JP2023073727A - Ultraviolet irradiation device, indoor unit for air conditioner equipped with the same, air purifier and ventilation duct for housing purposes - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、紫外線照射装置に関する。 The present invention relates to an ultraviolet irradiation device.
空気殺菌を実現する方策として、紫外線ランプが採用されている(例えば特許文献1参照)。
Ultraviolet lamps have been adopted as a measure for realizing air sterilization (see
しかし、紫外線ランプは水銀を利用した水銀ランプである。そのため、環境負荷が大きく、「水銀に関する水俣条約」によって世界的な規制対象になっており、一般照明用の水銀ランプは製造中止となっている。 However, the ultraviolet lamp is a mercury lamp using mercury. As a result, mercury lamps have a large environmental impact and are subject to worldwide regulation by the Minamata Convention on Mercury, and the production of mercury lamps for general lighting has been discontinued.
今後、殺菌用紫外線ランプの用途においても規制が高まることが予想される。そのため、環境負荷を低減させる意味からもLEDへの置き換えが進んでいるものの、深紫外LED(UVC-LED)を用いた殺菌性能の高い紫外線照射装置は未だ開発途上の段階にある。深紫外LEDへの置き換えのメリットとして、電源投入から点灯までの時間がほとんどかからないこと、更には、低消費電力化と長寿命化のポテンシャルが挙げられる。 In the future, it is expected that regulations will increase in the use of ultraviolet lamps for germicidal use as well. Therefore, although the replacement with LEDs is progressing in terms of reducing the environmental load, ultraviolet irradiation devices with high sterilization performance using deep ultraviolet LEDs (UVC-LEDs) are still in the development stage. Advantages of replacing with deep ultraviolet LEDs include the fact that it takes almost no time from power-on to lighting, and the potential for lower power consumption and longer life.
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、深紫外LEDを用いた殺菌性能の高い紫外線照射装置並びにこれを備える空気調和機用室内機、空気清浄機および住設用換気ダクトを提供することを課題とする。 Therefore, the present invention has been made by paying attention to such problems, and an ultraviolet irradiation device with high sterilization performance using a deep ultraviolet LED, an indoor unit for an air conditioner equipped with the same, an air cleaner and An object of the present invention is to provide a ventilation duct for housing.
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る紫外線照射装置は、自身内部に空気の流れができるように外部からの空気を吸気する吸気口とその吸気した空気を排出する吹出口とを有する構造物に設置される紫外線照射装置であって、前記構造物内部のチャンバ領域において一の軸方向での両端に配置されて相互間で反射を繰り返すように配置されるとともに、相互の中心軸が一直線上に並ばないように互いにオフセット配置された二つの反射器と、前記二つの反射器のうち一方の反射器の背面側に配置されて前記チャンバ領域に紫外線を照射するLED光源と、前記LED光源自体または前記二つの反射器の少なくとも一方を移動させて前記チャンバ領域での紫外線の照射領域を拡張する照射領域拡張機構と、を備える。 In order to solve the above problems, an ultraviolet irradiation device according to an aspect of the present invention has an intake port for drawing in air from the outside and an outlet for discharging the drawn air so that air can flow inside the device. , which are arranged at both ends in one axial direction in a chamber region inside the structure so as to repeat reflections between each other, and at the center of each other two reflectors that are offset from each other so that their axes are not aligned; and an LED light source that is positioned behind one of the two reflectors and irradiates the chamber region with ultraviolet light; an irradiation area expanding mechanism that moves the LED light source itself or at least one of the two reflectors to expand the ultraviolet irradiation area in the chamber area.
また、本発明の一態様に係る空気調和機用室内機は、本発明の一態様に係る紫外線照射装置を内蔵している。
また、本発明の一態様に係る空気清浄機は、本発明の一態様に係る紫外線照射装置を内蔵している。
また、本発明の一態様に係る住設用換気ダクトは、本発明の一態様に係る紫外線照射装置を内蔵している。
Further, an air conditioner indoor unit according to one aspect of the present invention incorporates the ultraviolet irradiation device according to one aspect of the present invention.
Further, an air purifier according to one aspect of the present invention incorporates the ultraviolet irradiation device according to one aspect of the present invention.
Further, a ventilation duct for housing according to one aspect of the present invention incorporates the ultraviolet irradiation device according to one aspect of the present invention.
本発明によれば、深紫外LEDを用いた殺菌性能の高い紫外線照射装置およびこれを備える種々の機器を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ultraviolet irradiation apparatus with high sterilization performance using deep-ultraviolet LED, and various apparatuses provided with the same can be provided.
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。
An embodiment of the present invention will be described below with appropriate reference to the drawings. Note that the drawings are schematic. Therefore, it should be noted that the relationship, ratio, etc. between the thickness and the planar dimensions are different from the actual ones, and the drawings include portions where the relationship and ratio of the dimensions are different from each other.
Further, the embodiments shown below are examples of devices and methods for embodying the technical idea of the present invention. etc. are not specified in the following embodiments.
図1は、本発明の第一実施形態に係る紫外線照射装置100の一例を示す概略構成図である。この紫外線照射装置100は、構造物として、例えば室内の温調を行う空気調和機用室内機の内部のような細長い空間に配置され、室内機の内部を通過する空気に含まれる細菌の殺菌やウイルスの不活化の用途に用いることができる。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an
第一実施形態の紫外線照射装置100は、同図に示すように、構造物である筐体10内に装備される。筐体10は、自身内部に細長いチャンバ領域Dが画成され、このチャンバ領域D内に対して、内部に空気の流れができるように外部からの空気を吸気する吸気口7とその吸気した空気を排出する吹出口8とを有する。同図では、チャンバ領域Dでの空気の流れのイメージを、符号Aを付した白抜き矢印にて示している。
As shown in the figure, the
第一実施形態の紫外線照射装置100は、LED光源である紫外線発光ユニット6を備える。第一実施形態の紫外線発光ユニット6は、LED3と、LED3から放出される紫外線の配光を平行光に変換する集光器4とを有する。LED3は、プリント配線が施された回路基板5に搭載され、深紫外領域の光である紫外線を放出可能になっている。
The
集光器4は、LED3から放出される紫外線の配光を光軸CLLに沿った平行光に変換する。図1に示す白抜き矢印Aが空気の流れ方向を示す。第一実施形態の例では、空気の流れ方向と、LED3から放出されて集光器4によって変換されて平行光となった紫外線の光軸CLLとは垂直である。
The
LED光源としては、波長が280nm以下のUV-C光を発生させることが好ましい。本実施形態では、LED3が放出する紫外線は、殺菌力が比較的高い265nmの波長の紫外線であることが好ましく、比較的殺菌力が高い、ピーク波長が190nm以上300nmの範囲内の値であってもよい。より好ましくは、ピーク波長は220nm以上280nm以下の範囲内の波長である(発明13)。
The LED light source preferably generates UV-C light with a wavelength of 280 nm or less. In this embodiment, the ultraviolet rays emitted by the
集光器4は、リフレクタもしくは集光レンズを有して構成されることが好ましい。集光器4の構成例としては、TIRレンズ(LEDコリメータレンズ)などの集光レンズや、集光レンズとリフレクタとを一体に組み合わせたレンズユニットなどで構成できる。集光レンズの材質としては石英が一般的であるが、フッ素樹脂やシリコーンを用いることも可能である。また、集光レンズは1枚だけでなく、複数の異なる形状のレンズを用いることができる(発明14)。
The
紫外線発光ユニット6から放出される紫外線の配光角の範囲は、光軸CLLの中心を0°とした場合に、光軸中心(0°)から光軸中心に対して±90°までの範囲である。但し、紫外線の配光角の範囲は、0°から光軸中心に対して±90°までの範囲に限らず、これより狭い範囲または広い範囲であってもよい。以降において、±90°と示す場合、あるいは、他の角度(例えば、反射面の開口角±45°等)を示す場合、±90°、±45°とは光軸中心(0°)に対する角度を示す。
The range of the light distribution angle of the ultraviolet light emitted from the ultraviolet
さらに、第一実施形態の紫外線照射装置100は、紫外線を鏡面反射する反射面1rを有する第一反射器1と、第一反射器1に対向配置されて紫外線を鏡面反射する反射面2rを有する第二反射器2と、二つの反射器1,2の少なくとも一方を紫外線発光ユニット6の光軸CLLを中心に回転させる回転機構20と、を備える。
Furthermore, the
第一反射器1、第二反射器2、紫外線発光ユニット6は、チャンバ領域D内に流れる空気に含まれる細菌の殺菌やウイルスを不活化するように、チャンバ領域Dでの空気の流れの方向(符号A参照)に交差するように、紫外線発光ユニット6が放出する紫外線の光軸CLLが設定され、この光軸CLL上に、紫外線発光ユニット6のLED3および集光器4、並びに、第二反射器2および第一反射器1が順に配置されている。
The
本実施形態では、紫外線発光ユニット6は、二つの反射器1,2のうち一方の反射器である第二反射器2の側に配置され、第二反射器2は、反射面2rがLED3の紫外線放出側に対向するように配置され、第二反射器2とこれに対向した他方の反射器である第一反射器1とが互いの反射面1r、2rの開き方向で向き合うようにチャンバ領域D内に配置される。
ただし、二つの反射器1,2の間においてチャンバ領域D内を空気が通過するように、二つの反射器1,2、LED3および集光器4が配置されていれば、空気の流れ方向と、LED3から放出されて集光器4によって変換されて平行光となった紫外線の光軸とは必ずしも垂直でなくてもよい。
In this embodiment, the ultraviolet
However, if the two
本実施形態では、二つの反射器1,2は、構造物である筐体10の内部においてチャンバ領域D内における一の軸方向での両端に配置される。二つの反射器1,2は、その内面が開口角45度±0.5度および-45度±0.5度の傾きで、各中心軸CL1、CL2の軸対称に向き合った反射面1r、2rをそれぞれが有する。
In this embodiment, the two
二つの反射器1,2は、筐体10内のチャンバ領域Dにおいて一の軸方向での両端に配置されることにより、相互間で平行光となった紫外線の反射を繰り返すように配置される。特に、第一実施形態では、第一反射器1の中心軸CL1が光軸CLLに対してXY平面でオフセット(オフセット量W)を有して設置され、さらに、回転機構20は、光軸CLLを中心にして第一反射器1を光軸CLL回りで回転運動させる照射領域拡張機構として構成されている。
なお、同図において符号Rは、回転機構20が第一反射器1を光軸CLL回りで回転運動させるイメージを示している。また、同図の符号(1u)および(1d)は、この回転運動によって、オフセット(オフセット量W)を有する第一反射器1が光軸CLL回りで振れ回り運動しているイメージを示している。
The two
In the figure, reference character R indicates an image in which the
第一実施形態では、第一反射器1および第二反射器2は、内面の開口角θ1,θ2が45度±0.5度および-45度±0.5度の傾きで自身中心軸CL1、CL2の軸対称に向き合った反射面1r、2rをそれぞれが有し、一方の第一反射器1とこれに対向した他方の第二反射器2とが互いの反射面1r、2rの開き方向で向き合うように配置される。
In the first embodiment, the
ここで、二つの反射器1,2の中心軸CL1、CL2は、相互の中心軸CL1、CL2が一直線上に並ばないように互いにオフセット配置されている。さらに、一方の第二反射器2の側に配置されたLED3の光軸CLLおよび他方の第二反射器2の中心軸CL2の相互も一直線上に並ばないように配置されている。
二つの反射器1,2相互の中心軸CL1、CL2のオフセット量Wは、1mm以上であって、且つ、紫外線発光ユニット6が配置されない方の第一反射器1における第一反射面1rの開口部の最大直径の半分以下であることが望ましい。
Here, the central axes CL1 and CL2 of the two
The offset amount W of the central axes CL1 and CL2 between the two
第一実施形態では、中心軸CL1、CL2相互のオフセット量Wは、第二反射面2rが光軸CLL上に配置されて、集光器4を介して出力される平行光の紫外線が全て第一反射面1rに当たるように設定されている。ただし、必ずしも、集光器4を介して出力される平行光の紫外線が全て第一反射面1rに当たるように、オフセット量Wが設定されていなくてもよい(発明12)。
In the first embodiment, the offset amount W between the central axes CL1 and CL2 is such that the second reflecting
なお、第一実施形態では、第一反射器1および第二反射器2は、各反射面1r、2rの開口角が2枚の平板で構成されている。但し、各反射面1r、2rの構成はこれに限らず、例えば図3に模式図を示すように、二つの反射器1,2は、各反射面1r、2rの開口角を一の円錐形状で構成することができる。
また、例えば図4から図6に模式図を示すように、二つの反射器1,2は、各反射面1r、2rの開口角を偶数次の角錐形状で構成できる。なお、図4は四角錐による構成例であり、図5は六角錐による構成例であり、図6は八角錐による構成例である。
In addition, in the first embodiment, the
Further, as shown in the schematic diagrams of FIGS. 4 to 6, for example, the two
第一実施形態では、紫外線発光ユニット6は、一方の第二反射器2の中心軸CL2上に配置され、これに対向する他方の第一反射器1は、紫外線発光ユニット6の光軸CLLを中心に回転するようになっている(発明8)。
また、第一実施形態では、紫外線発光ユニット6が配置されている第二反射器2は、自身の反射面2rの狭まっている方の端部が切断されているか穴加工が施されており、第二反射器2の背面にある紫外線発光ユニット6から発せられた光が、第二反射器2内に注入されるようになっている(発明9)。
In the first embodiment, the ultraviolet
Further, in the first embodiment, the
また、第一反射器1および第二反射器2の各反射面1r、2rは、鏡面反射材料もしくは表面に鏡面反射処理が施された材料から構成することが好ましい(発明10)。本実施形態では、第一反射器1および第二反射器2は、アルミ材であり、各反射面1r、2rは鏡面加工されている。なお、各反射面1r、2rとして、紫外線波長を効率よく反射する薄膜コーティング処理が施されていればアルミ材に限定されない。
Moreover, each of the reflecting
また、上記回転機構20は、前記構造物の吸気口から入った空気が吹出口から出ていくまでの平均滞留時間内に、他方の反射器をその中心軸回りに1回転以上の回転をさせることが好ましい(発明15)。また、回転機構20は、設定した風量に応じて回転数が変わることが好ましい(発明16)。
Further, the rotating
第一実施形態の照射領域拡張機構の例では、回転機構20は、電動モータ21、カップリング22および回転テーブル23を有し、第一反射器1が回転テーブル23と一体で回転するように設置されている(発明17)。これにより、第一実施形態の回転機構20は、電動モータ21によりカップリング22を介して、第二反射器2が回転テーブル23と共に回転可能になっている。なお、回転機構20は、空気流を動力として回転テーブル23を回転するように構成してもよい(発明18)。
In the example of the irradiation area expansion mechanism of the first embodiment, the
次に、第一実施形態の紫外線照射装置100の動作および作用効果について説明する。
第一実施形態の紫外線照射装置100が稼働されると、LED3から±90°の範囲で放出された紫外線は、集光器4によって平行光に変換された後に、二つの反射器1,2相互間に向けて出力され、光軸CLLに沿って二つの反射器1,2相互間に放出される。これにより、反対側の第一反射器1に向かって放出された紫外線が第二反射器2との間を通過する空気に照射される。
Next, the operation and effects of the
When the
光軸CLLに沿って放出されて第一反射器1に到達した紫外線は、第一反射面1rにて第二反射器2側に向かって反射され、第二反射器2に到達した紫外線は、第二反射面2rにて第一反射器1側に向かって反射されることで、第二反射器2と第一反射器1との間を通過する空気に繰り返し照射され、以降、これを繰り返す。
The ultraviolet rays emitted along the optical axis CLL and reaching the
ここで、LED3は、いわば点光源であり、LED3から発光される光はLEDのパッケージ開口面に対して所定範囲で配光角を持ち、光源の中心すなわち配光角0°に近づくにつれ発光強度は高まり、水平すなわち配光角±90°に近づくにつれ発光強度は低下する。
そこで、チャンバ領域Dでの対向面で反射される光が平行光になるように、二つの反射器1,2の形状を配光角に合わせて一義的に決めることで平行光として反射されるため、側面に当たって消滅することが無く効率が高まる。
すなわち、第一実施形態の紫外線照射装置100においても、紫外線発光ユニット6をLED3と集光器4とから構成して、LED3から出力される光を、集光器4により集光して平行光に変換し、光を広げずに同じ照度で対向する反射面に到達させている。
Here, the
Therefore, the shape of the two
That is, also in the
これにより、第一実施形態の紫外線照射装置100によれば、LED3や集光器4の数を増やすことなく、より広いエリアの殺菌が可能となる。そのため、二つの反射器1,2相互間を通過する空気に含まれる細菌の殺菌やウイルスの不活化を効率的に行える。また、集光器4によって変換された紫外線は平行光であるため、集光器4と二つの反射器1,2との間の距離が異なる場合でも、同じ二つの反射器1,2、LED3および集光器4を使用できる。
Thereby, according to the
さらに、第一実施形態の紫外線照射装置100によれば、二つの反射器1,2が筐体10内部のチャンバ領域Dにおいて一の軸方向での両端に配置されて相互間で反射を繰り返すように配置されるとともに、相互の中心軸が一直線上に並ばないように互いにオフセット配置され、二つの反射器1,2のうち一方の反射器2の背面側に配置された紫外線発光ユニット6と、二つの反射器1,2の少なくとも一方を移動させてチャンバ領域Dでの紫外線の照射領域を拡張する照射領域拡張機構として、二つの反射器1,2の少なくとも一方をLED3の光軸CLLを中心に回転させる回転機構20と、を備えるので、チャンバ領域D内に満遍なく紫外線を照射可能である。
ここで、紫外線発光ユニット6は反射器2の背面以外に配置してもよい。例えば反射器2内に配置しても良い。
そのため、例えば、空気調和装機用室内機の内部のような細長い空間においても紫外線は壁面に吸収されることなく光路長を長くできる上、照射洩れを効果的に抑止できる(発明1、発明2)。
Furthermore, according to the
Here, the ultraviolet
Therefore, for example, even in a long and narrow space such as the inside of an indoor unit for an air conditioner, the ultraviolet rays can lengthen the optical path length without being absorbed by the wall surface, and can effectively suppress irradiation leakage (
ここで紫外線が平行光でなく配光角を有する場合、筐体10が、例えば空気調和装機用室内機の内部のように、殺菌領域(チャンバ領域D)が細長くなるにつれ、壁面に吸収される光量が増え、反射面に届く光量は低下し、また、チャンバ壁面にも吸収されるため殺菌効果はより低下することになる。
Here, when the ultraviolet light is not parallel light but has a light distribution angle, the
また、光を回転角度方向に分散させずに同じ照度で対向する反射面に到達させて、第二反射器2と第一反射器1との間を通過する空気に繰り返し照射するだけでは、LED光源と対向する第一反射器1の中心軸CL1と光軸CLLとを結ぶ一直線上でしか消毒ができない(本明細書では、このような状態を「二次元消毒」とも呼ぶこととする)。
そこで、第一実施形態では、回転機構20の採用によって、第一反射器1を光軸CLLを中心に振れまわりで回転させる。
In addition, if the light is not dispersed in the rotation angle direction and is made to reach the opposing reflecting surfaces with the same illuminance, and is repeatedly irradiated to the air passing between the
Therefore, in the first embodiment, the
第一実施形態の紫外線照射装置100では、光軸CLLに対して第一反射器1の中心軸CL1を中心軸CL2に対してXY平面でオフセットし、照射領域拡張機構により、この第一反射器1を光軸CLLの軸周りで回転させている。これにより、光は直線シフトから2次元シフトに広がり、消毒領域を満遍なく照らすことができる。そのため、チャンバ領域D内での死角がなくなり、チャンバ領域内での消毒効率が大きく向上する。
In the
ここで、「オフセットされた反射器を回転させて使う」という観点では、反射器が回転していても静止していても平均照度は変わらないものの、反射器を回転させることにより、チャンバ領域(殺菌エリア)内での殺菌されない死角を無くす若しくは可及的に少なくできるため、部屋の循環殺菌をさせる場合に、より短時間で殺菌を行うことができ、メリットが大きくなる。 Here, from the viewpoint of "using a rotated offset reflector", the average illuminance does not change whether the reflector is rotated or stationary, but by rotating the reflector, the chamber area ( Since blind spots that are not sterilized in the sterilization area can be eliminated or reduced as much as possible, sterilization can be performed in a shorter time when circulating sterilization of the room, which is advantageous.
特に、第一実施形態の紫外線照射装置100では、二つの反射器1,2は、内面が開口角45度±0.5度および-45度±0.5度の傾きで自身中心軸の軸対称に向き合った反射面1r、2rをそれぞれが有し、一方の第二反射器2とこれに対向した他方の第一反射器1とが互いの反射面1r、2rの開き方向で向き合うように配置されるとともに、二つの反射器1,2相互の中心軸CL1、CL2が一直線上に並ばないように互いにオフセット配置される。
さらに、LED光源となる紫外線発光ユニット6の光軸CLLおよび他方の第一反射器1の中心軸CL1相互も一直線上に並ばないように配置されているので、チャンバ領域Dの左右の反射器1,2で交互に、紫外線発光ユニット6からの光線を反射させて、チャンバ領域D内を何往復もさせるため、平行光が照射される領域が広がり光線が有効に殺菌に使われる。
In particular, in the
Furthermore, since the optical axis CLL of the ultraviolet
なお、殺菌性能は、チャンバ内の平均照射量ではなく、菌の残存数で決まるため、ワースト照射量が支配的となる。すなわち、仮にチャンバ領域(殺菌エリア)内に死角があると、そこを通過した空気は全く殺菌されない。そのため、そこを通過した菌が全くダメージを受けずに殺菌チャンバを抜け出して来る可能性がある。
そして、部屋全体を完全に殺菌するには、空気を循環させながら殺菌する循環殺菌を行う必要があり、チャンバ領域内に死角があると、より多くの回数を循環させなければ部屋の殺菌が完了せず、その結果殺菌時間が長くかかる。また、循環殺菌の風量を落とすと、単位時間あたりの空気の循環回数が減ってしまうため殺菌性能は一般的に落ちる。
Since the sterilization performance is determined not by the average irradiation dose in the chamber but by the number of bacteria remaining, the worst irradiation dose is dominant. That is, if there is a blind spot in the chamber area (sterilization area), the air passing through it will not be sterilized at all. As a result, germs that have passed through it may exit the sterilization chamber completely undamaged.
And in order to completely sterilize the entire room, it is necessary to perform circulation sterilization, which sterilizes while circulating the air. not, resulting in longer sterilization times. In addition, if the air volume for circulation sterilization is reduced, the number of times of air circulation per unit time is reduced, so the sterilization performance generally declines.
これに対し、第一実施形態の紫外線照射装置100のように、いずれか一方の反射器を回転させる方策を採れば、チャンバ領域(殺菌エリア)内に死角が生じないため、循環殺菌の風量が減っても殺菌性能は落ちることはない。つまり、循環回数は減るものの、逆に、1回の循環殺菌でのチャンバ領域D内にとどまる時間が長くなるため、1回の循環殺菌でUVを浴びるドーズ量が増えるからである。
On the other hand, if one of the reflectors is rotated as in the
ここで、二つの反射器1,2の構成とその回転運動について、図3~図6に複数の態様を示している。これらの図に示すように、内面の開口角θ1、θ2が45°円錐状の反射器1,2(図3参照)、及び、内面の開口角θ1、θ2が45°の偶数次角錐状の反射器1,2(図4、図5、図6参照)、並びに、内面の開口角θ1、θ2が±45°の平板を2枚組合せた反射器1,2において、同様の効果を奏することができる(発明4、発明5、発明6、発明7)。
3 to 6 show a plurality of aspects of the configuration of the two
このように、本実施形態では、LED光源に対向する他方の反射器である第一反射器1(内面の開口角θ1が±45度で開いた2枚の平板、若しくは、±45度の開口角の円錐形状、±45度の開口角の偶数次角錐形状)の中心軸CL1が、対向するLED光源の光軸CLL及び第二反射器2の中心軸CL2とはオフセットされ且つ回転することで、反射により光量が消滅するまで反射を繰り返してチャンバ領域D内の殺菌に寄与することができるのである(発明23)。
As described above, in this embodiment, the first reflector 1 (two flat plates with an inner opening angle θ1 of ±45 degrees, or an opening of ±45 degrees), which is the other reflector facing the LED light source, is used. The central axis CL1 of the conical shape of the corners, the even-order pyramidal shape with an opening angle of ±45 degrees) is offset and rotated from the optical axis CLL of the facing LED light source and the central axis CL2 of the
これにより、チャンバ領域内部での多段の反射を可能にし、対向する二つの反射器1,2相互間で多段反射を繰り返すことでチャンバ領域D内を3次元的に満遍なく消毒できる(本明細書では、このような状態を「三次元消毒」とも呼ぶこととする)。
第一実施形態の紫外線照射装置100では、チャンバ領域D内に送られた空気がチャンバ領域D外に出るまでの平均滞留時間以内に、第二反射器2を少なくとも1回転以上させることで、チャンバ領域D内に送られた空気を満遍なく「三次元消毒」する上でより好適である。
This enables multistage reflection inside the chamber region, and by repeating the multistage reflection between the two opposing
In the
以下、シミュレーションとその結果に基づき、上述した「三次元消毒」の有効性について、コンター図およびグラフを適宜参照してより詳しく説明する。
まず、図7に、反射板が光を完全吸収したときのシミュレーション結果を示す。同図では、LED光源に対面する側の反射板で光を完全吸収としたときに、集光器4を構成するリフレクタにおけるLEDの設置推奨位置に対して、実際のLEDの設置位置とがずれた時の平行光の様子(平均照度)をコンター図で示している(以下同様)。但し、同図の例では、対向面は完全吸収なので、反射光はなく片道のみの光となる。
Based on the simulation and its results, the effectiveness of the above-described "three-dimensional disinfection" will be described in more detail below with reference to contour diagrams and graphs as appropriate.
First, FIG. 7 shows simulation results when the reflector completely absorbs light. In the figure, when the light is completely absorbed by the reflector on the side facing the LED light source, the actual LED installation position is shifted from the recommended installation position of the LED in the reflector that constitutes the
同図に示すように、リフレクタに対するLED位置が僅か(例えば0.1mm)ずれるだけで、平行光の様子が変わることが見て取れる(同図においてLED推奨位置としての理想は同図(d)の3,9mm)。このように、LEDとLED側に設置されたリフレクタの位置を精度よく最適な位置に配置することは、性能を確保する上で重要であることを示している。 As shown in the figure, it can be seen that a slight deviation (for example, 0.1 mm) of the LED position with respect to the reflector changes the state of the parallel light (in the same figure, the ideal recommended position for the LED is 3 , 9 mm). In this way, it is important to accurately and optimally position the LED and the reflector installed on the LED side in order to ensure the performance.
次に、図8に、反射板条件として、リアクタ形状の変更を実施したときのシミュレーション結果を示す。この例は、チャンバ領域両端において、LED光源の反対側に平板(傾き無し)の反射板を設置したシミュレーションの結果である。
同図に示すように、対向面とLED面にそれぞれ反射板あり(同図(c))、とすると、LEDの光は減衰しながらもチャンバ領域を何往復もする。そのため、その分明るくなることが見て取れる((c)で示した反射条件での平均照度0.204[mW/cm2])。但し、この例では、反射光はチャンバ領域内で常に同じ位置を通る。そのため、照射される光線は強いものの、チャンバ領域内で照射される領域は狭い(限られる)といえる。
Next, FIG. 8 shows simulation results when the shape of the reactor is changed as the reflector condition. This example is the result of a simulation in which flat (non-tilted) reflectors are placed on opposite sides of the LED light source at both ends of the chamber region.
As shown in the figure, if there are reflectors on the opposite surface and the LED surface ((c) in the figure), the light from the LED makes many round trips in the chamber area while being attenuated. Therefore, it can be seen that the light becomes brighter (average illuminance 0.204 [mW/cm 2 ] under the reflection condition shown in (c)). However, in this example, the reflected light always passes through the same location within the chamber area. Therefore, although the irradiated light beam is strong, it can be said that the irradiated region within the chamber region is narrow (limited).
また、同図に示すシミュレーションの結果から判るように、((a)反射板無し(平均照度0.114[mW/cm2]))<((b)対向面に反射板あり(平均照度0.177[mW/cm2]))<((c)対向面とLED面に反射板あり(平均照度0.204[mW/cm2]))の順番で照度が上がる。つまり、反射板無しはチャンバ領域での片道、対向面のみに反射板はチャンバ領域で1往復のみ、チャンバ領域両面に反射板がある場合は、LED光源の光は減衰しながらもチャンバ領域内で何往復もするので、その分明るくなることを示している。 Further, as can be seen from the simulation results shown in the figure, ((a) no reflector (average illuminance 0.114 [mW/cm 2 ])) < ((b) reflector on the opposite surface (average illuminance 0.114 [mW/cm 2 ])). 177 [mW/cm 2 ])) <((c) Reflector on opposing surface and LED surface (average illuminance 0.204 [mW/cm 2 ]))) increases the illuminance. In other words, if there is no reflector, the light from the LED light source is attenuated, but the light from the LED light source is attenuated, but the light from the LED light source is attenuated in the chamber region. Since it goes back and forth many times, it indicates that it becomes brighter by that amount.
次に、図9に、内面の開口角θ1,θ2として、±45°の反射板をチャンバ領域内部の両端に配置するとともに、LED光源からの平行光を、光軸と直交する方向にシフトさせたときのシミュレーション結果を示す。
同図から、LED光源からの平行光を、光軸と直交する方向にシフトさせることによって、照射範囲を直線上に広げることが可能なことが見て取れる。その際、光が反対方向に戻っていくには2回の反射が必要となり、光の減衰を抑えるためにも反射率がより重要なファクタとなっていることが分かる(右側の横断面のコンター図から、反射する度に端にシフトしていくが、反射率が低いと減衰が早まることが見て取れる)。
Next, as shown in FIG. 9, reflectors with inner opening angles θ1 and θ2 of ±45° are arranged at both ends of the chamber region, and parallel light from the LED light source is shifted in a direction perpendicular to the optical axis. The simulation results when
From the figure, it can be seen that the irradiation range can be linearly expanded by shifting the parallel light from the LED light source in the direction perpendicular to the optical axis. At that time, two reflections are required for the light to return in the opposite direction, and it can be seen that the reflectance is a more important factor in suppressing the attenuation of the light (see the contour of the cross section on the right). From the figure, it can be seen that the light shifts to the edge each time it is reflected, but the attenuation is quicker if the reflectance is low).
次に、図10のコンター図および図11のグラフに、反射器として、両端にV字の平板を配置した場合に、そのV字角度への依存性の確認のためのシミュレーション結果を示す。
図11に結果をグラフで示すように、V字角度は、照度30%減までの角度範囲が45°±0.5°であり、照度40%減までの範囲が45°±1°であることが分かる。このシミュレーション結果から、両端に配置する二つの反射器において、二つの反射器の各反射面の開口角θ1,θ2は45度をねらい目とすることが望ましく、内面の開口角の範囲は45°±1°以内が好ましく、45°±0.5°以内であればより好ましいといえる(発明21)。
Next, the contour diagram of FIG. 10 and the graph of FIG. 11 show simulation results for confirming the dependence on the V-shaped angle when V-shaped flat plates are arranged at both ends as reflectors.
As the results are shown graphically in FIG. 11, the V-shaped angle has an angular range of 45°±0.5° until the illuminance is reduced by 30%, and a range of 45°±1° until the illuminance is reduced by 40%. I understand. From this simulation result, it is desirable that the aperture angles θ1 and θ2 of the reflecting surfaces of the two reflectors placed at both ends should be 45 degrees, and the range of the aperture angles of the inner surfaces should be 45 degrees. Within ±1° is preferable, and within 45°±0.5° is more preferable (Invention 21).
図12に示す例は、チャンバ領域の両端に、内面の開口角θ1,θ2が45°の円錐状の反射器(反射率が90%の鏡面反射)を配置するとともに、片側の反射器から1灯のLED光源のみによって光をチャンバ領域の内部に照射したときのシミュレーション結果である。
同図に示すように、LED光源に対向する反射器のリフレクタ中心が、LED光源の光軸中心からオフセットする方向(LED位置:X,Y)に応じて、光がシフトする直線方向が変わることが分かる。
In the example shown in FIG. 12, conical reflectors (specular reflection with a reflectance of 90%) having internal opening angles θ1 and θ2 of 45° are arranged at both ends of the chamber region, and one reflector is 1 It is a simulation result when light is irradiated inside the chamber area only by the LED light source of the lamp.
As shown in the figure, the linear direction in which the light shifts changes depending on the direction (LED position: X, Y) in which the center of the reflector of the reflector facing the LED light source is offset from the center of the optical axis of the LED light source. I understand.
次に、LED光源に対向する反射器のリフレクタ中心からのシフト量(Y方向へのオフセット量)を変化させるシミュレーションを行った。図13に示すコンター図は、チャンバ領域内の両端に、内面の開口角θ1,θ2が45°の円錐状の反射器(反射率が90%の鏡面反射)を配置するとともに、片側の反射器から1灯のLED光源のみによって光をチャンバ領域の内部に照射したときのシミュレーション結果である。 Next, a simulation was performed in which the amount of shift (the amount of offset in the Y direction) from the center of the reflector facing the LED light source was varied. The contour diagram shown in FIG. 13 is obtained by arranging conical reflectors (specular reflection with a reflectance of 90%) having inner opening angles θ1 and θ2 of 45° at both ends in the chamber region, and reflectors on one side It is a simulation result when the inside of the chamber region is irradiated with light from only one LED light source.
同図に示す結果から、LED光源の光軸に対して、このLED光源に対向する反射器の円錐面の中心軸のオフセット量は、15mm~21mmの範囲が好ましいといえる。つまり、同図に示す結果から、オフセット量Wが少ないと光線が十分に横に広がる前に光が減衰して消滅してしまうことが見て取れる一方、オフセット量Wが大きすぎると、光が横にシフトする中間位置で十分に光が当たらない領域ができてしまうことがわかる。
よって、上記実施形態において、二つの反射器1,2相互の中心軸CL1、CL2のオフセット量Wは、1mm以上であって、且つ、LED3が配置されない方の反射器である第一反射器1における反射面1rの開口部の最大直径の半分以下が望ましいといえる(発明11)。
From the results shown in the figure, it can be said that the offset amount of the central axis of the conical surface of the reflector facing the LED light source with respect to the optical axis of the LED light source is preferably in the range of 15 mm to 21 mm. In other words, it can be seen from the results shown in FIG. It can be seen that there is a region where the light does not reach sufficiently at the intermediate position of the shift.
Therefore, in the above embodiment, the offset amount W of the central axes CL1 and CL2 between the two
以上説明したように、本実施形態の紫外線照射装置100によれば、深紫外LED(UVC-LED)を用いた殺菌性能の高い紫外線照射装置およびこれを備える種々の機器を提供することができる。なお、本発明に係る紫外線照射装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能であることは勿論である。
As described above, according to the
例えば、上記第一実施形態では、二つの反射器の少なくとも一方の例として、第一反射器1の中心軸CL1を光軸CLLに対してオフセット量Wを固定して、第一反射器1を光軸CLLまわりに回転させる照射領域拡張機構の構成例を示したが、これに限定されず、オフセット量Wを可変とする構成を採用できる。
対向する二つの反射器1,2の相互間で反射する光は、光反射を繰り返す度に減衰するため、反射を繰り返した外側の光は、最初に反射した内側の領域の光よりもよりも弱くなる。そこで、第二実施形態の紫外線照射装置100では、光軸CLLと対向する他方の反射器である第一反射器1の中心軸CL1のオフセット量Wを固定ではなく可変させることで反射器に最初に当たる径方向の位置が変わり、その結果反射器の外周部に当たる光量が上がるため、反射器全領域で照度の均一化が実現できる。
For example, in the above-described first embodiment, as an example of at least one of the two reflectors, the
Since the light reflected between the two
具体的には、図2に示すように、第二実施形態の紫外線照射装置100は、チャンバ領域D内での照度をより平均化させるために、平行移動機構30を備える例である。なお、上記第一実施形態と同一若しくは同様の構成については同一の符号を付すとともにその説明は適宜省略する。
Specifically, as shown in FIG. 2, the
同図に示すように、第二実施形態の例では、回転テーブル23に対して、第一反射器1の基部を支持する部分に、平行移動機構30が介装されている点が相違する。この平行移動機構30は、オフセット配置される第一反射器1のオフセット量Wを固定させずに、光軸CLLを通りかつ光軸CLLとは直交するXY平面上で第一反射器1をオフセット方向に平行移動させるように構成されている(発明19)。同図において符号30Wで示す矢印は、光軸CLLを通りかつ光軸CLLとは直交するXY平面上で第一反射器1が平行移動されるイメージを示している。
As shown in the figure, the second embodiment differs in that a
このような平行移動機構30を実現させる手段としては、例えば、モータおよびボールねじを組み合わせた往復直線駆動機構、もしくは、モータおよびクランクシャフトにより回転運動を直進往復運動に変換する往復直線駆動機構、または、リニアモータによる直接の直進往復運動によって構成できる(発明20)。
これにより、第二実施形態によれば、第一反射器1の中心軸CL1が光軸CLLを通るXY平面上を直進運動し、かつ、第一反射器1をLED光源の光軸CLLを中心に回転運動させることで、最初に光が当たる反射器の径方向位置が常に変わりながら回転することになる。そのため、殺菌性能のより一層の均一化を図ることができる。
なお、平行移動機構30は、筐体10の吸気口7から入った空気が吹出口8から出ていくまでの平均滞留時間内に、第一反射器1に1往復以上の往復移動をさせることが好ましい(発明21)。また、平行移動機構30は、設定した風量に応じて移動速度が変わることが好ましい(発明22)。
As a means for realizing such a
Thus, according to the second embodiment, the central axis CL1 of the
In addition, the
また、上述した第一若しくは第二実施形態の紫外線照射装置100を内蔵可能な機器は、上記例示した空気調和機用室内機に限定されず、送風された空気に対して、集光器から反射部側に向かう紫外線と反射面によって反射された紫外線とを照射するように機器に内蔵可能であれば、種々の機器に適用できる。
In addition, the device that can incorporate the
特に、吸気口と排気口とを有する筐体と、筐体の内部に配置されて吸気口から空気を吸込んで排気口に送風するファンと、を備えた種々の機器用の空気殺菌装置として好適である。この種の機器としては、例えば、上記例示した空気調和機用室内機の他、空気清浄機や住設用換気ダクトに内蔵できる(発明24、発明25、発明26)。 In particular, it is suitable as an air sterilizer for various devices, which includes a housing having an intake port and an exhaust port, and a fan arranged inside the housing to suck in air from the intake port and blow the air to the exhaust port. is. Devices of this type can be incorporated in, for example, air cleaners and ventilation ducts for residential facilities, in addition to the indoor units for air conditioners exemplified above (inventions 24, 25, and 26).
また、上記実施形態では、照射領域拡張機構として、二つの反射器1,2の少なくとも一方を紫外線発光ユニット6の光軸を中心に回転させる回転機構20を有する例を示したが、これに限定されず、本発明に係る照射領域拡張機構は、LED光源自体または二つの反射器の少なくとも一方をXY平面において前記オフセット方向とは直角方向に移動させてチャンバ領域Dでの紫外線の照射領域を拡張する機構であれば、回転に限らず、直動を含む種々の移動機構を採用できる。
Further, in the above-described embodiment, an example of having a
具体的には、図14に第三実施形態を示すように、第三実施形態の紫外線照射装置100では、上記回転テーブル23に設けていた回転機構20を設けずに同テーブル23を固定構造とし、これに替えて、紫外線発光ユニット6の側に、照射領域拡張機構として、平行移動機構30を設けている(発明3)。
平行移動機構30は、紫外線発光ユニット6自体を、上記オフセット配置をした方向とは直交する方向に往復移動させる移動機構として構成されている。同図では、直交方向での往復移動のイメージを、符号Mを付した矢印で示している。
Specifically, as shown in the third embodiment in FIG. 14, in the
The
第三実施形態の紫外線照射装置100のような構成であっても、図15に示すように、上記実施形態同様に、チャンバ領域Dでの紫外線の照射領域を拡張可能であり、これにより、深紫外LEDを用いた殺菌性能の高い紫外線照射装置およびこれを備える種々の機器を提供できる。
Even with a configuration like the
1 第一反射器
1r 第一反射面
2 第二反射器
2r 第二反射面
3 LED
4 集光器
5 回路基板
6 紫外線発光ユニット(LED光源)
7 吸気口
8 吹出口
10 筐体(構造物)
20 回転機構(照射領域拡張機構)
21 電動モータ
22 カップリング
23 回転テーブル
30 平行移動機構(照射領域拡張機構)
100 紫外線照射装置
A 空気の流れ
CLL 光軸
CL1 第一反射器の中心軸
CL2 第二反射器の中心軸
D チャンバ領域
W オフセット量
θ1、θ2 開口角
1
4
7
20 rotation mechanism (irradiation area expansion mechanism)
21
100 Ultraviolet irradiation device A Air flow CLL Optical axis CL1 Central axis of first reflector CL2 Central axis of second reflector D Chamber area W Offset amount θ1, θ2 Opening angle
Claims (26)
前記構造物内部のチャンバ領域において一の軸方向での両端に配置されるとともに、相互の中心軸が一直線上に並ばないように互いにオフセット配置された二つの反射器と、
前記二つの反射器のうち一方の反射器の側に配置されて前記チャンバ領域に紫外線を照射するLED光源と、
前記LED光源自体または前記二つの反射器の少なくとも一方を移動させて前記チャンバ領域での紫外線の照射領域を拡張する照射領域拡張機構と、
を備えることを特徴とする紫外線照射装置。 An ultraviolet irradiating device installed in a structure having an intake port for sucking air from the outside and a blowout port for discharging the sucked air so that air can flow inside itself,
two reflectors arranged at both ends in one axial direction in a chamber region inside the structure and offset from each other so that their central axes are not aligned;
an LED light source disposed on the side of one of the two reflectors to irradiate the chamber region with ultraviolet light;
an irradiation area expansion mechanism that moves the LED light source itself or at least one of the two reflectors to expand the ultraviolet irradiation area in the chamber area;
An ultraviolet irradiation device comprising:
内面が開口角45度±0.5度および-45度±0.5度の傾きで自身中心軸の軸対称に向き合った反射面をそれぞれが有し、
前記一方の反射器とこれに対向した他方の反射器とが互いの反射面の開き方向で向き合うように配置される、請求項1~3のいずれか一項に記載の紫外線照射装置。 The two reflectors are
Each has a reflecting surface whose inner surface faces symmetrically with respect to its own central axis with inclinations of 45 degrees ± 0.5 degrees and -45 degrees ± 0.5 degrees,
The ultraviolet irradiation device according to any one of claims 1 to 3, wherein said one reflector and the other reflector facing it are arranged so as to face each other in the opening direction of their reflecting surfaces.
これに対向する前記他方の反射器は、前記LED光源の光軸を中心に回転する、請求項4~7のいずれか一項に記載の紫外線照射装置。 The LED light source is arranged on the central axis of the one reflector,
8. The ultraviolet irradiation device according to any one of claims 4 to 7, wherein said other reflector facing it rotates around the optical axis of said LED light source.
前記一方の反射器の背面にある前記LED光源から発せられた光が、前記一方の反射器内に注入されるようになっている、請求項4~8のいずれか一項に記載の紫外線照射装置。 The one reflector on which the LED light source is arranged has a narrowed end of its reflecting surface cut off or drilled,
Ultraviolet radiation according to any one of claims 4 to 8, wherein light emitted from the LED light source behind the one reflector is injected into the one reflector. Device.
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