WO2022102614A1 - 空気清浄システム及び空気清浄方法 - Google Patents

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WO2022102614A1
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ozone
housing
alcohol
aqueous solution
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克巳 高橋
祥子 室伏
浩介 石井
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株式会社Ihi
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    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Definitions

  • This disclosure relates to an air cleaning system and an air cleaning method.
  • Air purifiers that use filters such as HEPA filters to purify indoor spaces are on sale.
  • such air purifiers cannot sterilize or inactivate microorganisms such as viruses and bacteria.
  • ozone gas since ozone gas has a strong oxidizing power, it is used for sterilizing or inactivating microorganisms such as viruses and bacteria existing in space and on the surface of an object.
  • high-concentration ozone gas causes health hazards to the human body, and the Japan Society for Occupational Health recommends that the allowable ozone concentration be 0.1 ppm or less.
  • Patent Document 1 discloses an air purifier including a first vent that communicates with an indoor space, an ozone generation unit, an ozone decomposition unit, and a second vent that communicates with the interior space.
  • the ozone generation section is located between the first vent and the ozone decomposition section.
  • a blocking means that can be opened and closed and that can block the flow of ozone gas when the ozone gas is closed is provided.
  • the blocking means when a person is indoors, the blocking means is opened and the ozone decomposition part decomposes ozone gas. Further, in the conventional air purifier, the blocking means is closed when no one is in the room, and the ozone gas generated by the ozone generation unit removes the bad odor and the bad odor source in the indoor space.
  • conventional air purifiers cannot use high-concentration ozone gas when there are people in the room. Therefore, when an infected person infected with an infectious disease is indoors, droplets containing an infection source such as the above-mentioned microorganisms are scattered in the indoor space due to coughing, etc., and adhere to the surface of the object and accumulate. May increase the risk of infection to other people.
  • an object of the present disclosure is to provide an air purifying system and an air purifying method capable of purifying air by hydroxyl radicals generated by adding an additive to ozone gas.
  • the air purification system includes an ozone generation unit that generates ozone gas and a discharge unit that atomizes or vaporizes an alcohol aqueous solution and releases it.
  • the mole fraction of the alcohol contained in the aqueous alcohol solution with respect to the aqueous alcohol solution is 0.05 or more and 0.35 or less. Hydroxyl radicals are generated by the reaction of ozone gas with an atomized or vaporized aqueous alcohol solution.
  • Alcohol may contain at least one of ethanol and isopropanol. Alcohol may be released so as to have a volume ratio of 12 times or less with respect to ozone gas when converted as a gas.
  • the air purification system further includes a first housing that houses an ozone generating unit and a releasing unit, and ozone gas and an atomized or vaporized alcohol aqueous solution may react inside the first housing.
  • the air purification system further includes a first housing that houses an ozone generating unit and a releasing unit, and ozone gas and an atomized or vaporized alcohol aqueous solution may react outside the first housing.
  • the air purification system further includes a second housing for accommodating the ozone generation unit and a third housing for accommodating the emission unit, and the ozone gas and the atomized or vaporized alcohol aqueous solution are the second housing and the third housing. You may react outside of.
  • the ozone gas concentration in the external space may be controlled to be 0.1 ppm or less.
  • a step of generating ozone gas, a step of atomizing or vaporizing an alcohol aqueous solution and releasing it, and a reaction between the ozone gas and the atomized or vaporized alcohol aqueous solution generate hydroxyl radicals.
  • Including the process of The mole fraction of the alcohol contained in the aqueous alcohol solution with respect to the aqueous alcohol solution is 0.05 or more and 0.35 or less.
  • an air purifying system and an air purifying method capable of purifying air by hydroxyl radicals generated by adding an additive to ozone gas.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an air purifying system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an air purifying system according to another embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an air purifying system according to another embodiment.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the mole fraction of alcohol and the height of the hydroxyl radical fluorescence peak.
  • the air purifying system 1 includes an air purifying device 2.
  • the air purifier 2 includes a first housing 10, a filter unit 20, a blower unit 30, an ozone generation unit 40, a emission unit 50, and a control unit 60.
  • the air purifying device 2 may include an ozone generation unit 40 and a emission unit 50, and does not necessarily have to include a first housing 10, a filter unit 20, a blower unit 30, and a control unit 60.
  • the ozone gas generated by the ozone generation unit 40 reacts with the alcohol aqueous solution as an additive released from the emission unit 50 to generate hydroxyl radicals. .. Then, the air purification system 1 purifies the air with hydroxyl radicals.
  • Ozone (O3) has a high redox potential of 2.07 V, and ozone gas exhibits extremely strong oxidizing power. Therefore, ozone gas is used for sterilization and virus inactivation. Further, the redox potential of hydroxyl radical (OH ⁇ ) generated in the air by the reaction of a part of ozone gas is as high as 3.85V, and the oxidizing power is the strongest among the molecules containing oxygen atoms. However, under normal conditions without additives, hydroxyl radicals are less likely to be generated from ozone gas.
  • the unreacted portion of ozone gas is reacted with an alcohol aqueous solution as an additive to generate hydroxyl radicals having high oxidizing power, and the concentration of hydroxyl radicals in the space is increased. By doing so, the bactericidal power is improved.
  • the first housing 10 houses a filter unit 20, a blower unit 30, an ozone generation unit 40, a emission unit 50, and a control unit 60.
  • the first housing 10 partitions the internal space of the air purifying device 2 and the indoor space which is an external space.
  • the first housing 10 has an intake port 11 for taking in air from the outside of the first housing 10 and an exhaust port 12 for discharging the air taken in from the intake port 11 to the outside of the first housing 10. And are provided.
  • An air flow path 13 connecting the intake port 11 and the exhaust port 12 is provided inside the first housing 10, and air flows in the air flow path 13 from the intake port 11 toward the exhaust port 12. ..
  • the filter unit 20, the blower unit 30, and the ozone generation unit 40 are arranged in this order from the upstream side.
  • the filter unit 20 is provided in the intake port 11 and removes foreign matter from the air taken in from the outside of the first housing 10.
  • the filter unit 20 may include, for example, a known dustproof filter. Further, the filter unit 20 may include a known functional filter in addition to the dustproof filter.
  • the blower portion 30 is provided on the downstream side of the filter portion 20 in the air flow path 13.
  • the air blowing unit 30 allows air to flow from the outside of the first housing 10 to the inside of the first housing 10 through the intake port 11, and the air that has flowed into the first housing 10 is passed through the exhaust port 12 to the first housing. Discharge to the outside of 10.
  • the blower unit 30 may include, for example, a sirocco fan.
  • the blower portion 30 is arranged on the downstream side of the filter portion 20 in the drawing, if it is arranged in the air flow path 13, it is possible to generate an air flow from the intake port 11 to the exhaust port 12. Therefore, the ventilation unit 30 may be arranged near the exhaust port 12, for example.
  • the ozone generation unit 40 generates ozone gas.
  • Ozone gas is gaseous ozone.
  • the ozone generation unit 40 generates ozone gas from oxygen in the air taken in from the outside of the first housing 10.
  • the ozone gas generated by the ozone generation unit 40 is discharged to the outside of the first housing 10 through the exhaust port 12.
  • the ozone generation unit 40 is not particularly limited as long as it can generate ozone gas, and may include a discharge type ozone generator such as a corona discharge and a silent discharge, or an ultraviolet lamp type ozone generator.
  • the amount of ozone gas generated by the ozone generation unit 40 can be adjusted, for example, by changing the output of the ozone generation unit 40, the ozone generation time, and the like.
  • the air cleaning system 1 may include an ozone concentration sensor that measures the ozone gas concentration of at least one of the outside and the inside of the first housing 10.
  • an ozone concentration sensor that measures the ozone gas concentration of at least one of the outside and the inside of the first housing 10.
  • the ozone gas concentration in the room after the reaction between the ozone gas and the alcohol aqueous solution is measured, so that a direct index of the amount of ozone gas in the room can be obtained. can.
  • the ozone concentration sensor is arranged, for example, on the downstream side of the ozone generation unit 40 in the air flow path 13.
  • the ozone concentration sensor can directly measure the concentration of the ozone gas generated by the ozone generation unit 40, it is possible to obtain an index of the amount of ozone gas generated by the ozone generation unit 40. Therefore, the ozone gas generation amount can be easily adjusted according to the state of the ozone generation unit 40.
  • the ozone gas concentration in the external space in the air purification system 1 is controlled to be 0.1 ppm or less. Thereby, even when a person is indoors, the air can be purified by the air purification system 1.
  • the ozone gas concentration in the external space may be controlled to be 0.08 ppm or less. Since the air purification system 1 can be sterilized by hydroxyl radicals, the lower limit of the ozone gas concentration in the external space is not particularly limited, but may be controlled to be, for example, 0.01 ppm or more. In addition, in this specification, ppm means parts per million by volume.
  • the concentration of ozone gas generated by the ozone generation unit 40 is not particularly limited. As described above, the ozone gas concentration in the external space is preferably 0.1 ppm or less. However, since ozone gas reacts with an aqueous alcohol solution to generate hydroxyl radicals, at least a part of the ozone gas generated by the ozone generation unit 40 reacts with the aqueous alcohol solution and disappears. Therefore, the concentration of ozone gas generated by the ozone generation unit 40 may exceed 0.1 ppm. However, from the viewpoint of further reducing the ozone gas concentration in the atmosphere outside the first housing 10, it is preferable that the concentration of the ozone gas generated by the ozone generation unit 40 is controlled to be 0.1 ppm or less.
  • the concentration of ozone gas generated by the ozone generation unit 40 may be controlled to be 0.08 ppm or less.
  • the air purification system 1 can purify air with hydroxyl radicals, the lower limit of the concentration of ozone gas generated by the ozone generation unit 40 is not particularly limited, but is controlled to be, for example, 0.01 ppm or more. May be.
  • the release unit 50 atomizes or vaporizes the alcohol aqueous solution and releases it. Then, hydroxyl radicals are generated by the reaction of the ozone gas generated by the ozone generation unit 40 with the atomized or vaporized alcohol aqueous solution. At this time, the atomized or vaporized alcohol aqueous solution may be supplied to the ozone gas, or the ozone gas may be supplied to the atomized or vaporized alcohol.
  • Hydroxyl radical is a kind of radical, and can, for example, deprive organic substances such as proteins and lipids constituting microorganisms and decompose them to kill bacteria or inactivate viruses. Hydroxyl radical has a higher redox potential than ozone, and has a sufficient bactericidal or inactivating effect even when the concentration of hydroxyl radical is low. For example, when comparing the CT values (Contention-Time Value) required to sterilize Escherichia coli 99%, it is said that hydroxyl radicals have a CT value that is several hundredths or less that of ozone.
  • hydroxyl radicals can effectively sterilize bacteria and inactivate viruses even when the ozone gas concentration is low.
  • Hydroxyl radicals are highly reactive and have low persistence because they combine with the deprived hydrogen and change into water.
  • hydroxyl radicals can decompose organic substances with high oxidizing power, they can be applied not only to sterilization of bacteria and inactivation of viruses, but also to deodorization, bleaching and washing.
  • the CT value required to sterilize Escherichia coli by hydroxyl radicals by 99% is 4.7 ⁇ 10-10 mol / L ⁇ min, and the same tendency is observed with other bacteria and viruses. It is expected that.
  • the ozone gas concentration is 0.1 ppm and the relative humidity is 80% (corresponding to so-called ozone fog)
  • CT 60
  • the TCID 50 drops to 4.6%.
  • this value is approximated by an exponential function, it can be estimated that the TCID 50 becomes 1% when the CT is about 92.
  • the 99% inactivation time is 920 minutes, that is, about 15 hours.
  • an additive is added to a gas having an ozone gas concentration of 0.1 ppm and hydroxyl radicals can be twice as much as the addition of water, the time required for 99% inactivation is 1/2. It will be doubled, that is, about 7.5 hours.
  • This inactivation time is inversely proportional to the activation amount (substantial hydroxyl radical concentration) of the reaction product of the ozone gas and the additive.
  • ozone fog formed by mixing ozone gas and water vapor fine particles of water
  • the same sterilization rate is shown in about 1/5 of the time when ozone gas from which water has been removed is used.
  • ozone gas and an aqueous alcohol solution are reacted, they can be sterilized in about half the time when ozone fog is used, so they are inactivated compared to when ozone gas with water removed is used. It can be said that the time is about 1/10.
  • the release unit 50 atomizes or vaporizes the alcohol aqueous solution and releases it as described above.
  • the aqueous alcohol solution may be released by either atomization or vaporization, or by atomization and vaporization. Further, the alcohol aqueous solution may be minute droplets immediately after being atomized, and then the minute droplets may be vaporized.
  • the discharge unit 50 may include at least one of a sprayer for atomizing the alcohol aqueous solution and a vaporizer for vaporizing the alcohol aqueous solution.
  • the atomizer may include, for example, at least one selected from the group consisting of ultrasonic atomizers, mesh nebulizers and compressor nebulizers.
  • the vaporizer may include, for example, a heated vaporizer.
  • the ultrasonic atomizer sprays an aqueous alcohol solution by the cavitation effect of ultrasonic waves.
  • the ultrasonic atomizer may include an outer tank provided with an ultrasonic transducer and an inner tank provided inside the outer tank.
  • a cooling liquid such as water is stored in the outer tank so as to be in contact with the inner tank, and the ultrasonic vibration energy from the ultrasonic vibrator is applied to the alcohol aqueous solution stored in the inner tank through the cooling liquid. Can be transmitted to spray an aqueous alcohol solution.
  • the mesh sprayer sprays an aqueous alcohol solution using ultrasonic vibration and a mesh.
  • the mesh nebulizer may include an ultrasonic transducer, a mesh having a plurality of openings, and a tank for accommodating an aqueous alcohol solution.
  • the alcohol aqueous solution in the tank is extruded from a plurality of openings of the mesh by the vibration of the ultrasonic vibrator. This allows the mesh atomizer to spray the alcohol aqueous solution.
  • the compressor type atomizer sprays the alcohol aqueous solution using the gas compressed by the compressor.
  • the compressor type atomizer may include a spray nozzle, a tank, and a compressor.
  • the alcohol aqueous solution contained in the tank is sent to the spray nozzle, and the compressor pumps a gas such as air to the spray nozzle.
  • the compressor type atomizer can spray an aqueous alcohol solution from a spray nozzle by the gas sent by the compressor.
  • the heated vaporizer heats the alcohol aqueous solution and releases the alcohol vaporized solution by heating.
  • the heated vaporizer may include a heater and a tank for storing an aqueous alcohol solution.
  • the alcohol aqueous solution stored in the tank may be sent to the heater, and the sent alcohol aqueous solution may be vaporized by heating.
  • the heater may heat the alcohol aqueous solution by Joule heat.
  • the mole fraction of alcohol contained in the alcohol aqueous solution with respect to the alcohol aqueous solution is 0.05 or more and 0.35 or less.
  • the hydroxy radical can also be generated by reacting ozone gas with water, but if an alcohol aqueous solution having a molar fraction within the above range is used, the hydroxy radical obtained by reacting ozone gas with the alcohol aqueous solution can be produced. The amount of production increases. Therefore, since hydroxyl radicals having higher oxidizing power than ozone gas can be generated with high efficiency, the effect of sterilizing bacteria and inactivating viruses is improved even if the concentration of ozone gas in the room is kept low. Can be made to.
  • the mole fraction of alcohol in the aqueous alcohol solution may be 0.1 or more, or 0.3 or less.
  • Alcohol may be released so as to have a volume ratio of 12 times or less with respect to ozone gas when converted as a gas.
  • the volume ratio is 12 times or less, the amount of hydroxyl radicals produced by reacting ozone gas with an aqueous alcohol solution may increase.
  • the volume ratio may be 11 times or less. Further, the volume ratio may be 0.1 times or more, 1 time or more, or 2 times or more.
  • the alcohol contained in the aqueous alcohol solution is not particularly limited. From the viewpoint of easily atomizing or vaporizing the alcohol aqueous solution, it is preferable to contain alcohol having 1 or more and 5 or less carbon atoms.
  • the aqueous alcohol solution may contain at least one alcohol selected from the group consisting of propanol such as methanol, ethanol and isopropanol, butanol and pentanol. Among these, the alcohol preferably contains at least one of ethanol and isopropanol, which are generally used as rubbing alcohol. Further, from the viewpoint of increasing the amount of hydroxyl radicals produced, the alcohol preferably contains ethanol.
  • the ozone gas and the atomized or vaporized alcohol aqueous solution react inside the first housing 10.
  • the discharge unit 50 may discharge the alcohol aqueous solution into the air flow path 13, discharges the alcohol aqueous solution into a mixing chamber different from the air flow path 13, and discharges ozone gas and the alcohol aqueous solution in the air flow path 13 or the mixing chamber. May react with.
  • the release unit 50 may release the alcohol aqueous solution to the downstream side of the ozone generation unit 40 in the air flow path 13, or may release it to the upstream side.
  • the control unit 60 includes a CPU, a ROM, and a RAM.
  • the CPU can read the program stored in the ROM and execute instructions such as arithmetic and control according to the program.
  • the RAM stores information acquired from the blower unit 30, the ozone generation unit 40, the emission unit 50, and the like, and the CPU can read the information stored in the RAM and use it for processing such as calculation.
  • the control unit 60 may control ON and OFF of the drive of the blower unit 30, the ozone generation unit 40, and the emission unit 50.
  • the control unit 60 may be controlled so that the blower unit 30, the ozone generation unit 40, and the emission unit 50 are continuously driven, or may be controlled to be intermittently driven at a predetermined timing.
  • the timing of driving the blower unit 30, the ozone generation unit 40, and the emission unit 50 may be the same or different from each other.
  • the control unit 60 may control the timing of driving the ozone generation unit 40 and the emission unit 50 so that the generation of ozone gas and the release of the alcohol aqueous solution occur at the same time.
  • the control unit 60 may control the drive timing of the ozone generation unit 40 and the emission unit 50 so that the generation of ozone gas and the release of the alcohol aqueous solution occur at different timings.
  • the control unit 60 may control the drive of the ozone generation unit 40 based on the concentration measured by the ozone concentration sensor.
  • the hydroxyl radical generated by the reaction between the ozone gas generated by the ozone generation unit 40 and the alcohol aqueous solution released from the emission unit 50 is emitted from the exhaust port 12 without going through the ozone decomposition unit or the like.
  • An example of being discharged was explained.
  • an ozone decomposition unit that decomposes unreacted ozone gas is provided downstream of the region where hydroxyl radicals are generated in the air flow path 13. You may be prepared. This makes it possible to reduce the concentration of ozone gas in the room while purifying the air.
  • the ozone decomposition unit may include, for example, an ozone decomposition catalyst such as manganese dioxide that decomposes ozone gas by contacting with ozone gas.
  • the air purification system 1 includes an ozone generation unit 40 that generates ozone gas and a discharge unit 50 that atomizes or vaporizes an alcohol aqueous solution and releases it.
  • the mole fraction of the alcohol contained in the aqueous alcohol solution with respect to the aqueous alcohol solution is 0.05 or more and 0.35 or less. Then, hydroxyl radicals are generated by the reaction of ozone gas with the atomized or vaporized aqueous alcohol solution.
  • a step of generating ozone gas, a step of atomizing or vaporizing and releasing an alcohol aqueous solution, and a reaction between ozone gas and an atomized or vaporized alcohol aqueous solution cause hydroxy.
  • a step of generating radicals includes a step of generating radicals.
  • the mole fraction of the alcohol contained in the aqueous alcohol solution with respect to the aqueous alcohol solution is 0.05 or more and 0.35 or less.
  • hydroxyl radicals have higher oxidizing power than ozone gas, they can effectively sterilize bacteria and inactivate viruses even when the concentration of hydroxyl radicals in the space is low. Therefore, unlike a conventional air purifier, it is not necessary to fumigate high-concentration ozone gas when no one is indoors.
  • hydroxyl radical can decompose organic substances by high oxidizing power, it can be applied to sterilization of bacteria and inactivation of viruses, or in addition to these, for deodorization, bleaching and washing. Therefore, according to the air cleaning system 1 or the air cleaning method according to the present embodiment, the air can be purified by the hydroxyl radical generated by adding an additive to ozone gas.
  • the air purifying system 1 or the air purifying method may use high-concentration ozone gas in combination with hydroradicals in order to improve the sterilization of bacteria and the inactivation of viruses when no one is indoors.
  • the air purifying system 1 according to the first embodiment includes a first housing 10 that houses an ozone generating unit 40 and a discharging unit 50, and ozone gas and an atomized or vaporized alcohol aqueous solution are contained in the first housing 10. It is reacting inside.
  • the air purifying system 1 according to the present embodiment is common to the air purifying system 1 according to the first embodiment in that it includes a first housing 10 that houses the ozone generation unit 40 and the emission unit 50.
  • the air purifying system 1 according to the present embodiment the ozone gas and the atomized or vaporized alcohol aqueous solution react with each other on the outside of the first housing 10.
  • the air purifying system 1 according to the second embodiment is the same as the air purifying system 1 according to the first embodiment.
  • the discharge unit 50 is provided in the first housing 10 so that the alcohol aqueous solution can be discharged to the outside of the first housing 10.
  • the discharge unit 50 discharges the alcohol aqueous solution toward the ozone gas discharged through the exhaust port 12 of the first housing 10, for example.
  • the ozone gas generated by the ozone generation unit 40 and the alcohol aqueous solution released from the emission unit 50 are mixed on the outside of the first housing 10 to generate hydroxyl radicals.
  • the air purification system 1 further includes a first housing 10 for accommodating the ozone generation unit 40 and the emission unit 50, and the ozone gas and the atomized or vaporized alcohol aqueous solution are different from each other. 1 Reacts on the outside of the housing 10. According to the air purification system 1 according to the present embodiment, since hydroxyl radicals are generated on the outside of the first housing 10, bacteria and viruses adhering to the walls, floor and ceiling of the room and objects placed in the room Can contribute to sterilization or inactivation.
  • the air purifying system 1 according to the third embodiment includes a first housing 10 that houses an ozone generation unit 40 and a emission unit 50.
  • the air purifying system 1 according to the present embodiment includes, instead of the first housing 10, a second housing 15 accommodating the ozone generation unit 40 and a third housing 51 accommodating the emission unit 50. .. Then, the ozone gas and the atomized or vaporized alcohol aqueous solution react with each other on the outside of the second housing 15 and the third housing 51.
  • the air purifying system 1 according to the third embodiment is the same as the air purifying system 1 according to the first embodiment.
  • the air purification system 1 includes an ozone generation device 3 and a release device 4.
  • the ozone generation device 3 includes a second housing 15, a filter unit 20, a blower unit 30, an ozone generation unit 40, and a control unit 60.
  • the second housing 15 houses a filter unit 20, a blower unit 30, an ozone generation unit 40, and a control unit 60.
  • the second housing 15 corresponds to the first housing 10 and partitions the internal space of the ozone generator 3 and the indoor space which is the external space.
  • the second housing 15 is provided with an intake port 11 and an exhaust port 12, and inside the second housing 15, the intake port 11 and the exhaust port 12 are provided.
  • An air flow path 13 to be connected is provided.
  • the ozone generation device 3 is different from the air purifying device 2 according to the first embodiment in that it does not have a emission unit 50, but is the same as the air purifying device 2 in other points.
  • the ozone generation device 3 may be provided with an ozone generation unit 40, and does not necessarily have to include a filter unit 20, a blower unit 30, and a control unit 60.
  • the discharge device 4 includes a discharge unit 50 and a third housing 51.
  • the discharge unit 50 is housed in the third housing 51.
  • the discharge unit 50 is provided in the third housing 51, and the alcohol aqueous solution is sprayed on the outside of the third housing 51.
  • As the release unit 50 the same one as in the first embodiment can be used, and the alcohol aqueous solution is atomized or vaporized and released.
  • the ozone gas generated by the ozone generation unit 40 is discharged to the outside of the second housing 15. Further, the discharging device 4 discharges the alcohol aqueous solution to the outside of the third housing 51. Then, the ozone gas generated by the ozone generation unit 40 and the alcohol aqueous solution released from the emission unit 50 are mixed on the outside of the second housing 15 and the third housing 51 to generate hydroxyl radicals.
  • the air purifying system 1 further includes a second housing 15 for accommodating the ozone generation unit 40 and a third housing 51 for accommodating the emission unit 50. Then, the ozone gas and the atomized or vaporized alcohol aqueous solution react with each other on the outside of the second housing 15 and the third housing 51. According to the air purification system 1 according to the present embodiment, the ozone gas and the alcohol aqueous solution react with each other on the outside of the second housing 15 and the third housing 51. Therefore, hydroxyl radicals are generated on the outside of the second housing 15 and the third housing 51, so that bacteria and viruses adhering to the walls, floor and ceiling of the room and objects placed in the room are sterilized or inactivated. Can contribute to. Further, since the second housing 15 accommodating the ozone generation unit 40 and the third housing 51 accommodating the emission unit 50 can be separated, maintenance in the event of a failure can be facilitated. ..
  • the air purification system 1 is installed in a room such as a building or a moving body, and can purify the air in the room.
  • the air purification system 1 can be used in, for example, a house, a hospital, a school, a factory, a smoking room, a car, a bus, a train, a ship, and the like.
  • the portable air cleaning system 1 has been described, but the air cleaning system 1 is a fixed air cleaning system provided on a ceiling or a wall in a room. May be.
  • an isopropanol aqueous solution drug (additive) was prepared by mixing isopropanol and water at a ratio of 1: 9 so that the molar fraction of the special grade isopropanol manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was 0.1. ..
  • isopropanol was released so as to have a volume ratio of about 2.8 times that of ozone gas when converted as a gas.
  • the above-mentioned drug released at a flow rate of 20 ⁇ L / min was heated and vaporized. Then, the vaporized drug was mixed with a gas having an ozone gas concentration of 500 ppm and a flow rate of 500 mL / min, and reacted in a reaction vessel kept warm at 30 ° C.
  • a beaker containing a chemical sensor solution was placed in the reaction tank.
  • DMF N, N-dimethylformamide
  • methanol 4: 1 so that the concentration of terephthalic acid was 2 mmol / L.
  • terephthalic acid a special grade manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was used, for DMF, a special grade manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was used, and for methanol, a special grade manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was used.
  • Terephthalic acid does not fluoresce even when irradiated with ultraviolet rays with a wavelength of 310 nm.
  • 2-hydroxyterephthalic acid produced by the reaction of terephthalic acid and hydroxyl radical absorbs ultraviolet rays having a wavelength of 310 nm and emits fluorescence having a peak near a wavelength of 425 nm. Therefore, this chemical sensor solution was used as an index of the amount of hydroxyl radicals produced.
  • the fluorescence intensity of the chemical sensor solution was measured using a spectral fluorometer RF-5300 manufactured by Shimadzu Corporation.
  • the chemical sensor solution was irradiated with ultraviolet rays having a wavelength of 310 nm, and the peak intensity (hydroxy radical fluorescence peak height) of the spectrum near the wavelength of 425 nm of the fluorescence emitted from the chemical sensor solution was measured.
  • Example 2 Hydroxyl radical fluorescence peak height was measured in the same manner as in Example 1 except that an isopropanol aqueous solution drug was prepared by mixing isopropanol and water at a ratio of 3: 7 so that the molar fraction of isopropanol was 0.3. bottom. Isopropanol was released so as to have a volume ratio of about 8.1 times that of ozone gas when converted as a gas.
  • Example 3 Example 1 except that a drug of an aqueous ethanol solution was prepared by mixing ethanol and water at a ratio of 1: 9 so that the molar fraction of special grade ethanol manufactured by Fujifilm Wako Junyaku Co., Ltd. was 0.1. The hydroxy radical fluorescence peak height was measured in the same manner. When converted as a gas, ethanol was released so as to have a volume ratio of about 3.6 times that of ozone gas.
  • Example 4 Hydroxyl radical fluorescence peak height was measured in the same manner as in Example 1 except that a drug of an aqueous ethanol solution was prepared by mixing ethanol and water at a ratio of 3: 7 so that the mole fraction of ethanol was 0.3. bottom. When converted as a gas, ethanol was released so as to have a volume ratio of about 11 times that of ozone gas.
  • Hydroxyl radical fluorescence peak height was measured in the same manner as in Example 1 except that an isopropanol aqueous solution drug was prepared by mixing isopropanol and water at a ratio of 1: 1 so that the molar fraction of isopropanol was 0.5. bottom. Isopropanol was released so as to have a volume ratio of about 13 times that of ozone gas when converted as a gas.
  • Hydroxyl radical fluorescence peak height was measured in the same manner as in Example 1 except that a drug of an aqueous ethanol solution was prepared by mixing ethanol and water at a ratio of 1: 1 so that the mole fraction of ethanol was 0.5. bottom. When converted as a gas, ethanol was released so as to have a volume ratio of about 19 times that of ozone gas.
  • the amount of hydroxy radicals generated in the case of reacting with an aqueous alcohol solution as in Examples 1 to 4 is about 2 than in the case of reacting with water. It is expected to double.
  • the mole fraction of the alcohol becomes too large, the generated hydroxyl radicals react with the alcohol and a part of the generated hydroxyl radicals disappears. Therefore, when the mole fraction is 0.5, it is estimated that the amount of hydroxyl radicals generated is low.
  • the amount of hydroxyl radicals generated when the concentration of ozone gas is 500 ppm was evaluated for the convenience of the device, but the same result can be obtained even in a system with a low concentration such as 0.1 ppm of ozone gas. Is expected.
  • the amount of alcohol added is preferably in the range where the volume ratio with ozone gas is up to 12 times when converted into gas.
  • This disclosure can contribute, for example, to Goal 3 of the Sustainable Development Goals (SDGs) led by the United Nations, "Ensuring healthy lives and promoting welfare for all people of all ages.”
  • SDGs Sustainable Development Goals
  • Air purification system 10 1st housing 15 2nd housing 40 Ozone generator 50 Discharge part 51 3rd housing

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Abstract

空気清浄システム（１）は、オゾンガスを生成するオゾン生成部（４０）と、アルコール水溶液を霧化又は気化して放出する放出部（５０）とを備える。アルコール水溶液に含まれるアルコールのアルコール水溶液に対するモル分率は０．０５以上０．３５以下である。オゾンガスと霧化又は気化されたアルコール水溶液とが反応することによってヒドロキシラジカルが生成される。

Description

空気清浄システム及び空気清浄方法
　本開示は、空気清浄システム及び空気清浄方法に関する。
　室内の空間を浄化するためにＨＥＰＡフィルタのようなフィルタが用いられた空気清浄機が販売されている。しかしながら、このような空気清浄機は、ウイルス及び細菌などの微生物を殺菌又は不活性化することができない。一方、オゾンガスは強い酸化力を有するため、空間内及び物体の表面に存在するウイルス及び細菌などの微生物を殺菌又は不活性化するために用いられる。しかしながら、高濃度のオゾンガスは人体に健康被害を及ぼすことが知られており、日本産業衛生学会はオゾン許容濃度を０．１ｐｐｍ以下とするように勧告している。一方、室内のオゾンガス濃度が０．１ｐｐｍ以下であると、微生物の殺菌又は不活性化効果が小さいため、特許文献１に記載のように、人が室内にいない時間に高濃度のオゾンガスが燻蒸される。
　特許文献１には、室内空間と連通する第一の通気口と、オゾン生成部と、オゾン分解部と、室内空間と連通する第二の通気口とを備える空気清浄機が開示されている。オゾン生成部は第一の通気口とオゾン分解部との間に位置している。オゾン生成部とオゾン分解部の間には、開閉可能でありかつ閉時にオゾンガスの流通を遮断可能な遮断手段が設けられている。
特開２００２－１２６０６３号公報
　従来の空気清浄機は、人が室内にいるときには遮断手段を開にしてオゾン分解部でオゾンガスを分解している。また、従来の空気清浄機は、人が室内にいないときには遮断手段を閉にし、オゾン生成部で生成されたオゾンガスで室内空間の悪臭及び悪臭源を除去している。しかしながら、従来の空気清浄機では、室内に人がいる時間には高濃度のオゾンガスを利用することができない。そのため、感染症に感染した感染者が室内にいた場合、咳などによって上記微生物のような感染源を含む飛沫が室内の空間に飛散し、物体の表面に付着して蓄積されるため、感染者から他の人への感染リスクが高くなるおそれがある。
　そこで、本開示は、オゾンガスに添加剤を加えて生成されたヒドロキシラジカルによって空気を浄化することが可能な空気清浄システム及び空気清浄方法を提供することを目的とする。
　本開示に係る空気清浄システムは、オゾンガスを生成するオゾン生成部と、アルコール水溶液を霧化又は気化して放出する放出部とを備える。アルコール水溶液に含まれるアルコールのアルコール水溶液に対するモル分率は０．０５以上０．３５以下である。オゾンガスと霧化又は気化されたアルコール水溶液とが反応することによってヒドロキシラジカルが生成される。
　アルコールはエタノール及びイソプロパノールの少なくともいずれか一方を含んでいてもよい。アルコールは、ガスとして換算した場合に、オゾンガスに対して体積比で１２倍以下となるように放出されてもよい。空気清浄システムはオゾン生成部と放出部とを収容する第１筐体をさらに備え、オゾンガスと霧化又は気化されたアルコール水溶液とは第１筐体の内側で反応してもよい。空気清浄システムはオゾン生成部と放出部とを収容する第１筐体をさらに備え、オゾンガスと霧化又は気化されたアルコール水溶液とは第１筐体の外側で反応してもよい。空気清浄システムはオゾン生成部を収容する第２筐体と放出部を収容する第３筐体とをさらに備え、オゾンガスと霧化又は気化されたアルコール水溶液とは第２筐体及び第３筐体の外側で反応してもよい。外部空間のオゾンガス濃度は０．１ｐｐｍ以下となるように制御されてもよい。
　本開示に係る空気清浄方法は、オゾンガスを生成する工程と、アルコール水溶液を霧化又は気化して放出する工程と、オゾンガスと霧化又は気化されたアルコール水溶液とが反応することによってヒドロキシラジカルを生成する工程とを含む。アルコール水溶液に含まれるアルコールのアルコール水溶液に対するモル分率は０．０５以上０．３５以下である。
　本開示によれば、オゾンガスに添加剤を加えて生成されたヒドロキシラジカルによって空気を浄化することが可能な空気清浄システム及び空気清浄方法を提供することができる。
図１は、一実施形態に係る空気清浄システムを示す概略図である。 図２は、別の実施形態に係る空気清浄システムを示す概略図である。 図３は、別の実施形態に係る空気清浄システムを示す概略図である。 図４は、アルコールのモル分率とヒドロキシラジカル蛍光ピーク高との関係を示すグラフである。
　以下、いくつかの例示的な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
　［第１実施形態］
　まず、図１を用いて第１実施形態に係る空気清浄システム１について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る空気清浄システム１は、空気清浄装置２を備えている。空気清浄装置２は、第１筐体１０と、フィルタ部２０と、送風部３０と、オゾン生成部４０と、放出部５０と、制御部６０とを備えている。ただし、空気清浄装置２はオゾン生成部４０と放出部５０とを備えていればよく、第１筐体１０と、フィルタ部２０、送風部３０及び制御部６０を必ずしも備えている必要はない。本実施形態に係る空気清浄システム１では、後述するように、オゾン生成部４０で生成されたオゾンガスと放出部５０から放出された添加剤としてのアルコール水溶液とが反応してヒドロキシラジカルが生成される。そして、空気清浄システム１は、ヒドロキシラジカルによって空気を浄化する。
　オゾン（Ｏ３）の酸化還元電位は２．０７Ｖと高く、オゾンガスは極めて強い酸化力を示すため、オゾンガスは殺菌及びウイルスの不活化に用いられる。また、オゾンガスの一部が反応して空気中で生成されるヒドロキシラジカル（ＯＨ・）の酸化還元電位は、３．８５Ｖとさらに高く、酸素原子を含む分子の中では最も酸化力が強い。しかしながら、添加剤が添加されていない通常の状態では、オゾンガスからヒドロキシラジカルが生成されにくい。そこで、本実施形態に係る空気清浄システム１では、オゾンガスの未反応の部分を添加剤としてのアルコール水溶液と反応させて酸化力の高いヒドロキシラジカルを生成し、空間中のヒドロキシラジカルの濃度を増大させることで、殺菌力を向上させている。
　第１筐体１０は、フィルタ部２０、送風部３０、オゾン生成部４０、放出部５０及び制御部６０を収容している。第１筐体１０は、空気清浄装置２の内部空間と外部空間である室内空間とを区画している。第１筐体１０には、第１筐体１０の外側から空気を取り込むための吸気口１１と、吸気口１１から取り込まれた空気を第１筐体１０の外側に排出するための排気口１２とが設けられている。第１筐体１０の内側には、吸気口１１と排気口１２とを接続する空気流路１３が設けられており、吸気口１１から排気口１２に向かって空気流路１３内を空気が流れる。空気流路１３には、フィルタ部２０と、送風部３０と、オゾン生成部４０とが上流側からこの順番で配置されている。
　フィルタ部２０は吸気口１１に設けられており、第１筐体１０の外側から取り込まれた空気から異物を除去する。フィルタ部２０は、例えば公知の防塵フィルタを含んでいてもよい。また、フィルタ部２０は、防塵フィルタに加えて公知の機能性フィルタを含んでいてもよい。
　送風部３０は、空気流路１３においてフィルタ部２０の下流側に設けられている。送風部３０は、吸気口１１を通じて第１筐体１０の外側から第１筐体１０の内側に空気を流入させ、第１筐体１０内に流入した空気を、排気口１２を通じて第１筐体１０の外側に排出する。送風部３０は、例えばシロッコファンを含んでいてもよい。送風部３０は図面ではフィルタ部２０の下流側に配置されているが、空気流路１３内に配置されていれば吸気口１１から排気口１２へと向かう気流を生成することができる。そのため、送風部３０は例えば排気口１２付近に配置されていてもよい。
　オゾン生成部４０は、オゾンガスを生成する。オゾンガスは気体のオゾンである。具体的には、オゾン生成部４０は、第１筐体１０の外側から取り込んだ空気中の酸素からオゾンガスを生成する。オゾン生成部４０によって生成されたオゾンガスは、排気口１２を通じて第１筐体１０の外側に排出される。オゾン生成部４０は、オゾンガスを生成することができれば特に限定されず、例えばコロナ放電及び無声放電などのような放電式オゾン発生器又は紫外線ランプ式オゾン発生器を含んでいてもよい。オゾン生成部４０で生成されるオゾンガスの量は、例えばオゾン生成部４０の出力及びオゾン生成時間などを変更することにより調整することができる。
　空気清浄システム１は、第１筐体１０の外側及び内側の少なくともいずれか一方のオゾンガス濃度を測定するオゾン濃度センサーを備えていてもよい。第１筐体１０の外側のオゾンガス濃度を測定する場合には、オゾンガスとアルコール水溶液が反応した後の室内のオゾンガス濃度が測定されるため、室内のオゾンガスの量の直接的な指標を得ることができる。一方、第１筐体１０の内側のオゾンガス濃度を測定する場合には、オゾン濃度センサーは例えば空気流路１３におけるオゾン生成部４０の下流側に配置される。この場合、オゾン濃度センサーは、オゾン生成部４０で生成されたオゾンガスの濃度を直接測定することができるため、オゾン生成部４０で生成されるオゾンガスの量の指標を得ることができる。そのため、オゾン生成部４０の状態に応じてオゾンガス生成量を容易に調整することができる。
　空気清浄システム１における外部空間のオゾンガス濃度は０．１ｐｐｍ以下となるように制御されることが好ましい。これにより、人が室内にいる場合であっても、空気清浄システム１によって空気を浄化することができる。外部空間のオゾンガス濃度は、０．０８ｐｐｍ以下となるように制御されてもよい。空気清浄システム１は、ヒドロキシラジカルによって除菌することができるため、外部空間のオゾンガス濃度の下限は特に限定されないが、例えば０．０１ｐｐｍ以上となるように制御されてもよい。なお、本明細書において、ｐｐｍは体積百万分率を意味する。
　オゾン生成部４０で生成されるオゾンガスの濃度は特に限定されない。上記のように、外部空間のオゾンガス濃度は０．１ｐｐｍ以下であることが好ましい。しかしながら、オゾンガスはアルコール水溶液と反応してヒドロキシラジカルを生成するため、オゾン生成部４０で生成されたオゾンガスの少なくとも一部はアルコール水溶液と反応して消失する。したがって、オゾン生成部４０で生成されるオゾンガスの濃度は０．１ｐｐｍを超えていてもよい。ただし、第１筐体１０の外側の雰囲気におけるオゾンガス濃度をより低減する観点からは、オゾン生成部４０で生成されるオゾンガスの濃度は０．１ｐｐｍ以下となるように制御されることが好ましい。また、オゾンガス濃度を０．１ｐｐｍ以下とすることにより、オゾンガスにより特定の材料が劣化するのを抑制することができる。オゾン生成部４０で生成されるオゾンガスの濃度は０．０８ｐｐｍ以下となるように制御されてもよい。また、空気清浄システム１は、ヒドロキシラジカルによって空気を浄化することができるため、オゾン生成部４０で生成されるオゾンガスの濃度の下限は特に限定されないが、例えば０．０１ｐｐｍ以上となるように制御されてもよい。
　放出部５０は、アルコール水溶液を霧化又は気化して放出する。そして、オゾン生成部４０で生成されたオゾンガスと霧化又は気化されたアルコール水溶液とが反応することによってヒドロキシラジカルが生成される。この際、霧化又は気化されたアルコール水溶液がオゾンガスに供給されてもよく、オゾンガスが霧化又は気化されたアルコールに供給されてもよい。
　ヒドロキシラジカルはラジカルの一種であり、例えば、微生物を構成するタンパク質及び脂質のような有機物から水素を奪い取って分解し、細菌を殺菌又はウイルスを不活性化することができる。ヒドロキシラジカルはオゾンよりも酸化還元電位が高く、ヒドロキシラジカルの濃度が低い場合であっても、十分な殺菌又は不活性化効果を有する。例えば、大腸菌を９９％殺菌するのに必要なＣＴ値（Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ－Ｔｉｍｅ　Ｖａｌｕｅ）を比較すると、ヒドロキシラジカルはオゾンと比較して数百分の一倍以下のＣＴ値であるとも言われている。
　そのため、本実施形態に係る空気清浄システム１によれば、ヒドロキシラジカルによる作用によって、オゾンガス濃度が低い場合であっても、効果的に細菌を殺菌し、ウイルスを不活性化することができる。また、ヒドロキシラジカルは反応性が高く、奪い取った水素と結合して水に変化するため残留性が低い。さらに、ヒドロキシラジカルは、高い酸化力によって有機物を分解することができるため、細菌の殺菌及びウイルスの不活性化だけでなく、脱臭、漂白及び洗浄などにも適用することができる。
　なお、ヒドロキシラジカルによる大腸菌を９９％殺菌するのに必要なＣＴ値は４．７×１０－１０ｍｏｌ／Ｌ・ｍｉｎであると言われており、他の細菌及びウイルスなどでも同様の傾向となることが予想される。一方、オゾンガス濃度が０．１ｐｐｍ、相対湿度が８０％（いわゆるオゾンフォグに相当）の場合、新型コロナウイルス（ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２）はＣＴ（ｐｐｍ×ｍｉｎ）＝２４で２７％、ＣＴ＝４２で１３％、ＣＴ＝６０で４．６％までＴＣＩＤ５０が低下する。この値を指数関数で近似するとＣＴが約９２の場合にＴＣＩＤ５０が１％になることが推測できる。すなわち、オゾンガス濃度が０．１ｐｐｍの場合の９９％不活化時間は９２０分すなわち約１５時間になる。後述する実施例のように、オゾンガス濃度が０．１ｐｐｍのガスに添加剤を加えてヒドロキシラジカルが水分の添加よりも２倍多くできる条件の場合、９９％不活化に必要な時間は１／２倍、すなわち７．５時間程度になる。この不活性化時間はオゾンガスと添加剤との反応生成物の活性化量（実質ヒドロキシラジカル濃度）と反比例する。このような考え方でオゾンガス及び添加剤の量をコントロールすることで新型コロナウイルス９９％不活性化までの時間を見積もることができる。また、オゾンガスと水蒸気（水の微粒子）を混合してできるオゾンフォグを用いた場合は、水分を除去したオゾンガスを用いた場合の約１／５の時間で同等の殺菌率を示す。オゾンガスとアルコール水溶液とを反応させた場合には、オゾンフォグを使用した場合のさらに約１／２の時間で殺菌することができるので、水分を除去したオゾンガスを使用した場合に比べて不活性化までの時間が約１／１０にはなると言える。
　放出部５０は、上述のようにアルコール水溶液を霧化又は気化して放出する。アルコール水溶液は霧化又は気化のいずれか一方によって放出されてもよく、霧化及び気化によって放出されてもよい。また、アルコール水溶液は、霧化された直後は微小な液滴であり、その後微小な液滴が気化されてもよい。アルコール水溶液が霧化又は気化されることによって、オゾンガスとアルコール水溶液との反応が進行しやすくなるため、ヒドロキシラジカルを効率よく生成することができる。放出部５０は、アルコール水溶液を霧化する噴霧器及びアルコール水溶液を気化する気化器の少なくともいずれか一方を含んでいてもよい。噴霧器は、例えば、超音波式噴霧器、メッシュ式噴霧器及びコンプレッサー式噴霧器からなる群より選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。気化器は、例えば加熱式気化器を含んでいてもよい。
　超音波式噴霧器は、超音波のキャビテーション効果によってアルコール水溶液を噴霧する。超音波式噴霧器は、超音波振動子が設けられた外側槽と、外側槽よりも内側に設けられた内側槽とを含んでいてもよい。超音波式噴霧器は、例えば、内側槽と接するように外側槽に水などのような冷却液が収容され、冷却液を通じて内側槽に収容されたアルコール水溶液に超音波振動子からの超音波振動エネルギーが伝達されることでアルコール水溶液を噴霧することができる。
　メッシュ式噴霧器は、超音波振動とメッシュを用いてアルコール水溶液を噴霧する。メッシュ式噴霧器は、超音波振動子と、複数の開口部を有するメッシュと、アルコール水溶液を収容するタンクとを含んでいてもよい。メッシュ式噴霧器は、例えば、タンク内のアルコール水溶液が超音波振動子の振動によってメッシュの複数の開口部から押し出される。これにより、メッシュ式噴霧器は、アルコール水溶液を噴霧することができる。
　コンプレッサー式噴霧器は、コンプレッサーにより圧縮された気体を用いてアルコール水溶液を噴霧する。コンプレッサー式噴霧器は、スプレーノズルと、タンクと、コンプレッサーとを含んでいてもよい。タンクに収容されたアルコール水溶液はスプレーノズルへ送液され、コンプレッサーは空気などの気体をスプレーノズルに圧送する。コンプレッサー式噴霧器は、コンプレッサーで送られた気体によってスプレーノズルからアルコール水溶液を噴霧することができる。
　加熱式気化器は、アルコール水溶液を加熱し、加熱によって気化されたアルコール水溶液を放出する。加熱式気化器は、加熱器と、アルコール水溶液を貯蔵するタンクとを含んでいてもよい。加熱式気化器は、タンクに貯蔵されたアルコール水溶液が加熱器に送液され、送液されたアルコール水溶液が加熱によって気化されてもよい。加熱器は、ジュール熱によってアルコール水溶液を加熱してもよい。
　アルコール水溶液に含まれるアルコールのアルコール水溶液に対するモル分率は０．０５以上０．３５以下である。ヒドロキシラジカルは、オゾンガスと水とを反応させることによっても生成することができるが、モル分率が上記の範囲内のアルコール水溶液を用いると、オゾンガスとアルコール水溶液とを反応させて得られるヒドロキシラジカルの生成量が多くなる。そのため、オゾンガスよりも酸化力の高いヒドロキシラジカルを高い効率で生成することができるため、室内のオゾンガス濃度を低い状態で維持したままであっても、細菌の殺菌及びウイルスの不活性化効果を向上させることができる。アルコール水溶液中のアルコールのモル分率は０．１以上であってもよく、０．３以下であってもよい。
　アルコールは、ガスとして換算した場合に、オゾンガスに対して体積比で１２倍以下となるように放出されてもよい。上記体積比が１２倍以下であると、オゾンガスとアルコール水溶液とを反応させて得られるヒドロキシラジカルの生成量が多くなる場合がある。上記体積比は１１倍以下であってもよい。また、上記体積比は０．１倍以上であってもよく、１倍以上であってもよく、２倍以上であってもよい。
　アルコール水溶液に含まれるアルコールは特に限定されない。アルコール水溶液を容易に霧化又は気化する観点から、炭素数が１以上５以下のアルコールを含むことが好ましい。アルコール水溶液は、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのプロパノール、ブタノール及びペンタノールからなる群より選択される少なくとも一種のアルコールを含んでいてもよい。これらの中でも、アルコールは、消毒用アルコールとして汎用的に使用されているエタノール及びイソプロパノールの少なくともいずれか一方を含むことが好ましい。また、ヒドロキシラジカルの生成量が多くなるという観点から、アルコールはエタノールを含むことが好ましい。
　本実施形態に係る空気清浄システム１では、オゾンガスと霧化又は気化されたアルコール水溶液とは第１筐体１０の内側で反応する。第１筐体１０の内側でオゾンガスとアルコール水溶液とを反応させることにより、第１筐体１０の内側でオゾンガスの一部が消失する。そのため、多くのオゾンガスを生成しても、高濃度のオゾンガスが室内に放出されることを抑制することができる。放出部５０は、例えば、空気流路１３内にアルコール水溶液を放出してもよく、空気流路１３とは異なる混合室内にアルコール水溶液を放出し、空気流路１３又は混合室内でオゾンガスとアルコール水溶液とを反応させてもよい。放出部５０は、アルコール水溶液を、図１に示すように空気流路１３におけるオゾン生成部４０よりも下流側に放出してもよく、上流側に放出してもよい。
　制御部６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを含んでいる。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み込み、プログラムに従って演算及び制御などの命令を実行することができる。ＲＡＭは、送風部３０、オゾン生成部４０及び放出部５０などから取得した情報を記憶し、ＣＰＵはＲＡＭに記憶された情報を読み出して演算などの処理に用いることができる。制御部６０は、送風部３０、オゾン生成部４０及び放出部５０の駆動のＯＮ及びＯＦＦを制御してもよい。制御部６０は、送風部３０、オゾン生成部４０及び放出部５０が連続して駆動するように制御してもよく、所定のタイミングで断続的に駆動するように制御してもよい。送風部３０、オゾン生成部４０及び放出部５０の駆動のタイミングは同じであってもよく、それぞれ異なっていてもよい。例えば、制御部６０は、オゾンガスの生成とアルコール水溶液の放出とが同時に生じるようにオゾン生成部４０と放出部５０との駆動のタイミングを制御してもよい。また、制御部６０は、オゾンガスの生成とアルコール水溶液の放出とが異なるタイミングで生じるようにオゾン生成部４０と放出部５０との駆動のタイミングを制御してもよい。また、制御部６０は、オゾン濃度センサーで測定された濃度に基づいてオゾン生成部４０の駆動を制御してもよい。
　なお、本実施形態では、オゾン生成部４０で生成されたオゾンガスと放出部５０から放出されたアルコール水溶液とが反応して生成されたヒドロキシラジカルは、オゾン分解部などを介さずに排気口１２から排出される例について説明した。しかしながら、本実施形態に係る空気清浄システム１は、ヒドロキシラジカルによって空気が浄化されるため、空気流路１３におけるヒドロキシラジカルが生成される領域の下流側に未反応のオゾンガスを分解するオゾン分解部を備えていてもよい。これにより、空気を浄化しつつ、室内のオゾンガス濃度を低減することができる。オゾン分解部は、例えば、オゾンガスと接触することによりオゾンガスを分解する二酸化マンガンのようなオゾン分解触媒を含んでいてもよい。
　以上説明した通り、本実施形態に係る空気清浄システム１は、オゾンガスを生成するオゾン生成部４０と、アルコール水溶液を霧化又は気化して放出する放出部５０とを備えている。アルコール水溶液に含まれるアルコールのアルコール水溶液に対するモル分率は０．０５以上０．３５以下である。そして、オゾンガスと霧化又は気化されたアルコール水溶液とが反応することによってヒドロキシラジカルが生成される。
　また、本実施形態に係る空気清浄方法は、オゾンガスを生成する工程と、アルコール水溶液を霧化又は気化して放出する工程と、オゾンガスと霧化又は気化されたアルコール水溶液とが反応することによってヒドロキシラジカルを生成する工程とを含む。アルコール水溶液に含まれるアルコールのアルコール水溶液に対するモル分率は０．０５以上０．３５以下である。
　ヒドロキシラジカルは、オゾンガスと比較して酸化力が高いため、空間内のヒドロキシラジカルの濃度が低い場合であっても、効果的に細菌を殺菌し、ウイルスを不活性化することができる。そのため、従来の空気清浄機のように、人が室内にいない時間に高濃度のオゾンガスを燻蒸しなくてもよい。また、ヒドロキシラジカルは、高い酸化力によって有機物を分解することができるため、細菌の殺菌及びウイルスの不活性化に代えて又はこれらに加え、脱臭、漂白及び洗浄などにも適用することができる。したがって、本実施形態に係る空気清浄システム１又は空気清浄方法によれば、オゾンガスに添加剤を加えて生成されたヒドロキシラジカルによって空気を浄化することができる。なお、空気清浄システム１又は空気清浄方法は、人が室内にいない場合に、細菌の殺菌及びウイルスの不活性化を向上させるため、高濃度のオゾンガスをヒドロラジカルと併用して用いてもよい。
　［第２実施形態］
　次に、第２実施形態に係る空気清浄システム１について図２を用いて説明する。第１実施形態に係る空気清浄システム１では、オゾン生成部４０と放出部５０とを収容する第１筐体１０を備え、オゾンガスと霧化又は気化されたアルコール水溶液とは第１筐体１０の内側で反応している。本実施形態に係る空気清浄システム１では、オゾン生成部４０と放出部５０とを収容する第１筐体１０を備えている点で第１実施形態に係る空気清浄システム１と共通する。一方、本実施形態に係る空気清浄システム１では、オゾンガスと霧化又は気化されたアルコール水溶液とは第１筐体１０の外側で反応する。それ以外の点については、第２実施形態に係る空気清浄システム１は第１実施形態に係る空気清浄システム１と同様である。
　放出部５０は、図２に示すように、アルコール水溶液を第１筐体１０の外側に放出可能なように第１筐体１０に設けられている。放出部５０は、例えば、第１筐体１０の排気口１２を通じて排出されたオゾンガスに向かってアルコール水溶液を放出する。これにより、オゾン生成部４０で生成されたオゾンガスと放出部５０から放出されたアルコール水溶液とは第１筐体１０の外側で混合され、ヒドロキシラジカルが生成される。
　以上説明した通り、本実施形態に係る空気清浄システム１は、オゾン生成部４０と放出部５０とを収容する第１筐体１０をさらに備え、オゾンガスと霧化又は気化されたアルコール水溶液とは第１筐体１０の外側で反応する。本実施形態に係る空気清浄システム１によれば、第１筐体１０の外側でヒドロキシラジカルが生成されるため、室内の壁、床及び天井並びに室内に置かれた物体に付着した細菌及びウイルスの殺菌又は不活性化に寄与し得る。
　［第３実施形態］
　次に、第３実施形態に係る空気清浄システム１について図３を用いて説明する。第１実施形態に係る空気清浄システム１では、オゾン生成部４０と放出部５０とを収容する第１筐体１０を備えていた。一方、本実施形態に係る空気清浄システム１は、第１筐体１０に代え、オゾン生成部４０を収容する第２筐体１５と放出部５０を収容する第３筐体５１とを備えている。そして、オゾンガスと霧化又は気化されたアルコール水溶液とは第２筐体１５及び第３筐体５１の外側で反応する。それ以外の点については、第３実施形態に係る空気清浄システム１は第１実施形態に係る空気清浄システム１と同様である。
　本実施形態に係る空気清浄システム１は、オゾン生成装置３と、放出装置４とを備えている。オゾン生成装置３は、第２筐体１５と、フィルタ部２０と、送風部３０と、オゾン生成部４０と、制御部６０とを備えている。第２筐体１５は、フィルタ部２０、送風部３０、オゾン生成部４０及び制御部６０を収容している。第２筐体１５は、第１筐体１０に相当し、オゾン生成装置３の内部空間と外部空間である室内空間とを区画している。第２筐体１５には、第１筐体１０と同様に、吸気口１１と排気口１２とが設けられており、第２筐体１５の内側には、吸気口１１と排気口１２とを接続する空気流路１３が設けられている。オゾン生成装置３は放出部５０を備えていない点において第１実施形態に係る空気清浄装置２と異なるが、それ以外の点については空気清浄装置２と同様である。なお、オゾン生成装置３はオゾン生成部４０を備えていればよく、フィルタ部２０、送風部３０及び制御部６０を必ずしも備えている必要はない。
　放出装置４は、放出部５０と、第３筐体５１とを備えている。放出部５０は、第３筐体５１に収容されている。放出部５０は第３筐体５１に設けられており、第３筐体５１の外側にアルコール水溶液を噴霧する。放出部５０は、第１実施形態と同様のものを使用することができ、アルコール水溶液を霧化又は気化して放出する。
　オゾン生成部４０で生成されたオゾンガスは第２筐体１５の外側に放出される。また、放出装置４はアルコール水溶液を第３筐体５１の外側に放出する。そして、オゾン生成部４０で生成されたオゾンガスと放出部５０から放出されたアルコール水溶液とが第２筐体１５及び第３筐体５１の外側で混合され、ヒドロキシラジカルが生成される。
　以上説明した通り、本実施形態に係る空気清浄システム１は、オゾン生成部４０を収容する第２筐体１５と放出部５０を収容する第３筐体５１とをさらに備えている。そして、オゾンガスと霧化又は気化されたアルコール水溶液とは第２筐体１５及び第３筐体５１の外側で反応する。本実施形態に係る空気清浄システム１によれば、オゾンガスとアルコール水溶液とは第２筐体１５及び第３筐体５１の外側で反応する。そのため、第２筐体１５及び第３筐体５１の外側でヒドロキシラジカルが生成されるため、室内の壁、床及び天井並びに室内に置かれた物体に付着した細菌及びウイルスの殺菌又は不活性化に寄与し得る。また、オゾン生成部４０を収容する第２筐体１５と、放出部５０を収容する第３筐体５１とを別体とすることができるため、故障の際のメンテナンスを容易にすることができる。
　空気清浄システム１は、例えば、建物及び移動体などの室内に設置され、室内の空気を浄化することができる。空気清浄システム１は、例えば、家屋、病院、学校、工場、喫煙室、自動車、バス、電車及び船舶などで用いることができる。
　なお、第１実施形態から第３実施形態では、持ち運び可能な移動式の空気清浄システム１について説明したが、空気清浄システム１は、室内の天井又は壁などに設けられた固定式の空気清浄システムであってもよい。
　以下、本実施形態を実施例及び比較例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれらの実施例に限定されるものではない。
　［実施例１］
　まず、富士フイルム和光純薬株式会社製の特級イソプロパノールのモル分率が０．１となるようにイソプロパノールと水とを１：９の比率で混合してイソプロパノール水溶液の薬剤（添加剤）を調製した。次に、ガスとして換算した場合に、オゾン：イソプロパノール＝１：２．８（体積比）程度の混合比となるように、オゾンガスと気化されたイソプロパノール水溶液とを反応槽で反応させた。具体的には、イソプロパノールを、ガスとして換算した場合に、オゾンガスに対して体積比で約２．８倍となるように放出した。より具体的には、流量２０μＬ／分で放出された上記薬剤を加熱して気化した。そして、気化された薬剤をオゾンガス濃度が５００ｐｐｍ、流量５００ｍＬ／ｍｉｎのガスと混合し、３０℃で保温された反応槽で反応させた。
　反応槽内には化学センサー液を入れたビーカーを載置した。化学センサー液は、テレフタル酸の濃度が２ｍｍｏｌ／Ｌとなるように、ＤＭＦ（Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド）：メタノール＝４：１の混合液２５０ｍＬにテレフタル酸０．０８４ｇを溶解して調製した。テレフタル酸は富士フイルム和光純薬株式会社製の特級を使用し、ＤＭＦは富士フイルム和光純薬株式会社製の特級を使用し、メタノールは富士フイルム和光純薬株式会社製の特級を使用した。
　テレフタル酸は波長３１０ｎｍの紫外線を照射しても蛍光を発しない。しかしながら、テレフタル酸とヒドロキシラジカルとが反応して生成された２－ヒドロキシテレフタル酸は、波長３１０ｎｍの紫外線を吸収して波長４２５ｎｍ付近にピークを有する蛍光を発する。そのため、この化学センサー液をヒドロキシラジカルの生成量の指標として用いた。化学センサー液の蛍光強度は、株式会社島津製作所製の分光蛍光光度計ＲＦ－５３００を用いて測定した。具体的には、波長３１０ｎｍの紫外線を化学センサー液に照射し、化学センサー液から発せられる蛍光の波長４２５ｎｍ付近のスペクトルのピーク強度（ヒドロキシラジカル蛍光ピーク高）を測定した。
　［実施例２］
　イソプロパノールのモル分率が０．３となるようにイソプロパノールと水とを３：７の比率で混合してイソプロパノール水溶液の薬剤を調製した以外は実施例１と同様にしてヒドロキシラジカル蛍光ピーク高を測定した。なお、イソプロパノールは、ガスとして換算した場合に、オゾンガスに対して体積比で約８．１倍となるように放出した。
　［実施例３］
　富士フイルム和光純薬株式会社製の特級エタノールのモル分率が０．１となるようにエタノールと水とを１：９の比率で混合してエタノール水溶液の薬剤を調製した以外は実施例１と同様にしてヒドロキシラジカル蛍光ピーク高を測定した。なお、エタノールは、ガスとして換算した場合に、オゾンガスに対して体積比で約３．６倍となるように放出した。
　［実施例４］
　エタノールのモル分率が０．３となるようにエタノールと水とを３：７の比率で混合してエタノール水溶液の薬剤を調製した以外は実施例１と同様にしてヒドロキシラジカル蛍光ピーク高を測定した。なお、エタノールは、ガスとして換算した場合に、オゾンガスに対して体積比で約１１倍となるように放出した。
　［比較例１］
　アルコールのモル分率が０の水を薬剤として用いた以外は実施例１と同様にしてヒドロキシラジカル蛍光ピーク高を測定した。
　［比較例２］
　イソプロパノールのモル分率が０．５となるようにイソプロパノールと水とを１：１の比率で混合してイソプロパノール水溶液の薬剤を調製した以外は実施例１と同様にしてヒドロキシラジカル蛍光ピーク高を測定した。なお、イソプロパノールは、ガスとして換算した場合に、オゾンガスに対して体積比で約１３倍となるように放出した。
　［比較例３］
　エタノールのモル分率が０．５となるようにエタノールと水とを１：１の比率で混合してエタノール水溶液の薬剤を調製した以外は実施例１と同様にしてヒドロキシラジカル蛍光ピーク高を測定した。なお、エタノールは、ガスとして換算した場合に、オゾンガスに対して体積比で約１９倍となるように放出した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１及び図４に示すように、実施例１～実施例４では、モル分率が０．０５以上０．３５以下であるアルコール水溶液とオゾンガスとを反応させている。なお、図４には、ヒドロキシラジカル蛍光ピーク高の測定誤差である＋５％及び－５％の線を追加している。これらの実施例では、比較例１～比較例３のような水及びモル分率が０．５であるアルコール水溶液とオゾンガスとを反応させた場合と比較し、ヒドロキシラジカルの発生量が増加した。例えば、エタノール水溶液（モル分率０．１）の場合、ヒドロキシラジカルのピーク比が水の場合と比較して１．９倍で、約２倍の活性（殺菌性能）がある。このメカニズムは定かではないが、オゾンガスの反応性から推定される。まず、湿分が存在するとオゾンガスと反応してヒドロキシラジカルが発生しやすくなる。
　オゾンガスは水よりアルコールとの反応性が高いため、実施例１～実施例４のようなアルコール水溶液を反応させた場合の方が、水を反応させた場合よりもヒドロキシラジカルの発生量が約２倍に多くなると思われる。一方、アルコールのモル分率が多くなりすぎると、生成したヒドロキシラジカルがアルコールと反応し、生成ヒドロキシラジカルの一部が消失してしまう。そのため、モル分率が０．５である場合にはヒドロキシラジカル発生量が低くなったと推定される。なお、本例では装置の都合上、オゾンガスの濃度が５００ｐｐｍである場合のヒドロキシラジカルの生成量を評価したが、オゾンガスの濃度が０．１ｐｐｍのような低濃度の系でも同様の結果になることが予想される。
　また、オゾンガスに対する気化したアルコールの体積比（アルコール体積比）をみると、ヒドロキシラジカル濃度が増えたアルコールのモル分率が０．１の実施例１では２．８、実施例３では３．６である。また、アルコールのモル分率が０．３の実施例２では８．１、実施例４では１１である。このため、アルコールの添加量は、ガスとして換算した場合、オゾンガスとの体積比が１２倍までが好ましい範囲となる。
　特願２０２０－１８９３８７号（出願日：２０２０年１１月１３日）の全内容は、ここに援用される。
　いくつかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正または変形をすることが可能である。上記実施形態のすべての構成要素、及び請求の範囲に記載されたすべての特徴は、それらが互いに矛盾しない限り、個々に抜き出して組み合わせてもよい。
　本開示は、例えば、国際連合が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標３『あらゆる年齢のすべての人々の健康的な生活を確保し、福祉を促進する』に貢献することができる。
　１　　　空気清浄システム
　１０　　第１筐体
　１５　　第２筐体
　４０　　オゾン生成部
　５０　　放出部
　５１　　第３筐体

Claims (8)

  1. 　オゾンガスを生成するオゾン生成部と、
    　アルコール水溶液を霧化又は気化して放出する放出部と、
    　を備え、
    　前記アルコール水溶液に含まれるアルコールの前記アルコール水溶液に対するモル分率は０．０５以上０．３５以下であり、
    　前記オゾンガスと霧化又は気化された前記アルコール水溶液とが反応することによってヒドロキシラジカルが生成される、空気清浄システム。
  2. 　前記アルコールはエタノール及びイソプロパノールの少なくともいずれか一方を含む、請求項１に記載の空気清浄システム。
  3. 　前記アルコールは、ガスとして換算した場合に、前記オゾンガスに対して体積比で１２倍以下となるように放出される、請求項１又は２に記載の空気清浄システム。
  4. 　前記オゾン生成部と前記放出部とを収容する第１筐体をさらに備え、
    　前記オゾンガスと霧化又は気化された前記アルコール水溶液とは前記第１筐体の内側で反応する、請求項１～３のいずれか一項に記載の空気清浄システム。
  5. 　前記オゾン生成部と前記放出部とを収容する第１筐体をさらに備え、
    　前記オゾンガスと霧化又は気化された前記アルコール水溶液とは前記第１筐体の外側で反応する、請求項１～３のいずれか一項に記載の空気清浄システム。
  6. 　前記オゾン生成部を収容する第２筐体と前記放出部を収容する第３筐体とをさらに備え、
    　前記オゾンガスと霧化又は気化された前記アルコール水溶液とは前記第２筐体及び前記第３筐体の外側で反応する、請求項１～３のいずれか一項に記載の空気清浄システム。
  7. 　外部空間のオゾンガス濃度は０．１ｐｐｍ以下となるように制御される、請求項１～６のいずれか一項に記載の空気清浄システム。
  8. 　オゾンガスを生成する工程と、
    　アルコール水溶液を霧化又は気化して放出する工程と、
    　前記オゾンガスと霧化又は気化された前記アルコール水溶液とが反応することによってヒドロキシラジカルを生成する工程と、
    　を含み、
    　前記アルコール水溶液に含まれるアルコールの前記アルコール水溶液に対するモル分率は０．０５以上０．３５以下である、空気清浄方法。
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