JP7364800B2 - 空気除菌装置およびそれを用いた空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気除菌装置およびそれを用いた空気調和装置に関する。

家やオフィス、工場および商業施設などの屋内、飛行機や鉄道、船舶および車などの輸送手段の車内において、浮遊する塵埃や細菌、ウイルス等の多くは、換気等により外部に自然排出されるが、一部は屋内、車内にとどまり、空調機による空気の循環によって拡散することが懸念される。近年、たびたび発生する新型感染症等への関心の高まりから、屋内、車内に残留する細菌・ウイルス等を従来以上に低減することが強く求められている。

波長が２００ｎｍ～３００ｎｍの深紫外線は、細菌やカビの殺菌、ウイルスの不活化、花粉などのアレルゲンの不活化に効果があることが知られている。

例えば特許文献１には、紫外線を使用して循環する空気中の細菌・ウイルスなどを殺菌（不活化）する技術が開示されている。

特許第６５８７７８３号明細書

特許文献１には、細菌・ウイルスなどを不活化する紫外線の光源として、紫外線発光ダイオード（以降、紫外線ＬＥＤと略す）を用いることが示されている。紫外線ＬＥＤは、比較的寿命が長く安価であるというメリットがある反面、一般的には紫外線ＬＥＤから照射される紫外線の強度が低いというデメリットもある。

空気中の細菌・ウイルスなどを効率的に不活化するためには、細菌・ウイルスなどを含む空気を高い紫外線光線密度の空間（不活化空間）に取り入れて、細菌・ウイルスなどに十分な強度の紫外線を照射する必要がある。そのような不活化空間を、紫外線ＬＥＤを用いて創成するには、紫外線ＬＥＤを複数個実装したり、紫外線ＬＥＤから出射された紫外線を反射させて細菌・ウイルスなどに照射する反射鏡を設けるほか、空気の流れに対して紫外線の照射時間を長く確保するなどの工夫も必要になる。

複数の紫外線ＬＥＤや反射鏡を配置するスペースを確保するとともに、空気中に含まれる細菌・ウイルスなどに紫外線を照射する時間を長く確保するには、不活化空間を空気の流れ方向に沿って極力長く確保することが一案である。

さらに空気調和装置または空気清浄機に、細菌・ウイルスなどを不活化する紫外線照射装置を組み込むことで、複数の機能を実現できる複合装置を提供できる。その場合、複合装置の小型化を図るべく、空気調和装置または空気清浄機の内部ダクト内の空間を、紫外線照射装置の不活化用空間として利用することもできる。

しかしながら、一般的な空気調和装置または空気清浄機の内部ダクトにおいては、単位時間当たり多量の空気を流す必要があり、その送風抵抗の低減も重要な課題である。一般的な空気調和装置などでは、熱交換器の熱交換性能を向上させつつ送風抵抗を低減するため、空気が流れる断面の断面積を大きく確保している。したがって、空気調和装置などの内部ダクト内を不活化空間として用いた場合、流れる空気に対して十分な量の紫外光を照射するためにダクト長を延長すると、送風抵抗の増大を招くという問題が生じる。

本発明は、従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、送風抵抗の増大を抑制しつつ、循環する空気中の塵埃や細菌・ウイルス等に、効率的に紫外線を照射することができる空気除菌装置ならびにそれを用いた空気調和装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、代表的な本発明の空気除菌装置の一つは、
内部を空気が通過する枠と、
所定の発散角を持つ紫外光を出射する紫外線光源と、
前記紫外光を反射して、前記枠内を通過する空気に向かって照射する鏡面と、を有し、
前記枠の空気が通過する方向の厚さは、前記枠の内周に接する円の直径よりも小さく、
前記紫外線光源から出射された紫外光が前記鏡面で反射したときに、その反射光は、少なくとも前記枠の厚さ方向において前記発散角よりも小さな発散角または収束角を持ち、
３つ以上の奇数個の前記紫外線光源が、前記枠の内面に埋め込まれ前記枠の周方向に沿って等間隔に配置されており、前記紫外線光源の出射面は、前記枠の内側を向いており、
前記枠の内面が前記鏡面であり、前記鏡面は、凹状の球面または放物面を含み、
前記枠の厚さ方向に平行な断面において、前記紫外線光源から出射された紫外光が、前記枠の中心を挟んで前記紫外線光源に対向する前記鏡面で反射されたのち、平行に進行する、ことにより達成される。

本発明によれば、送風抵抗の増大を抑制しつつ、循環する空気中の塵埃や細菌・ウイルス等に、効率的に紫外線を照射することができる空気除菌装置ならびにそれを用いた空気調和装置を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

図１は、本発明の第１の実施形態の空気除菌装置の斜視図である。 図２は、本発明の第１の実施形態の空気除菌装置の軸線方向における断面図である。 図３は、本発明の第１の実施形態の空気除菌装置の軸線直交方向における断面図である。 図４は、本発明の第２の実施形態の空気除菌装置の斜視図である。 図５は、本発明の第２の実施形態の空気除菌装置の軸線方向における断面図である。 図６は、本発明の第２の実施形態の空気除菌装置の軸線直交方向における断面図である。 図７は、本発明の第３の実施形態の、空気除菌装置の実装構造を示す図である。 図８は、本発明の第３の実施形態の、空気除菌装置を用いたダクト構成の断面図である。 図９は、本発明の第３の実施形態の、空気除菌装置を用いたダクト構成の部分カットモデルを示す図である。 図１０は、本発明の第３の実施形態で用いられているフィンチューブ熱交換器の構成要素を示す図である。 図１１は、本発明の第４の実施形態の、空気除菌装置を用いた空気調和装置の構成を示す図である。 図１２は、本発明の第５の実施形態の、空気調和装置またはダクトへの空気除菌装置の実装図である。 図１３は、本発明の第６の実施形態の空気除菌装置の斜視図である。 図１４は、本発明の第６の実施形態の空気除菌装置の軸線方向における断面図である。 図１５は、本発明の第６の実施形態の空気除菌装置の軸線直交方向における断面図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態を、図１、図２および図３を用いて説明する。図１は、第１の実施形態にかかる空気除菌装置の斜視図である。また図２および図３は、空気除菌装置の断面構造を示す図である。しかし、これらの実施形態によって、本発明が限定されるものではない。

図１に示す様に、本実施形態の空気除菌装置は、円筒状の枠２１の内側に紫外線光源２０として紫外線ＬＥＤを、周方向に沿って複数個実装している。紫外線光源２０は、不図示の電源から給電を受けて、枠２１の径方向内側を向いた出射面より紫外光を出射可能となっている。枠２１の内面は、鏡面部２２となっている。鏡面部２２は、紫外線光源２０が配置された領域を除いて鏡面２２ａを有する。鏡面２２ａは、紫外線光源２０から出た紫外光を高い反射率で反射できるようになっている。鏡面２２ａは、紫外線光源２０から径方向内側に向けて出射された紫外光を繰り返し反射することによって、枠２１の円筒内側に留め、円筒内面の紫外光線密度を高める機能を有する。

空気の流れ７の矢印が示す方向に、空気が流れる。つまり、円筒形の枠２１の厚さ方向（すなわち軸方向）に、空気は流れる。

また図１に示す様に、枠２１の円筒内周面の直径は、枠２１の軸方向厚さよりも大きい。これは、空気調和装置などの空気が流れるダクトには、熱交換器やフィルターなどの構造物があり、かかる構造物との干渉を避けるため、そのダクト内の空いた空間に実装する空気除菌装置は、空気の流れに対して薄い形状のほうが好ましいためである。また、枠２１の軸方向厚さを薄くすることで、送風抵抗の増大を抑制できる。

紫外線光源２０から出射される紫外線は、２００ｎｍから３００ｎｍ程度の波長を有する特に深紫外線と呼ばれる紫外線であり、細菌やウイルスなどに照射されることで、その形成物質であるタンパク質を破壊する。このため、細菌やウイルス等に２００ｎｍ～３００ｎｍ程度の波長の紫外線を当てることで、不活性化が可能となる。

紫外光の波長によって細菌やウイルスなどが不活化するのに必要なエネルギー量は異なるが、２００ｎｍから３００ｎｍ間のいずれかの波長の紫外光であれば、所定量を照射することにより細菌及びウイルスなどを不活化することが可能である。現在、深紫外線を照射するＬＥＤとして、２８０ｎｍの波長の光を出力する製品が上市されており、とくに本実施形態では、この２８０ｎｍ以下の波長の紫外線ＬＥＤを実装することを想定している。

細菌やウイルスなどに一定のエネルギーの紫外光を照射し不活化するには、紫外光線密度と照射時間を確保する必要があるが、流れる空気中でしかも流れ方向に厚さのない照射空間では、照射時間を確保することが困難であり、そのため紫外光線密度を高めることが重要である。

図２は、図１で示す円筒形の空気除菌装置を、厚さ方向に平行な断面で切った断面図である。この図２に示す様に、紫外線光源２０は、枠２１の内面側で厚さ方向の中央に複数個埋め込まれるように設置されている。そして枠２１の内面は、紫外線光源２０を除き鏡面部２２であり、鏡面部２２は、図２に示す断面で切ったとき、外側に膨らむような凹面の曲面形状の鏡面２２ａを有している。紫外線光源２０である紫外線ＬＥＤから出射された紫外光は、一定の角度を有して広がる発散光となっている。この広がり角度(半値角とする)は、たとえば４０°から６０°であると好ましい。

紫外線光源２０から出射された紫外光は、所定の発散角で枠２１の厚さ方向外側に広がりながら進行し、その光軸は枠２１の軸線と直交しつつ、対向する鏡面（凹面）２２ａによって厚さ方向内側に向かって（少なくとも枠２１の厚さ方向において、紫外線光源２０から出射された紫外光の発散角よりも小さな発散角（発散角が０°である場合を含む）または収束角で）反射するため、枠２１の外へ漏れる光の量を抑制することができ、枠２１の内側における紫外光線密度を高めることができる。

この鏡面（凹面）２２ａの形状としては、曲率半径を、この枠２１の内面の直径と同等とする円弧としても良い。このような球面形状にすると、鏡面（凹面）２２ａで反射した紫外光は、対向する面の近辺で焦点を結ぶこととなるので、より枠２１の外側へ漏れる光の量を抑制できる。

また、この鏡面（凹面）２２ａの形状としては、枠２１の厚さ方向に平行な断面において、紫外線光源２０から広がりをもって出射された紫外光が、鏡面（凹面）２２ａで平行に反射されるような、入射する紫外光の光軸を中心とする放物面、つまりパラボロイド構造としても良い。このような形状にすると、鏡面（凹面）２２ａで反射した紫外光は、次に対向する鏡面（凹面）２２ａで反射した際に、対向する面の近辺で焦点を結ぶこととなるので、より枠２１の外側へ漏れる光の量を抑制できる。

図３は、図１で示す円筒形の空気除菌装置を、厚さ方向に垂直な断面で切った断面図である。この図３に示す様に、紫外線光源２０は枠２１の内面側に、周方向に沿って均等に奇数個配置され、とくに紫外線光源２０の対向する面には紫外線光源２０を配置していない。仮に、紫外線光源２０の対向する面に紫外線光源２０を配置した場合、それにより紫外光が吸収され反射率が低下する恐れがある。紫外線光源２０を枠２１の中心を挟んで鏡面２２ａに対向させることにより、反射率の低下を抑制できる。このように均等に、かつ対向する面が鏡面になるように、紫外線光源２０を３つ以上の奇数個配置することで、たとえ１個の紫外線光源２０の光出力強度が低くとも、枠２１の内部の紫外光線密度を高めることができる。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態を、図４、図５および図６を用いて説明する。図４は、第２の実施形態にかかる空気除菌装置の斜視図である。また図５および図６は、空気除菌装置の断面構造を示す図である。しかし、これらの実施形態によって、本発明が限定されるものではない。

図４に示す様に、本実施形態の空気除菌装置は、円筒状の枠２１の内側に紫外線光源２０として紫外線ＬＥＤを、周方向に沿って複数個実装している。枠２１の内面は鏡面部２２となっており、その一部に円形の開口部が設けてあり、該開口部の中心に支持部材を介して紫外線光源２０が支持されている。紫外線光源２０の出射面は、枠２１の外側に向いており、その出射面から出射された紫外光２８（図６）は、外側にある反射ケース２７の鏡面２７ａにて反射して、開口部から枠２１内部に照射される（図５，６の点線参照）。

鏡面部２２は、開口部から枠２１内部に放射された紫外光を高い反射率で反射できる鏡面２２ａを有する。鏡面２２ａは、径方向内側に向けて出射された紫外光を繰り返し反射することによって、枠２１の円筒内側に留め、円筒内面の紫外光線密度を高める機能を有する。

空気の流れ７の矢印が示す方向に、空気が流れる。つまり、円筒形の枠２１の厚さ方向（すなわち軸方向）に、空気は流れる。

また図４に示す様に、枠２１の円筒内周面の直径は、枠２１の軸方向厚さよりも大きい。これは、空気調和装置などの空気が流れるダクトには、熱交換器やフィルターなどの構造物があり、そのダクト内の空いた空間に実装する空気除菌装置は、空気の流れに対して薄い形状のほうが好ましいためである。

図５は、図４で示す円筒形の空気除菌装置を、厚さ方向に平行な断面で切った断面図である。この図５に示す様に、紫外線光源２０は、枠２１の内面側で厚さ方向の中央断面上に複数個埋め込まれるように設置されている。また第１の実施形態では、紫外線光源２０は枠２１の中心方向、内側へ向かって紫外光を発するように、内側を向いた出射面を配置しているが、本実施形態では、紫外線光源２０は枠２１の外側へ向かって紫外光を発するように、外側を向いた出射面を配置している。

枠２１の外側には、開口部を覆うようにして反射ケース２７が配置されており、この反射ケース２７の紫外線光源２０と対向する面が、鏡面（凹面）２７ａとなっている。本実施形態において反射ケース２７内部の鏡面（凹面）２７ａは、紫外線光源２０から広がった光を平行光に近い形に（紫外光の発散角よりも小さな発散角（発散角が０°である場合を含む）または収束角で）反射させ、枠２１の内部に供給する。このため、紫外線光源２０を開口部に対して支持する支持部材は、柱のように細い形状であると好ましい。

また本実施形態において、枠２１自体の内面は円筒状の鏡面部２２になっており、球面状とはなっていない。しかし枠２１自体が円筒状となっているため、鏡面２７ａから出射された紫外光は平行光のまま進行し、対向する鏡面２２ａに反射されたとき、楕円形状となって反射する。より具体的に、反射光の断面長が枠２１の厚さ方向には不変であり（図５の点線参照）、枠２１の厚さ方向に直交する方向には減少する（図６の点線参照）。このため、枠内の紫外光線密度を均一化することができる。

しかしながら、枠２１の内面に凹面状の鏡面２２ａを設けても良く、その場合は凹面の曲率半径を直径よりも十分に大きくとることで、枠２１の厚さ方向の外側へ漏れる紫外光を抑制することが考えられる。

図６は、図４で示す円筒形の空気除菌装置を、厚さ方向に垂直な断面で切った断面図である。この図６に示す様に、紫外線光源２０は枠２１の内面側に、周方向に沿って均等に配置されている。またとくに紫外線光源２０の出射面の背面に対向する位置には、紫外線光源２０を配置しない。仮に、対向する位置に紫外線光源２０に配置されている場合、反射ケース２７を介して枠２１内に出射された紫外光が、対向する紫外線光源２０に入射して吸収される恐れがある。紫外線光源２０の出射面の背面に対向する位置に、紫外線光源２０を配置しないことで、反射率の低下を抑制できる。

このように均等に、かつ対向する面が鏡面になるように、紫外線光源２０を３つ以上奇数個配置することで、１個の紫外線光源２０の光出力強度が弱くとも枠２１の内部の紫外光線密度を高めることができる。

また反射ケース２７の紫外線光源２０と対向する鏡面（凹面）２２ａの構造は、紫外線光源２０の発散光を反射して極力平行な光を作り出すために、放物面、つまりパラボロイド構造となっていると好ましい。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態を、図７、図８、図９及び図１０を用いて説明する。図７は、第３の実施形態の空気除菌装置の実装構造を示す図である。図８は、第３の実施形態の空気除菌装置を用いたダクト構成の断面図であり、図９は、その部分カットモデルを示す図である。また図１０は、第３の実施形態で用いられているフィンチューブ熱交換器の構成要素を示す図である。しかし、これらの実施形態によって、本発明が限定されるものではない。

本実施形態においては、図７に示す様に、第１の実施形態および第２の実施形態で示した空気除菌装置２３をフレーム２４に複数実装した。フレーム２４は、枠２１を通過する空気の流れを阻害しないような開口を備えている。これによって、１つの空気除菌装置２３で細菌やウイルスなどを不活化しながら流せる流量が小さくとも、これを複数個用いることで、大量に流れる空気中の細菌やウイルスなどを一度に処理することができる。

また図７で示すフレーム２４を、図８に示す様に、空調などの空気を流す空調ダクト２５内に実装することが可能となる。フレーム２４に実装する空気除菌装置２３の数は、空調ダクト２５の断面積に応じて任意に変更できる。特に本実施形態の構造は薄型であるため、空調ダクト２５の熱交換器２とフィルター２６の間に実装することも容易である。フィルター２６は、金属製金網などで構成され、空調ダクト２５内を流れる空気中の塵埃等を除去する機能を有する。熱交換器２は、内部にフロン系冷媒や水などが流されており、通過する空気の温度を冷やしたり、温めたりする機能を有する。特に、熱交換器２において空気を冷却する場合には、条件によっては結露水が熱交換器２の表面に生じることがある。

図９は、図８で示した空調ダクト２５の構造内部を示すカットモデルであり、フレーム２４によって囲われているため、空調ダクト２５内の空気の流れはすべて、空気除菌装置２３を通過するようになっている。

加えて図１０に示す様に、熱交換器２は、フィンチューブ式と呼ばれる形式のものである。熱交換器２は、図１０に示すように、多数の平板状のフィン８を、ヘアピン上に成形された伝熱管９が貫いている構造となっている。伝熱管の端部はリターンパイプ１０のような接手で接続され、閉回路となった伝熱管９とリターンパイプ１０の内部により、蛇行する冷媒流路を構成している。

本実施形態の空気除菌装置２３は、その厚さが比較的薄いため紫外光が厚さ方向に漏れやすくなっている。熱交換器２は、多数の平板上のフィンで構成されたフィンチューブ式の熱交換器となっているため、空気除菌装置２３から漏れた紫外光を、フィン表面の細菌やウイルスなどに照射することで不活化できる。特に、紫外光照射により、匂いのもととなるカビの発生を抑制することができる。

一方で、空気除菌装置２３の紫外光は、熱交換器２とは反対側に漏れた場合、フィルター２６に照射される。フィルター２６が金属製である場合には、紫外光による劣化もなく、むしろフィルター２６表面に堆積したホコリの細菌・ウイルスなどを不活化するとともに、ホコリの一部を分解し、堆積したホコリを減らすことも期待できる。

空気除菌装置２３の軸方向に漏れ出た紫外光は、多くが熱交換器２およびフィルター２６に吸収されるが、その一部が熱交換器２のフィン間の隙間を通じて、またはフィルターの隙間を通過してさらに外側へ漏洩する可能性がある。したがって、この空調ダクト２５の両端に、紫外光を漏らさないように、送風ファンを配置したり、または漏れ出た紫外光が直接、空調ダクトの外に出ないようなグリル形状とすることが好ましい。

［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態を、図１１を用いて説明する。図１１は、本実施形態にかかる空気除菌装置の鉄道車両用空調装置への実装構造を図示している。図１１中、矢印は空気の流れを示す。しかし、これらの実施形態によって、本発明が限定されるものではない。

図１１に示す様に、車体６の屋根上に、空気調和機（空気調和装置）１が搭載されている。空気調和機１が作動すると、両側にある送風機３が発生する空気流により、車室空気は吸込グリル４が設置された空気吸込口１１を通って空気調和機１の内部に導入される。導入された空気は、図示していないがフィルターを通過し、空気除菌装置５を通過し、熱交換器２により冷却または加熱され、送風機３を通って空気吹出口１２から車内に戻ることになる。空気除菌装置５は、上述した実施形態と同様な構成である。

送風機３には、遠心ファンが用いられている。一般に遠心ファンやシロッコファンは、その回転軸の方向に空気を吸い込み、回転軸と垂直な方向に空気を吹き出す形式が用いられる。本実施形態では、送風機３の空気の吸込方向は車体の長手方向と一致する方向となっている。吸込グリル４は、複数の略平板状の羽根の長手方向を略同一方向に配列することにより構成されている。また、この羽根の角度及び流れ方向の長さは、羽根面が、空気除菌装置５の紫外線光源と車室内を結ぶ直線に交差するように設定されて、空気除菌装置５からの紫外線が通過しないようになっている。また、羽根表面には蛍光物質が塗布されている。

空気除菌装置５から漏れ出た紫外光は、特に塵埃や細菌・ウイルス等が付着しやすい熱交換器２に照射され、塵埃の脆化や細菌・ウイルス等の不活化効果を発揮する。一方、空気除菌装置５から漏れ出た紫外光のうち、熱交換器２とは反対側に向かう紫外光については、空気調和機１のフィルターや上面カバー、吸込グリル４に照射される。

吸込グリル４については、前記の通り、それを構成する羽根の角度及び流れ方向の長さが、羽根面が紫外線光源と車室内を結ぶ直線に交差するように配置されているため、紫外光が直接車内に漏洩し、車室内にいる乗客に照射されることを防ぐことができる。さらに、羽根面に照射された紫外光は、羽根面に塗布された蛍光物質を発光させるため、車内から紫外線光源の作動を確認することができ、これにより乗客への安心感や清潔感をアピールすることもできる。

このように、本実施形態によれば、空気調和機１を通過する空気中の細菌・ウイルス等を不活化するとともに、熱交換器２やフィルター表面に紫外光を照射し、塵埃の脆化や細菌・ウイルス等の消毒効果を発揮できる。加えて、車内への紫外光の漏洩も防止でき、安全に、清潔性に優れた空気を供給できる鉄道車両用空気調和機を提供することができる。

［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態を、図１２を用いて説明する。図１２は、空気除菌装置の実装構造を示している。しかし、これらの実施形態によって、本発明が限定されるものではない。

第４の実施形態の鉄道車両用空気調和装置で示したように、空調装置および送風ダクトの送風機として、図１２に送風機３として示す様なシロッコファンが用いられている場合がある。一般に遠心ファンやシロッコファンは、その回転軸の方向に空気を吸い込み、回転軸と垂直な方向に空気を吹き出す形式が用いられる。図１２では、側面の送風機吸込み口３ａから空気を吸い込み、内部で回転する翼によって、下向きの送風機吐き出し口３ｂから空気を吹き出す構造となっている。

一般に、遠心ファンやシロッコファンは、送風機吸込み口３ａが円形となっている。そこで、送風機吸込み口３ａの径に一致させた空気除菌装置２３を、送風機吸込み口３ａに嵌合配置する。このような構造をとることで、細菌やウイルス等を含む空気が送風機３に吸い込まれる前に、空気除菌装置２３により不活化されるため、送風機吐き出し口３ｂから清浄な空気を吹き出すことができる。

加えて、この送風機３の内部で回転する翼が金属製である場合、空気除菌装置２３から漏れ出た紫外光は、翼にあたり反射吸収されるため、送風機吐き出し口３ｂから漏れる光の量を非常に少なくできる。したがって、ダクト空調などで、送風機吐き出し口３ｂの先に人が存在する環境でも、空気除菌装置２３を送風機吸込み口３ａに配置した場合、送風機吐き出し口３ｂから漏れる紫外線を極力抑制できる。なお、送風機吸込み口３ａ側には熱交換器などが配置されているため、空気除菌装置２３を送風機吸込み口３ａに配置しても、漏れた紫外光は熱交換器などにより遮られるため、特に問題はない。

［第６の実施形態］
本発明の第６の実施形態を、図１３、図１４および図１５を用いて説明する。図１３は、第６の実施形態にかかる空気除菌装置の斜視図である。また図１４および図１５は、空気除菌装置の断面構造を示す図である。しかし、これらの実施形態によって、本発明が限定されるものではない。

図１３に示す様に、本実施形態の空気除菌装置は、枠２１を六角筒形としている。本実施形態が示す様に、円筒状の形状でない多角筒形であっても、紫外線光源２０に対向する鏡面２２ａに、紫外線光源２０が存在しないように配置すれば、紫外光反射時のロスが少なく済み、内部の紫外光線密度を高めやすい。また、枠２１を多角筒形状とすることで、隣接する枠同士の間隔を詰めて、単位面積あたりに配設される枠２１の数を増大させることができる。なお、枠２１の内面に接する最大内接円の直径は、枠２１の軸方向厚さよりも大きい。

図１４は、図１３で示す六角筒形の空気除菌装置を、厚さ方向に平行な断面で切った断面図である。この図１４に示す様に、紫外線光源２０を、枠２１の内面側で厚さ方向の中央に複数個埋め込まれるように設置されている。そして枠２１の内面は鏡面部２２となっているが、第１の実施形態と同様に、外側に膨らむような凹面の曲面形状の鏡面２２ａを有している。紫外線光源２０から出射された紫外光は、枠２１の厚さ方向外側に広がりながら進行し、対向するこの鏡面（凹面）２２ａによって厚さ方向内側に向かって反射するため、枠２１の外へ漏れる光の量を抑制することができる。

第１の実施形態と同様に、この鏡面（凹面）２２ａの形状としては、曲率半径を、この枠２１の内面の向き合う面の距離と同等とする円弧としても良い。また、鏡面（凹面）２２ａで平行に反射されるような、放物面、つまりパラボロイド構造とすると良い。

図１５は、図１３で示す六角筒形の空気除菌装置を、厚さ方向に垂直な断面で切った断面図である。この図１５に示す様に、紫外線光源２０は枠２１の内面側に均等に配置され、とくに紫外線光源２０の対向する面には、紫外線光源２０を配置しない。仮に、対向する位置に紫外線光源２０に配置されている場合、紫外線光源２０から出射された紫外光が、対向する紫外線光源２０に入射し吸収され、反射率が低下する恐れがある。紫外線光源２０の対向する面に、紫外線光源２０を配置しないことで、反射率の低下を抑制できる。

このように均等に、かつ対向する面が鏡面になるように紫外線光源２０を複数個配置することで、１個の紫外線光源２０の光出力強度が弱くとも枠２１の内部の紫外光線密度を高めることができる。したがって、特に本実施形態のように多角形で空気除菌装置を構成する場合は、紫外線光源２０が３個の場合は六角筒形、４個の場合は八角筒形など、紫外線光源２０の個数の２倍の辺を持つ正多角筒形で構成することが望ましい。

なお、鏡面２２ａを凹状の曲面とした枠２１を持つ実施形態において、その代わりに、緩やかに傾斜した円(角)錐内周面を鏡面としたものを一対形成し、その円(角)錐鏡面同士を向かい合わせるように組み合わせて、枠２１としてもよい。紫外線光源２０から所定の発散角で出射された紫外光は、一方の円(角)錐鏡面で反射されて、枠２１の中心側に向かい、また他方の円(角)錐鏡面で反射されて、同様に枠２１の中心側に向かうため、紫外光が枠２１の外部に漏れることを抑制できる。

本発明によれば、比較的寿命が長く低コストである紫外線ＬＥＤを用いて紫外光を出射し、枠内側にて紫外光の反射を繰り返し行うことにより、枠内側の紫外光線密度を高めることができる。また枠の厚さ方向の光の漏れを凹面である鏡面の反射によって抑えることができるため、枠の厚さを薄くしても比較的紫外光の枠外への放出を抑制することができる。かかる構成によって、送風抵抗を抑制しつつ、熱交換器やフィルターなどに挟まれた狭小な空調ダクト内にも実装可能な、空気除菌装置を実現することが可能となる。

１：空気調和機、２：熱交換器、３：送風機、３ａ：送風機吸込み口、３ｂ：送風機吐き出し口、４：吸込グリル、５：空気除菌装置、６：車体、７：空気の流れ、８：フィン、９：伝熱管、１０：リターンパイプ、１１：空気吸込口、２０：紫外線光源、２１：枠、２２：鏡面部、２２ａ：鏡面、２３：空気除菌装置、２４：フレーム、２５：空調ダクト、２６：フィルター、２７：反射ケース、２７ａ：鏡面（凹面）

Claims (8)

1. 内部を空気が通過する枠と、
   所定の発散角を持つ紫外光を出射する紫外線光源と、
   前記紫外光を反射して、前記枠内を通過する空気に向かって照射する鏡面と、を有し、
   前記枠の空気が通過する方向の厚さは、前記枠の内周に接する円の直径よりも小さく、
   前記紫外線光源から出射された紫外光が前記鏡面で反射したときに、その反射光は、少なくとも前記枠の厚さ方向において前記発散角よりも小さな発散角または収束角を持ち、
   ３つ以上の奇数個の前記紫外線光源が、前記枠の内面に埋め込まれ前記枠の周方向に沿って等間隔に配置されており、前記紫外線光源の出射面は、前記枠の内側を向いており、
   前記枠の内面が前記鏡面であり、前記鏡面は、凹状の球面または放物面を含み、
   前記枠の厚さ方向に平行な断面において、前記紫外線光源から出射された紫外光が、前記枠の中心を挟んで前記紫外線光源に対向する前記鏡面で反射されたのち、平行に進行する、
   ことを特徴とする空気除菌装置。
2. 請求項１に記載の空気除菌装置において、
   前記紫外線光源の光軸は、前記枠の軸線と交差する、
   ことを特徴とする空気除菌装置。
3. 請求項１に記載の空気除菌装置において、
   前記枠は、円筒形または多角筒形を有し、前記紫外線光源は、前記枠の中心を挟んで前記鏡面と対向する、
   ことを特徴とする空気除菌装置。
4. 請求項１に記載の空気除菌装置において、
   前記紫外線光源は、波長２００ｎｍから３００ｎｍの紫外線を発光する紫外線発光ダイオードである、
   ことを特徴とする空気除菌装置。
5. 請求項１に記載の空気除菌装置と、熱交換器またはフィルターを、空調ダクトに備えた空気調和装置であって、
   前記空気除菌装置は、前記熱交換器の上流側、または前記フィルターの下流側に配置されている、
   ことを特徴とする空気調和装置。
6. 請求項５に記載の空気調和装置であって、
   複数個の前記空気除菌装置が、前記空気の流れに対して並列に、前記空調ダクトに設置されたフレーム上に配置されている、
   ことを特徴とする空気調和装置。
7. 請求項５に記載の空気調和装置であって、
   前記空気除菌装置から出射された紫外線の一部が、前記熱交換器または前記フィルターに照射される、
   ことを特徴とする空気調和装置。
8. 請求項５に記載の空気調和装置であって、
   前記空気の流れを生じさせる送風機を有し、前記枠を前記送風機の送風機吸込み口に設置しており、
   前記送風機の回転する翼により、前記紫外線光源から出射された紫外光が遮られる、
   ことを特徴とする空気調和装置。

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