JPH0674910B2 - 気体の清浄方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、 電子工業、薬品工業、食品工場、農林産業、医療、
精密機械工業等におけるクリーンルーム、クリーンブー
ス、クリーントンネル、クリーンベンチ、安全キヤビネ
ツト、無菌室、バスボツクス、無菌エアカーテン、クリ
ーンチユーブ等における空気、酸素、窒素等の気体の清
浄化方法。

煙道排ガスや自動車排ガスの様な各種工業、産業か
ら排出される気体の清浄化方法。

家庭、事業所、病院等における空気清浄方法。

並びに、，及び記載の方法を実施するための装
置。に関する。

〔従来の技術及びその問題点〕

従来の室内の空気清浄方法或いはその装置を大別する
と、 （１）機械的濾過方式（例えばHEPAフイルター） （２）静電的に微粒子の捕集を行なう高電圧による荷電
及び導電性フイルターによる濾過方式（例えばMESAフイ
ルター）があるが、これらの方式には夫々次のような欠
点があつた。

即ち、機械的濾過方式においては、空気の清浄度（クラ
ス）をあげるためには目の細かいフイルターを使用する
必要があるが、この場合圧損が高く、また目づまりによ
る圧損の増加も著るしく、フイルターの寿命も短かく、
フイルターの維持、管理或いは交換が面倒であるばかり
でなく、フイルターの交換を行う場合、その間作業をス
トツプする必要があり、復帰までには長時間を要してお
り、生産能率が悪いという欠点があつた。

また、空気の清浄度を上げる為に換気回数（フアンによ
る空気循環回数）を増加することも行われているが、こ
の場合動力費が高くつくという欠点があつた。

また。従来のフイルターによる方法は微粒子の除去だけ
を目的としているので、工業用クリーンルーム用として
は使用できるが、フイルターには必ずと言つてよい程ピ
ンホールであり、汚染空気の一部がリークするため、バ
イオロジカルクリーンルームでの使用には限界があつ
た。

また、静電的に微粒子の捕集を行う方式においては、予
備荷電部に例えば15〜70kVという高電圧を必要とするた
め、装置が大型となり、また安全性、維持管理の面で問
題があつた。

これらの問題点を解決するために本発明者は紫外線照
射、又は放射照射線による空気清浄方法を提案した（特
開昭61−178050、特開昭62−244459号）。

これらの方式は適用分野によつては有効であるが、特定
の分野、用途においては改善の余地がある。

これらの方法の改善の余地としては、次のような欠点が
ある。例えば、紫外線照射法の場合、紫外線ランプを気
流内に設置（気流と接触し設置）した場合は、ランプが
空気中の微粒子等で汚れ、性能が劣化する恐れがある
と、ランプの交換時に外部から汚染空気が内部に入り復
帰までに時間がかかること、ランプの交換（維持管理）
が面倒なことである。

又、ランプを長時間使用すると、ランプ及びその取付部
周辺から汚染物の発生がある場合があり、超クリーンを
要するような分野では問題であることなどである。

このような点を改善するに際しては、実用性が一層向上
し実用的により有利な方式となる様行なう必要がある。

実用性を増すためには、微粒子捕集、除去性能（効率）
を高効率かつ安定に保つこと（長時間安定運転）、維持
管理が容易なこと、処理容器内で微粒子を発生させない
こと、光電子放出材からの光電子の放出を一層効果的に
行ない、微粒子への荷電を効率良く行なうこと、又バイ
オテクノロジー分野の如く微生物類の存在が問題となる
分野では微生物類の殺菌を完全に行なうことが必要であ
る。

〔発明の目的〕

本発明は、光電子放出材に紫外線又は放射線照射を行な
い放出された光電子で気体中の粒子を荷電した後該粒子
を除去する空気等の気体の清浄方法及び装置に関し、上
記の課題に対し紫外線及び／又は放射線を処理気体と分
離した位置に設置し、該線源を適宜反射面を用いて光電
子放出材に効果的に照射することにより、光電子放出材
からの光電子の放出を長時間安定に行い、微粒子への荷
電を効率良く長時間安定して行なうと共に、維持管理が
容易な実用的により有利な方法及び装置を提供するもの
である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、 1. 光電子放出材に紫外線及び／又は放射線を照射する
ことにより光電子を放出せしめ、該光電子により気体中
に含まれている微粒子を荷電させた後、荷電した微粒子
を気体より除去する気体の清浄方法において、光電子放
出材に紫外線及び／又は放射線を照射するに当り、紫外
線及び／又は放射線を処理気体の流路外から照射するこ
とを特徴とする気体の清浄方法。

2. 紫外線及び／又は放射線の線源の処理気体流路の反
対側に設けられた反射面から反射する紫外線及び／又は
放射線をも処理気体流路上に照射する前記第１項記載の
気体の清浄方法。

3. 光電子放出材に紫外線及び／又は放射線を照射する
ことにより放射される光電子によつて気体中に含まれて
いる微粒子を荷電させ、該荷電された粒子を荷電粒子捕
集部で捕集するように構成した気体の清浄装置におい
て、紫外線及び／又は放射線の照射源を処理気体流路外
に設けてなる気体の清浄装置。

4. 紫外線及び／又は放射線照射源の処理気体流路の反
対側に紫外線及び／又は放射線の反射面を更に設けてな
る前記第３項記載の気体の清浄装置。

つぎに図面に基いて本発明を説明する。

第４図に基いて紫外線照射法を用いたクリーンルームに
おけるクリーンベンチ併用方式、即ち作業領域の１部の
みを高清浄度に保つ方式の空気清浄法について説明す
る。

クリーンルーム１内には、配管２から導入される外気の
粗粒子をプレフイルター３で濾過した後、クリーンルー
ム１の空気取出し口４から取り出された空気と共にフア
ン５を介して空気調和装置６にて温度及び湿度を調節し
かつHEPAフイルター７により微粒子を除去した空気が循
環供給されており、清浄度（クラス）10,000程度に保持
されている。

一方、クリーンルーム１内のフアン部８、紫外線照射部
９、フイルター10を設けたクリーンベンチ11内の作業台
13上は、高清浄度（クラス10）の無菌雰囲気に保持され
る。

即ち、クリーンベンチ11においては、クリーンルーム１
内の清浄度（クラス）10,000程度の空気がフアン部８の
フアンにより吸引され、紫外線照射部９で紫外線を照射
することにより空気中の微粒子は荷電されると共に、ウ
イルス、バクテリヤ、酵母、かび等の微生物が殺菌され
た後、フイルター10で荷電された微粒子を除去すること
により、作業台13上は高清浄度に保持される。

クリーンベンチ11内の作業台13への器具、製品等の出し
入れは、クリーンベンチ11に設けた可動シヤツター12に
より行う。

本発明の特徴である空気流中微粒子の荷電及び微生物類
の殺菌が行なわれる紫外線照射部９は、第１図にその概
要が示されている。

即ち、フアン部８のフアンにより吸引された微生物を含
む空気は、プレフイルター20で濾過された後、光電子放
出材21、気体流路の外側に設置された紫外線ランプ22、
紫外線反射面23、紫外線通過材24、電極25から成る紫外
線照射部９で紫外線を照射することにより光電子放出材
から放出される光電子により荷電された空気中の微粒子
は荷電微粒子捕集フイルター10で捕集された清浄な空気
26が得られる。紫外線照射部９では、光電子放出材21と
電極25との間に電圧供給部（図示せず）より電圧を負荷
し、電場が形成されており光電子放出材21に紫外線ラン
プ22より紫外線を照射することにより光電子の放出が促
進され、該光電子により、微粒子を含む空気中の微粒子
が効率良く荷電される。

第２図に、上記紫外線照射部９の横断面図が示されてい
る。すなわち、紫外線照射部９は、光電子放出材21、空
気の流れる流路Ａ（空気清浄空間）の外側に処理空気と
分離して設置された紫外線ランプ22、紫外線反射面23、
紫外線通過材24、電極25より成る。

気体処理、容器Ｂは、紫外線通過材より成り空気清浄空
間Ａと、紫外線ランプ20を分離している。気体処理容器
Ｂ内に設置された紫外線ランプによる紫外線照射は、反
射面の利用により効果的に行われる。

紫外線照射において、光電子放出材21、紫外線ランプ2
2、あるいは反射面23を適宜の位置、方向にすることに
より、光電子放出材の表裏両面に紫外線が効果的に照射
され、効率良く光電子が放出される。

紫外線ランプによる照射を、反射面を用いて行うか否か
は、装置種類、形状、ランプの種類、位置、効果、経済
性等で適宜選択することが出来る。本図示例のようにラ
ンプを処理気体流路の外側に設置した場合には効果の面
で反射面の使用が好ましい。

紫外線ランプ22の交換は、適宜の方法により外枠を兼ね
た反射面23を開閉し、迅速かつ簡便に行うことが出来
る。

紫外線又は放射線の種類は、その照射により光電子放出
材が光電子が放出しうるものであれば何れでもよいが、
バイオロジカル分野においては殺菌作用を併せて持つも
のが好ましい。

紫外線の光源は、水銀灯、水素放電管、キセノン放電
管、ライマン放電管などを過宜１種又は２種以上を組合
せて利用することが出来適用分野、作業内容、用途、経
済性などにより適宜決めることができる。例えば、バイ
オロジカル分野においては、殺菌作用、効率の面から遠
赤外線を有する光源を用いるのが好ましい。紫外線量
は、通常５〜200mWs/cm²であり、適用分野、用途、経済
性、効果等より適宜決めることが出来る。

放射線としてはα線、β線、γ線などを用いられ、照射
手段としてコバルト60、セシウム137、ストロンチウム9
0などの放射性同位元素、又は原子炉内で作られる放射
性廃棄物及びこれに適当な処理加工した放射性物質を線
源として用いる方法がある。

光電子放出材は、紫外線照射により光電子を放出するも
のであれば何れでも良く、光電的な仕事関係の小さいも
の程好ましい。効果や経済性の面から、Ba,Sr,Ca,Y,Gd,
La,Ce,Nd,Th,Pr,Be,Zr,Fe,Ni,Zn,Cu,Ag,Pt,Cd,Pb,Al,C,
Mg,Au,In,Bi,Nb,Si,Ti,Ta,Sn,Pのいずれか又はこれらの
化合物又は合金又は混合物が好ましく、これらは単独で
又は二種以上を複合して用いられる。複合材としては、
アマルガムの如く物理的な複合材も用いうる。

化合物としては、例えば酸化物、ほう化物、炭化物があ
り、酸化物にはBaO,SrO,CaO,Y₂O₅,Gd₂O₃,Nd₂O₃,ThO₂,Zr
O₂,Fe₂O₃,ZnO,CuO,Ag₂O,PtO,PbO,Al₂O₃,MgO,In₂O₃,BiO,
NbO,BeOなどがあり、またほう化物にはYB₅,GdB₅,LaB₅,C
eB₅,PrB₅,ZrB₂などがあり、さらに炭化物としてはZrC,T
aC,TiC,NbCなどがある。

また、合金としては黄銅、青銅、リン青銅、AgとMgとの
合金（Mgが２〜20wt％）、CuとBeとの合金（Beが１〜10
wt％）及びBaとAlとの合金を用いることができ、上記Ag
とMgとの合金、CuとBeとの合金及びBaとAlとの合金が好
ましい。酸化物は金属表面のみを空気中で加熱したり、
或いは薬品で酸化することによつても得ることができ
る。

さらに他の方法としては使用前に加熱し、表面に酸化物
層を形成することにより長期にわたつて安定な酸化物層
を得ることもできる。この例としてはMgとAgとの合金を
水蒸気中で300〜400℃の温度の条件下でその表面に酸化
物薄膜を形成させることができ、この酸化物薄膜は長期
間にわたつて安定なものである。

これらの材料の使用形状は、板状、プリーツ状、曲面
状、網状等何れの形状でもよいが、紫外線の照射面積及
び空気との接触面積の大きな形状のものが好ましく、こ
のような観点からは網状のものが好ましい。

光電子放出材の形状は装置の形状、構造あるいは希望す
る効率等により異なる。

電極25と光電子放出材21の距離は、装置の形状にもよる
が、一般的には２〜20cmが好ましく、特に３〜10cmが好
ましい。

電極25の材料と、その構造は通常の荷電装置に使用され
ているものでよい。通常タングステンが用いられてい
る。

印加する電圧は、0.1〜10kV、好ましくは0.1〜5kV、よ
り好ましくは0.1〜3kVであるが、該電圧は装置の形状、
使用する電極或いは光電子放出材の材質、構造等により
異なる。

反射面23の材質としては紫外線を反射するものであれば
良く、鏡（ガラス質）、金属材料等を、又形状としては
紫外線を効果的に光電子放出材に照射出来る形状を適宜
用いることが出来る。

反射面の好ましい材料としては、Al,Ag,Auがある。又、
反射性に欠ける材料は、適宜研摩加工等の加工を行なう
ことにより使用可能となる。

好ましい形状は、反射面の少なくとも一部が曲面、例え
ば円状の曲面で、光電子放出材への紫外線照射が効果的
に行われる形状であれば良い。

反射面23の材質や形状は、装置の構造、種類、用途、効
果、経済性、照射源の種類、照射の方法、光電子放出材
の形状、設置の方法等により適宜決めることが出来る。

紫外線通過材24は、紫外線を通過する材料であれば何で
も良く、照射源の種類、装置の種類、形状、効果、経済
性等で適宜選択出来る。

紫外線ランプの場合の紫外線通過材としては一般にガラ
ス質、例えばパイレツクス、石英ガラスが用いられる。

死滅した生物を含む荷電された微粒子はフイルター10で
捕集される。

荷電された粒子の捕集器は、何れでも良い。通常の荷電
装置における集じん板（集じん電極）や静電フイルター
方式が一般的であるが、スチールウール電極としたよう
な捕集部自体が電極を構成する構造のものも有効であ
る。

又、本発明者がすでに提案したイオン交換フイルターを
用いて捕集する方法も有効である。

捕集は、これらの捕集方法を単独で、又はこれらの方法
を２種類以上組合せて適宜用いることが出来る。

これらの捕集方法のうち好ましい方式としてはフイルタ
ー方式例えばイオン交換フイルター（アニオン交換フイ
ルター、カチオン交換フイルター）方式、静電フイルタ
ーを用いる方式が高効率で、かつ確実に荷電微粒子の捕
集を行なうことができるので好都合である。

フイルター方式は取り扱いが容易であることや、性能、
経済性の点で有効であるが、一定期間使用すると目詰ま
りを生ずるので、必要に応じカートリツジ構造とし、圧
力損失の検出により交換するようにすることにより長期
間にわたつて安定した運転が可能となる。

空気中の微粒子への荷電方式として、比較的高電圧を印
加した電場において、光電子放出材としての金属面に紫
外線を照射し光電子を放出させて行う方式について説明
したが、電場を形成することなく光電子放出材料が紫外
線を照射することにより、空気中の微粒子に荷電させる
ことができる。この場合には、第２〜第３図に示す実施
例において、電場を形成する構成は省略することができ
る。

また、紫外線を照射する代りに放射線の照射によつても
同様に微粒子に荷電せしめ同様の効果を得ることができ
る。

尚、本実施例における光電子放出材21及び紫外線ランプ
22の位置は、空気流に対して平行の位置であるが、空気
流に対して直角の位置あるいは、平行と直角の間の任意
の位置においてもよく、装置の形状、規模、照射源の種
類、形状、反射面の種類、形状、電極の種類、形状、効
果、経済性等により適宜決めることが出来る。

すなわち、光電子放出材21、紫外線ランプ22、反射面23
のそれぞれの位置、数量、形状は、本実施例にとらわれ
ず適宜の位置、数量、形状で用いることが出来る。

又、本実施例では、紫外線ランプの設置を気体処理容器
の外側に設置したが、紫外線ランプの設置位置は紫外線
透過材を介して気体処理容器（気体流路）の内部に置い
ても良いことは言うまでもない。第３図はこのような例
を示すものであり、フアン部80、紫外線照射部90、プレ
フイルター200、光電子放出材210、紫外線ランプ220、
紫外線通過材240、電極250、荷電微粒子捕集フイルタ10
0、清浄化空気260を示し、夫々の作用は前述のごとくで
ある。尚、本発明の利用分野として気体清浄の分野につ
いて説明したが、本発明者がすでに提案した『光電効果
を利用した微粒子測定器（特願昭61−85997）』にも同
様に適用できる。

〔発明の効果〕

1. 紫外線又は放射線の線源を処理気体と分離して設置
することにより、 線源と気体が接触しないので、 （ａ）線源の気体中の微粒子や汚染ガス、ミスド等によ
る汚れがなくなり、かつ、線源交換時にあつた汚染物質
の流入がなくなるので、高効率な性能が長時間安定して
得られる。

（ｂ）線源をカートリツジ式等で外部より適宜簡便に交
換出来るので、高清浄な気体が長時間安定して得られ
る。

線源から汚染物が発生してもその影響（例、ランプ
の長時間使用で、ランプ周辺より微粒子が発生する場合
がある）がなくなるので、高清浄な気体が長時間安定し
て得られる。

維持管理が容易になつた。

2. 紫外線又は放射線の照射を反射面に用いて行うこと
により、 光電子放出材への紫外線又は放射線照射が効果的に
行なわれ、光電子の放出が促進され微粒子への荷電が効
果的に行なわれる。

3. 反射面の少なくとも一部を曲面状とすることによ
り、上記2.が効果的に行なわれる。

4. 本方法による気体の清浄方法により、 気流中の微粒子等の汚染物質は後流への流れが実質
的に無視できる位高効率で安定に、長時間捕集され、殺
菌された超高清浄度の気流が得られる。

各分野、用途への適用が可能であり、特に従来法で
は限界があり、かつ、困難であつたクリーンルーム関連
の、なかでもバイオテクノロジー関連の如く微生物の存
在が特に影響を及ぼす分野に特に有効な設備を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の空気清浄装置の断面概略図、第２図は
第１図のＡ−Ａ′線における断面図、第３図は第１図に
示すものとは異なる本発明の空気清浄装置の断面図、第
４図は紫外線照射法を用いたクリーンルームにおけるク
リーンベンチ併用方式の空気清浄法並びに装置の概略を
説明するための図面である。 １……クリーンルーム、３……プレフイルター、６……
空気調和室、8,80……フアン部、９……紫外線照射部、
10……荷電微粒子捕集フイルター、20,200……プレフイ
ルター、21,210……光電子放出材、22,220……紫外線照
射ランプ、23……紫外線反射面、24,240……紫外線透過
材、25,250……電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光電子放出材に紫外線及び／又は放射線を
   照射することにより光電子を放出せしめ、該光電子によ
   り気体中に含まれている微粒子を荷電させた後、荷電し
   た微粒子を気体より除去する気体の清浄方法において、
   光電子放出材に紫外線及び／又は放射線を照射するに当
   り、紫外線及び／又は放射線を処理気体の流路外から照
   射することを特徴とする気体の清浄方法。
2. 【請求項２】紫外線及び／又は放射線の線源の処理気体
   流路の反対側に設けられた反射面から反射する紫外線及
   び／又は放射線をも処理気体流路上に照射する特許請求
   の範囲第１項記載の気体の清浄方法。
3. 【請求項３】光電子放出材に紫外線及び／又は放射線を
   照射することにより放出される光電子によつて気体中に
   含まれている微粒子を荷電させ、該荷電された粒子を荷
   電粒子捕集部で捕集するように構成した気体の清浄装置
   において、紫外線及び／又は放射線の照射源を処理気体
   流路外に設けてなる気体の清浄装置。
4. 【請求項４】紫外線及び／又は放射線照射源の処理気体
   流路の反対側に紫外線及び／又は放射線の反射面を更に
   設けてなる特許請求の範囲第３項記載の気体の清浄装
   置。