JPWO2017119152A1 - 紫外線殺菌装置およびそれを用いた空気調和機 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本実施の形態1に係る空気調和機の概略構成を示す模式図である。図2は、図1の空気調和機が有する紫外線殺菌装置の概略構成を示す説明図である。図3は、図2のA−A線に沿った紫外線殺菌装置の概略断面図である。図4は、図3の紫外線殺菌装置が有する反射板の形状を例示する説明図である。図1〜図4を参照して、本実施の形態1に係る紫外線殺菌装置及びこれを用いた空気調和機の構成を説明する。
反射板3A、反射板3G、反射板3I、及び反射板3Jは、傾斜角αが15°で右上がりとなるプリズム形状とする。
反射板3B、反射板3C、反射板3E、反射板3Kは、傾斜角αが15°で左上がりとなるプリズム形状とする。
反射板3Dは、傾斜角αが7.5°で右上がりとなるプリズム形状とする。
反射板3Hは、傾斜角αが7.5°で左上がりとなるプリズム形状とする。
反射板3Fは、平面形状とする。
ここで、紫外線殺菌装置10aを空気調和機11aの筐体12内に設置する方法について説明する。図3及び図4に示すように、紫外線殺菌装置10aの反射板3はプリズム形状を有しているため、空気中に浮遊するほこりなどが、反射部30aの流入口5側のプリズム形状の断面端に衝突して付着する可能性がある。そのため、反射部30aの流入口5側のプリズム形状の断面端は、防汚コーティングすることが望ましい。防汚コーティングとしては、例えば、変性ポリビニルアルコール及び架橋剤を含む塗料を用いたコーティング、又は、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレングリコール、及び架橋剤を含む塗料を用いたコーティングなどを採用することができる。
図13は、200nmから360nmまでの間に複数設定された紫外線の波長別の、エネルギー(eV)、殺菌効果、及び1eVあたりの殺菌効果を示す表である。図13を参照して、紫外線光源である出射部20aについて説明する。
次いで、出射部20aが有する紫外線発光素子について説明する。紫外線発光素子としては、微生物を殺菌する効果を有する200nm〜360nmの波長を有する紫外線を照射する紫外線発光ダイオード(紫外線LED)を使用することができる。より望ましくは、紫外線発光素子が照射する紫外線の波長は、240nm〜290nmであるとよい。
次に、表面がプリズム形状である反射板3の作製方法について説明する。
まず、反射板3のプリズム形状について説明する。図4に示すプリズム形状における各直角三角形の平坦面の長さである平均ピッチApは、0.01mm〜10mmであればよく、望ましくは0.1mm〜10mmである。
図14は、本実施の形態1に係る実施例の実験結果として、殺菌効果を示す図である。図15は、本実施の形態1に係る実施例の実験結果として、圧力損失を示す図である。本実施例は、微生物に対する殺菌効果を確認するために、空気中に表皮ブドウ球菌を噴霧し、流入口5の空気中に表皮ブドウ球菌を浮遊させ、実験条件の異なる実験1、実験2、比較実験1、及び比較実験2における表皮ブドウ球菌の残存率の時間変化を調べたものである。
図16は、本発明の実施の形態1の変形例に係る空気調和機の概略構成を示す模式図である。図17は、図16のB−B線に沿った空気調和機の概略断面図である。紫外線殺菌装置10aは、上述した通り、筒状筐体40aの側面の全面が開口している。そして、本変形例では、図16及び図17に示すように、流入口5の内径が、給気口13の内径以上となっており、流出口6の内径が、排気口14の内径以上となっている。よって、本変形例の紫外線殺菌装置10aは、ダクト及び空気調和機に対し、さらに好適に搭載することができる。
図18は、本実施の形態2に係る空気調和機の概略構成を示す模式図である。図19は、本実施の形態2に係る2つの紫外線殺菌装置の概略断面を重ねて示す説明図である。図18に示すように、本実施の形態2に係る空気調和機11bは、紫外線殺菌装置10bとして、給気口13と排気口14との間に並列に配設された二台の紫外線殺菌装置10aを有している。すなわち、空気調和機11bは、紫外線殺菌装置10aが空気の進行方向Daに対して二台設置されている点を除けば、前述した実施の形態1における各構成と同様である。よって、実施の形態1における紫外線殺菌装置10a及び空気調和機11aと同等の構成部材については、同一の符号を用いて説明は省略する。
図20は、本実施の形態3に係る空気調和機の概略構成を示す模式図である。図21は、図20のC−C線に沿った紫外線殺菌装置の概略断面図において、紫外線が進行する経路を示す説明図である。図22は、本実施の形態3に係る2つの紫外線殺菌装置の概略断面を重ねて示す説明図である。図23は、風路中における空気の流速分布を示す模式図である。
反射板3Ac、反射板3Ec、反射板3Lc、及び反射板3Icの表面形状は、傾斜角αが11.25°で右上がりとなるプリズム形状とする。
反射板3Bc、反射板3Fc、及び反射板3Mcの表面形状は、傾斜角αが11.25°で左上がりとなるプリズム形状とする。
図24は、本発明の実施の形態4に係る紫外線殺菌装置の構成を示す概略断面図である。図24に示すように、実施の形態4に係る紫外線殺菌装置10dは、筒状筐体40dの軸長方向の流入口5側から見た前面視である断面形状が正五角形であり、反射板3の表面形状がすべて平面状に加工されている。また、紫外線殺菌装置10dは、断面形状である正五角形の各辺のうち、出射部20dが配置されている辺にフレネルレンズ9を有している。そして、上記の点を除けば、紫外線殺菌装置10dは、上述した実施の形態1の紫外線殺菌装置10aと同様に構成されている。また、出射部20dは、実施の形態1の出射部20aと同様に構成されている。よって、前述した実施の形態1と同等の構成部材については同一の符号を用いて説明は省略する。
ここで、紫外線光源である出射部20dについて説明する。
出射部20dは、対向する反射板3に対して72°の角度で紫外線を入射するように構成されている。本実施の形態4において、出射部20dは、紫外線発光素子の前にフレネルレンズ9を配置する、という構造を採っている。フレネルレンズ9は、通常のレンズを同心円状の領域に分割し厚みを減らしたレンズであり、のこぎり状の断面を持つ。フレネルレンズ9は、紫外線発光素子から入射した紫外線を、ある特定の方向に平行光線として出射する機能を有している。
ここで、反射板3の作製方法について説明する。
反射板3の材料としては、上述した実施の形態1と同様の紫外線反射材を用いることができる。また、紫外線反射材に、メッキ法又は蒸着法などの表面処理を施せば、高い反射率の表面とすることができる。さらに、加工性に優れているという理由から、紫外線反射材としては、アルミニウムを用いることが特に好ましい。
まず、金属平板を、空気の進行方向Daに対する筒状筐体40dの厚みd程度の長さに切断する。その後、手曲げ、プレス、ロールベンダー、又はロールフォーミング(ロール成形)などの機械曲げにより、正五角形に折り曲げる。
図27は、本発明の実施の形態5に係る紫外線殺菌装置の構成を示す概略断面図である。図28は、図27の紫外線殺菌装置が有する出射部の概略断面図である。本実施の形態5に係る紫外線殺菌装置10eは、図27に示すように、紫外線光源の出射部20eを有しており、出射部20eは、複数の発光素子80を有している。そして、出射部20eには、図28に示すように、複数の発光素子80として、例えばUV−LEDからなり、紫外線を照射する複数の紫外線発光素子81と、例えば可視光−LEDからなり、可視光を照射する少なくとも一つの可視光発光素子82と、が配置されている。すなわち、図27の破線矢印7eは、出射部20eから出射され反射板3で反射される紫外線及び可視光の光束及びその進行方向を例示したものである。上記の点を除けば、紫外線殺菌装置10eは、上述した実施の形態1の紫外線殺菌装置10aと同様に構成されている。よって、実施の形態1における紫外線殺菌装置10aと同等の構成部材については、同様の符号を用いて説明は省略する。
可視光発光素子82が照射する可視光は、目視できる光であればよい。つまり、出射部20eが出射する可視光としては、360nm〜830nmの波長を有するものを使用することができる。もっとも、望ましくは、出射部20eが、ほとんどのヒトが目視することのできる400nm〜760nmの波長を有する可視光を出射するようにするとよい。
次いで、出射部20eが有する可視光発光素子82について説明する。
可視光発光素子82は、紫外線発光素子81から出射される紫外線を目視によって追跡することができるようにするため、可視光発光素子82から出射される可視光が、紫外線発光素子81から出射される紫外線と同様の経路を通るように配置される。
次に、表面がプリズム形状である反射板3の作製方法について説明する。
ここで、反射部30eを構成する各反射板3の形状は、上述した実施の形態1の場合と同様であるため、まず、図4を参照して、反射板3のプリズム形状について説明する。図4に示すプリズム形状における各直角三角形の平坦面の長さである平均ピッチApは、0.01mm〜10mmであればよく、望ましくは0.1mm〜10mmであるとよい。
使用できる反射材は、紫外線線および可視光線を、反射率が40%以上、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上で反射できる材料が望ましい。たとえば、炭酸マグネシウム(可視光反射率:約90%以上、紫外線反射率:約75%)、炭酸カルシウム(可視光反射率:約90%以上、紫外線反射率:約75%)などを挙げることができる。さらに、使用に望ましい反射材は、可視光を紫外線反射率と同程度反射できる材料である。紫外線殺菌装置10eにおいて好適に使用できる紫外線反射材を例示すれば、白金(紫外線、可視光反射率:約50%)、アルミニウム(紫外線、可視光反射率:約90%)、及び酸化マグネシウム(紫外線、紫外線反射率:約90〜99%)などを挙げることができる。併せて、これらの紫外線反射材に、メッキ法又は蒸着法などの表面処理を施せば、高い反射率の表面とすることができる。
まず、図4に示す1面のみの反射板3を作成する方法を説明する。最初に、1面のみの反射板3の金型を作製する。そして、作製した金型の上に、空気の進行方向Daに対する筒状筐体40aの厚みd程度の長さに切断した反射板3の材料板を設置し、設置した材料板を、手曲げ、プレス、ロールベンダー、又はロールフォーミング(ロール成形)などの機械曲げによって加工する。
図29は、本実施の形態6に係る空気調和機の概略構成を例示した模式図である。図29を参照して、本実施の形態1で説明した紫外線殺菌装置10aを内部に搭載した空気調和機11fの構成を説明する。前述した実施の形態1と同等の構成部材については同一の符号を用いて説明は省略する。
本実施の形態7では、紫外線殺菌装置10aを空気清浄機に搭載することについて説明する。なお、本実施の形態7における空気清浄機は、実施の形態6の空気調和機11fと構成要素が同じであるため、同一の符号を用いて説明は省略する。空気清浄機が運転を開始すると、送風機が動き、室内などから筐体12f内に空気が流入する。紫外線殺菌装置10aは、筐体12f内に流入してきた空気中の微生物を殺菌する。
Claims (17)
- 取り込んだ空気に空気調和を行う空気調和機であって、
前記空気に紫外線を出射する紫外線殺菌装置を備え、
前記紫外線殺菌装置は、出射した前記紫外線に基づく膜状の殺菌光線膜を生成する殺菌光線膜生成部を備える空気調和機。 - 前記空気を流入する流入口と前記空気を流出する流出口とを有し前記空気が通過する筒状筐体を更に備え、
前記殺菌光線膜生成部は、前記筒状筐体の径方向に沿った平行光を前記紫外線として出射する出射部を備える請求項1に記載の空気調和機。 - 前記出射部が出射した前記紫外線を前記筒状筐体の径方向に沿って反射する反射部を更に備える請求項2に記載の空気調和機。
- 前記反射部は、前記筒状筐体の軸長方向の前記流入口側から見た前面視が多角形環状としてある請求項3に記載の空気調和機。
- 前記反射部は、前記紫外線を反射する複数の反射板を備え、
前記複数の反射板は、前記前面視で前記多角形環状に配置してある請求項4に記載の空気調和機。 - 前記複数の反射板のそれぞれは、
前記筒状筐体の内面に沿う平坦部材と、
前記紫外線を反射する反射面が前記平坦部材に対して所定角度傾斜して前記平坦部材上に配置してある反射部材と、を備える請求項5に記載の空気調和機。 - 前記複数の反射板のそれぞれは、プリズム形状の表面を備える請求項5に記載の空気調和機。
- 前記反射部が複数回反射した前記紫外線は、前記殺菌光線膜の中央で交差する請求項4〜7のいずれか一項に記載の空気調和機。
- 前記出射部は、
前記紫外線を発する紫外線発光体と、
前記紫外線発光体に対して前記筒状筐体の径方向外側に配置してあり、前記紫外線発光体が発した前記紫外線を前記筒状筐体の径方向内側に反射する光源側反射板と、を備える請求項4〜7のいずれか一項に記載の空気調和機。 - 前記紫外線発光体は、
前記紫外線を照射する複数の紫外線発光素子を有し、
前記出射部は、
可視光を照射する少なくとも一つの可視光発光素子を有する請求項9に記載の空気調和機。 - 前記出射部は、
前記紫外線を照射する複数の紫外線発光素子と、
可視光を照射する少なくとも一つの可視光発光素子と、を有する請求項4〜7のいずれか一項に記載の空気調和機。 - 前記空気を給気する給気口と前記給気口から給気された前記空気を排気する排気口とを有する空気調和機筐体を更に備え、
前記給気口から前記排気口へ向かう排気方向は、前記流入口から前記流出口へ向かう流出方向と一致する請求項2〜11のいずれか一項に記載の空気調和機。 - 前記流入口の内径は、前記給気口の内径以上であり
前記流出口の内径は、前記排気口の内径以上である請求項12に記載の空気調和機。 - 紫外線を用いて空気を殺菌する紫外線殺菌装置であって、
前記紫外線を出射して膜状の殺菌光線膜を生成する殺菌光線膜生成部を備える紫外線殺菌装置。 - 前記空気を流入する流入口と前記空気を流出する流出口とを有し前記空気が通過する筒状筐体を更に備え、
前記殺菌光線膜生成部は、前記筒状筐体の径方向に沿った平行光を前記紫外線として出射する出射部を備える請求項14に記載の紫外線殺菌装置。 - 前記出射部が出射した前記紫外線を前記筒状筐体の径方向に沿って反射する反射部を更に備える請求項15に記載の紫外線殺菌装置。
- 前記出射部は、
前記紫外線を照射する複数の紫外線発光素子と、
可視光を照射する少なくとも一つの可視光発光素子と、を有する請求項15又は16に記載の紫外線殺菌装置。
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