WO2023084626A1 - 空気除菌装置およびそれを用いた空気調和装置 - Google Patents

空気除菌装置およびそれを用いた空気調和装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2023084626A1
WO2023084626A1 PCT/JP2021/041275 JP2021041275W WO2023084626A1 WO 2023084626 A1 WO2023084626 A1 WO 2023084626A1 JP 2021041275 W JP2021041275 W JP 2021041275W WO 2023084626 A1 WO2023084626 A1 WO 2023084626A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ultraviolet light
sterilization device
air
air sterilization
pair
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/041275
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
浩之 豊田
大祐 明丸
彰徳 川崎
友章 田口
Original Assignee
株式会社日立製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社日立製作所 filed Critical 株式会社日立製作所
Priority to EP21950365.3A priority Critical patent/EP4215219A4/en
Priority to JP2022575796A priority patent/JP7346755B1/ja
Priority to PCT/JP2021/041275 priority patent/WO2023084626A1/ja
Priority to TW111142813A priority patent/TWI827355B/zh
Publication of WO2023084626A1 publication Critical patent/WO2023084626A1/ja

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L9/00—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
    • A61L9/16—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using physical phenomena
    • A61L9/18—Radiation
    • A61L9/20—Ultraviolet radiation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F8/00—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying
    • F24F8/20—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by sterilisation
    • F24F8/22—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by sterilisation using UV light
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2209/00—Aspects relating to disinfection, sterilisation or deodorisation of air
    • A61L2209/10—Apparatus features
    • A61L2209/16—Connections to a HVAC unit
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Definitions

  • the present invention relates to an air sterilization device and an air conditioner using the same.
  • Deep ultraviolet rays with a wavelength of 200 nm to 300 nm are known to be effective in sterilizing bacteria and mold, inactivating viruses, and inactivating allergens such as pollen.
  • Patent Document 1 discloses a technique for sterilizing (inactivating) bacteria and viruses in the circulating air using ultraviolet rays.
  • Patent Document 1 shows that an ultraviolet light emitting diode (hereinafter abbreviated as ultraviolet LED) is used as a light source of ultraviolet light that inactivates bacteria, viruses, and the like.
  • ultraviolet LEDs have the advantage that they have a relatively long life and are inexpensive, but they also have the disadvantage that the intensity of the ultraviolet rays emitted from the ultraviolet LEDs is generally low.
  • UV power In order to efficiently inactivate bacteria and viruses in the air with UV rays, it is necessary to apply a certain amount of UV power to the bacteria and viruses. This constant amount of UV power is determined by the UV intensity and the time the bacteria/viruses are exposed to the UV light. In other words, if the ultraviolet intensity in the space is strong, bacteria and viruses are inactivated in a short period of time. In addition, the amount of ultraviolet power required for inactivation varies depending on the wavelength of ultraviolet light and target bacteria/viruses. The amount of UV power referred to herein is expressed in joules of energy.
  • an ultraviolet irradiation device that inactivates bacteria and viruses into an air conditioner or air purifier, it is possible to provide a composite device that can achieve multiple functions. In that case, in order to reduce the size of the composite device, the space inside the internal duct of the air conditioner or air purifier can be used as a space for deactivating the ultraviolet irradiation device.
  • UV intensity itself in the inactivation space does not have to be so strong.
  • the UV intensity referred to here means UV density or illuminance, and means UV power per unit area and unit time.
  • the space for irradiating UV rays (inactivation space) is short or the wind speed is high, the time that bacteria and viruses are exposed to UV rays will be short. Therefore, in order to inactivate bacteria and viruses, it is necessary to sufficiently increase the intensity of ultraviolet rays.
  • a plurality of ultraviolet LEDs are mounted, and a reflecting mirror is provided to reflect the ultraviolet rays emitted from the ultraviolet LEDs and irradiate the bacteria and viruses again. For example, it is necessary to increase the intensity of ultraviolet rays in the space.
  • Filters, heat exchangers, blowers, etc. are already densely arranged in the internal ducts of a typical air conditioner or air purifier.
  • UV LEDs have a light distribution angle of about 100°. Light with a light distribution angle of 100° spreads as wide as 238 mm when the light travels 100 mm from the light emitting point. Therefore, if a reflector is provided on the surface where the UV LED is mounted and the opposite surface, and the distance between the two surfaces is, for example, 100 mm, the light emitted from the UV LED must be 238 mm or more. part of the light leaks out of the reflecting mirror.
  • the air flow direction (hereinafter sometimes simply referred to as the flow direction) must be A space of 238 mm is required.
  • a method to solve this there is a method of combining multiple structures in which the distance between the ultraviolet LED and the surface that reflects the light is shortened. That is, even if the ultraviolet LED has a light distribution angle of 100°, if the distance to the facing surface is, for example, 10 mm, the length in the flow direction should be 23.8 mm.
  • a duct is filled with a plurality of blocks, each of which is a combination of an ultraviolet LED and a reflective surface, and which has an equivalent cross-sectional diameter of 10 mm.
  • the thickness of the LED mounting portion is generated for each block. Therefore, when a plurality of such blocks are arranged, the thickness of the blocks causes airflow resistance, resulting in an increase in airflow resistance.
  • Another possible solution is to reduce the light distribution angle of the ultraviolet LED.
  • a collimating lens or the like is used to collimate the light of the ultraviolet LED, the spread of the light is eliminated, so it is possible to reflect 100% of the light after passing through the collimating lens even if the width is not large.
  • the length in the flow direction can be reduced by reducing the light distribution angle using not only the collimating lens but also the condensing lens.
  • the light from the ultraviolet LED is parallel light or light with a small light distribution angle, so the light does not spread in the lateral direction (direction perpendicular to the flow direction), so there is a risk that there will be gaps in the rectangular duct where the light does not hit. There is In order to fill this gap, it is necessary to increase the density of the ultraviolet LED itself, which leads to a large cost increase.
  • An object of the present invention is to provide an air sterilization device capable of irradiating ultraviolet rays and an air conditioner using the same.
  • one typical air sterilization device of the present invention is It has a pair of first opposite side portions that are spaced apart in the first direction and extend along the second direction, and a pair of second opposite side portions that are spaced apart in the second direction and extend along the first direction.
  • the shape of the first reflecting surface in an arbitrary cross section perpendicular to the second direction is achieved by being defined based on an arc having a radius of curvature greater than or equal to the distance between the pair of first reflecting surfaces. be done.
  • air sterilization that is excellent in applicability to rectangular ducts and can effectively irradiate ultraviolet rays to dust, bacteria, viruses, etc. in the circulating air while suppressing an increase in air blow resistance.
  • a device and an air conditioner using the same can be provided. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
  • FIG. 1 is a perspective view of an air sterilization device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view in the width direction of the air filtering device of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view in the depth direction of the air filtering device of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view in the width direction of the air filtering device of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional perspective view showing a mounting state of the air sterilization devices of the first and second embodiments of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of an air filtering device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 and 3 are diagrams showing the cross-sectional structure of the air filtering device.
  • FIG. 5 is a cross-sectional perspective view showing how the air sterilization device is mounted on an air conditioning duct.
  • the present invention is not limited by these embodiments.
  • the air sterilization device 22 of the present embodiment has an ultraviolet light emitting unit 2 (ultraviolet LED as an ultraviolet light source 5) inside a rectangular frame 1 and arranged in the width direction of the frame 1 ( A plurality of them are mounted at approximately equal intervals along the second direction).
  • the frame 1 is formed in a rectangular shape by a pair of first opposite sides 16 and a pair of second opposite sides 17 .
  • the pair of first opposite sides 16 are spaced apart in the height direction (first direction) of the frame 1 and extend substantially parallel along the width direction.
  • the pair of second opposite sides 17 are spaced apart in the width direction of the frame 1 and extend substantially parallel along the height direction.
  • a plate-shaped ventilation space 9 is defined inside the frame 1 (inside the rectangular frame formed by the pair of first opposite side portions 16 and the pair of second opposite side portions 17), there is a rectangle open on both sides in the depth direction (third direction) of the frame 1.
  • a plate-shaped ventilation space 9 is defined. Air passes through the ventilation space 9 along the depth direction.
  • the height direction, width direction, and depth direction are substantially orthogonal to each other. 2 and 3, the height direction 11, the depth direction 12, and the width direction 13 are indicated by arrows.
  • the ultraviolet light emitting section 2 has an ultraviolet light source 5 and a condenser lens 4, and the ultraviolet light source 5 receives power from a power source (not shown) and can emit ultraviolet light toward the ventilation space 9 of the frame 1.
  • the inner peripheral surface of the frame 1 is provided with a reflecting surface that specularly reflects ultraviolet light with a high reflectance. That is, the inner surfaces of the pair of first opposite side portions 16 are respectively provided with the first reflecting surfaces 3a, and the inner surfaces of the pair of second opposite side portions 17 are respectively provided with the second reflecting surfaces 3b.
  • the pair of first reflecting surfaces 3a are spaced apart in the height direction and face each other, and the pair of second reflecting surfaces 3b are spaced apart in the width direction and face each other.
  • the ventilation space 9 is defined by a pair of first reflecting surfaces 3a and a pair of second reflecting surfaces 3b. However, the area where the ultraviolet light emitting section 2 is arranged among these reflecting surfaces is an opening so that the ultraviolet light from the ultraviolet light emitting section 2 can be emitted to the ventilation space 9 .
  • the reflective surface has the function of increasing the intensity of ultraviolet light within the frame 1 by repeatedly reflecting the ultraviolet light emitted from the ultraviolet light emitting section 2 toward the inside of the frame 1 (ventilation space 9).
  • ventilation space 9 To suppress generation of ultraviolet light that leaks outside a frame 1 and does not contribute to sterilization even when a diffuse reflection surface is used as a reflection surface in an ultraviolet sterilization device having a ventilation space 9 with a sufficiently long length in the depth direction. can be done.
  • the ultraviolet light by using the specular reflection characteristic, the leakage of the ultraviolet light to the outside of the frame 1 can be suppressed even if the length of the ventilation space 9 in the depth direction is shortened.
  • the surface on which the ultraviolet light source 5 is arranged and the reflecting surface (a pair of first reflecting surfaces 3a) on the opposing surface are arcuate reflecting surfaces. Further, the surface on which the ultraviolet light source 5 is not arranged and the opposing surface (the pair of second reflecting surfaces 3b) are flat reflecting surfaces.
  • the ultraviolet light emitting units 2 are mounted on both surfaces (a pair of first reflecting surfaces 3a) facing each other in the height direction.
  • the ultraviolet light emitting portion 2 is fixed to the first opposite side portion 16 .
  • the length in the depth direction of the ventilation space 9 is shorter than the length in the height direction and the length in the width direction of the ventilation space 9 . That is, the frame 1 has a shape that is thin in the axial direction (the length in the depth direction is shorter than the lengths in the height direction and the width direction).
  • the device 22 preferably has a thin shape with respect to air flow. Also, by reducing the thickness of the frame 1 in the axial direction, it is possible to suppress an increase in blowing resistance. Further, in many cases, a rectangular tubular duct is used as the duct of the air conditioner. This is because it is easy to mount heat exchangers and the like, which are often rectangular.
  • the first reflecting surfaces 3a are respectively installed inside the upper and lower surfaces of the frame 1 in the height direction (the inner surfaces of the pair of first opposite sides 16).
  • the first reflecting surface 3a is a mirror surface with an arc-shaped cross section (arc-shaped reflecting surface).
  • An ultraviolet LED is attached as an ultraviolet light source 5 to the rear surface side of the first reflecting surface 3 a , and a condensing lens 4 is attached to the ultraviolet LED 5 .
  • the condenser lens 4 is exposed to the ventilation space 9 through the opening.
  • a second reflective surface 3b is provided on the surface in the depth direction of the paper surface of FIG. 2 (each inner surface of the pair of second opposite sides 17).
  • the second reflecting surface 3b is a planar mirror surface (flat reflecting surface).
  • a UV LED generally emits UV light with a light distribution angle close to 100°.
  • Ultraviolet light emitted from the ultraviolet light source 5 travels through the ventilation space 9 while spreading toward the opposing surface at a predetermined light distribution angle. At this time, if the width of the ultraviolet light spreads larger than the depth dimension of the ventilation space 9 before reaching the opposing surface, the ultraviolet light leaks out of the frame 1 in the depth direction.
  • the power of UV light tends to be high near the center of the radiation direction and low at the outside. For example, if the proportion of the angle of the ultraviolet light that does not leak out of the total light distribution angle is 80%, the power of the ultraviolet light contained in the light distribution angle corresponding to 80% is greater than 80% of the total light amount. Therefore, while some leakage of outside UV light is acceptable, it is preferable to have as little leakage as possible.
  • the ultraviolet light emitting section 2 is provided with a condensing lens 4 that reduces (narrows) the light distribution angle of the ultraviolet light emitted by the ultraviolet light source 5 .
  • the condenser lens 4 uses the condenser lens 4, the light distribution angle of the ultraviolet light radiated from the ultraviolet light emitting part 2 to the ventilation space 9 is reduced to less than half the light distribution angle of the ultraviolet light radiated from the ultraviolet light source 5, and faces each other.
  • reference numeral 15 indicates the light distribution angle of the ultraviolet light emitted from the condensing lens 4. As shown in FIG.
  • the ultraviolet light emitted with a certain light distribution angle and reflected by the flat reflecting surface spreads further outward in the depth direction of the frame 1 and leaks out of the air filtering device 22. do.
  • the reflecting surface (first reflecting surface 3a) facing the ultraviolet light source 5 is an arcuate reflecting surface.
  • the light distribution angle is the same as or smaller than the light distribution angle of the ultraviolet light emitted from the ultraviolet light emitting unit 2 (the light distribution angle is 0°).
  • the light is condensed on the center side of the frame 1 in the depth direction. Therefore, the reflected ultraviolet light spreads outward in the depth direction and does not leak out of the air sterilization device 22, and can continue to be reflected within the frame 1.
  • the amount of ultraviolet light decreases due to attenuation due to air and reflectance of the reflecting surface. can be done.
  • the arc-shaped reflective surface is recessed so that the center in the depth direction bulges to the outside of the ventilation space 9 in the ultraviolet radiation direction of the frame 1, and the distance between the surface provided with the ultraviolet light source 5 and the opposite surface ( It is an arc-shaped curved surface having a radius of curvature equal to or greater than the distance between the pair of first reflecting surfaces 3a. That is, the shape of the first reflecting surface 3a in any cross section perpendicular to the width direction is along (that is, based on) an arc having a radius of curvature greater than or equal to the distance between the pair of first reflecting surfaces 3a. It is a defined surface, and in this embodiment, it is an arcuate reflecting surface that curves along the arc.
  • the center of the arc is set in a plane that passes through the center of the first reflecting surface 3a in the depth direction and is perpendicular to the depth direction. If the radius of curvature of the arc-shaped reflective surface is set equal to the distance between the pair of first reflective surfaces 3a, the ultraviolet light reflected by the arc-shaped reflective surface will be focused near the surface of the opposing surface. Therefore, the amount of ultraviolet light leaking to the outside of the frame 1 can be further suppressed. Conversely, if the radius of curvature of the arc-shaped reflective surface is made smaller than the distance between the pair of first reflective surfaces 3a, the ultraviolet light will travel in the depth direction of the frame 1 while continuing to be reflected between the opposing surfaces. It will leak outside. In FIG. 3, reference numeral 14 denotes the distance between the first reflecting surfaces 3a.
  • the ultraviolet light emitted from the ultraviolet light source 5 can be repeatedly reflected within the frame 1 while suppressing the amount of light leaking out of the frame 1.
  • Ultraviolet light density can be increased.
  • the ultraviolet light emitted from the ultraviolet light source 5 has a wavelength of about 200 nm to 300 nm, and is particularly called deep ultraviolet light.
  • the ultraviolet light When bacteria and viruses are irradiated with the ultraviolet light, it destroys the proteins that form them. Therefore, by irradiating the bacteria, viruses, etc. with ultraviolet light having a wavelength of about 200 nm to 300 nm, the bacteria, viruses, etc. can be inactivated.
  • the amount of energy required to inactivate bacteria and viruses varies depending on the wavelength of ultraviolet light. can be inactivated.
  • products that output ultraviolet light with a wavelength of 280 nm are on the market as ultraviolet LEDs that irradiate deep ultraviolet rays, and particularly in this embodiment, it is assumed that ultraviolet LEDs with a wavelength of 280 nm or less are mounted. .
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the air sterilization device 22 shown in FIG. 1 taken along a cross section perpendicular to the depth direction.
  • a plurality of ultraviolet light emitting units 2 are arranged along the width direction on the upper and lower inner surfaces of the illustrated frame 1 (each inner surface of the pair of first opposite side portions 16). is set up.
  • Approximately the entire inner peripheral surface of the frame 1 is a reflective surface, and in particular, the surface that emits ultraviolet light and the surface (a pair of first reflective surfaces 3a) that faces the surface (a pair of first reflective surfaces 3a) are arc-shaped reflective surfaces. It is a face.
  • Flat plate-shaped reflecting surfaces are applied to the left and right inner surfaces (a pair of second reflecting surfaces 3b) of the illustrated frame 1 on which the ultraviolet light emitting section 2 is not installed.
  • the reflectance of ultraviolet light will be higher.
  • the emitting portion (ultraviolet light emitting portion 2) of the ultraviolet light source 5 is not covered with a reflective surface and is an opening that does not reflect ultraviolet light.
  • the central portion of the ultraviolet light emitted from the ultraviolet light source 5 often has high light power, but if this central portion overlaps with the ultraviolet light emitting portion 2 (opening portion) on the facing surface, the loss increases. be.
  • the direction in which the positions of the ultraviolet light emitting portion 2 on the upper surface and the ultraviolet light emitting portion 2 on the lower surface are shifted may be either the width direction or the depth direction of the frame 1, or may be both.
  • the ultraviolet light source 5 is installed only on the upper and lower surfaces (first reflecting surface 3a), but may be installed on the left and right surfaces (second reflecting surface 3b).
  • the reflecting surface (second reflecting surface 3b) also needs to be an arcuate reflecting surface.
  • the left and right reflecting surfaces can be flat plates with low manufacturing cost, and since there is no component such as the ultraviolet light source 5, the left and right surfaces can be The thickness of the frame 1 can be reduced, which contributes to lowering the ventilation resistance inside the frame 1. - ⁇
  • the ultraviolet light source 5 has a certain light distribution angle, but in the width direction, this light distribution angle contributes to spreading the ultraviolet light over the entire area within the frame 1 .
  • this light distribution angle contributes to spreading the ultraviolet light over the entire area within the frame 1 .
  • the light distribution angle is very small, there will be a place in the frame 1 that is not exposed to the ultraviolet light, and this will cause the generation of bacteria and viruses that cannot be sterilized at a fixed ratio.
  • the arc-shaped reflective surface having a curved surface only along the depth direction is arranged parallel to the surface facing the surface on which the ultraviolet light source 5 is installed, in the depth direction with a short distance, Ultraviolet light can be converged inward and leakage to the outer side in the depth direction can be suppressed.
  • the light distribution angle from the ultraviolet light emitting part 2 is used to spread the light evenly throughout the frame 1. UV light can be applied.
  • the air sterilization device 22 of this embodiment is mounted in a rectangular air conditioning duct 21 in which devices such as a heat exchanger 23 are mounted.
  • the air filtering device 22 is arranged and fixed inside the air conditioning duct 21 so that the outer peripheral surface (four outer surfaces) of the frame 1 is along the inner peripheral surface (four inner surfaces) of the air conditioning duct 21 .
  • the outer peripheral surface of the frame 1 contacts or approaches the inner peripheral surface of the air conditioning duct 21 .
  • Resin and iron which are common materials for ducts, do not have a high reflectance of ultraviolet light.
  • the heat exchanger 23 is composed of pipes through which a refrigerant passes and fins, and the air flows between the fins to heat and cool the air. Although this air has been filtered to remove large particles such as dust, fine particles of dust, mold, bacteria, viruses, etc. reach the heat exchanger 23, and some of them adhere to the surface of the heat exchanger 23. . Dust and mold adhering to the surface of the heat exchanger 23 can cause an odor in the air after passing through the heat exchanger 23. Therefore, if the growth of mold can be suppressed by applying ultraviolet light, the odor can be suppressed.
  • the air sterilization device 22 of the present embodiment is arranged near the filter instead of the heat exchanger 23, it will lead to suppression of mold, bacteria and viruses adhering to the filter surface.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view in the width direction of the air filtering device of the second embodiment.
  • the present invention is not limited by these embodiments.
  • the first reflecting surface 3c has a polygonal curved surface reflecting surface instead of the arc surface reflecting surface of the first embodiment shown in FIG. applying the surface.
  • the polygonal curved reflective surface means that the center in the depth direction is recessed so as to bulge out of the frame 1 (ventilation space 9), and the shape in an arbitrary cross section perpendicular to the width direction is a pair of first reflective surfaces.
  • a polygonal curved surface depth polygonal surface along the direction).
  • the polygonal curved reflective surface is set to fit between a cylindrical surface having a radius equal to the distance between the radiation surface of the ultraviolet light source 5 and the surface facing it, and a cylindrical surface having a larger radius. be. As a result, it is possible to suppress the leakage of ultraviolet light to the outer side of the frame 1 in the depth direction, as in the case of the arc-shaped reflecting surface of the first embodiment.
  • the center of the radius of curvature of both the polygonal reflective surface of this embodiment and the arcuate reflective surface of the first embodiment coincides with the center of the frame 1 in the depth direction.
  • the position of the ultraviolet light source 5 is shifted with respect to the center position of the frame 1 in the depth direction (the ultraviolet light emitting unit 2 is spaced in the depth direction from the center position of the first reflecting surface 3c in the depth direction). there is You may shift the position of the ultraviolet light source 5 which opposes to the depth direction opposite side.
  • the ultraviolet light emitted from the ultraviolet light emitting unit 2 is reflected by the opposing reflecting surface, and then condensed at a position line-symmetrical to the light emitting point with respect to the center line in the depth direction.
  • the condensed light can be prevented from hitting the non-reflective portion (opening portion) opened for the ultraviolet light source 5, and the reflection efficiency can be improved.
  • the amount of offset (shift amount in the depth direction) of the ultraviolet light emitting section 2 is too large, the amount of light leaking out in the depth direction of the frame 1 increases before the ultraviolet light emitted from the ultraviolet light source 5 hits the opposing reflecting surface. efficiency is reduced. Therefore, the minimum amount of offset that avoids the opening of the ultraviolet light emitting section 2 is desirable. That is, if the size of the opening is determined by the size of the LED of the ultraviolet light source 5 (dimension in the depth direction of the ultraviolet light emitting portion 2), an offset amount that is equal to or slightly larger than this is desirable.
  • the ultraviolet light emitting section 2 is composed of an ultraviolet light source (ultraviolet LED) 5 and a condenser lens 4.
  • the ultraviolet LEDs 5 are attached to a substrate 6 in order to supply power to the ultraviolet LEDs 5 , and the substrate 6 is fixed to a metal block 8 with screws 7 .
  • the metal block 8 is connected to the first reflecting surface 3c via a metal part such as a screw 7 so as to be heat conductive.
  • the first reflecting surface 3c is also preferably made of metal.
  • the heat generated by the ultraviolet LED 5 is transmitted to the first reflecting surface 3c via the metal parts, and since the air flows on the reflecting surface surface, the heat can be dissipated to the air.
  • the heat radiation effect can be enhanced. If the temperature of the ultraviolet LED 5 becomes too high, troubles such as failure and shortened life will occur. Therefore, temperature suppression is directly linked to the life of the ultraviolet LED 5 and the life of the air sterilization device 22 . Therefore, the structure of this embodiment contributes to extending the life of the air filtering device 22 .
  • ultraviolet light is emitted using an ultraviolet LED, which has a relatively long life and is inexpensive, and the ultraviolet light is repeatedly reflected in the ventilation space in the frame, thereby increasing the ultraviolet light density in the ventilation space.
  • light leakage in the depth direction of the frame can be suppressed by reflection from the reflective surface recessed to the outside of the ventilation space. Release to the outside of the frame can be suppressed.
  • the frame is rectangular, it is suitable for mounting on a rectangular duct. With such a configuration, it is possible to provide an air sterilization device that is excellent in applicability to rectangular ducts and that can be mounted in a narrow space inside an air conditioning duct while suppressing an increase in blowing resistance.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
  • the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations.
  • part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.
  • 1 frame
  • 2 ultraviolet light emitting part
  • 3a first reflective surface (arc-shaped reflective surface)
  • 3b second reflective surface (flat reflective surface)
  • 3c first reflective surface (polygonal curved surface-shaped reflective surface)
  • 4 condenser lens
  • 5 ultraviolet light source (ultraviolet LED)
  • 6 substrate
  • 7 screw
  • 8 metal block
  • 9 ventilation space
  • 10 air flow direction
  • 11 height direction (first direction )
  • 12 depth direction (air flow direction, third direction)
  • 13 width direction (second direction)
  • 14 distance between first reflecting surfaces
  • 16 first opposite side
  • 17 second opposite side portion
  • 21 air conditioning duct
  • 22 air sterilization device
  • 23 heat exchanger

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Disinfection, Sterilisation Or Deodorisation Of Air (AREA)
  • Air Filters, Heat-Exchange Apparatuses, And Housings Of Air-Conditioning Units (AREA)

Abstract

矩形ダクトへの適用性に優れ、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・ウイルス等に効果的に紫外線を照射することができる空気除菌装置を提供する。　空気除菌装置は、矩形状の枠と紫外線発光部と第１反射面とを備える。枠は、第１方向に離間し、第２方向に沿って延びる１対の第１対辺部と、第２方向に離間し、第１方向に沿って延びる１対の第２対辺部とを有する。枠の内側には、第１方向および第２方向と略直交する第３方向に沿って空気が流通する通気空間が区画される。紫外線発光部は、１対の第１対辺部の少なくとも一方に設けられ、通気空間に向けて紫外線光を照射する。第１反射面は、１対の第１対辺部にそれぞれ設けられて相対向し、第３方向の中央が通気空間の外側へ膨出するように凹み、紫外線光を反射する。通気空間の第３方向の長さは、通気空間の第１方向の長さおよび第２方向の長さよりも短く、第２方向に垂直な任意の断面における第１反射面の形状は、１対の第１反射面間の距離以上の大きさの曲率半径を有する円弧に基づいて規定される。

Description

空気除菌装置およびそれを用いた空気調和装置
　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号公報
　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。
　紫外線によって、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・ウイルスにある一定の紫外線パワーを加える必要がある。この一定の紫外線パワーの量は、紫外線強度と、細菌・ウイルスがその紫外線を被曝する時間とによって決まる。つまり、空間内の紫外線強度が強ければ短時間で細菌・ウイルスは不活化するし、空間内の紫外線強度が弱くとも紫外線を長時間照射し続ければ細菌・ウイルスは不活化する。また不活化に必要な紫外線パワーの量は、紫外線の波長や、対象の細菌・ウイルスによって異なる。ここでいう紫外線パワーの量は、エネルギー量ジュールで表現されるものである。
　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。
　空気調和装置または空気清浄機では、不活化したい細菌・ウイルスなどは、ダクト内を流れる空気に含まれる。したがって、空気の流れに対して紫外線を照射する空間（不活化空間）が長い、または風速（空気の流速）が遅い場合は、細菌・ウイルスが紫外線に被曝される時間は長くなる。この場合、不活化空間の紫外線強度自体は、それほど強くなくともよい。ここで言う紫外線強度は、紫外線密度または照度を意味しており、単位面積と単位時間当たりの紫外線パワーを意味している。
　反対に、空気の流れに対して紫外線を照射する空間（不活化空間）が短い、または風速が速い場合は、細菌・ウイルスが紫外線に被曝される時間は短くなる。したがって、細菌・ウイルスを不活化するには、紫外線強度を十分に高める必要がある。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、さらには反射鏡を設け紫外線ＬＥＤから出射された紫外線を反射させて再び細菌・ウイルスに照射する等によって、空間内の紫外線強度を高める必要がある。
　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は、すでにフィルター、熱交換器、送風機などが密に並んで配置されている。この内部ダクトの各要素部品間に紫外線照射装置を設けるためには、その紫外線照射装置を薄く設計する必要がある。つまり、不活化空間を短くすることが空気調和装置等への実装において要求される。
　また、一般的な空気調和装置などでは、略矩形のダクト（矩形ダクト）内に熱交換器などを配置する形態が一般的であり、円形ダクトを用いた空気調和装置は少ない。したがって、紫外線照射装置は、円形ダクトに適した形状よりも、矩形ダクトに適した形状であるほうが、実装コストや送風抵抗低減の面で有利となる。
　一方で、現在の紫外線ＬＥＤは、配光角が１００°程度のものが多い。配光角が１００°の光は、発光点から光が１００ｍｍ進むと、幅が２３８ｍｍにも広がる。このため、紫外線ＬＥＤが実装された面と、その対向面とに反射鏡を設け、その両面間の距離が例えば１００ｍｍである場合、反射鏡の幅が２３８ｍｍ以上なければ、紫外線ＬＥＤから出射した光の一部の光が反射鏡の外に漏れ出てしまう。つまり、縦横１００ｍｍ角の内面鏡面矩形ダクトにおいて、ＬＥＤから放出されたエネルギーを対向面で少なくとも１回１００％反射させるためには、空気の流れ方向（以下、単に流れ方向と称する場合がある）に２３８ｍｍの空間が必要となる。
　しかしながら、各要素部品が実装されたダクト内で、ダクトの断面（流れ方向に対して略垂直な断面）の相当直径よりも長い距離の不活化空間を設けることは困難である。
　これを解決する方法として、紫外線ＬＥＤとその光を反射する面との距離を短くした構造を複数個組み合わせる方法がある。つまり、配光角が１００°の紫外線ＬＥＤであっても、対向面までの距離が例えば１０ｍｍであれば、流れ方向の長さが２３．８ｍｍあればよい。この流路断面の相当直径が１０ｍｍの紫外線ＬＥＤと反射面とを組み合わせたブロックを、複数個並べてダクトを埋めるという方法である。
　しかしながら、この方法では１つのブロックごとにＬＥＤ実装部の厚みが生じる。このため、このブロックを複数個並べた場合、その厚みが通風抵抗の原因となり、結果的に送風抵抗の増大を招くという問題が生じる。
　他の解決方法として、紫外線ＬＥＤの配光角を小さくすることが考えられる。つまり、紫外線ＬＥＤの光を平行にするコリメートレンズなどを使用した場合は、光の広がりがなくなるため、幅を大きくとらなくともコリメートレンズ通過後の光を１００％反射させることが可能となる。コリメートレンズに限らず集光レンズによって配光角を小さくすれば、流れ方向の長さを小さくすることができる。
　しかしながら、紫外線ＬＥＤの光を平行光または配光角が小さい光とすると、横方向（流れ方向と直交する方向）への光の広がりもないため、矩形ダクト内に光が当たらない隙間が生じる恐れがある。この隙間を埋めるためには紫外線ＬＥＤ自体の密度を上げる必要があるが、これは大きなコストアップにつながる。
　本発明は、従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、矩形ダクトへの適用性に優れ、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・ウイルス等に効果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、
　第１方向に離間し、第２方向に沿って延びる１対の第１対辺部と、前記第２方向に離間し、前記第１方向に沿って延びる１対の第２対辺部とを有し、前記第１方向および前記第２方向と略直交する第３方向に沿って空気が流通する通気空間が内側に区画される矩形状の枠と、
　前記１対の第１対辺部の少なくとも一方に設けられ、前記通気空間に向けて紫外線光を照射する紫外線発光部と、
　前記１対の第１対辺部にそれぞれ設けられて相対向し、前記第３方向の中央が前記通気空間の外側へ膨出するように凹み、前記紫外線光を反射する第１反射面と、を備え、
　前記通気空間の前記第３方向の長さは、前記通気空間の前記第１方向の長さおよび前記第２方向の長さよりも短く、
　前記第２方向に垂直な任意の断面における前記第１反射面の形状は、前記１対の第１反射面間の距離以上の大きさの曲率半径を有する円弧に基づいて規定されることにより達成される。
　本発明によれば、矩形ダクトへの適用性に優れ、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・ウイルス等に効果的に紫外線を照射することが可能な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幅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奥行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幅方向における断面図である。 図５は、本発明の第１および第２の実施形態の空気除菌装置の実装状態を示す断面斜視図である。
　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、図３および図５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。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。また図５は、空気除菌装置の空調ダクトへの実装状態を示す断面斜視図である。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～図３に示す様に、本実施形態の空気除菌装置２２は、矩形状の枠１の内側に紫外線発光部２（紫外線光源５としての紫外線ＬＥＤ）を、枠１の幅方向（第２方向）に沿って略等間隔に複数個実装している。枠１は、１対の第１対辺部１６と１対の第２対辺部１７とによって矩形状に形成される。１対の第１対辺部１６は、枠１の高さ方向（第１方向）に離間し、幅方向に沿って略平行に延びる。１対の第２対辺部１７は、枠１の幅方向に離間し、高さ方向に沿って略平行に延びる。枠１の内側（１対の第１対辺部１６と１対の第２対辺部１７が形成する矩形枠の内側）には、枠１の奥行方向（第３方向）の両側が開放された矩形板形状の通気空間９が区画される。通気空間９には、奥行方向に沿って空気が通過する。なお、高さ方向と幅方向と奥行方向とは、互いに略直交する。また、図２および図３に、高さ方向１１と奥行方向１２と幅方向１３とを、矢印でそれぞれ示している。
　紫外線発光部２は、紫外線光源５と集光レンズ４とを有し、紫外線光源５は、不図示の電源から給電を受けて、枠１の通気空間９に向けて紫外線光を出射可能となっている。枠１の内周面には、紫外線光を高い反射率で正反射する反射面が設けられている。すなわち、１対の第１対辺部１６の各内面には、第１反射面３ａがそれぞれ設けられ、１対の第２対辺部１７の各内面には、第２反射面３ｂがそれぞれ設けられている。１対の第１反射面３ａは高さ方向に離間して相対向し、１対の第２反射面３ｂは幅方向に離間して相対向する。通気空間９は、１対の第１反射面３ａと１対の第２反射面３ｂとによって区画される。ただし、これらの反射面のうち紫外線発光部２が配置された領域は、紫外線発光部２からの紫外線光を通気空間９に放射できるように開口部となっている。
　反射面は、紫外線発光部２から枠１内（通気空間９）側に向けて出射された紫外線光を繰り返し反射することによって、枠１内の紫外線強度を高める機能を有する。通気空間９の奥行方向の長さが十分に長い紫外線除菌装置においては、反射面に拡散反射面を用いても、枠１外に漏れて除菌に寄与しない紫外線光が生じることを抑えることができる。しかし、正反射の特性を利用して紫外線光を制御できれば、通気空間９の奥行方向の長さを短くしても、枠１外への紫外線光の漏れを抑制することができる。本実施形態では、紫外線光を制御するために、紫外線光源５が配置された面とその対向面の反射面（１対の第１反射面３ａ）を、円弧面状反射面としている。また、紫外線光源５が配置されていない面とその対向面（１対の第２反射面３ｂ）は、平板反射面としている。
　図２に示すように、本実施形態の空気除菌装置２２では、高さ方向の対向する面（１対の第１反射面３ａ）の両方に紫外線発光部２が実装されている。紫外線発光部２は、第１対辺部１６に対して固定される。また、空気の流れ方向１０の矢印が示すように、通気空間９を奥行方向に空気が流れる。そして、通気空間９の奥行方向の長さは、通気空間９の高さ方向の長さおよび幅方向の長さよりも短い。すなわち、枠１は、軸方向の長さが薄い（奥行方向の長さが高さ方向および幅方向の長さよりも短い）形状を有する。
　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設けられ、かかる構造物との干渉を避けるため、ダクト内の空いた空間に実装する空気除菌装置２２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１の軸方向の厚さを薄くすることで、送風抵抗の増大を抑制できるためである。また、空気調和装置のダクトには、矩形筒形状の矩形ダクトを用いる場合が多い。これは、矩形形状が多い熱交換器などが実装しやすいなどの理由による。
　本実施形態では、枠１の高さ方向の上下面内側（１対の第１対辺部１６の各内面）に、第１反射面３ａがそれぞれ設置されている。第１反射面３ａは、断面円弧状曲面の鏡面（円弧面状反射面）である。第１反射面３ａの裏面側に紫外線光源５として紫外線ＬＥＤが取り付けられ、紫外線ＬＥＤ５に集光レンズ４が取り付けられている。集光レンズ４は、開口部を介して通気空間９に露出する。図２の紙面奥行方向の面（１対の第２対辺部１７の各内面）には、第２反射面３ｂが設置されている。第２反射面３ｂは、平面状の鏡面（平板反射面）である。
　紫外線ＬＥＤは、一般に１００°に近い配光角の紫外線光を放射する。紫外線光源５から出射された紫外線光は、所定の配光角で対向面に向かって広がりながら通気空間９を進行する。このとき対向する面に到達する前に、紫外線光の幅が通気空間９の奥行寸法よりも大きく広がると、枠１の奥行方向外側へ紫外線光が漏出することになる。紫外線ＬＥＤにおいては、放射方向の中心付近の紫外線光のパワーが高く外側では低い傾向がある。例えば全配光角のうち漏出しない紫外線光の角度の割合が８０％であれば、この８０％分の配光角に含まれる紫外線光のパワーは全光量の８０％よりも大きい。したがって、外側の紫外線光がある程度漏出することは許容できるが、可能な限り漏出は小さい方が好ましい。
　そこで、本実施形態では、紫外線光源５が出射した紫外線光の配光角を減少させる（狭める）集光レンズ４を紫外線発光部２に設けている。集光レンズ４を用いて、紫外線発光部２から通気空間９に放射される紫外線光の配光角を、紫外線光源５から放射される紫外線光の配光角の半分以下に減少させ、対向する面に到達した際の紫外線光の広がりを抑えることによって、枠１の奥行寸法の短縮と、枠１外への紫外線光の漏出抑制との両立を図っている。なお、図２に、集光レンズ４から放射された紫外線光の配光角を符号１５で示している。
　紫外線光源５と対向する面に平板反射面を使用した場合、ある配光角をもって放射され平板反射面で反射した紫外線光は、枠１の奥行方向の外側にさらに広がり空気除菌装置２２から漏出する。
　そこで、本実施形態では、紫外線光源５の対向面の反射面（第１反射面３ａ）を円弧面状反射面としている。円弧面状反射面においては、紫外線光が反射した際に、紫外線発光部２から出射された紫外光の配光角と同じ、またはそれよりも小さな配光角（配光角が０°である場合を含む）または収束角で、枠１の奥行方向中央側に集光されるようになる。このため、反射した紫外線光が奥行方向の外側に広がり空気除菌装置２２から漏出することがなく、枠１内を反射し続けることが可能となる。実際には紫外線光の光量は、空気による減衰や反射面の反射率による減衰によって低下するが、特に高い反射率の反射面を選択することで、枠１内を反射し続ける光量を多く保つことができる。
　円弧面状反射面は、枠１の紫外線放射方向において、奥行方向の中央が通気空間９の外側に膨出するように凹み、かつ紫外線光源５を備える面と対向する面との間の距離（１対の第１反射面３ａ間の距離）以上の曲率半径を有する断面円弧状曲面である。すなわち、第１反射面３ａは、幅方向に垂直な任意の断面における形状が、１対の第１反射面３ａ間の距離以上の大きさの曲率半径を有する円弧に沿って(すなわち基づいて)規定される面であり、本実施形態では、上記円弧に沿って湾曲する円弧面状反射面としている。上記円弧の中心は、第１反射面３ａの奥行方向の中心を通り、奥行方向に垂直な平面内に設定される。円弧面状反射面の曲率半径を１対の第１反射面３ａ間の距離と等しく設定すると、円弧面状反射面で反射した紫外線光は、対向する面の表面近辺で焦点を結ぶこととなるので、より枠１の外側へ漏れる紫外線光の量を抑制することができる。逆に、円弧面状反射面の曲率半径を１対の第１反射面３ａ間の距離よりも小さくすると、紫外線光は、対向する面との間で反射し続ける間に枠１の奥行方向の外側に漏出することとなる。なお、図３に、第１反射面３ａ間の距離を符号１４で示している。
　これらの構成により、紫外線光源５から出射された紫外線光を、枠1の外へ漏れる光量を抑制しながら、枠１内で繰り返し反射させることが可能となり、枠１の内側（通気空間９）における紫外光線密度を高めることができる。
　紫外線光源５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、細菌やウイルス等の不活化が可能となる。
　紫外線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線光であれば、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紫外線ＬＥＤとして、２８０ｎｍの波長の紫外線光を出力する製品が上市されており、特に本実施形態では、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線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３は、図１で示す空気除菌装置２２を奥行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、本実施形態では、紫外線発光部２は、図示する枠１の上下の内面（１対の第１対辺部１６の各内面）に、幅方向に沿って複数個並べて設置されている。そして枠１の内周面の略全域は、反射面となっており、特に紫外線光を射出する面と、その面と対向する面（１対の第１反射面３ａ）は、円弧面状反射面となっている。また紫外線発光部２を設置していない図示する枠１の左右の内面（１対の第２反射面３ｂ）には、平板状反射面が適用されている。
　本実施形態では、上面（一方の第１反射面３ａ）に配置された紫外線発光部２の位置と下面（他方向の第１反射面３ａ）に配置された紫外線発光部２の位置とが向かい合うように配置されているが、この位置は多少ずらした方が、紫外線光の反射率が高くなる。これは、紫外線光源５の射出部（紫外線発光部２）が、反射面によって覆われず、紫外線光を反射しない開口部となっているためである。特に紫外線光源５から放出された紫外線光の中心部は光のパワーが高い場合が多いが、この中央部が対向する面の紫外線発光部２（開口部）と重なるとそのロスが大きくなるためである。なお、上面の紫外線発光部２と下面の紫外線発光部２との位置をずらす方向は、枠１の幅方向及び奥行方向の一方であってもよく、双方であってもよい。
　本実施形態では、紫外線光源５の設置は上下面（第１反射面３ａ）のみであるが、左右面（第２反射面３ｂ）にも設置してもよく、その場合には、左右面の反射面（第２反射面３ｂ）も円弧面状反射面を適用する必要がある。一方で本実施形態のように、左右面に紫外線光源５を設置しない場合は、左右の反射面を製造コストの低い平板とすることができるとともに、紫外線光源５などの部品がないため左右面の枠１の太さを薄くすることができ、枠１内の通風抵抗を下げることに寄与する。
　紫外線光源５が一定の配光角をもっていることは先に述べたが、幅方向においては、この配光角があることで紫外線光を枠１内全域に広げることに寄与する。つまり、配光角が非常に小さい場合、枠１内に紫外線光が当たらない場所を作ることとなってしまい、これは一定の比率で除菌できない細菌やウイルスを作る原因となる。
　本実施形態のように、奥行方向に沿ってのみ曲面を有する円弧面状反射面を、紫外線光源５の設置された面と対向する面に平行に配置すれば、距離の短い奥行方向には、紫外線光を内側に収束させ、奥行方向外側への漏れを抑えることができ、加えて幅方向には紫外線発光部２からの配光角という光の広がりを利用し、枠１内全域に均等に紫外線光を当てることができる。
　図５に示す様に、本実施形態の空気除菌装置２２は、熱交換器２３等の機器が実装された矩形の空調ダクト２１内に実装される。空気除菌装置２２は、枠１の外周面（４つの外面）が空調ダクト２１の内周面（４つの内面）に沿うように空調ダクト２１の内部に配置され固定される。枠１の外周面は、空調ダクト２１の内周面に接触または近接する。特に図５示すように熱交換器２３の直前、および／または直後に空気除菌装置２２を配置すると、空気除菌装置２２の奥行方向に漏れた紫外線光を、熱交換器２３の表面の除菌に適用することができる。
　一般的なダクトの材料である樹脂や鉄は、紫外線光の反射率は高くない。紫外線光の反射率の高い純アルミニウムについても、表面処理や被膜の関係でその反射率は決して高くない。したがって熱交換器２３と空気除菌装置２２の間に距離がある場合には、空気除菌装置２２から漏出した紫外線光は、そもそも紫外線光のパワーも大きくない上に、ダクト表面で反射しながら熱交換器２３にたどり着くまでにパワーがさらに減衰してしまう。しかしながら、本実施形態のように奥行方向に薄い空気除菌装置２２は、熱交換器２３の直前や直後に設置できる可能性が高く、これにより空気除菌装置２２から漏出した紫外線光を、比較的高いパワーのまま熱交換器２３に当てることが可能となる。
　熱交換器２３は、冷媒を通す配管と、フィンとで構成されており、フィン間を空気が流れることで、空気を加熱・冷却するものである。この空気はフィルターにて埃などの大きめの塵は除去されているものの、微粒な塵、カビ、細菌・ウイルスなどは熱交換器２３に至り、その一部が熱交換器２３の表面に付着する。この熱交換器２３の表面に付着した塵やカビは、熱交換器２３を通過したのちの空気のにおいの原因となりうるので、紫外線光を当てることでカビの成長を抑えられれば、においの抑制につながる。また、フィンの前縁部には、特に塵が堆積しやすいが、この前縁部に紫外線光があたるように空気除菌装置２２を、熱交換器２３の直前に配置すれば、堆積した塵のうち高分子からなるような成分を分解することができ、塵が積り成長することを抑制することができる。
　また、図示してはいないが熱交換器２３の代わりにフィルター近傍に、本実施形態の空気除菌装置２２を配置すれば、フィルター表面に付着したカビ、細菌・ウイルスの抑制につながる。
［第２の実施形態］
　本発明の第２の実施形態を、図４を用いて説明する。図４は、第２の実施形態の空気除菌装置の幅方向における断面図である。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２２では、第１反射面３ｃに、図２に示した第１の実施形態の円弧面状反射面の代わりに、多角曲折面状反射面を適用している。多角曲折面状反射面とは、奥行方向の中央が枠１（通気空間９）の外側に膨出するように凹み、幅方向に垂直な任意の断面における形状が、１対の第１反射面３ｃ間の距離以上の大きさの曲率半径を有する円弧(直線を含む)に沿って(すなわち基づいて)規定され、上記円弧に内接または外接する複数の平面から構成される多角曲折面（奥行方向に沿った多角形面）の鏡面である。多角曲折面状反射面は、紫外線光源５の放射面と、それと対向する面との距離と同等の半径を有する円筒面と、それよりも大きい半径を有する円筒面の中間に収まるように設定される。これにより、第１の実施形態の円弧面状反射面の場合と同様に、紫外線光が枠１の奥行方向外側に漏れることを抑制することができる。
　また、本実施形態の多角形面状反射面、および第１の実施形態で示した円弧面状反射面とも、曲率半径の中心は、枠１の奥行方向の中心と一致している。本実施形態においては、枠１の奥行方向の中心位置に対して紫外線光源５の位置をずらす（第１反射面３ｃの奥行方向の中心位置から紫外線発光部２を奥行方向に離間させる）配置としている。対向する紫外線光源５の位置を、奥行き方向反対側にずらしてもよい。
　このような配置によって、紫外線発光部２から射出された紫外線光は、対向する反射面で反射した後、奥行方向中心線に対して発光点と線対称の位置に集光する。これによって、集光した光が、紫外線光源５のために開口した非反射部（開口部）に当たることを回避し、反射効率を高めることができる。
　この紫外線発光部２のオフセット量（奥行き方向ずらし量)が大きすぎると、紫外線光源５から射出した紫外線光が対向する反射面に当たる前に、枠１の奥行方向外側へ漏出する光量が増えてしまうため効率が低下する。したがって、紫外線発光部２の開口部を避ける最低限のオフセット量が望ましい。つまり、開口部のサイズが紫外線光源５のＬＥＤサイズ（紫外線発光部２の奥行方向の寸法）で決まるようであれば、これと同等か少し大きいくらいのオフセット量が望ましい。
　図４に示すように、紫外線発光部２は紫外線光源（紫外線ＬＥＤ）５と集光レンズ４によって構成されている。本実施形態では、紫外線ＬＥＤ５に給電するために、紫外線ＬＥＤ５は基板６に取り付けられており、基板６は金属ブロック８にネジ７にて固定されている。さらに金属ブロック８は、ネジ７などの金属部品を介して、第１反射面３ｃと熱伝導可能に接続されている。第１反射面３ｃも金属製であると好ましい。このような構成をとることで、ＬＥＤ発熱にともなう紫外線ＬＥＤ５の温度上昇を抑えることができる。つまり、紫外線ＬＥＤ５で生じる熱を、金属部品を介して、第１反射面３ｃに伝え、反射面表面では空気が流れているため、空気への放熱が可能となる。特に、紫外線ＬＥＤ５のＧＮＤ端子と基板６のＧＮＤ部を適切に設計し、熱がネジ７を介して金属ブロック８へ伝わるようにすることで放熱効果を高めることができる。紫外線ＬＥＤ５は高温となりすぎると故障や寿命が短くなるなどの支障を生じる。したがって、温度の抑制は、紫外線ＬＥＤ５の寿命、さらには空気除菌装置２２の寿命に直結する。このため、本実施形態の構造は、空気除菌装置２２の長寿命化に貢献する。
　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を用いて紫外線光を出射し、枠内の通気空間で紫外線光の反射を繰り返して行うことにより、通気空間の紫外光線密度を高めることができる。また、枠の奥行方向への光の漏れを、通気空間の外側へ凹む反射面の反射によって抑えることができるので、枠の厚さ（奥行方向の長さ）を薄くしても、紫外線光の枠外への放出を抑制することができる。さらに、枠を矩形状としたので、矩形ダクトへの実装に好適である。係る構成によって、矩形ダクトへの適用性に優れ、送風抵抗の増大を抑制しつつ、空調ダクト内の狭小な空間に実装することが可能な空気除菌装置を提供することができる。
　なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
１：枠、２：紫外線発光部、３ａ：第１反射面（円弧面状反射面）、３ｂ：第２反射面（平板反射面）、３ｃ：第１反射面（多角曲折面状反射面）、４：集光レンズ、５：紫外線光源（紫外線ＬＥＤ）、６：基板、７：ネジ、８：金属ブロック、９：通気空間、１０：空気の流れ方向、１１：高さ方向（第１方向）、１２：奥行方向（空気の流れ方向、第３方向）、１３：幅方向（第２方向）、１４：第１反射面間の距離、１５：配光角、１６：第１対辺部、１７：第２対辺部、２１：空調ダクト、２２：空気除菌装置、２３：熱交換器

Claims (9)

  1. 　第１方向に離間し、第２方向に沿って延びる１対の第１対辺部と、前記第２方向に離間し、前記第１方向に沿って延びる１対の第２対辺部とを有し、前記第１方向および前記第２方向と略直交する第３方向に沿って空気が流通する通気空間が内側に区画される矩形状の枠と、
    　前記１対の第１対辺部の少なくとも一方に設けられ、前記通気空間に向けて紫外線光を照射する紫外線発光部と、
    　前記１対の第１対辺部にそれぞれ設けられて相対向し、前記第３方向の中央が前記通気空間の外側へ膨出するように凹み、前記紫外線光を反射する第１反射面と、を備え、
    　前記通気空間の前記第３方向の長さは、前記通気空間の前記第１方向の長さおよび前記第２方向の長さよりも短く、
    　前記第２方向に垂直な任意の断面における前記第１反射面の形状は、前記１対の第１反射面間の距離以上の大きさの曲率半径を有する円弧に基づいて規定される
    　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であって、
    　前記第１反射面は、前記紫外線光を正反射する鏡面である
    　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であって、
    　前記紫外線発光部は、前記紫外線光を出射する紫外線光源と、前記紫外線光源が出射した前記紫外線光の配光角を減少させる集光レンズとを有する
    　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であって、
    　前記紫外線発光部は、前記第１反射面の前記第３方向の中心位置から前記第３方向に離間して配置され、
    　前記紫外線発光部と前記中心位置との距離は、前記紫外線発光部の前記第３方向の寸法以上である
    　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であって、
    　前記第１反射面は、前記円弧に沿った断面円弧状曲面である
    　ことを特徴とする空気除菌装置。
  6. 　請求項１に記載の空気除菌装置であって、
    　前記第１反射面は、前記円弧に内接または外接する複数の平面から構成される多角曲折面である
    　ことを特徴とする空気除菌装置。
  7. 　請求項１に記載の空気除菌装置であって、
    　前記１対の第２対辺部にそれぞれ設けられて相対向し、前記紫外線光を反射する１対の第２反射面を備える
    　ことを特徴とする空気除菌装置。
  8. 　請求項１に記載の空気除菌装置であって、
    　前記紫外線発光部は、基板に取り付けられ、
    　前記基板は、前記第１反射面と金属を介して接続されている
    　ことを特徴とする空気除菌装置。
  9. 　請求項１に記載の空気除菌装置を空調ダクトに備える空気調和装置であって、
    　前記空調ダクトは、流路断面が矩形状の矩形ダクトであり、
    　前記空気除菌装置は、前記枠の外周面が前記空調ダクトの内周面に沿うように前記空調ダクトの内部に配置される
    　ことを特徴とする空気調和装置。
PCT/JP2021/041275 2021-11-10 2021-11-10 空気除菌装置およびそれを用いた空気調和装置 WO2023084626A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21950365.3A EP4215219A4 (en) 2021-11-10 2021-11-10 AIR STERILIZATION DEVICE AND AIR CONDITIONING APPLIANCE USING SAME
JP2022575796A JP7346755B1 (ja) 2021-11-10 2021-11-10 空気除菌装置およびそれを用いた空気調和装置
PCT/JP2021/041275 WO2023084626A1 (ja) 2021-11-10 2021-11-10 空気除菌装置およびそれを用いた空気調和装置
TW111142813A TWI827355B (zh) 2021-11-10 2022-11-09 空氣除菌裝置及使用該裝置的空調裝置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2021/041275 WO2023084626A1 (ja) 2021-11-10 2021-11-10 空気除菌装置およびそれを用いた空気調和装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023084626A1 true WO2023084626A1 (ja) 2023-05-19

Family

ID=86335280

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/041275 WO2023084626A1 (ja) 2021-11-10 2021-11-10 空気除菌装置およびそれを用いた空気調和装置

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4215219A4 (ja)
JP (1) JP7346755B1 (ja)
TW (1) TWI827355B (ja)
WO (1) WO2023084626A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09138619A (ja) * 1995-11-16 1997-05-27 Sharp Corp オゾン処理手段を備えた画像形成装置
JP2004317085A (ja) * 2003-04-18 2004-11-11 Daikin Ind Ltd 空気調和装置
US20120085927A1 (en) * 2010-10-12 2012-04-12 Lg Innotek Co., Ltd. Virus removal device with ultraviolet led

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6149717A (en) * 1997-01-06 2000-11-21 Carrier Corporation Electronic air cleaner with germicidal lamp
US9726388B2 (en) * 2009-07-20 2017-08-08 Lennox Industries Inc. Reflective ultraviolet light shield for a HVAC unit
US11260138B2 (en) * 2010-06-01 2022-03-01 Bluemorph, Llc UV sterilization of container, room, space or defined environment
TWM430275U (en) * 2011-10-12 2012-06-01 Sampo Group Light disinfection apparatus
US8658101B1 (en) * 2012-01-19 2014-02-25 Dust Free, Lp Photocatalytic device with curved reflectors
JP5989854B1 (ja) * 2015-05-14 2016-09-07 株式会社トクヤマ 紫外線殺菌装置
CN211041224U (zh) * 2019-09-26 2020-07-17 深圳市柯林环境净化工程有限公司 一种中央空调净化消毒装置
KR102280394B1 (ko) * 2021-02-22 2021-07-22 성진코퍼레이션(주) 전기장 필터, 정전기 필터, 자외선 램프, 및 공기 정화 필터를 이용한 공기 살균 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09138619A (ja) * 1995-11-16 1997-05-27 Sharp Corp オゾン処理手段を備えた画像形成装置
JP2004317085A (ja) * 2003-04-18 2004-11-11 Daikin Ind Ltd 空気調和装置
US20120085927A1 (en) * 2010-10-12 2012-04-12 Lg Innotek Co., Ltd. Virus removal device with ultraviolet led

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4215219A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP7346755B1 (ja) 2023-09-19
EP4215219A4 (en) 2023-11-22
TW202319074A (zh) 2023-05-16
JPWO2023084626A1 (ja) 2023-05-19
EP4215219A1 (en) 2023-07-26
TWI827355B (zh) 2023-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5817276A (en) Method of UV distribution in an air handling system
EP3957924B1 (en) Disinfecting device for central air conditioner
CA2971014C (en) Uv decontamination system for climate control systems
JP2018162898A (ja) 空気調和装置
KR102312928B1 (ko) 살균 장치 및 그를 포함하는 홈 어플라이언스
CN111256249A (zh) 防气溶胶病毒中央空调杀菌装置及空调系统
US9636432B2 (en) Air purification unit
KR20170026865A (ko) 탈취 및 세균, 바이러스 저감용 공기조화기
WO2023084626A1 (ja) 空気除菌装置およびそれを用いた空気調和装置
JP7018953B2 (ja) 検出装置
JP6249042B2 (ja) 殺菌装置及び空調装置
US7566359B2 (en) Ultraviolet lamp with absorptive barrier
JP2020132032A (ja) 車両用空調機
JP7364800B2 (ja) 空気除菌装置およびそれを用いた空気調和装置
CN211011714U (zh) 防气溶胶病毒中央空调杀菌装置及空调系统
JP2005006771A (ja) 紫外線殺菌装置と、それを用いた空気清浄機
WO2022157951A1 (ja) 鉄道車両用空調装置
WO2023228681A1 (ja) 循環型空気殺菌装置
JP2023100474A (ja) 空気調和装置
JP2022160293A (ja) 紫外線照射装置、および、その紫外線照射装置を備えた空気調和機用室内機
WO2024003215A1 (en) An upper air disinfection system
JP2023066160A (ja) 空気調和機
JP2023073727A (ja) 紫外線照射装置並びにこれを備える空気調和機用室内機、空気清浄機および住設用換気ダクト
JP2024082227A (ja) 除菌装置および空調システム
JP2022160292A (ja) 紫外線照射装置、および、その紫外線照射装置を備えた空気調和機用室内機

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2022575796

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18015641

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021950365

Country of ref document: EP

Effective date: 20230126