JP4878826B2 - 空気除菌装置 - Google Patents

Description

本発明は、気液接触塔を用いた空気除菌装置に係り、特に、空中浮遊微生物ウィルス等の除去が可能な空気除菌装置に関する。

一般に、空中浮遊微生物ウィルス等の除去を目的として、空気中に電解水ミストを拡散させて、この電解水ミストを空中浮遊微生物に直接接触させ、ウィルス等を不活化する除菌装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平２００２−１８１３５８号公報

しかしながら、上記除菌装置では、微粒子状の電解水ミストが到達しやすい使用環境下、すなわち、比較的小空間では効力を発揮するものの、電解水ミストが到達しにくい使用環境下、すなわち、大空間、例えば幼稚園や小・中・高等学校や、介護保険施設や、病院等では効力を発揮しにくいという問題がある。
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、特にアリーナやドーム等で呼称される多数の人が集まる大空間の空気の除菌が可能な空気除菌装置を提供することにある。

本発明は、気液接触塔本体と、気液接触塔本体の散水器に電解水を供給する供給手段と、散水器から散水された電解水を供給手段に循環させる循環手段と、電解水により前記気液接触塔本体に導入した室内戻り空気を除菌し、この除菌空気を室内に導入する導入手段とを備え、前記供給手段が、水を電気分解する電解槽と、塩素センサが配置された濃度調整槽とを含み、塩素センサの出力に応じ、水道水貯留タンク又は水道管から濃度調整槽に水道水を供給して濃度調整槽内の電解水の濃度を所定濃度に調整することを特徴とする。

本発明では、気液接触塔本体に電解水を供給すると共に、この電解水により気液接触塔本体に導入した室内戻り空気を除菌して、この除菌した空気を室内に導く構成としたため、この除菌した空気を大空間の遠くに飛ばすことが可能になり、大空間での空気除菌が効率よく達成される。

この場合において、供給手段が、気液接触塔本体から水をくみ出すポンプと、このポンプでくみ出した水を電気分解する電解槽とを含み、この電解槽で生成した電解水を散水器に循環させてもよい。また、電解槽に食塩水タンクを接続し、この食塩水タンクから電解槽に食塩水を供給してもよい。

さらに、電解槽と散水器との間に濃度調整槽を備えてもよい。飽和食塩水タンクを備え、この飽和食塩水タンクから食塩水タンクに食塩水を供給してもよい。気液接触塔本体の空気の出口にミストトラップを備えてもよい。電解水が活性酸素種を含み、この活性酸素種が次亜塩素酸、オゾンまたは過酸化水素のうち少なくとも一の物質を含んでもよい。さらには、定期的、或いは所定の条件下で不定期に前記電解槽の電極極性を反転させてもよい。

本発明によれば、気液接触塔を用いて、除菌された空気を室内に戻す構成としたため、除菌した空気を、大空間の遠くに飛ばすことが可能になり、大空間での空気除菌が効率よく達成される。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態による空気除菌装置を示す。
この空気除菌装置は気液接触塔ｃを備え、この気液接触塔ｃは気液接触塔本体１００を備える。この気液接触塔本体１００には、セラミック材料で形成されたプレート状の複数の気液接触促進部材３０１、３０２、３０３…が、縦方向に間隔をあけた状態で、ブロック状に組み合わせて配置される。

この気液接触促進部材３０１、３０２、３０３…の上方には散水器３２が配置され、この散水器３２には、電解水を供給する供給手段１０５が接続されている。１０６は、散水器３２から散水された電解水を供給手段１０５に循環させる循環手段である。供給手段１０５は、上流側から順に、飽和食塩水タンク６１と、第１ポンプ６２と、食塩水タンク６３と、電解槽６４と、第２ポンプ６５と、濃度調整槽６６とを含んで構成される。飽和食塩水タンク６１には飽和食塩水が貯留され、この飽和食塩水は、第１ポンプ６２により、食塩水タンク６３にくみ出される。

この食塩水タンク６３には、水道水貯留タンク（または水道管）６７から適宜水道水が供給され、タンク内食塩水濃度が、例えば２〜３％濃度に調整される。この食塩水は電解槽６４に供給される。電解槽６４には、カソード電極とアノード電極からなる一対の電極７１が収容され、この電極７１に通電することにより、食塩水が電気分解されて、活性酸素種を含んだ電解水（０．５〜１％）が生成される。なお、７２は電極制御装置である。ここで、活性酸素種とは、通常の酸素よりも高い酸化活性を持つ酸素分子と、その関連物質のことであり、スーパーオキシドアニオン、一重項酸素、ヒドロキシルラジカル、或いは過酸化水素といった、いわゆる狭義の活性酸素に、オゾン、次ハロゲン酸等といった、いわゆる広義の活性酸素を含めたものとする。この活性酸素種は、空気中に、例えばインフルエンザウィルスが侵入した場合、その感染に必須の当該ウィルスの表面蛋白（スパイク）を破壊、消失（除去）する機能を持ち、これを破壊すると、インフルエンザウィルスと、当該ウィルスが感染するのに必要な受容体（レセプタ）とが結合しなくなり、これによって感染が阻止される。衛生環境研究所との共同による実証試験の結果、インフルエンザウィルスが侵入した空気を、電解水に接触させた場合、インフルエンザウィルスを９９％以上除去できることが判明した。

一対の電極７１は、例えばベースがＴｉ（チタン）で皮膜層がＩｒ（イリジウム）、Ｐｔ（白金）から構成された電極板であり、この電極７１に印加する電流値は、電流密度で２０ｍＡ（ミリアンペア）／ｃｍ²（平方センチメートル）として、所定の遊離残留塩素濃度（例えば１ｍｇ（ミリグラム）／ｌ（リットル））を発生させる。上記電極７１により食塩水に通電すると、カソード電極では、
４Ｈ⁺＋４ｅ^-＋（４ＯＨ^-）→２Ｈ₂＋（４ＯＨ^-）
の反応が起こり、アノード電極では、
２Ｈ₂Ｏ→４Ｈ⁺＋Ｏ₂＋４ｅ^-
の反応が起こると同時に、
水に含まれる塩素イオン（水道水に予め添加されているもの）が、
２Ｃｌ^-→Ｃｌ₂＋２ｅ^-
のように反応し、さらにこのＣｌ₂は水と反応し、
Ｃｌ₂＋Ｈ₂Ｏ→ＨＣｌＯ＋ＨＣｌ
となる。

この電解水は第２ポンプ６５によりくみ出され、濃度調整槽６６に送られる。この濃度調整槽６６には塩素センサ（図示せず）が配置され、この塩素センサの出力に応じ、水道水貯留タンク６７から水が供給され、槽６６内が１０〜１０００ｐｐｍの濃度に調整され、散水器３２に供給される。

散水器３２から散水された電解水は、蒸発式補助熱交換器３０の表面（電解水接触部）に接触し、下に流れて、気液接触塔本体１００の下部に貯留される。ここには、上述した循環手段１０６が接続されている。この循環手段１０６は、フィルタ７３および第３ポンプ７４を含み、気液接触塔本体１００の下部に貯留した電解水は、第３ポンプ７４により、電解槽６４（供給手段）に環流される。

気液接触塔本体１００には、吸気部１０１を介して室内戻り空気が導入され、その空気は、排気部１０２を経て再び室内に戻される。そして、吸気部１０１は、吸気ダクト４４を含み、この吸気ダクト４４にはプレフィルタ４５、送風機４６が配置され、また、排気部（導入手段）１０２は、排気ダクト４７を含み、この排気ダクト４７にはミストトラップ４８が配設されている。

本構成では、電極７１に通電することで、殺菌力の大きいＨＣｌＯ（次亜塩素酸）が発生し、この次亜塩素酸は散水器３２を経て、気液接触促進部材（電解水接触部）３０１、３０２、３０３…に供給される。この散水器３２からの電解水は、気液接触促進部材３０１、３０２、３０３…の間を、プレート（気液接触促進部材）に沿って、上から下にむけて流れ落ちると共に、室内戻り空気は、送風機４６により送風されて下から上にむけて、プレートに沿って循環する。

これにより、ここを通過する空気中に浮遊するウィルスを不活化することができ、かつ、気液接触促進部材の表面で雑菌が繁殖することを防止できる。
また、ここを通過する際に、臭気も、電解水中の次亜塩素酸と反応し、イオン化して溶解し、空気中から除去されるため、脱臭される。ここで除菌、および脱臭された空気は、送風機４６により送風されて、排気ダクト４７を通じて、例えばアリーナやドーム等で呼称される多数の人が集まる大空間に戻される。
本構成では、クーリングタワー状の気液接触塔ｃを用いて、除菌された空気を室内に戻す構成としたため、除菌した空気を、大空間の遠くに飛ばすことが可能になり、大空間での空気除菌が効率よく達成される。

気液接触塔ｃでは、送風機４６により取入れた室内戻り空気と、上部の散水器３２より滴下される水を接触させる。そのため、気液接触塔内に取入れられた空気は、水の一部が蒸発した水蒸気を含み、高温多湿の空気となって排気部１０２に至る。
これを放置した場合、高温多湿の空気が大気中で冷却される過程で結露し、多量の霧となり白煙が発生する。本構成では、排気ダクト４７にミストトラップ４８が配設されたため、空気中のミスト分が除去される。したがって、冷却の過程で結露しなくなり、白煙の発生が抑制される。

気液接触促進部材３０１、３０２、３０３…は、スケールが付着しにくいように、セラミック材料により形成されている。
それでも万一スケールが付着した場合、プレート状の複数の気液接触促進部材３０１、３０２、３０３…が、ブロック状に組み合わせて配置されているため、気液接触促進部材をブロック単位で交換することができ、或いは、取り出してからスケールを除去する等、メンテナンスを容易にすることができる。

図２は、別の実施の形態を示す。
この実施の形態では、気液接触塔ｃが冷暖房装置と組み合わせて構成されている。この冷暖房装置は、室外ユニットａと、室内ユニットｂと、気液接触塔（クーリングタワーユニット）ｃとで構成されている。
１１は圧縮機、１２は四方弁、１３は熱源側熱交換器、１３ａは送風装置、１４は冷房用減圧装置、１５は暖房用減圧装置、１６は暖房時に冷房用減圧装置１４を閉止する逆止弁、１７は冷房時に暖房用減圧装置１５を閉止する逆止弁、１８は第１補助熱交換器であり、これらを環状に連接し、熱源側冷媒サイクルを形成している。１９は第２補助熱交換器で、第１補助熱交換器１８と熱交換するように一体に形成されている。２０は冷媒搬送装置で冷房と暖房で冷媒の流出方向が反対となる可逆特性を持っている。これらは、室外ユニットａに収納されている。

室内ユニットｂには、利用側熱交換器２３が収納され、この利用側熱交換器２３には接続配管４１，４２を介して第２補助熱交換器１９が環状に連接され、これにより、利用側冷媒サイクルが形成されている。

気液接触塔ｃの気液接触塔本体１００には、利用側冷媒サイクルの熱を放熱する蒸発式補助熱交換器３０が配置されている。
この蒸発式補助熱交換器３０は複数のプレート型熱交換器からなり、例えばブロック状に配列され、ブロック毎に交換、再生が可能である。この蒸発式補助熱交換器３０は、第２補助熱交換器１９と直列に設けられ、水の蒸発潜熱で冷媒を冷却するもので、後述するように電解水接触部となっている。３４ａ、３４ｂは蒸発式補助熱交換器３０へ利用側冷媒サイクルの冷媒流通を調整する三方流量弁である。

気液接触塔本体１００には、吸気部１０１を介して室内戻り空気が導入され、その空気は、排気部１０２を経て再び室内に戻される。そして、吸気部１０１は、吸気ダクト４４を含み、この吸気ダクト４４にはプレフィルタ４５、送風機４６が配置される。また、排気部（導入手段）１０２は、排気ダクト４７を含み、この排気ダクト４７にはミストトラップ４８が配設される。

気液接触塔ｃでは、送風機４６により取入れた室内戻り空気と、上部の散水器３２より滴下される水を接触させ、水が蒸発する際の潜熱を利用して、蒸発式補助熱交換器３０を冷却する。そのため、気液接触塔内に取入れられた空気は、水の一部が蒸発した水蒸気を含み、高温多湿の空気となって排気部１０２に至る。
これを放置した場合、高温多湿の空気が大気中で冷却される過程で結露し、多量の霧となり白煙が発生する。本構成では、排気ダクト４７にミストトラップ４８が配設されたため、空気中のミスト分が除去される。したがって、冷却の過程で結露しなくなり、白煙の発生が抑制される。

散水器３２に電解水を供給する供給手段１０５と、電解水を供給手段１０５に循環させる循環手段１０６とは、上記実施の形態と同様構成であるため、同一部品に同一符号を付して示し説明を省略する。

この構成では、電極７１に通電することで、殺菌力の大きいＨＣｌＯ（次亜塩素酸）が発生し、次亜塩素酸が散水器３２を経て蒸発式補助熱交換器３０の表面（電解水接触部）に供給される。よって、蒸発式補助熱交換器３０の表面で雑菌が繁殖することを防止でき、かつ、ここを通過する空気中に浮遊するウィルスを不活化することができる。また、ここを通過する際に、臭気も、電解水中の次亜塩素酸と反応し、イオン化して溶解することで、空気中から除去され、脱臭される。

散水器３２から散水された電解水は、蒸発式補助熱交換器３０の表面（電解水接触部）に接触し、下に流れて、気液接触塔本体１００の下部に貯留される。ここには、上記循環手段１０６が接続されている。

次に、冷暖房装置についてその動作を説明する。
外気温度が高い時の通常の冷房運転時は図中実線矢印の冷媒サイクルとなり、熱源側冷媒サイクルでは、圧縮機１１からの高温高圧ガスは四方弁１２を通り、熱源側熱交換器１３で放熱して凝縮液化し、逆止弁１６を通って冷房用膨張弁１４で減圧され、第１補助熱交換器１８で蒸発して四方弁１２を通り、圧縮機１１へ循環する。

この時、利用側冷媒サイクルの第２補助熱交換器１９と第１補助熱交換器１８が熱交換し、利用側冷媒サイクルのガス冷媒が冷却されて液化し、冷媒搬送装置２０に送られ、この冷媒搬送装置２０によって接続配管を通って利用側熱交換器２３へ送られて冷房して吸熱蒸発し、ガス化して接続配管を通って第２補助熱交換器１９に循環する。

また、外気温度が低い場合（例えば０度）の冷房運転時は、利用側冷媒サイクルの運転とともに必要に応じて三方流量弁３４ａ、３４ｂの開度を調整し、蒸発式補助熱交換器３０への冷媒流通を制御させる。
同時に第１、第２、第３ポンプ６２，６５，７４を運転し、供給手段１０５、並びに循環手段１０６を駆動させ、散水器３２を介して蒸発式補助熱交換器３０へ電解水を循環散布して電解水の蒸発潜熱で冷却し、液化した冷媒を冷媒搬送装置２０により利用側熱交換器２３へ流通し冷房するサイクルを形成する。

この時、冷房能力が不足する場合には、熱源側冷媒サイクルを適切な能力で運転し、三方流量弁３４ａで調整された冷媒を第２補助熱交換器１９で冷却し、三方流量弁３４ｂで合流して冷媒搬送装置２０へ送り、冷房する。

暖房運転時には、図中破線矢印の冷媒サイクルとなり、熱源側冷媒サイクルでは、圧縮機１１からの高温高圧冷媒は、四方弁１２から第１補助熱交換器１８に送られ、放熱して凝縮液化し、逆止弁１７から暖房用減圧装置１５で減圧し、熱源側熱交換器１３で吸熱蒸発し、四方弁１２を通って圧縮機１１へ循環する。この時、利用側冷媒サイクルの第２補助熱交換器１９と第１補助熱交換器１８が熱交換し、利用側冷媒サイクル内の液冷媒が加熱されてガス化し、利用側熱交換器２３へ送られ、暖房して放熱液化し、冷媒搬送装置２０へ送られ第２補助熱交換器１９へ循環する。
以上は、冷暖房装置の一例を示すものであり、これに限定されず、冷暖房装置の構成は、どのようなものであってもよい。

本実施形態では、電解水を供給する機構によって、気液接触塔の蒸発式補助熱交換器３０へ電解水を循環散布させ、そこに室内戻り空気を循環させ、電解水で除菌した空気を室内に戻すため、例えば幼稚園や小・中・高等学校や、介護保険施設や、病院等、アリーナやドーム等で呼称される多数の人が集まる大空間であっても、除菌された空気を、大空間の遠くに飛ばすことが可能になり、大空間での空気除菌が効率よく達成される。

以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、活性酸素種としてオゾン（Ｏ₃）や過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）を発生させる構成としても良い。この場合、電極として白金タンタル電極を用いると、イオン種が希薄な水から、電気分解により高効率に安定して活性酸素種を生成できる。
このとき、アノード電極では、
２Ｈ₂Ｏ→４Ｈ⁺＋Ｏ₂＋４ｅ^-
の反応と同時に、
３Ｈ₂Ｏ→Ｏ₃＋６Ｈ⁺＋６ｅ^-
２Ｈ₂Ｏ→Ｏ₃＋４Ｈ⁺＋４ｅ^-
の反応が起こりオゾン（Ｏ₃）が生成される。またカソード電極では、
４Ｈ⁺＋４ｅ^-＋（４ＯＨ^-）→２Ｈ₂＋（４ＯＨ^-）
Ｏ₂ ^-＋ｅ^-＋２Ｈ⁺→Ｈ₂Ｏ₂
のように、電極反応によりＯ₂ ^-が生成したＯ₂ ^-と溶液中のＨ⁺とが結合して、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）が生成される。

この構成では、電極に通電することにより、殺菌力の大きいオゾン（Ｏ₃）や過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）が発生し、これらオゾン（Ｏ₃）や過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）を含んだ電解水を作ることができる。この電解水中におけるオゾンもしくは過酸化水素の濃度を、対象ウィルス等を不活化させる濃度に調整し、この濃度の電解水が供給された部位に空気を通過させることにより、空気中に浮遊する対象ウィルス等を不活化することができる。また、臭気も気液接触塔を通過する際に、オゾンまたは過酸化水素と反応し、イオン化して溶解することで空気中から除去され、脱臭される。

水道水を電気分解することにより、電極上（カソード）にスケールが堆積した場合、電気伝導性が低下し、継続的な電気分解が困難となる。
この場合、電極の極性を反転（電極のプラスとマイナスを切り替える）させることが効果的である。カソード電極をアノード電極として電気分解することで、カソード電極上に堆積したスケールを取り除くことができる。この極性反転制御では、例えばタイマを利用して定期的に反転させてもよいし、運転起動の度に反転させる等、不定期的に反転させてもよい。また、電解抵抗の上昇（電解電流の低下、あるいは電解電圧の上昇）を検出し、この結果に基づいて、極性を反転させてもよい。

上記実施形態では、水道水貯留タンク６７による給水方式としたが、この水道水貯留タンク６７の代わりに、例えば水道管を接続して、市水を直接導く水配管給水方式としてもよいことは云うまでもない。
また、上記構成では、クーリングタワー（気液接触塔）に限定されるものではなく、例えば、不凍液を混入したブラインを利用してなる、いわゆるヒーティングタワー等にも適用が可能であることは云うまでもない。

本発明の一実施形態を示す回路構成図である。 本発明の別の実施形態を示す回路構成図である。

符号の説明

３０ 蒸発式補助熱交換器
３２ 散水器
４４ 吸気ダクト
４６ 送風機
４７ 排気ダクト
４８ ミストトラップ
６１ 飽和食塩水タンク
６２ 第１ポンプ
６３ 食塩水タンク
６４ 電解槽
６５ 第２ポンプ
６６ 濃度調整槽
７１ 電極
１００ 気液接触塔本体
１０１ 吸気部
１０２ 排気部（導入手段）
１０５ 供給手段
１０６ 循環手段
３０１、３０２、３０３… 気液接触促進部材（電解水接触部）

Claims (8)

1. 気液接触塔本体と、気液接触塔本体の散水器に電解水を供給する供給手段と、散水器から散水された電解水を供給手段に循環させる循環手段と、電解水により前記気液接触塔本体に導入した室内戻り空気を除菌し、この除菌空気を室内に導入する導入手段とを備え、
   前記供給手段が、水を電気分解する電解槽と、塩素センサが配置された濃度調整槽とを含み、塩素センサの出力に応じ、水道水貯留タンク又は水道管から濃度調整槽に水道水を供給して濃度調整槽内の電解水の濃度を所定濃度に調整することを特徴とする空気除菌装置。
2. 前記供給手段が、気液接触塔本体から水をくみ出すポンプと、このポンプでくみ出した水を電気分解する前記電解槽とを含み、この電解槽で生成した電解水を散水器に循環することを特徴とする請求項１記載の空気除菌装置。
3. 前記電解槽に食塩水タンクを接続し、この食塩水タンクから電解槽に食塩水を供給することを特徴とする請求項１または２に記載の空気除菌装置。
4. 前記電解槽と前記散水器との間に前記濃度調整槽を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の空気除菌装置。
5. 飽和食塩水タンクを備え、この飽和食塩水タンクから食塩水タンクに食塩水を供給することを特徴とする請求項３または４に記載の空気除菌装置。
6. 前記気液接触塔本体の空気の出口にミストトラップを備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の空気除菌装置。
7. 前記電解水が活性酸素種を含み、この活性酸素種が次亜塩素酸、オゾンまたは過酸化水素のうち少なくとも一の物質を含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の空気除菌装置。
8. 定期的、或いは所定の条件下で不定期に前記電解槽の電極極性を反転させることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の空気除菌装置。

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