JP6978813B1 - 空間除菌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一般企業や家庭で使用できる、室内空気の除菌を行う装置を提供する。【解決手段】空間除菌装置１は、内部空間２に、切欠３を有する、複数の仕切板４ａ〜４ｅにより構成される通路５を設け、上部に排気孔６、底部に吸気孔７を有する筐体８と、吸気孔７から空気を吸い込み、排気孔６から排出させる送風機９と、筐体８の上部領域に配置され、紫外線を発生する紫外線発生部１０と、筐体８の下部領域に配置され、オゾンを発生するオゾン発生部１１と、を備え、吸気孔７からの空気を、通路５に沿って、下方から上方に向かって、ジグザグに上昇させ、オゾン発生部１１からのオゾンに曝露させること、曝露された空気を紫外線発生部１０からの紫外線に当て、オゾンを分解すること、この空気を排気孔６から排出させることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、人が集まる空間の除菌、消臭を行う空間除菌装置である。

非特許文献１に示す通り、紫外線殺菌システムの殺菌効果評価のためのCFD解析方法が提案されている。

紫外線とオゾンを使って空気を殺菌し、オゾンを分解することは、特許文献１と特許文献２に記載されている。

特許文献１の発明は、空気殺菌・脱臭を行うことができるとともに、オゾンの外部への漏れを著しく低減することの可能な空気清浄機を提供する。この発明は、空気流入口と空気流出口とを有する筐体内において、空気流入口近傍に第１紫外線ランプが設置され、空気流出口近傍に第２紫外線ランプが設置されており、第１紫外線ランプは、波長が２５０〜２７０ｎｍ帯域（例えば波長２５４ｎｍ）の紫外線と、波長が１００〜２２０ｎｍ帯域（例えば波長１８５ｎｍ）の紫外線とを発生し、第２紫外線ランプ２２は、波長が２５０〜２７０ｎｍ帯域（例えば波長２５４ｎｍ）の紫外線のみを発生する。

特許文献２の空気浄化装置は、通気体を有する。通気体の両端にはそれぞれ開口が形成されており、開口それぞれにはフィルタ設けられている。通気体は、その内部を空気が通過するようになっている。通気体の内部には、送風機と、複数の紫外線ランプと、オゾンランプと、複数の光触媒フィルタとが配設されている。

特開２０１３−１５３８９７号公報 特許第６００９５８５号公報

成旻起ら、「紫外線殺菌システムの殺菌効果評価のためのCFD解析方法の検討」、2008.8.27〜29、空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集、p.2047〜2050

従来の紫外線除菌機では波長、光量共に人体への影響があり、消毒、除菌を目的とした地肌への直接照射に適した技術体系では無く、従来の技術では空調を利用し、一度、室内の空気を吸い出し紫外線に晒す機構であり、装置の工事、使用できる環境の限定、装置費用の高騰等のマイナス要素を兼ね、一般企業や家庭などの導入は、購入負荷やメンテナンス負荷などの負担がかかってしまっていた。実稼働まで至ったとしても、空気の除菌であるため、飛沫や循環しきらない埃等の殺菌には不向きであった。又、オゾンに関しても曝露量に規制があり、多量を人の介在する環境に発生させると体調不良を起こす等、扱いが難しい技術となっているのが現状である。

そこで、本発明の課題は、一般企業や家庭で使用できる、空間の除菌を行う装置を提供することである。

本発明は、下部に吸気孔、上部に排気孔を有し、内部空間に、切欠を有する複数の仕切板を横方向に設置し、前記吸気孔から前記排気孔に至る通路を設ける筐体と、前記吸気孔から空気を吸い込み、上方に排出する送風機と、前記内部空間の上部領域に配置され、紫外線を発生することによりオゾンを分解する紫外線発生部と、前記内部空間の下部領域に配置され、オゾンを発生し、空気を殺菌するオゾン発生部と、前記排気孔から流出する空気を加速させる、前記排気孔に向かって前記通路の断面積が縮減するオリフィス又はノズルを有する流体加速機構と、を備え、前記吸気孔から吸い込んだ空気を、前記通路に沿って、下方から上方に向かって、曲がりくねらせて上昇させ、前記オゾン発生部からのオゾンに曝露させること、該曝露された空気を前記紫外線発生部からの紫外線に当て、前記オゾンを分解すること、及び、前記排気孔から流出する空気を天井に吹き付けることで、ダウンフローを発生させ、室内の下部に押し下げられた空気は、再び、前記吸気孔から吸気し、前記オゾンの暴露と分解を行うことを特徴とする空間除菌装置である。

この構成により、上部の排気孔により天井へ向け除菌済み空気を排出し、天井に吹き付けることで、ダウンフロー（下降気流）を発生させ、細菌を含んだ汚染空気を室内下部に押し下げる。室内下部に押し下げられた空気は、再度、装置に吸気され、室内に対流、循環を生み、室内の空気の全体的で持続的な循環を実現し、常に清潔な空気を排出し続けることにより、空間の除菌を行うことができる。このダウンフローの発生により、空気中の飛沫やエアロゾルを人の頭の高さから共に離し、エアロゾルの抑制を実現し、感染予防を行う。オゾンを使っているため、除菌に加えて、消臭をすることもできる。

従来のオゾン除菌機と違い、紫外線を当てて空気の除菌、消臭に使用したオゾンを分解することにより、オゾンが室内に直接排出されないため、人体に与える健康上の影響を抑制することができる。

本発明の層別構造の仕切板により除菌、消臭、無害化のプロセスを円滑に行い、常に同条件の空気の排出を実現した。筐体の吸気孔より吸い上げた空気を装置内で層別の仕切板に通し、オゾン発生部により発生させた低濃度のオゾンに菌を曝露する。これにより、菌の活性力を弱め、装置上層部で紫外線による殺菌が行われるため、排出される空気には活性菌の減少、死滅が確認された。「低濃度のオゾン」とは、０．１〜０．８ｐｐｍの濃度を意味する。

電気がありさえすれば、建物内で換気の必要なく使用できる。下部にキャスタがついているため移動が簡単であり場所を選ばない上、置き場を選ばないため使用状況に合わせて、室内を自由に行き来できる。仕切板にステンレス鋼を使用すれば、腐食に強く清掃が簡単である。それらの全ての要素が人の介在する空間に必要とされている現代、様々な接客業や会社形態に適用可能なシステムを提供できる。

前記上部領域の仕切板を透明な材質とする。

この構成により、紫外線によるオゾンの分解効果を高めることができる。

前記紫外線発生部と前記オゾン発生部を仕切る仕切板を不透明な材質とする。

この構成により、オゾンの曝露領域に紫外線発生部からの紫外線を当てないようにすることができる。

前記紫外線発生部の紫外線の波長が２６０〜４００ｎｍである。

この構成により、紫外線発生部の紫外線によりオゾンの分解、及びオゾンで除菌しきれなかった細菌の除菌を行うことができる。

前記オゾン発生部が、紫外線によりオゾンを発生させるものであり、該紫外線の波長が１００〜２４０ｎｍである。

この構成により、オゾンを効果的に発生することができ、０．１〜０．８ｐｐｍの低濃度のオゾンを安定的に発生させることができる。

前記排気孔から流出する空気を加速させる流体加速機構を備える。流体加速機構としては、オリフィス等が例示される。

この構成により、室内のダウンフローの流速を増幅できる。

具体的には、本発明は、自立型の装置で下部に吸気口、上部に空気の排気孔があり、下部についた車輪により機器の移動が可能である。装置内部は空洞になっており、仕切板によりジグザグの通路を有し、内部に複数の層を形成する。内部にはオゾン発生用のUV管、紫外線発生用のUV管、ファンがあり、それらで除菌、消臭を行う。

この具体例では、装置下部のファンが室内の空気を筐体内に吸入し、装置内部を通す。装置下層部のオゾン発生用のUV管からオゾンを発生させ、空気の除菌や消臭を行う。オゾンにより除菌や消臭を行った空気に、装置上層部の紫外線発生用のUV管で発生する紫外線を当て、オゾンの分解、及びオゾンで除菌しきれなかった細菌の除菌を行う。

筐体内の上部領域に紫外線を透過させるための透明の仕切板があり、下部領域に不透明の仕切板がある。紫外線の装置外への排出を防ぐための有色の仕切板を設けている。装置の下部に運搬用キャスタを備えている。

天井から床にかけてダウンフローを生じることで、一般企業や家庭で使用できる空間の除菌、消臭を行う装置を提供することができる。筐体内の空気の通路の長さを長くできるので、オゾンによる室内の空間の効果的な除菌、消臭が可能であり、紫外線によりオゾンを効果的に無害化できるため、人が介在する空間においても使用することができる。

本発明実施形態の空間除菌装置の内部構造を示す斜視図である。 （ａ）（ｂ）は、同装置の外観斜視図である。 同、縦断面図である。 同、使用状態参考図である。 本発明の他の実施形態の空間除菌装置の縦断面図である。

本発明実施形態の空間除菌装置１（以下、装置１という。）は、内部空間２に、切欠３を有する、複数の仕切板４ａ〜４ｅにより構成される通路５を設け、上部に排気孔６、底部に吸気孔７を有する筐体８と、吸気孔７から空気を吸い込み、排気孔６から排出させる送風機９と、筐体８の上部領域に配置され、紫外線を発生する紫外線発生部１０と、筐体８の下部領域に配置され、オゾンを発生するオゾン発生部１１と、を備えている。

装置１は、吸気孔７からの空気を、通路５に沿って、下方から上方に向かって、ジグザグに上昇させ、オゾン発生部１１から発生したオゾンに曝露させること、曝露された空気を紫外線発生部１０から発生した紫外線に当て、オゾンを分解すること、この空気を排気孔６から排出させることを特徴とする。以下、各要素を詳細に説明する。

切欠３は各仕切板４ａ〜４ｅに設けられ、好ましくは端部に設けられる。図３に示す通り、ここでは、互い違いに切欠３が設けられることで、ジグザグの通路５を設けている。仕切板４ｅは両端部に切欠３を設けている。この切欠３は、短手方向と長手方向とを備えて、所定の幅と長さを有し、その寸法は適宜設定できる。

仕切板４ａ〜４ｅが層別に横方向に配置され、前板８ｃ、後板８ｄ、及び/又は側板８ｅ、８ｆの内側に固定されている。仕切板４ａ〜４ｄのそれぞれの片側に切欠３を備え、仕切板４ｅの両側に切欠３を備えている。仕切板４ｃ、４ｄを透明な材質、例えば、透明アクリル体とし、仕切板４ａ、４ｂ、及び４ｅを不透明な材質、例えば、ステンレス板又は黒色アクリル体とする。

仕切板４ａは、内部の仕切り板であり、ステンレス製の不透明な板である。筐体８内の空気の流れを制限し一定方向にのみ動くようにするものである。仕切板４ａが不透明であり、紫外線を透過しないため、紫外線が装置１下部から漏れ出ることを防止することができる。仕切板４ａの材質としては、紫外線を透過せず、オゾンにより腐食されないものであればよく、黒色等の有色で不透明なアクリル体、木、非鉄金属等も採用可能である。オゾンにより腐食されるものであっても、オゾンによって腐食されない材料、例えばフッ素樹脂等を表面にコーティングしたものであれば採用可能である。

仕切板４ｂは、内部の仕切り板であり、ステンレス製の不透明な板である。筐体８内の空気の流れを制限し一定方向にのみ動くようにするものである。仕切板４ｂが不透明であり、紫外線を透過しないため、仕切板４ｂの上の通路を通過している空気にオゾン発生部１１の紫外線が当たらないようにすることができる。仕切板４ｂの材質としては、仕切板４ａと同様のものを採用可能である。

仕切板４ｃは、内部の仕切り板であり、透明アクリル体である。筐体８内の空気の流れを制限し一定方向にのみ動くようにするものである。仕切板４ｃが透明であり、紫外線を透過するため、仕切板４ｃの下の通路を通過している空気にも紫外線発生部１０の紫外線を当てることができ、オゾンを分解する領域を拡大することができる。これにより、オゾンの分解が促進される。

仕切板４ｄは、内部の仕切り板であり、透明アクリル体である。筐体８内の空気の流れを制限し一定方向にのみ動くようにするものである。仕切板４ｄが透明であり、紫外線を透過するため、仕切板４ｄの下の通路を通過している空気にも紫外線発生部１０の紫外線を当てることができ、オゾンを分解する領域が拡大することができる。これにより、オゾンの分解が促進される。

最上層の仕切板４ｅは、両側に一対の切欠３が設けられたステンレス製の不透明な板であり、紫外線の外部への流出を防ぎ、上部の排気孔６より内部空間２に落下する物体から装置１の内蔵物を保護するものである。切欠３の個数や位置は適宜、設定できる。仕切板４ｅの材質としては、紫外線を透過せず、オゾンにより腐食されず、排気孔６より内部空間２に落下する物体から装置１の内蔵物を保護できるものであればよく、黒色等の有色で不透明なアクリル体、木、非鉄金属等も採用可能である。オゾンにより腐食されるものであっても、オゾンによって腐食されない材料、例えばフッ素樹脂等を表面にコーティングしたものであれば採用可能である。

通路５は、装置１の内部空間２に仕切板４ａ〜４ｅが配置されていることにより、下方から上方に向かってジグザグとなっているため、通路５を流れる空気が加速と減速を繰り返すことで、紫外線の効果を高めることができる。

排気孔６は、除菌、消臭済みの空気を排出するものである。

吸気孔７は、装置１内への吸気を行うためのものである。

筐体８は、ボディーであり、装置１の内部空間２を構築するためのベース部品であり、内部空間２で発生する紫外線を乱反射させてロスを減らすため、及び内蔵物保護のための外装である。

この筐体８は、内部空間２を包む、上板８ａと、底板８ｂと、前板３ｃと、後板３ｄと、側板８ｅ、８ｆと、を備えている。底板８ｂは、送風機９、吸気孔７等を取り付けるベースであり、内蔵物の破損を防ぐものである。

送風機９は、吸気ファン又は吸気ブロワであり、装置１の下部の吸気孔７より空気を吸入するものである。

紫外線発生部１０は、波長が２６０〜４００ｎｍである、オゾン分解用の紫外線を発生するUV管を備え、内部空間２で発生させたオゾンが、外部に漏れ出さないようにオゾンの分解を行い、無害化するものであり、通路５の仕切板４ｄ、４ｅで画定される領域に配置される。紫外線発生部１０の紫外線により、オゾンで除菌し切れなかった菌を死滅させることもできる。仕切板４ｂ、４ｅが不透明であり、仕切板４ｃ、４ｄが透明であるため、通路５の仕切板４ｂ〜４ｅで画定される領域を通過する空気に紫外線発生部１０で発生させた紫外線を当てることができる。紫外線発生部１０が発生させる紫外線の波長が２６０ｎｍよりも長いため、オゾンの発生を防止することができ、紫外線の波長が４００ｎｍよりも短いため、オゾンの分解をすることができる。紫外線発生部１０が発生させる紫外線の波長範囲としては、２８０〜３００ｎｍであることがより好ましく、この波長範囲であれば、オゾンの発生の防止とオゾンの分解をより効果的に行うことができる。

オゾン発生部１１は、波長が１００〜２４０ｎｍである、オゾン発生用の紫外線を発生するUV管を有し、紫外線を利用してオゾンを発生させるものであり、通路５の仕切板４ａ、４ｂで画定される領域に配置される。仕切板４ａ、４ｂが不透明であるため、通路５の仕切板４ａ、４ｂで画定される領域を通過する空気にオゾン発生部１０で発生させた紫外線を当てることができる。オゾン発生部１１が発生させる紫外線の波長が１００ｎｍよりも長いため、オゾンを発生することができ、紫外線の波長が２４０ｎｍよりも短いため、オゾンの分解を防止することができる。オゾン発生部１１が発生させる紫外線の波長範囲としては、２００〜２２０ｎｍであることがより好ましく、この波長範囲であれば、オゾンの発生とオゾンの分解の防止をより効果的に行うことができる。オゾン発生部１１としては、沿面放電、又は無声放電によりオゾンを発生させる装置等の公知のものを採用することも可能である。

流体加速機構１３は、排気孔６に向かって断面積が縮減するオリフィス又はノズルを備え、装置１内で生成された除菌、消臭済み空気の流速を加速させ、室内１００の天井１０１へ向けて噴出するための機構である。流体加速機構１３は、上板８ａから排気孔６の下側領域に配置されている。流体加速機構１３の筐体の断面積は、筐体８の断面積よりも小さく設定されている。

ブレーカースイッチ１４は、漏電時や施設停電時に自動で断電し装置１の勝手な稼働を防ぎ、非使用時に電源を落とすものである。

キャスタ１５は、装置１の移動のための機構であり、筐体８の下部と装置１を設置する床面とに隙間を空け、吸気孔７への空気の流入量を増加するものである。

把手１６は、キャスタ１５による移動を支援するものである。前板８ｃの右上にランプ１７が設けられ、運転時に点灯するようになっている。

以上説明した装置１によれば、図４に示す通り、上部の排気孔６により室内１００の天井１０１へ向け除菌済み空気を排出し、天井１０１に吹き付けることで、ダウンフローを発生させ、細菌を含んだ汚染空気を室内１００の下部に押し下げる。室内１００の下部に押し下げられた空気は、再度、装置１に吸気され、室内１００に対流、循環を生み、室内１００の空気の全体的で持続的な循環を実現し、常に清潔な空気を排出し続けることにより、室内１００の除菌を行うことができる。このダウンフローの発生により、空気中の飛沫やエアロゾルを人の頭の高さから共に離し、エアロゾルの抑制を実現し、感染予防を行う。オゾンを使っているため、除菌に加えて、消臭をすることもできる。

従来のオゾン除菌機と違い、空気の除菌、消臭に使用したオゾンを紫外線で分解することにより、オゾンが室内１００に直接排出されないため、人体に与える健康上の影響を抑制することができる。

装置１の層別構造の仕切板４ａ〜４ｅにより、ジグザグ状に曲がりくねらせて、空気を流すので、除菌、消臭、無害化のプロセスを円滑に行うことができ、常に同じレベルで除菌、消臭された空気の排出を実現した。吸気孔７より吸い上げた空気を装置１内で層別の仕切板４ａ〜４ｅの周辺の通路５に通し、オゾン発生部１１により発生させた０．１〜０．８ｐｐｍの低濃度のオゾンに菌を曝露する。これにより、菌の活性力を弱め、装置１の上層部で紫外線による殺菌が行われるため、排出される空気には活性菌の減少、死滅が確認された。

電気供給源さえ有れば、建物内で換気の必要なく使用できる。下部にキャスタ１５がついていて、把手１６を備えていることにより、移動が簡単であり、置き場所を選ばないため、使用状況に合わせて、室内１００を自由に行き来できる。仕切板４ａ、４ｂ、４ｅにステンレス板を使用しているので、腐食に強く清掃が簡単である。これにより、様々な接客業や会社形態に適用可能なシステムを提供できる。

仕切板４ａを不透明な材質とするので、オゾン発生部１１からの紫外線が装置１下部から漏れ出ることを防止することができる。仕切板４ｃ、４ｄを透明な材質とするので、紫外線発生部１０からの紫外線によるオゾンの分解効果を高めることができる。

紫外線発生部１０とオゾン発生部１１を仕切る仕切板４ｂを不透明な材質とするので、オゾンの曝露領域に紫外線発生部１０からの紫外線を当てないようにすることができる。仕切板４ｅを不透明な材質とすることにより、紫外線の装置１外部への流出を防ぐことができる。仕切板４ｅが最上層に配置されているため、排気孔６より内部空間２に落下する物体から装置１の内蔵物を保護することができる。

紫外線発生部１０の紫外線の波長が２６０〜４００ｎｍであるので、オゾンの分解及び空気の除菌を効果的に行うことができる。

オゾン発生部１１の紫外線の波長が１００〜２４０ｎｍであるので、オゾンを効果的に発生することができ、０．１〜０．８ｐｐｍの低濃度のオゾンを安定的に発生させることができる。

排気孔６から流出する空気を加速させる流体加速機構１３を備えるので、室内１００内のダウンフローの流速を増幅できる。

本発明の他の実施形態である空間除菌装置２００について、図５を参照して説明する。この他の実施形態は上記実施形態とは、概ね共通しているが、仕切板４ａ〜４ｅの切欠３と、仕切板２０４ａ〜２０４ｅの切欠２０３とは、その位置や数が相違し、その通路２０５が変更されている。仕切板２０４ａの右端部と中央部に切欠２０３が設けられている。仕切板２０４ｂの両端部と中央部に切欠２０３が設けられている。仕切板２０４ｃの両端部と中央部に切欠２０３が設けられている。仕切板２０４ｄの両端部と中央部に切欠２０３が設けられている。仕切板２０４ｅは仕切板４ｅと同様である。

本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において、改変等を加えることが出来るものであり、それらの改変、均等物等も本発明の技術的範囲に含まれる。本発明の筐体８は、内部が空洞の柱状の構造体が例示されるが、丸形等の他の適宜の形状を採択可能である。筐体８が、オゾン発生部１１を備える箱体と、紫外線発生部１０を備える箱体と、の２つに分かれており、孔や管等を介して２つの箱体の内部空間が連通するように、それらを接続したものであってもよい。切欠３、仕切板４ａ〜４ｅの位置や枚数や材質は適宜、採択が可能である。

本発明は人の集まる空間での細菌感染リスクの低減、空気の除菌、清浄を目的とし開発され、会議室や学校、待合室など人が複数集まることが想定される場所を目的に作られている。使用例として、会議室での会議、打ち合わせ、商談等の場面、喫煙所等の局所空間、病院の待合室、学校での授業中の教室、小規模店舗等の店員と客の距離の近い環境等に適用されることから、その産業上の利用可能性は、大である。

１、２００・・・空間除菌装置
２・・・内部空間
３、２０３・・・切欠
４ａ〜４ｅ、２０４ａ〜２０４ｅ・・・仕切板
５、２０５・・・通路
６・・・排気孔
７・・・吸気孔
８・・・筐体
８ａ・・・上板
８ｂ・・・底板
８ｃ・・・前板
８ｄ・・・後板
８ｅ、８ｆ・・・側板
９・・・送風機
１０・・・紫外線発生部
１１・・・オゾン発生部
１３・・・流体加速機構
１４・・・ブレーカースイッチ
１５・・・キャスタ
１６・・・把手
１７・・・ランプ
１００・・・室内
１０１・・・天井

Claims (3)

1. 下部に吸気孔、上部に排気孔を有し、内部空間に、切欠を有する複数の仕切板を横方向に設置し、前記吸気孔から前記排気孔に至る通路を設ける筐体と、
   前記吸気孔から空気を吸い込み、上方に排出する送風機と、
   前記内部空間の上部領域に配置され、紫外線を発生することによりオゾンを分解する紫外線発生部と、
   前記内部空間の下部領域に配置され、オゾンを発生し、空気を殺菌するオゾン発生部と、
   前記排気孔から流出する空気を加速させる、前記排気孔に向かって前記通路の断面積が縮減するオリフィス又はノズルを有する流体加速機構と、を備え、
   前記吸気孔から吸い込んだ空気を、前記通路に沿って、下方から上方に向かって、曲がりくねらせて上昇させ、前記オゾン発生部からのオゾンに曝露させること、
   該曝露された空気を前記紫外線発生部からの紫外線に当て、前記オゾンを分解すること、
   及び、前記排気孔から流出する空気を天井に吹き付けることで、ダウンフローを発生させ、室内の下部に押し下げられた空気は、再び、前記吸気孔から吸気し、前記オゾンの暴露と分解を行うことを特徴とする空間除菌装置。
2. 前記上部領域の仕切板を透明な材質とし、前記紫外線発生部と前記オゾン発生部を仕切る仕切板を不透明な材質とする請求項１に記載の空間除菌装置。
3. 前記紫外線発生部の紫外線の波長が２６０〜４００ｎｍであり、前記オゾン発生部が、紫外線によりオゾンを発生させるものであり、該紫外線の波長が１００〜２４０ｎｍである請求項１又は２に記載の空間除菌装置。

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