合が生じると、処理ユニットに取り込まれた外気に含まれるＶＯＣに対して、当該処理ユニット内で所望の分解性能を奏しない場合が想定される。上記の構成によれば、紫外光源が不点灯となったり、照度が低下した場合などの不具合が生じると、自動的にファンの吸気量を極力低下させるか又は停止させることができるため、有害物質が一定濃度以上含まれる外気（処理済気体）を、着用者の呼吸域に送気させないようにできる。

なお、前記のように、紫外光源に不具合が生じた場合には、着用者に対してその旨の警告信号を報知して、着用者に対して現場から直ちに退避させることを促すのが好ましい。具体的な一例として、前記処理ユニットが、警告音を出力する警報出力部を備える構成を採用できる。

前記処理ユニットは、前記外気の通流方向に関して、前記オゾン供給部からオゾンが供給される領域よりも下流側の位置に、オゾン分解部材を備えるものとしても構わない。

上述したように、本発明に係る呼吸用保護具は、処理ユニット内に導入されるオゾンによって外気に含まれるＶＯＣが分解されてなる処理済気体を、着用者の呼吸域に送気する構成である。このため、処理ユニット内に導入されたオゾンが、処理済気体に含有された状態で着用者の呼吸域に送気される可能性がある。万一、オゾンが高濃度で処理済気体に含有されてしまうと、着用者の人体に影響を及ぼす可能性が考えられる。

これに対し、上記の構成によれば、オゾンが供給される領域よりも下流側にオゾン分解部材が配置されているため、外気に含まれるＶＯＣ分解に寄与せずに残存した、処理済気体に含有するオゾンを、オゾン分解部材によって分解することができる。これにより、処理ユニットから着用者の呼吸域に送気される処理済気体のオゾン含有濃度を確実に低下でき、着用者の安全性が担保される。

オゾン分解部材としては、例えば基材にオゾン分解触媒が担持された構造のものを採用することができる。

前記処理ユニットは、前記外気の通流方向に関して、前記オゾン分解部材よりも下流側の位置に、前記オゾン分解部材とは異なるエアフィルタを備えるものとしても構わない。

上記の構成によれば、外気に含まれる有害物質のうち、オゾンによって分解されなかった残留物が存在する場合であっても、エアフィルタによって除去することができるため、着用者に対する安全性を更に高めることができる。また、エアフィルタがオゾン分解触媒よりも後段に配置されているため、オゾンによって外気に含まれるＶＯＣが分解処理された後であって、且つ、オゾン分解触媒によってオゾンが分解除去された後の処理済ガスがエアフィルタを通過する。したがって、エアフィルタを通過する前段階で、外気中に含まれる有害物質の量はそもそも低下されているため、エアフィルタの交換頻度は従来よりも大幅に抑制される。

前記カバー体は、
前記処理ユニットから送気された前記処理済気体を当該カバー体内に形成された通気路に導入する導入口と、
前記通気路を通流する前記処理済気体を前記呼吸域に送気する通気口と、
前記着用者の呼気を前記カバー体の外側に排気するための排気口とを備えるものとしても構わない。

前記排気口は、着用者が呼気を吐き出して呼吸域が高い陽圧状態になった時点で開口状態を示し、着用者が吸気中には閉塞状態を示すような弁（排気弁）構造であっても構わない。

前記呼吸用保護具は、前記カバー体に設けられた前記導入口と、前記処理ユニットに設けられた前記送気口とを連結する送気管を備え、
前記送気管は、前記処理ユニットの前記吸気口と前記送気口との間の離間距離よりも長いものとしても構わない。

上記構成によれば、着用者によって顔面近傍に装着されるカバー体と、外気に含まれるＶＯＣ等の有害物質を分解処理するために設置される処理ユニットとを離間させた状態で配置できる。これにより、着用者の利用ニーズに応じて呼吸用保護具の装着態様を変えることができ、装着時の自由度を上げることができる。

更に、上記構成によれば、送気管内にＶＯＣの含有濃度が低下した処理済気体を一定流量確保することができる。このため、仮に処理ユニット側に不具合が生じて、外気中に含まれる有害物質の処理性能が低下した場合であっても、ある程度の時間にわたって、送気管内に存在する処理済気体が着用者の呼吸域に対して送気できるため、直ちに有害物質を多く含む外気が着用者の呼吸域に送気されるリスクが低下する。これにより、不測の事態が生じた場合であっても、着用者の安全性が担保される。

なお、送気管の内部に、オゾン分解部材が搭載されていても構わない。例えば、送気管に対してオゾン分解部材を着脱可能に取り付けることができる構成であれば、オゾン分解部材の交換作業が簡素化できる。

前記呼吸用保護具は、前記処理ユニットを前記着用者に固定するハーネスを備えるものとしても構わない。

上記構成によれば、着用者が作業従事中に移動した場合であっても、処理ユニットが着用者に対して固定されるため、着用者の安全性が確保できる。ハーネスは、背負具、腰ベルト、肩ベルト等の構造を採用することができる。

本発明の呼吸用保護具によれば、活性炭等の吸着媒体の頻繁な交換を必要とすることなく、ＶＯＣ等の有害物質を含む雰囲気下であっても、着用者に対して呼吸の保護を提供できる。

本発明の呼吸用保護具の一実施形態を模式的に示す図面である。 呼吸用保護具が備えるカバー体の一例を模式的に示す図面である。 呼吸用保護具の構成を模式的に示す図面である。 紫外光源としてのエキシマランプの構成例を模式的に示す側面図である。 図４Ａ内のＡ１－Ａ１線断面図である。 Ｘｅを含む発光ガスが封入されたエキシマランプから出射される紫外光のスペクトルと、酸素（Ｏ₂）の吸収スペクトルとを重ねて表示したグラフである。 呼吸用保護具が備える処理ユニットを模擬した実験系の構造を模式的に示す図面である。 呼吸用保護具の別の構成を模式的に示す図面である。 呼吸用保護具の更に別の構成を模式的に示す図面である。 呼吸用保護具の更に別の構成を模式的に示す図面である。

本発明に係る呼吸用保護具の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の各図面は、模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致していない。また、各図面間においても、寸法比は必ずしも一致していない。

図１は、本発明に係る呼吸用保護具の一実施形態を模式的に示す図面である。呼吸用保護具１は、着用者２に取り付けられて利用される。着用者２は、例えば化学工場や、薬品倉庫、医療現場、滅菌工場、廃液処理工場等、有害物質が雰囲気中に含まれる可能性のある環境下で作業に従事する人間が想定されている。

呼吸用保護具１は、処理ユニット１０とカバー体２０とを有する。処理ユニット１０は、後述されるように、外気Ｇ１を取り込んで、外気Ｇ１中に含まれる有害物質を分解処理する装置である。処理ユニット１０内で外気Ｇ１に対して処理された後の気体（処理済気体Ｇ２）は、カバー体２０へと送気される。

カバー体２０は、着用者２の顔又は頭部に取り付けられて、着用者２の鼻や口といった呼吸域２１を覆うように構成される。図１の例では、カバー体２０と処理ユニット１０とは、送気管３０によって連結されている。処理ユニット１０は、ハーネス４１によって着用者２に固定されている。図１の例では、処理ユニット１０が着用者２の腰付近に固定されている例が図示されているが、固定方法は任意である。他の例として、処理ユニット１０が着用者２の背中に背負われる形で固定されていても構わない。

図２は、カバー体２０の一例を模式的に示す図面である。カバー体２０は、送気管３０に連結される導入口２４と、導入口２４から導入された処理済気体Ｇ２を通流させる通気路２５と、通気路２５に設けられた通気口２６と、着用者２（図１参照）の呼気Ｇ３を排出するための排気口２３とを備える。

外気Ｇ１中に含まれる有害物質が処理ユニット１０で分解された後の気体である、処理済気体Ｇ２は、送気管３０を経由して、導入口２４よりカバー体２０内に導入される。この処理済気体Ｇ２は、通気路２５及び通気口２６を介して、着用者２の呼吸域２１に送気される。着用者２は、この呼吸域２１に送気された、外気Ｇ１に対して有害物質が処理された後の空気である処理済気体Ｇ２を、呼吸用の吸気として利用できる。着用者２は、処理済気体Ｇ２を吸気した後、呼気Ｇ３を吐き出すと、この呼気Ｇ３が排気口２３より外部に排出される。これにより、着用者２に対する安全な呼吸が確保される。

図３は、呼吸用保護具１の構成を模式的に示す図面である。図３に示すように、処理ユニット１０は、外気Ｇ１を吸気するための吸気口１１と、紫外線Ｌ１を出射する紫外光源１２と、処理済気体Ｇ２を送気管３０に向けて送気する送気口１３を備える。本実施形態において、紫外光源１２から紫外線Ｌ１が照射される領域（紫外線照射領域）５が、「オゾン供給部」に対応する。

図３に示す処理ユニット１０は、ファン１４を備える。このファン１４は、吸気口１１から取り込まれる外気Ｇ１の流量（吸気量）を制御する。

図３に示す処理ユニット１０は、外気Ｇ１の通流方向に関して、紫外線照射領域５よりも下流側の位置にオゾン分解部材１６を備える。このオゾン分解部材１６の機能については後述される。

吸気口１１から処理ユニット１０内に取り込まれた外気Ｇ１は、紫外線照射領域５を通過する間に、紫外光源１２からの紫外線Ｌ１が照射される。紫外光源１２は、ピーク波長が２００ｎｍ未満の紫外線Ｌ１を出射する。一例として、紫外光源１２は、エキシマランプで構成される。

図４Ａ及び図４Ｂは、紫外光源１２の一例としてのエキシマランプの構成例を模式的に示す図面である。図４Ａは、エキシマランプの側面図に対応し、図４Ｂは、図４Ａ内のＡ１－Ａ１線における断面図に対応する。

紫外光源１２としてのエキシマランプは、管軸方向ｄ１に沿って延伸する管体４３を有する。図４Ａ及び図４Ｂに示す例では、管体４３は二重管構造を呈している。より詳細には、図４Ｂに示すように、管体４３は、円筒形状を呈し外側に位置する外側管４３ａと、外側管４３ａの内側において外側管４３ａと同軸上に配置され外側管４３ａよりも内径が小さい円筒形状を呈した内側管４３ｂとを有する。いずれの管体４３（４３ａ，４３ｂ）も、合成石英ガラスなどの誘電体材料で構成される。

外側管４３ａと内側管４３ｂとは、共に管軸方向ｄ１に係る端部において封止されており（不図示）、両者の間には管軸方向ｄ１から見たときに円環形状を呈する発光空間が形成される。この発光空間内には、放電によってエキシマ分子を形成する発光ガス４５Ｇが封入されている。

外側管４３ａの外壁には、一方の電極４４ａが配設されている。本実施形態では、この電極４４ａはメッシュ形状又は線形状を呈している。また、内側管４３ｂの内側には、管軸方向ｄ１に沿って延在する棒状の電極４４ｂが挿通されている。電極（４４ａ，４４ｂ）は、例えばステンレス、アルミニウム、銅、タングステン、チタン、ニッケル等の金属材料で構成される。

不図示の点灯電源から、給電線を介して電極（４４ａ，４４ｂ）の間に例えば１ｋＨｚ～５ＭＨｚ程度の高周波の交流電圧が印加されることで、発光ガス４５Ｇに対して管体４３を介して前記電圧が印加される。このとき、発光ガス４５Ｇが封入されている放電空間内で放電プラズマが生じ、発光ガス４５Ｇの原子が励起されてエキシマ状態となり、この原子が基底状態に移行する際にエキシマ発光を生じる。

発光ガス４５Ｇの材料によって、管体４３から発せられる紫外線Ｌ１の波長が決定される。発光ガス４５Ｇとして、キセノン（Ｘｅ）を含むガスを用いた場合には、このエキシマ発光は、１７２ｎｍ近傍にピーク波長を有する紫外線Ｌ１となる。

なお、発光ガス４５Ｇとして利用する物質を異ならせることで、紫外線Ｌ１の波長を変えることができる。例えば、発光ガス４５Ｇとしては、ＡｒＢｒ（主ピーク波長１６５ｎｍ近傍）、ＡｒＣｌ（主ピーク波長１７５ｎｍ近傍）、ＡｒＦ（主ピーク波長１９３ｎｍ近傍）などを利用することができる。ここでは、発光ガス４５ＧがＸｅを含むガスである場合について説明する。

上述したように、本実施形態の紫外光源１２において、外側管４３ａの外壁に配設された電極４４ａはメッシュ形状を呈している。このため、電極４４ａには隙間が存在し、紫外線Ｌ１は、この隙間を通じて外側管４３ａよりも外側に向かって取り出される。この紫外線Ｌ１が、処理ユニット１０内を通流する外気Ｇ１に対して照射される。

図５は、Ｘｅを含む発光ガス４５Ｇが封入されたエキシマランプ（紫外光源１２）から出射される紫外線Ｌ１のスペクトルと、酸素（Ｏ₂）の吸収スペクトルとを重ねて表示したグラフである。図５において、横軸は波長を示し、左縦軸は紫外線Ｌ１の光強度の相対値を示し、右縦軸は酸素（Ｏ₂）の吸収係数を示す。

発光ガス４５ＧとしてＸｅを含むガスを用いる場合、図５に示されるように、紫外光源１２から出射される紫外線Ｌ１は、ピーク波長が１７２ｎｍ近傍であり、およそ１５５ｎｍ以上２００ｎｍ未満の範囲内に帯域を有する。酸素（Ｏ₂）は、光の波長が１９０ｎｍよりも長くなるに伴い、吸収係数の低下が顕著となり、波長が２００ｎｍを超えると吸収係数が極めて低くなる。つまり、２００ｎｍよりも長波長の光（例えば波長２２２ｎｍの光）を酸素に照射しても、酸素をほとんど透過してしまう。

外気Ｇ１に対して、紫外光源１２から出射された２００ｎｍ未満の波長λの紫外線Ｌ１が照射されると、紫外線Ｌ１が酸素（Ｏ₂）に吸収されて、上述した（５）式の反応が進行する。以下において、（５）式を再掲する。
Ｏ₂ + ｈν（λ） → Ｏ + Ｏ ‥‥（５）

なお、紫外線Ｌ１の波長が２００ｎｍよりも長波長である場合には、酸素に対して吸収される光量が極めて少ないため、（５）式の反応がほとんど生じないことになる。

（５）式によって生成された原子状酸素（Ｏ）は、外気Ｇ１中の酸素分子と反応し、上述した（６）式によってオゾン（Ｏ₃）を生成する。以下において、（６）式を再掲する。
Ｏ + Ｏ₂ + Ｍ → Ｏ₃ + Ｍ ‥‥（６）

処理ユニット１０内において、紫外光源１２からの紫外線Ｌ１が照射される領域（紫外線照射領域５）を外気Ｇ１が通過することで、オゾンが生成される。つまり、本実施形態では、この紫外線照射領域５が「オゾン供給部」に対応する。

紫外線照射領域５内を外気Ｇ１が通過中に生成されたオゾンに対して、紫外光源１２からの紫外線Ｌ１が照射されると、上述した（１）式の反応が進行する。以下において、（１）式を再掲する。なお、（１）式におけるＥは、本実施形態においては紫外線Ｌ１の光エネルギーｈν（λ）に対応する。
Ｏ₃ + Ｅ → Ｏ₂ + Ｏ ‥‥（１）

（５）式や（１）式の反応によって生成された、反応性の高い原子状酸素は、外気Ｇ１中に水蒸気として含まれる水と反応し、上記（２）式に従って更に反応性の高いヒドロキシラジカル（・ＯＨ）を生成する。以下において、（２）式を再掲する。
Ｏ ＋ Ｈ₂Ｏ → ２・ＯＨ ‥‥（２）

このヒドロキシラジカルが外気Ｇ１中に含まれるＶＯＣに作用することで、ＶＯＣが分解される。この結果、吸気口１１から取り込まれた外気Ｇ１は、紫外線照射領域５を通過した後に、ＶＯＣ濃度が低下した処理済気体Ｇ２に変化する。

図６は、処理ユニット１０を模擬した実験系の構造を模式的に示す図面である。実験系６０は、ＶＯＣを含む外気Ｇ１を模擬するための被処理気体Ｇ１ａが貯留されているガス源６１と、処理用筐体６２と、処理用筐体６２から排気される処理済気体Ｇ２が導入されるサンプリングバッグ６３とを備えて構成される。

処理用筐体６２は、上述したエキシマランプからなる紫外光源１２を備える。このエキシマランプは、外径２０ｍｍで発光長Ｘ１が９５ｍｍであった。また、処理用筐体６２は、内径４０ｍｍ（直径）、肉厚３ｍｍのＳＵＳ製の筒状体であり、長さが３５０ｍｍであった。エキシマランプは、管体４３の管軸を処理用筐体６２の中心軸にほぼ一致させた状態で、処理用筐体６２内に配置された。エキシマランプからの紫外線Ｌ１が進行する長さ（光路長）Ｙ１は、約１０ｍｍとされた。

エキシマランプはＸｅを含む発光ガス４５Ｇが管体４３内に封入されており、不図示の電源から各電極（４４ａ，４４ｂ）に対して投入電力１４Ｗ、印加電圧４ｋＶｐｐの高周波電圧が印加されることで、ピーク波長が１７２ｎｍの紫外線Ｌ１を出射した。

ガス源６１から供給される被処理気体Ｇ１ａとして、純粋空気に対してＶＯＣとしてのホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）の含有濃度を異ならせた５種類を準備した。それぞれの被処理気体Ｇ１ａを、紫外光源１２から紫外線Ｌ１を出射させた状態の処理用筐体６２内に導入し、サンプリングバッグ６３で収容された処理済気体Ｇ２に含まれるホルムアルデヒドの濃度を測定した。この結果を表１に示す。

表１の結果によれば、紫外光源１２からの紫外線Ｌ１が被処理気体Ｇ１ａに照射されることで、被処理気体Ｇ１ａ中に含まれるホルムアルデヒドが分解されていることが確認される。よって、（１）式、（２）式、（５）式及び（６）式を参照して上述したように、空気とＶＯＣが混在する被処理気体Ｇ１ａに対して紫外線Ｌ１が照射されることで、オゾンが生成されると共に、このオゾンから反応性の高いヒドロキシラジカルが生成されることで、ＶＯＣが分解されることが分かる。特に、ＶＯＣとしてホルムアルデヒドを含む場合には、上述した（３ａ）～（３ｃ）式に基づいてＨ₂ＯやＣＯ₂に分解されることが分かる。

なお、（３ｂ）式に示したように、分解反応過程では中間生成物としてＣＯが生成される。しかし、（３ｃ）式に従って最終的にはＣＯ₂にまで反応が進むため、ＣＯによる中毒の恐れはない。ただし、反応の進行が不十分となってＣＯが残留する可能性に鑑み、安全性をより担保する観点から、処理後気体Ｇ２内のＣＯ濃度が、許容濃度とされる５０ｐｐｍよりも低い値であることを確認するための濃度検知部を、送気口１３又は送気管３０内に設けても構わない。この場合、濃度検知部において許容濃度に近い所定値（例えば４０ｐｐｍ）に達したことを検知すると、例えば後述する図７に示す警報出力部５２より警告信号ｉ５２を出力するものとしても構わない。

図３に戻って説明を続ける。処理済気体Ｇ２は、オゾン分解部材１６を通過した後、送気口１３を介して送気管３０に送られる。この処理済気体Ｇ２は、送気管３０内をカバー体２０に向かって通流した後、着用者２の呼吸域２１に対して供給される。以上により、呼吸用保護具１によれば、外気Ｇ１と比較して含有ＶＯＣ濃度が大幅に低下した処理済気体Ｇ２を着用者２の呼吸用気体として供給できるため、着用者２の呼吸を保護することができる。

また、図３によれば、オゾン分解部材１６を通過した処理済気体Ｇ２を着用者２に対して供給できるため、処理ユニット１０内で生成されたオゾンが高濃度で処理済気体Ｇ２に含有された状態で着用者２に供給されることがなく、着用者２に対する安全性は担保される。

オゾン分解部材１６は、例えばアルミニウム、ステンレス、セラミックスなどの金属製のハニカム構造体からなる基材に触媒を担持した構造のものを採用することができる。触媒としては、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、白金（Ｐｔ）などの貴金属触媒や、二酸化マンガン（ＭｎＯ₂）、酸化第二鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）など金属酸化物を利用することができる。

図３に示すように、呼吸用保護具１がファン１４を備えることで、外気Ｇ１を所定の流量で処理ユニット１０に対して取り込むことが可能となる。この結果、処理ユニット１０側から着用者２の呼吸域２１に向かう気流が常に確保されるため、排気口２３から呼吸域２１に向かって外気Ｇ１が逆流することが防止される。なお、図２に示すように、カバー体２０が着用者２の頭部を覆うようなヘルメット型の構造である場合には、呼吸域２１が外気Ｇ１に対して陽圧となるため、そもそも排気口２３から外気Ｇ１が呼吸域２１に向かって逆流する現象は生じにくい。

図７に示すように、処理ユニット１０は、ファン１４を制御する制御部５１を備えるものとしても構わない。図７の例では、処理ユニット１０が、紫外光源１２の点灯状態を検知する検知手段（不図示）を設けており、この検知手段からの検知結果に関する信号（検知信号）ｉ１２が、制御部５１に送られる構成が図示されている。例えば、検知手段は、紫外光源１２に対して供給される電流量を検知すると共に、検知された電流量が正常の発光動作時に流れるであろう基準値よりも大きく低下している場合には、紫外光源１２の運転状態が不良であると認識し、その旨の不良検知信号ｉ１２を制御部５１に出力する。

別の例として、検知手段が紫外線Ｌ１の照度を検知するものとしても構わない。この場合には、検知手段は、検知した照度値が、紫外光源１２が正常の発光動作時に検知されるであろう基準値よりも大きく低下しているときに、紫外光源１２の運転状態が不良であると認識し、その旨の不良検知信号ｉ１２を制御部５１に出力する。

不良検知信号ｉ１２が制御部５１に対して入力されることは、紫外光源１２が正しく動作していないことを意味するため、処理ユニット１０内においてＶＯＣに対する分解性能が低下している蓋然性が高い。このため、制御部５１は、この不良検知信号ｉ１２が入力されると、ファン１４に対して回転数を低下させる又は停止させる制御を行う。これにより、含有ＶＯＣ濃度があまり低下できていない処理済気体Ｇ２が、着用者２の呼吸域２１に対して多く供給されることを防止できる。

なお、図７に示すように、呼吸用保護具１は、不良検知信号ｉ１２が制御部５１に対して入力されたことを着用者２に対して報知するための警報出力部５２を備えるものとしても構わない。この警報出力部５２は、警告信号ｉ５２を音声信号として出力するものとしても構わないし、着用者２が携帯するスマートフォンなどの通信機器に対して通知するための通信信号として出力するものとしても構わない。着用者２は、この警告信号ｉ５２によって処理ユニット１０の異常を認識でき、作業現場から直ちに退避する等、安全面を考慮した適切な行動を行うことができる。

ここで、図１に示す呼吸用保護具１によれば、処理ユニット１０とカバー体２０とは、送気管３０によって連結されている。このため、仮に紫外光源１２に対して運転異常が生じた場合であっても、この運転異常が発現する前段階で外気Ｇ１に対して処理が行われることで生成された処理済気体Ｇ２が、送気管３０内に残存している。よって、紫外光源１２に対して異常が発生した時点からしばらくの間にわたって、着用者２に対して含有ＶＯＣ濃度が低下した安全な処理済気体Ｇ２を供給することができる。これにより、着用者２に対する高い安全性が担保される。

上記の観点からは、送気管３０の長さは、処理ユニット１０内において外気Ｇ１が流れる方向に係る長さ、すなわち、吸気口１１と送気口１３との間の離間距離よりも長く構成されるのが好適である。これにより、送気管３０内にある程度の流量の処理済気体Ｇ２を確保できる。

［別実施形態］
以下、別実施形態につき説明する。

〈１〉処理ユニット１０は、オゾン分解部材１６の他に、１以上の別のフィルタ（エアフィルタ）を備えていても構わない。図８は、この別実施形態の呼吸用保護具１の構成を模式的に示す図面であり、処理ユニット１０が、防塵フィルタ１７ａ、活性炭フィルタ１７ｂ、及びＨＥＰＡフィルタ（High Efficiency Particulate Air）１７ｃを備えている例が図示されている。なお、図８の例では、防塵フィルタ１７ａが紫外光源１２よりも前段（吸気口１１側）に配置されており、活性炭フィルタ１７ｂ及びＨＥＰＡフィルタ１７ｃがオゾン分解部材１６よりも後段（送気口１３側）に配置されている。

図８に示す構造によれば、外気Ｇ１中に含まれる粉塵が事前に防塵フィルタ１７ａによって除去されるため、紫外光源１２の表面に付着することに伴う紫外線Ｌ１の照度低下等の不具合を未然に防ぐことができる。また、処理ユニット１０が追加的に活性炭フィルタ１７ｂやＨＥＰＡフィルタ１７ｃを備えることで、処理済気体Ｇ２内に含有される有害物質を更に低下できる。

なお、これらの活性炭フィルタ１７ｂやＨＥＰＡフィルタ１７ｃは、紫外光源１２よりも後段、すなわち、紫外線Ｌ１が照射されることで外気Ｇ１に対してオゾンが導入される領域（紫外線照射領域５）よりも後段に配置されている。このため、活性炭フィルタ１７ｂやＨＥＰＡフィルタ１７ｃを通過する処理済気体Ｇ２は、事前に含有ＶＯＣ濃度が低下されているため、これらのフィルタ（１７ｂ，１７ｃ）によって吸着除去される物質の量はそれほど多くない。よって、従来のように、フィルタ（１７ｂ，１７ｃ）を頻繁に交換することなく、安全な呼吸用空気（処理済気体Ｇ２）を着用者２に対して供給できる。

〈２〉図９に示すように、処理ユニット１０は、紫外光源１２によって外気Ｇ１に対して処理を行う経路（第一経路１０ａ）とは別に、活性炭フィルタ１７ｄによる吸着処理を行う経路（第二経路１０ｂ）を備えていても構わない。図９に示す呼吸用保護具１の例では、処理ユニット１０が流路切替用の閉塞板７１を備えており、閉塞板７１を移動させることで、外気Ｇ１に対して、紫外線Ｌ１による処理を行う第一経路１０ａを通流させるか、活性炭フィルタ１７ｄによる吸着処理を行う第二経路１０ｂを通流させるかを選択できる構成である。なお、図９に示す例では、処理ユニット１０内において、第二経路１０ｂ側にも防塵フィルタ１７ａが設けられている。

第二経路１０ｂ側に配置された活性炭フィルタ１７ｂは、紫外光源１２からの紫外線Ｌ１が照射されることなく、外気Ｇ１中に含まれる有害物質を除去できる程度に、大型又は多段配置で構成される。すなわち、この活性炭フィルタ１７ｂは、第一経路１０ａ側に活性炭フィルタ１７ｂが配置される場合には、この活性炭フィルタ１７ｂよりも大型又は多段であることが好ましい。一方で、第一経路１０ａ側には、活性炭フィルタ１７ｂは必須ではない。

かかる構成によれば、紫外光源１２が正常に運転中である場合には、閉塞板７１を第二経路１０ｂ側の吸気口７２を閉塞するように配置させることで、上記実施形態と同様に、外気Ｇ１に対して紫外線Ｌ１が照射されることで、外気Ｇ１中に含まれるＶＯＣを分解処理できる。また、仮に紫外光源１２に対して故障が生じた場合には、閉塞板７１の位置を切り替えて第一経路１０ａ側の吸気口１１を閉塞するように配置させることで、活性炭フィルタ１７ｄによって外気Ｇ１中に含まれるＶＯＣを吸着除去できる。つまり、紫外光源１２が正常に動作しない等の非常時においても、着用者２の呼吸域２１に対して、ＶＯＣ濃度の低下した安全性の高い呼吸用空気を供給し続けることが可能となる。

なお、この図９に示す呼吸用保護具１において、第二経路１２ｂはあくまでバックアップ用の経路として利用されるのが好適である。これにより、活性炭フィルタ１７ｄでＶＯＣを吸着除去する頻度は極めて低いため、活性炭フィルタ１７ｄを高い頻度で交換する必要性が生じることはない。

〈３〉図４Ａ及び図４Ｂを参照して上述した紫外光源１２の構造はあくまで一例である。紫外光源１２は、ピーク波長が２００ｎｍ未満の紫外線Ｌ１を処理ユニット１０内に取り込んだ外気Ｇ１に対して照射可能な光源であれば、どのような構造であっても構わない。例えば、他の形状のエキシマランプであっても構わないし、ＬＥＤ素子などの固体光源であっても構わない。

〈４〉上記実施形態では、処理ユニット１０がオゾン供給部としての紫外光源１２を備える場合について説明した。しかし、処理ユニット１０は、取り込んだ外気Ｇ１に対してオゾンを供給できる構成であればよく、この限りにおいて、必ずしも紫外光源１２を備えなくても構わない。例えば、処理ユニット１０が、紫外光源１２に代えて放電式のオゾナイザを備えるものとしても構わない。ただしこの場合、外気Ｇ１中の窒素分子の結合が切断されて窒素酸化物（ＮＯ_x）が発生する可能性があるため、処理ユニット１０内に窒素酸化物を除去する機能を別途搭載するのが好ましい。また、高効率なＮＯ_xフリーの放電式オゾナイザが実用化されれば、これを利用することも可能である。

また、別の例として、処理ユニット１０内にオゾンボンベを搭載しておき、このオゾンボンベから外気Ｇ１に対してオゾンを供給する構成を採用しても構わない。

〈５〉処理ユニット１０が、カバー体２０に対して直接、連結固定されているものとしても構わない。すなわち、呼吸用保護具１が送気管３０を備えないものとしても構わない。

〈６〉処理ユニット１０が、ＶＯＣの濃度を検知するためのガスセンサを備えるものとしても構わない。この場合、ガスセンサは、処理ユニット１０内において、オゾン供給部よりも後段（図３の例では、紫外光源１２よりも後段）に配置されるのが好ましい。ガスセンサは、処理済気体Ｇ２に含有されるＶＯＣ濃度が、安全性が担保されるＶＯＣの基準濃度よりも極めて高い場合には、処理ユニット１０の運転状態が不良であると認識し、図７の構成と同様に、不良検知信号ｉ１２を制御部５１に出力するものとして構わない。

１ ：呼吸用保護具
２ ：着用者
５ ：紫外線照射領域
１０ ：処理ユニット
１０ａ ：第一経路
１０ｂ ：第二経路
１１ ：吸気口
１２ ：紫外光源
１２ｂ ：第二経路
１３ ：送気口
１４ ：ファン
１６ ：オゾン分解部材
１７ａ ：防塵フィルタ
１７ｂ ：活性炭フィルタ
１７ｃ ：ＨＥＰＡフィルタ
１７ｄ ：活性炭フィルタ
２０ ：カバー体
２１ ：呼吸域
２３ ：排気口
２４ ：導入口
２５ ：通気路
２６ ：通気口
３０ ：送気管
４１ ：ハーネス
４３ ：管体
４３ａ ：外側管
４３ｂ ：内側管
４４ａ ：電極
４４ｂ ：電極
４５Ｇ ：発光ガス
５１ ：制御部
５２ ：警報出力部
６０ ：実験系
６１ ：ガス源
６２ ：処理用筐体
６３ ：サンプリングバッグ
７１ ：閉塞板
７２ ：吸気口
Ｇ１ ：外気
Ｇ２ ：処理済気体
Ｇ３ ：呼気
Ｌ１ ：紫外線

Claims (9)

1. 呼吸用保護具であって、
   着用者の呼吸域を包囲するカバー体と、
   取り込まれた外気に対して処理を行って処理済気体に変換し、前記カバー体と前記着用者の顔面の間に位置する前記呼吸域に向けて前記処理済気体を送気する処理ユニットとを備え、
   前記処理ユニットは、
   前記外気を吸気する吸気口と、
   前記吸気口から取り込まれた前記外気に対してオゾンを供給するオゾン供給部と、
   オゾンが供給された後の前記外気である前記処理済気体を前記呼吸域に向かって送気する送気口とを備えることを特徴とする呼吸用保護具。
2. 前記オゾン供給部は、ピーク波長が２００ｎｍ未満の紫外線を出射する紫外光源を含んで構成されることを特徴とする、請求項１に記載の呼吸用保護具。
3. 前記処理ユニットは、前記吸気口からの前記外気の吸気量を制御するファンを備えていることを特徴とする、請求項１に記載の呼吸用保護具。
4. 前記処理ユニットは、前記紫外光源の点灯状態に応じて、前記吸気口からの前記外気の吸気量を制御可能なファンを備えることを特徴とする、請求項２に記載の呼吸用保護具。
5. 前記処理ユニットは、前記外気の通流方向に関して、前記オゾン供給部からオゾンが供給される領域よりも下流側の位置に、オゾン分解部材を備えることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の呼吸用保護具。
6. 前記処理ユニットは、前記外気の通流方向に関して、前記オゾン分解部材よりも下流側の位置に、前記オゾン分解部材とは異なるエアフィルタを備えることを特徴とする、請求項５に記載の呼吸用保護具。
7. 前記カバー体は、
   前記処理ユニットから送気された前記処理済気体を当該カバー体内に形成された通気路に導入する導入口と、
   前記通気路を通流する前記処理済気体を前記呼吸域に送気する通気口と、
   前記着用者の呼気を前記カバー体の外側に排気するための排気口とを備えることを特徴とする、請求項１～６のいずれか１項に記載の呼吸用保護具。
8. 前記カバー体に設けられた前記導入口と、前記処理ユニットに設けられた前記送気口とを連結する送気管を備え、
   前記送気管は、前記処理ユニットの前記吸気口と前記送気口との間の離間距離よりも長いことを特徴とする、請求項７に記載の呼吸用保護具。
9. 前記処理ユニットを前記着用者に固定するハーネスを備えたことを特徴とする、請求項１～８のいずれか１項に記載の呼吸用保護具。
   

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