(57)【要約】  複数のエキシマーランプ（３）を備える空気処理システム（１；９；１０；１５；１６；１９）であって、空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）を流れる空気の少なくとも９０％が、エキシマーランプ（３）から放射される光子に暴露されるように構成されて、エキシマーランプ（３）が、高エネルギー紫外（ＵＶ）光子が提供される大きい放射面積を低コストで提供する、システム。光子は、空気中の有機汚染因子と接触すると、様々な有機化合物、例えば悪臭を空気から除去するのに非常に効率的である、光分解のプロセスを通して、前記汚染因子を分解する。システム（１；９；１０；１５；１６）を異なる波長で設計して、システムを、大面積の工業用途および家庭使用の両方で使用される、単純で安価な空気処理システムにすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のエキシマーランプ（３）を備える空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）であって、前記空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）を流れる空気の少なくとも９０％が、前記エキシマーランプ（３）から放射される光子に暴露される、空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）。
【請求項２】
前記空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）を流れる空気の少なくとも９５％、好ましくは少なくとも９９％が、前記エキシマーランプ（３）から放射される光子に暴露される、請求項１に記載の空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）。
【請求項３】
前記エキシマーランプ（３）が、１２６ｎｍから２４０ｎｍの範囲、好ましくは約１７２ｎｍの波長を放射するように構成された、請求項１または２に記載の空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）。
【請求項４】
前記空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）が、前記エキシマーランプ（３）が収容された空気処理ハウジング（２）を備え、２つの隣接したエキシマーランプ（３’、３’’）の表面（８’、８’’）の間の直接距離（Ａ）が、４ｃｍ未満、好ましくは更に短い、２ｃｍ未満またはより好ましくは１ｃｍ未満などである、請求項１から３のいずれか一項に記載の空気処理システム（１；９；１５；１６）。
【請求項５】
前記ハウジング（２）の壁（４）と、隣接したエキシマーランプの前記表面（８）との間の前記直接距離（Ａ）が、２ｃｍ未満、好ましくは更に短い、約１．５ｃｍまたはより好ましくは約１ｃｍなどである、請求項４に記載の空気処理システム（１；９；１５；１６）。
【請求項６】
前記エキシマーランプ（３）が前記空気処理ハウジング（２）内で均等に分配された、請求項４または５に記載の空気処理システム（１；９；１５；１６）。
【請求項７】
前記空気処理システム（１０）が複数の空気処理ユニット（１１）を備え、各ユニットが単一のエキシマーランプ（３）を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の空気処理システム（１０）。
【請求項８】
前記空気処理ユニット（１１）が、前記エキシマーランプの前記表面と前記空気処理ユニット（４）の内壁との間の距離（Ｂ）が約２ｃｍ、好ましくは更に短い、例えば１．５ｃｍまたは更により好ましくは１．０ｃｍであるように構成された、請求項７に記載の空気処理システム（１０）。
【請求項９】
前記空気処理ユニット（１１）の断面形状が、多角形、好ましくは六角形、等辺三角形、または四角形である、請求項７または８に記載の空気処理システム（１０）。
【請求項１０】
前記エキシマーランプ（３）が、前記空気処理ハウジング（２）または前記空気処理ユニット（１１）のフロー方向で配置された長手方向軸線（Ｘ）を有する細長い円筒状のエキシマー管（５）である、請求項１から９のいずれか一項に記載の空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）。
【請求項１１】
前記空気処理システム（１５）が少なくとも、第１の波長を放射するように構成された第１のエキシマーランプ群（３ａ）と、第２の波長を放射するように構成された第２のエキシマーランプ群（３ｂ）とを備え、前記第１の波長と前記第２の波長とが異なる、請求項１から１０のいずれか一項に記載の空気処理システム（１５）。
【請求項１２】
前記空気処理システム（１６）が少なくとも、第１の波長を放射するように構成されたエキシマーランプ（３ａ）を備える第１の空気処理域（１７）と、第２の波長を放射するように構成されたエキシマーランプ（３ｂ）を備える第２の空気処理域（１８）とを備え、前記第１の波長と前記第２の波長とが異なる、請求項１から１１のいずれか一項に記載の空気処理システム（１６）。
【請求項１３】
前記空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）内の全ての前記エキシマーランプ（３）が同じ波長を放射するように構成された、請求項１から１０のいずれか一項に記載の空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）。
【請求項１４】
前記空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）が、前記エキシマーランプ（３）をパルス繰返しで動作させるように構成された、請求項１から１３のいずれか一項に記載の空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）。
【請求項１５】
前記パルスが、短い持続時間のもの、好ましくは約１００ｍｓ以下で、搬送周波数が約２０ｋＨｚなど、１０Ｈｚから１００ｋＨｚのものである、請求項１４に記載の空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）。
【請求項１６】
前記空気処理システムが少なくとも１つのフィルタデバイス（２０）を備え、システム（１９）が、前記エキシマーランプに面する前記フィルタデバイスの表面のほぼ全体が前記エキシマーランプから放射される光子に晒されるように構成された、請求項１から１５のいずれか一項に記載の空気処理システム（１９）。
【請求項１７】
前記エキシマーランプに面する前記フィルタデバイスの前記表面の少なくとも９０％、好ましくは少なくとも９５％、または更により好ましくは少なくとも９９％が、前記エキシマーランプから放射される光子に晒される、請求項１６に記載の空気処理システム（１９）。
【請求項１８】
前記エキシマーランプ（２２）の前記表面と、前記エキシマーランプ（３）に面する前記少なくとも１つのフィルタデバイス（２３）の前記表面との間の直接距離（Ｄ）が、約２ｃｍ、好ましくは更に短い、例えば１．５ｃｍまたは更により好ましくは１．０ｃｍである、請求項１６または１７に記載の空気処理システム（１９）。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか一項に記載の空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）を使用して、汚染空気流を処理する方法であって、前記空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）を流れる前記汚染空気流の少なくとも９０％が、前記エキシマーランプ（３）から放射される光子に暴露される、方法。
【請求項２０】
前記汚染空気流が少なくとも１ｍｓの間、光子に暴露される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記処理が室温で、即ち約１０〜５０℃、好ましくは約２０〜２５℃で実施される、請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２２】
請求項１から１８のいずれか一項に記載の空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）を備える、暖房および／または換気および／または空調システム。
【請求項２３】
ＶＯＣなどの有機化合物の形態の汚染物質を含む汚染空気流を処理する、請求項１から１８のいずれか一項に記載の空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）の使用法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気処理システム、および前記空気処理システムの使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
よく知られている問題として、家庭、職場、または工業製品の生産ルームなどの様々な施設内の空気が、例えば、揮発性有機化合物、アレルゲン、および微生物など、室内空気の質に、またしたがって前記施設内にいる人の快適さおよび健康に影響を及ぼす、望ましくない化合物および／または汚染物質によって汚染されるという問題がある。
【０００３】
通常、この問題に対処する最善の方法は、汚染物質源を制御または排除し、施設を清浄な外気で換気することである。しかしながら、換気方法は、天候条件、または外気に含まれる望ましくないレベルの汚染因子によって制限されることがある。更に、工業生産エリアは、周囲環境へと安全に放出することができない汚染物質を含むことがある。
【０００４】
そのような状況では、汚染物質を空気から除去するように構成された空気処理ユニットが有用である。空気中の汚染物質の種類に応じて、多くの異なる種類の空気処理システムが当該分野において知られている。しかしながら、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）生体物質を除去するためには、ＵＶ放射線および／またはオゾンを利用する空気処理システムが、非常に有利であることが実証されている。この技術を使用して、空気をほぼ完全に殺菌すると同時に、全ての有機化合物、例えばＶＯＣの分解を達成することが可能である。
【０００５】
かかる空気処理システムは、例えば、ＷＯ９７／３４６８２およびＷＯ９９／１３９５６によって知られており、それらにおいては、空気をＵＶ放射線に暴露することによって空気を殺菌することができ、例えばＵＶ放射線放射中に作られたオゾンによって、有機化合物を除去することができる。異なる波長を放射するようにランプを構成することができるので、ＵＶ光およびオゾンは同じＵＶランプから生成されてもよい。前記特許出願により、周囲環境へと放出されるオゾン濃度を制御し調整することも知られている。
【０００６】
ＷＯ９２／１０４２９も、オゾンを用いた空気清浄に関し、オゾンはＵＶ管から生成され、殺菌すべき媒質がその管の周りを流れ、媒質はそらせ板を用いて中心に位置するＵＶ管の周りを流れるようにされる。
【０００７】
従来、かかる空気処理システムでは、ＵＶ光を放射するのに水銀ランプが使用されてきた。しかしながら、これらのランプには、放射線の一部分しかＵＶ範囲内にないという欠点がある。残りの部分は可視または赤外スペクトル内にある。このことは、ランプによって使用されるエネルギーの比較的大きい部分が、ＵＶ光を発生させるのに使用されず、前記ランプが相対的に非効率になることを意味する。更に、これらのランプが機能するために、水銀が蒸発しなければならず、つまりランプが非常に高温になる。したがって、例えば室温で動作させた場合、その紫外線出力が大幅に低減される。これらの欠点によって、一部の状況における水銀ランプの使用が除外されるか、または例えば、空気を空調および／または換気の目的で使用できるようになる前に、空気を冷却する必要がある。
【０００８】
更に、水銀ランプ、およびかかるランプで使用される水銀は、著しい公害をもたらし、ランプがその有用寿命の終わりに達したとき、特別な取扱いおよび廃棄要件が伴う。
【０００９】
したがって、現在、ＵＶ光を利用して空気から汚染物質を除去する、多数の空気処理システムが存在しているものの、これらの解決策は全て多量のエネルギーを要し、室温では効率的でない。
【００１０】
したがって、エネルギーの低減と空気中の汚染物質の、例えばＶＯＣのほぼ完全な除去の両方を提供しながら、空気中の汚染物質を除去する、改善されたシステムが依然として求められている。
【発明の概要】
【００１１】
したがって、本発明の第１の態様は、従来の空気処理システムと比較して除去プロセスに使用するエネルギーがはるかに少ない、高速で効率的な方式で空気から汚染物質を除去するように構成された、空気処理システムを提供することである。
【００１２】
本発明の第２の態様は、コンパクトな構造を有し、システムを通した圧力降下が低減され、例えば既存の暖房および／または換気および／または空調（ＨＶＡＣ）システムで、または独立型システムとして利用することができる、空気処理システムを提供することである。
【００１３】
本発明の第３の態様は、過酸化水素などの高価な酸化剤を追加する必要がなく、それによって格納施設のコストおよびスペースが低減される、空気処理システムを提供することである。
【００１４】
本発明の第４の態様は、室温で高濃度の汚染物質を除去するように構成された、空気処理システムを提供することである。
【００１５】
本発明の第５の態様は、単純で信頼性高く使用できる空気処理方法およびシステムを提供することである。
【００１６】
本発明によるこれらおよび更なる態様が達成される新規かつ固有の特徴は、複数のエキシマーランプを備える空気処理システムを提供することによるものであり、前記システムは、空気処理システムを通って流れる汚染空気の少なくとも９０％が、エキシマーランプから放出される光子に暴露される。
【００１７】
エキシマーランプは、紫外（ＵＶ）および真空紫外（ＶＵＶ）スペクトル領域内にある広範囲の波長にわたって利用可能な準単色光源である。エキシマーランプの動作は、励起ダイマー（エキシマー）の形成に基づく。これらのエキシマー形成は不安定であり、数ナノ秒以内で壊変して、特徴波長の光子（放射線）の形態であるそれらの励起（結合）エネルギーが中断される。
【００１８】
発生した放射線（ＵＶおよびＶＵＶ範囲の放射光子）は、例えば空気中の有機汚染因子と接触すると、様々な有機化合物、例えば悪臭を空気から除去するのに非常に効率的である、光分解のプロセスを通して、前記汚染因子を分解する。放射線の更なる利点は、オゾンおよび／または励起酸素種などの酸化剤、例えば−ＯＨ、Ｏ１Ｄ、Ｏ３Ｐを、空気中に存在する酸素から発生させ、それが続いて空気中に存在する有機汚染因子を酸化することである。
【００１９】
本発明によるシステムは、空気の少なくとも９０％が空気処理システムの光子（ＵＶ放射線）に、即ち、エキシマーが壊変するときに放出される光子に晒されるように構成される。これによって、光分解および／または酸化を介して、空気中の非常に高い割合の汚染物質を除去されることが担保される。しかしながら、前記空気中の汚染物質を高い割合で確実に除去するためには、汚染空気の少なくとも９５％、好ましくは前記汚染空気の少なくとも９９％が、エキシマーランプから放射される光子に晒されることが好ましい。
【００２０】
本発明による好ましい実施形態では、エキシマーは、希ガス、即ちＨｅ２、Ｎｅ２、Ａｒ２、Ｋｒ２、およびＸｅ２、または希ガスハロゲン化物（例えば、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣＬ、およびＸｅＦ）を使用して生成される。しかしながら、ハロゲンおよび水銀ハロゲン混合物（例えば、ＨｇＣｌ、ＨＧＢｒ、またはＨｇＩ）も、本発明の範囲内にあることが想到される。
【００２１】
エキシマーは、エキシマーを生成する関連ガス、例えばキセノンが、２つの同心石英管の間にあるギャップに配置される無声放電によって、本発明にしたがって生成されてもよい。この技術は、よく知られているので、本明細書ではこれ以上詳細に考察しないが、本発明で使用される１つの好ましいエキシマーランプは、ウシオアメリカ（ＵＳＨＩＯ  Ａｍｅｒｉｃａ  Ｉｎｃ．）から入手されるキセノンランプであってもよい。
【００２２】
放射光子の波長は、エキシマーを提供するのに使用されるガスに応じて決まる。これは、関心のガスを含むエキシマーランプを選択することによって、異なる波長の光子が得られることを意味する。例えば、キセノンエキシマーランプは波長１７２ｎｍの放射線を発生させ、アルゴンエキシマーランプは１２９ｎｍの波長を提供し、フッ化クリプトンエキシマーランプは２２２ｎｍの波長を提供する。関連波長の完全なリストは文献に見出すことができる。
【００２３】
エキシマーランプを使用することには、既定の波長において高強度であること、自己吸収がないこと、および本発明による空気処理システムの構造において柔軟であることといった、多数の利点がある。
【００２４】
各エキシマーランプで単一のガスのみが使用されるので、エキシマーランプによる放射出力は狭いＵＶ波長範囲に制限される。これによって、空気から除去される汚染物質／化合物の吸収スペクトルと完全に合致することが可能になり、即ち、本発明による空気処理システムのエキシマーランプは、処理される空気（汚染空気）中の汚染物質の吸収スペクトルに合致するように選択されてもよい。
【００２５】
更に、エキシマーランプはほとんど熱を発生しないので、処理される空気を周囲環境に放出する前に冷却を必要としないため、空調および／または換気目的に非常に適している。
【００２６】
それに加えて、エキシマーランプは、電極が放出ガスと直接接触しておらず、したがって、動作寿命が短くなる従来の水銀ランプでよくあるような、放出プロセス中の腐食が回避され、エキシマーガスの汚染がないので、長い寿命を有する。最後に、非毒性材料がエキシマーランプに使用され、したがって本質的に環境上の問題がない。
【００２７】
好ましくは、１２６ｎｍ〜２４０ｎｍの範囲で放射される光子は、汚染物質のほぼ完全な除去を担保するだけでなく、ＮＯｘなどの更なる汚染物質の発生も防ぐので、本発明で使用されるエキシマーランプは、この範囲の波長を有する光子を放射する。
【００２８】
１つの有利な実施形態では、エキシマーランプは約１７２ｎｍの波長を放射する。本発明の発明者らは、この波長は、非常にエネルギー効率の良い形で、光分解を用いてほぼ全ての有機化合物を、例えばＶＯＣを除去すると同時に、微生物およびウィルスを不活化することによって、空気を殺菌できることを示している。更に、前記波長は酸化剤オゾンも生成し、それが続いて空気中に存在する有機汚染因子を酸化する。
【００２９】
しかしながら、本発明の範囲内にある他の波長も好ましい。一例に言及すると、約１８５ｎｍの波長はオゾンを発生させ、約２２２ｎｍの波長は、二重結合、例えばＣ＝ＣおよびＣ＝Ｏの破壊に有効であることが実証されている。ＫｒＩエキシマーランプは、波長１８５ｎｍの光子を提供し、ＫｒＣｌは２２２ｎｍの放射ピークを有する光子を放射する。約２２２ｎｍの放射ピークは、処理される空気中に湿度が存在する場合、光誘導によって過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）も生成する。過酸化水素は強力な酸化剤（オゾンなど）なので、有機汚染物質の効率的な除去が更に担保される。
【００３０】
本発明による好ましい実施形態では、システムは、エキシマーランプが中に収容／配置される空気処理ハウジングを備える。前記空気処理ハウジングは、好ましくは、前記ハウジングを流れる汚染空気がエキシマーランプの表面の上、および／または前記ランプの表面近くを流れ、それによって、空気処理システムを流れる汚染空気の少なくとも９０％が、エキシマーランプから放射される光子に暴露されるようにして構成される。
【００３１】
したがって、エキシマーランプは互いに近接して配置されることが好ましい。本発明の発明者らは、これは、２つの隣接したエキシマーランプの表面間の直接（即ち、最短）距離（断面で取った距離）が、４ｃｍ未満、好ましくは更に短い、２ｃｍ未満またはより好ましくは１ｃｍ未満などのときに達成されることを示している。断面は、好ましくは、空気処理ハウジングのほぼ全体にわたって同じである。
【００３２】
また、エキシマーランプが空気処理ハウジングの壁の近くに配置されて、前記壁の近くを通る空気も放射された光子に暴露されるようにすることが好ましい。ハウジングの壁とエキシマーランプの表面との間の直接距離は、好ましくは２ｃｍ未満、好ましくは１．５ｃｍ未満、より好ましくは１ｃｍ未満である。
【００３３】
したがって、１つの好ましい実施形態では、空気処理ハウジングは、互いに近接して、また前記ハウジングの壁に近接して配置された、複数のエキシマーランプを備える。かかる配置によって、放射された光子が空気中のほぼ全ての汚染物質と接触するようになり、放射光子が空気中で光分解プロセスを開始すると、前記空気を効率的に清浄／処理することが、効率的に担保され、ならびに／あるいは空気中に存在する酸素からオゾンが発生することが担保される。
【００３４】
エキシマーランプは、好ましくは、前記空気処理ハウジング内で均等に、例えば多数のほぼ平行な行および列、ならびに／あるいは配列の状態で分配されて、複数のほぼ均一に分配された並列のエキシマーランプの行列が提供される。
【００３５】
代替実施形態では、空気処理システムは、複数の同一の空気処理ユニットを備え、各ユニットは単一のエキシマーランプを備える。
【００３６】
複数のエキシマーランプが入れられた空気処理ハウジングの代わりに、多数のより小さい空気処理ユニットを利用することによって、異なる幾何学形状での設計に高度な柔軟性がもたらされる。例えば、空気処理ユニットは、異なる形状に組み合わされることによって、本発明によるシステムを、様々な既存の空気処理システム、例えば従来の換気システムに嵌まるように適合できることが担保されてもよい。
【００３７】
好ましくは、空気処理ユニットは、例えば、ユニットを接合する手段を備えることによって、またはユニットを所望の形状および寸法を有する外装に入れて、例えば既存の換気システムに合致させることによって、組み合わせユニットの状態に組み立てられるように構成される。
【００３８】
空気処理ユニットは、好ましくは、エキシマーランプの表面と空気処理ユニットの内壁との間の直接距離（断面で取った距離）が、約２ｃｍ、好ましくはそれよりも短い、例えば１．５ｃｍまたは更により好ましくは１．０ｃｍであるように構成される。これによって、空気処理ユニットを通るほぼ全ての空気、少なくとも９０％が、エキシマーランプから放射される光子に暴露され、放出された不安定なエキシマーが壊変するとき、即ち汚染空気がエキシマーランプの表面の上および／または前記ランプの表面近くを流れるとき、汚染空気の少なくとも９０％が、エキシマーランプから放射された光子に暴露されることが、効率的に担保される。
【００３９】
本発明による空気処理ユニットの断面形状は、好ましくは、多角形、好ましくは六角形、等辺三角形、または四角形の形態である。これによって、空気処理ユニットを、ユニット間に無駄な空間を有さずに互いに緊密に適合させることができ、即ちユニットが平らな面を完全に埋めることができる。エキシマーランプの表面と空気処理ユニットの内壁との間の直接距離（断面で取った距離）は、これらの状況では、多角形の角の１つまでで測定してもよく、または２つの角を結ぶ辺のうち１つの中心までで測定してもよい。
【００４０】
好ましくは、それぞれの空気処理ユニットは、隣接した空気処理ユニットが、１つまたは複数の隣接した空気処理ユニットの壁構造の少なくとも一部を共有するような形で構築され、これによって、空気処理ユニットの最終的な構造／アセンブリのために必要な材料が効率的に低減される。多角形の断面形状を有する空気処理ユニットは、同じ面積の三角形または四角形と比べて壁の全長が最短になるため、多角形の形態の断面形状を有する空気処理ユニットが、この観点においては好ましく、したがってハニカム状構造を提供する。
【００４１】
空気処理ユニットを使用することの１つの主な利点は、本発明によるシステムを高効率にするために必要なエキシマーランプの数が少なくなることである。一例に言及すると、複数の空気処理ユニットが、最終構造に入れられるかハニカム構造内に配置された場合、２つの隣接した空気処理ユニット内における２つのエキシマーランプの表面間の距離は、例えば、空気処理ハウジングに収容された２つの隣接したエキシマーランプの表面間の距離よりも長くなる。したがって、複数の空気処理ユニットを備える空気処理システムにおいて必要なエキシマーランプは、空気処理ユニットのアセンブリとほぼ同様の外寸を有する空気処理ハウジングを備える空気処理システムと比較して少数である。しかしながら、両方の構造において、空気処理ユニットを通る空気の少なくとも９０％が、エキシマーランプから放射される光子に暴露されるので、システムの効率は同じになる。
【００４２】
複数の空気処理ユニットを備える空気処理ユニットは、空気処理ハウジングを備えた同様のシステムよりも構造が複雑になるが、必要なエキシマーランプの数が低減されることによる低コストが、空気処理ユニットを使用する空気処理システムのコストを大幅に低減させる。
【００４３】
好ましい実施形態では、エキシマーランプは、空気処理ハウジングまたは空気処理ユニットのフロー方向で配置された長手方向軸線を有する細長い円筒状のエキシマー管であり、即ち、処理される空気はエキシマー管の長さに沿って流れる。これによって、汚染空気が空気処理ハウジングまたは空気処理ユニットの全長で光子に暴露され、それによって空気処理システムの能力を十分に利用することも担保される。
【００４４】
円筒状のエキシマーランプは当該分野でよく知られており、一般的に、誘電材料、通常は石英で作られ、大気圧に近い希ガスまたは希ガス／ハロゲン混合物を収容した、２つの同軸の管から成る。２つの誘電バリア間に電位を付与することによって、励起分子錯体、即ちエキシマーが形成される。
【００４５】
好ましくは、汚染空気流は、家屋内の汚染物質、例えばＶＯＣ、微生物、および悪臭を除去するのに十分であることが実証されている、少なくとも１ｍｓの間、放射光子に暴露される。したがって、空気処理ハウジングまたは空気処理ユニットは、空気の流量を考慮して、これを提供することができるサイズおよび寸法を有してもよい。
【００４６】
好ましい実施形態では、空気処理システムは、同じ波長を放射するように構成された複数のエキシマーランプを備え、それによって単純で比較的安価なシステムを提供する。この点に関して、本発明者らは、１７２ｎｍの波長が家屋からの、ならびに同様の環境からの空気中のほぼ全ての汚染物質を除去できることを示しているので、好ましくは放射波長はこの波長である。
【００４７】
しかしながら、汚染空気がいくつかの異なる種類の汚染物質を含む場合、本発明による空気処理システムは少なくとも、第１の波長を放射するように構成された第１のエキシマーランプ群と、第２の波長を放射するように構成された第２のエキシマーランプ群とを備えてもよく、第１および第２の波長は異なる。これによって、本発明によるシステムを通る空気が、異なる波長を有する光子に暴露されることが担保される。例えば、第１のエキシマーランプ群が（光分解を開始する）１７２ｎｍの波長を放射し、第２の群が（Ｈ２Ｏ２を発生させる）２２２ｎｍの波長を放射する場合、汚染空気は両方の波長に晒されてより有効に処理される。
【００４８】
したがって、狭いＵＶ波長範囲に制限された異なる波長を有する少なくとも２つのエキシマーランプ群を使用して、空気処理システムを、汚染空気中の汚染物質／化合物に応じて、異なる要求を満たすように構築できることが担保される。例えば、工業用キッチンからの処理されるべき空気は、家庭からの室内空気を処理するための空気処理システムとは異なる波長または波長の組み合わせを必要とすることがある。
【００４９】
本発明によるシステムは、更なるエキシマーランプ群を備えてもよく、各群は、他の群から放射される波長とは異なる波長を放射する。群の数は様々であることができるが、処理される空気中の汚染物質に応じて、３つ、４つ、５つなどであってもよい。
【００５０】
それぞれの群からのエキシマーランプは、空気処理ハウジングを通る空気が、異なる波長の光子および／または前記光子から発生する酸化剤に暴露されることを担保するために、一実施形態では、残りの群の１つまたは複数からのエキシマーランプと均一に混合されてもよい。
【００５１】
あるいは、空気処理システムは少なくとも、第１の波長を放射するように構成されたエキシマーランプを備える第１の空気処理域と、第２の波長を放射するように構成されたエキシマーランプを備える第２の空気処理域とを備え、前記第１および第２の波長は異なり、それによって、汚染空気が空気処理システムの異なる空気処理域を通ることが担保され、各区域内の汚染空気は個々の制限された波長に晒される。
【００５２】
この実施形態には、処理される空気が、後続の区域での処理に悪影響を及ぼすことがある特定の汚染物質／化合物を含有する場合に、前記汚染物質が第１の区域で除去され、それによって処理プロセスが最適化されるという利点がある。あるいは、１つまたは複数の区域は、１つを超える波長を放射するように構成されてもよく、例えば、上述したように、異なる波長を放射する２つ以上のエキシマーランプ群を備えてもよい。
【００５３】
更なる処理域、例えば３つ、４つなども、本発明の範囲内であることが想到される。
【００５４】
汚染空気の高速の効率的な処理を担保するために、好ましくは、空気処理ハウジングまたは空気処理ユニットは、前記ハウジングまたは前記ユニット内の空気のフロー方向を変更する任意の手段、例えばバッフルなどを含まない。これによって、かかる手段を使用するシステムと比較して、システム全体の圧力降下が効率的に低減される。
【００５５】
エネルギー効率の良い空気処理のため、本発明によるシステムは、パルス繰返し周波数でエキシマーランプを動作させるように、即ちエキシマーランプがオンオフされるように構成されてもよい。これは、エキシマーランプの寿命を延ばすだけでなく、出力をエキシマー形成に変換する効率を大幅に向上し、結果として、加えられた力を光子に変換する効率も向上することが示されている。
【００５６】
好ましくは、パルスは、短い持続時間のもの、望ましくは約１００ｍｓ以下（約１００ｎｓなど）で、搬送周波数が約２０ｋＨｚなど、１０Ｈｚ〜１００ｋＨｚのものである。好ましくは、パルス電位は、電位が合計時間の約７５％以下、より望ましくは合計時間の約５０％以下、最も望ましくは合計時間の約２５％以下にあるようにして、デューティサイクルを有する。
【００５７】
パルスの持続時間が短いことにおける１つの非常に重要な結果は、光子を発生させるのに使用される出力が最小限に抑えられることである。更に、比較的短いパルス持続時間を使用することによって、アーキングが回避され、より高い電位で動作するようになり、したがってエキシマーランプの効率が向上する。
【００５８】
エキシマーランプのパルス動作は、例えば、単純にエキシマーランプへの電力供給をパルス化することによって、またはパルス電位を印加するように構成された電位源を使用することによって、またはパルス幅変調（ＰＷＭ）によって、任意の手段を用いて達成されてもよい。
【００５９】
エキシマーランプの数は意図される用途に応じて変わってもよい。しかしながら、好ましくは、本発明による空気処理システムは、少なくとも５０個のエキシマーランプ、好ましくは少なくとも１００個のエキシマーランプ、更により好ましくは少なくとも５００個のエキシマーランプを備える。しかしながら、１０００個など、より多数のエキシマーランプ、または２、４、１０個などのより少数も、本発明の範囲内にあることが想到される。
【００６０】
空気処理ハウジングまたは空気処理ユニット内における光子の効率的な使用を担保するために、好ましくは、前記ハウジングまたは前記ユニットの少なくとも内壁は、エキシマーランプによって放射された光子の少なくとも一部分を反射するように構成された、反射性材料で作られる。好ましくは、反射性材料は少なくとも反射率８０％であり、これはステンレス鋼などの材料を使用して達成されてもよい。
【００６１】
本発明によるシステムは、空気処理システムの複数のエキシマーランプを越えて／それらの上を通して、処理される空気を送るように構成され、任意の従来手段によって電力供給されてもよい手段、例えば少なくとも１つの換気機を備えてもよい。
【００６２】
本発明による好ましい実施形態では、本発明による空気処理システムは、暖房、換気、または空調システム（ＨＶＡＣ）に組み込まれる。この点に関して、本発明によるシステムは、関連施設にある既存のＨＶＡＣシステムにレトロフィットされ、それによって新しい機器の設置にかかる高価なコストを低減するように構成されることが有利である。これらの状況では、空気を動かす手段は既にＨＶＡＣシステムの一部であることがある。
【００６３】
空気処理システムで行われたプロセスの残留物は、主に二酸化炭素および水から成るが、状況によっては、処理済み空気を環境に放出する前に、光酸化プロセスを必要に応じて追加の処理方法と、例えば電気集塵、機械的濾過、触媒もしくは非熱プラズマ処理と組み合わせるのが有利なことがある。これは、処理される空気が、エキシマーランプによって放射される光子によって開始される光分解／光酸化によって分解されない（もしくはできない）、特定の汚染物質を含有する場合に特に関連がある。これらのプロセスも当該分野において知られており、本出願ではこれ以上詳細には記載しない。
【００６４】
それに加えて、汚染空気を処理するのに、本発明による空気処理システムは、１つまたは複数のフィルタデバイスを処理／清浄するために変更することができる。かかるフィルタデバイスは、好ましい一実施形態では、高効率粒子空気（ＨＥＰＡ）フィルタなどのエアフィルタ、カーボンフィルタ、および／または静電集塵器（ＥＳＰ）であってもよい。
【００６５】
それぞれのフィルタデバイスは、空気がフィルタデバイスを通るとき、粒子、例えば有機粒子と、微生物、ウィルス、およびカビの形態の生体物質とを収集する。前記粒子は、最終的にはフィルタに詰まり、デバイス効率を低減させる。粒子負荷が増加するにつれて、フローに対する抵抗が、したがってフィルタデバイスの圧力降下が増大する。ほとんどのフィルタデバイスは、所望のレベルまで粒子を除去するように清浄することができないので、それぞれのフィルタデバイスを頻繁に、多くの場合は多大なコストを掛けて交換しなければならない。
【００６６】
しかしながら、本発明の発明者らは、本発明による空気処理システムを、前記フィルタデバイスに捕捉された微生物およびウィルスを不活化／死滅させるため、ならびに／あるいは捕捉された有機粒子を処理／分解するために変更し、それによって前記前記フィルタデバイスを、少なくともかなりの程度まで清浄することにより、フィルタデバイスを交換しなければならなくなるまでの時間を延ばすことができることを見出している。
【００６７】
変更された空気処理システムは、好ましくは、フィルタデバイスの表面全体がエキシマーランプから放射される光子に晒されるように構成され、即ち、変更された空気処理システムのエキシマーランプの数、配向、および位置は、フィルタデバイスの表面の少なくとも９０％、好ましくは少なくとも９５％、更により好ましくは少なくとも９９％が、エキシマーランプから放射される光子に暴露されることを担保するように選択される。
【００６８】
この効果を得るため、処理されるフィルタデバイスは、好ましくは１つまたは複数のエキシマーランプに近接して配置され、即ち、フィルタデバイスに最も近いエキシマーランプの表面とフィルタデバイスの表面との間の最短距離（断面で取った距離）は、約２ｃｍ、好ましくはそれよりも短い、例えば１．５ｃｍまたは更により好ましくは１．０ｃｍである。一実施形態では、エキシマーランプはフィルタデバイスの両側に配置され、それによって、フィルタデバイスのほぼ全体が放射された光子に晒されて、フィルタデバイスが効率的に清浄／処理されることが担保される。
【００６９】
エキシマーランプから放射される発生した放射線は、フィルタデバイスに捕捉された粒子、例えば微生物または有機粒子と接触すると、微生物、ウィルスなどを死滅／不活化させ、ならびに／あるいは光分解プロセスによって有機物質を分解する。特定の作用は、エキシマーランプによって放射される放射線に応じて決まる。例えば、放射線が約２５４ｎｍの場合、放射線は核酸を破壊し、それによって微生物ＤＮＡを分裂させるので、微生物を死滅または不活化させるが、約２２０ｎｍの範囲の波長は、有機汚染物質の二重結合を破壊することができる。一部の波長、例えば約１７２ｎｍの範囲の波長は、有機化合物を分解するとともに、微生物およびウィルスを不活化することができ、したがって、かかる波長が本発明では好ましい。あるいは、異なる汚染物質／化合物がフィルタデバイスから除去される場合、異なる波長を有する多数のエキシマーランプが使用されてもよく、ならびに／あるいは、エキシマーランプは、関連がある場合は水銀またはＬＥＤランプなど、従来のＵＶ生成ランプと組み合わされてもよい。
【００７０】
好ましい実施形態では、処理／清浄されるフィルタデバイスは、本発明による空気処理システムに組み込まれる。これによって、システムを通る空気が、光酸化プロセスならびに濾過ステップの両方に晒されることが担保される。フィルタデバイスもエキシマーランプに近接して配置されるので、前記フィルタデバイスは、エキシマーランプからの放射によって自動的に清浄／処理され、それによって単純で効率的な空気処理システムが提供される。
【００７１】
本発明はまた、本発明による空気処理ユニットを使用して汚染空気および／またはフィルタデバイスを処理する方法に関し、空気処理システムを通って流れる汚染空気流の少なくとも９５％、より好ましくは９９％が、エキシマーランプから放射される光子に暴露される。
【００７２】
これによって、上述したように、効率的な分解がもたらされ、したがって汚染空気中の汚染物質が除去される。
【００７３】
エキシマーランプはほとんど熱を発生しないので、前記方法は、室温で、即ち約１０〜５０℃、好ましくは約２０〜２５℃で実施されてもよい。
【００７４】
以下、本発明について、図面を参照して、排気ガス処理システムおよび方法の例示的な実施形態のみを、更に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明による空気処理システムの第１の実施形態の一部分を示す概略図である。
【図１ａ】図１の実施形態の断面図である。
【図２】本発明による空気処理システムの第２の実施形態の一部分を示す概略図である。
【図２ａ】図２の実施形態の断面図である。
【図３】空気処理システムの第３の実施形態を示す部分断面図である。
【図４】本発明による空気処理システムの第４の実施形態の一部分を示す概略図である。
【図５】本発明による空気処理システムの第５の実施形態を示す概略図である。
【図６】本発明による空気処理システムの修正した実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００７６】
図１は、本発明による空気処理システム１の第１の単純化した実施形態を示している。前記システム１は、複数のエキシマーランプ３が互いに、またハウジングの壁４に近接して配置された、空気処理ハウジング２を備える。
【００７７】
エキシマーランプ３は、空気処理ハウジングのフロー方向（矢印で図示）で配置された長手方向軸線Ｘを有する細長い円筒状のエキシマー管５であり、即ち、空気はエキシマー管５の長さに沿って流れ、それによって、システム１に流入する空気がエキシマーランプ３と、したがって放射された光子と接触するまでの長さが可能な限り長くなることが担保される。
【００７８】
エキシマーランプ３は、例えば図１ａに示されるように、複数の均一に分配された並列のエキシマーランプ３の行列を提供する多数の平行な行６および列７の形で、空気処理ハウジング２内で均等に分配される。
【００７９】
２つの隣接したエキシマーランプ３’、３’’の表面８の間、ならびにハウジングの壁４までの直接（即ち、最短）距離Ａ（断面で見た距離）は、ハウジング３全体を通して同一である。図示される実施形態では、前記距離Ａは約２ｃｍであるが、距離Ａがより長く、例えば４ｃｍ未満、例えば１．５ｃｍ、または更により好ましくは約１ｃｍである、本発明の範囲内で類似の設計が想到される。
【００８０】
汚染空気がエキシマーランプ３の表面８の上および／または非常に近くを流れるように、本発明によるシステム１を構築することで、空気処理システム１を流れる汚染空気の少なくとも９０％が、エキシマーランプ３から放射される光子に暴露される。
【００８１】
前記光子は、発生したエキシマーが数ナノ秒以内で壊変すると放射され、光子は、空気中に存在する化学化合物が光子によって分解される光分解プロセスを開始する。家屋の室内空気は主に有機化合物から成るので、空気処理システム１は、前記化合物が単純でエネルギー効率の良い形で、安全に周囲環境に放出することができる二酸化炭素および水に分解されることを担保する。
【００８２】
図２は、本発明の空気処理システム９の第２の実施形態を示している。第２の実施形態９は、基本的には第１の実施形態１に対応し、機能は第１の実施形態と同一であるが、第１の実施形態では、エキシマーランプ３が多数の平行な行６および列７の形で均等に分配されていたのに対し、第２の実施形態では、図２ａに最も良く示されるように、一行おきの行６’が距離Ａの半分変位されて交互の行列を作っている。
【００８３】
空気処理システムの第３の実施形態１０が図３に示され、複数の六角形の空気処理ユニット１１が組み合わされて単一の構造１２になっている。各空気処理ユニットは、細長いエキシマー管の形態の単一のエキシマーランプ３を備える。前記空気処理ユニットは、隣接した空気処理ユニット、例えば１１ａ、１１ｂが、１つまたは複数の隣接した空気処理ユニットの壁構造４ａの少なくとも一部を共有するような形で構築されて、ハニカム構造１３となっている。
【００８４】
各エキシマー管は、空気処理ユニットのフロー方向で配置された長手方向軸線Ｘを有し、即ち、空気はエキシマー管の長さに沿って流れる。
【００８５】
空気処理ハウジング２の代わりに多数のより小さい空気処理ユニット１１を利用することで、異なる幾何学形状の設計の高度な柔軟性がもたらされ、即ち、空気処理ユニット１２が最終構造に、例えば図３に示されるハニカム構造１２に組み立てられて／構築されている場合、前記最終構造は、様々な既存の空気処理システム、例えば従来のＨＶＡＣシステムに嵌合するように特注することができる。
【００８６】
エキシマーランプ３の表面８と処理ユニット１１の角１４のうち１つとの間の距離Ｂは、約２ｃｍ、好ましくはそれよりも短い、例えば１．５ｃｍまたは更により好ましくは１．０ｃｍである。これによって、空気処理ユニットを通る空気のほぼ全て、少なくとも９０％が、エキシマーランプ３から放射される光子に暴露されることが効率的に担保される。
【００８７】
図３に示されるような、距離Ｂが２ｃｍである、複数の空気処理ユニットのハニカムシステムを、例えば図１に示されるような、距離Ａがやはり２ｃｍである空気処理ハウジングと比較すると、２つの隣接した空気処理ユニット１１ａ、１１ｂにおける２つのエキシマーランプ３’、３’’の表面間の距離Ｃは約４ｃｍであり、即ち、空気処理ハウジング２における隣接したエキシマーランプ３’、３’’の距離の２倍であることが明らかである。
【００８８】
したがって、多数の空気処理ユニット１１を備える空気処理システム１０で必要なエキシマーランプの数は、類似の外寸を有する空気処理ハウジング２を備える空気処理システム１と比較して少数なので、空気処理システムの効率を犠牲にすることなく、空気処理ユニットの使用コストが効率的に低減される。
【００８９】
エキシマーランプ３は狭いＵＶ波長範囲に制限され、それによって、空気から除去されるべき化合物の吸収スペクトルと完全に合致させることが可能になる。しかしながら、波長によっては他の化合物も、例えばオゾンまたは過酸化水素も生成され、強力な酸化剤なので処理プロセスの助けとなることがある。
【００９０】
これが本発明において効率的に利用されることを担保するために、第４の実施形態１５が図４に示される。前記実施形態は基本的に、図１に示される実施形態に対応するが、複数の同一のエキシマーランプ３を備える代わりに、第４の実施形態１５は、第１の波長を放射するように構成された第１のエキシマーランプ群３ａと、第１の波長とは異なる第２の波長を放射するように構成された第２のエキシマーランプ群３ｂとを備える。空気処理ハウジング２を通る空気が両方の波長の光子に暴露されることを担保するために、第１の群からのエキシマーランプ３ａは、ハウジング内の第１の群からのエキシマーランプ３ｂと均一に混合（均等に分配）される。
【００９１】
第１および第２の波長は異なるので、ハウジングを通る空気は２つの波長を有する光子に暴露される。したがって、狭いＵＶ波長範囲にそれぞれ制限された異なる波長を有する、２つのエキシマーランプ群３ａ、３ｂを使用することで、汚染空気中の予測される化合物に応じて、所望の結果を簡単に調節できることが担保される。例えば、第１のエキシマーランプ群３ａが１７２ｎｍの波長を放射する場合、前記群は光分解プロセスを開始するように特に方向付けられ、第２のエキシマーランプ群３ｂが１８５ｎｍの波長を放射する場合、前記第２の群はオゾンを発生させるように特に構成される。両方の波長の組み合わせは、本発明による非常に効率的な処理システム１５を提供する。
【００９２】
１７２ｎｍおよび１８５ｎｍの両方の波長で放射される光子は、光分解およびオゾンの発生を開始することができるが、前記光子は特定の目的に最適な光子強度（収量）を提供せず、したがって異なるエキシマーランプ群を組み合わせるのが好ましいことが理解される。
【００９３】
更なるエキシマーランプ群が組み込まれ、好ましくは他の群と均等に分配されてもよく、図２に示される実施形態は、異なる波長を放射する２つまたは更なるエキシマーランプ群を備えてもよいことを、当業者であれば理解するであろう。
【００９４】
２つ以上のエキシマーランプ群を使用する代わりとして、図５に示される空気処理システムの第４の実施形態１６は、第１の波長を放射するように構成されたエキシマーランプ３ａを備える第１の空気処理域１７と、第２の波長を放射するように構成されたエキシマーランプ３ｂを備える第２の空気処理域１８とを備えてもよく、第１および第２の波長は異なる。この構造によって、汚染空気が異なる空気処理システムの空気処理域を通り、各区域１７、１８内の汚染空気が個々の制限された波長に晒されることが担保される。この実施形態には、処理される空気が、後続の区域での処理に悪影響を及ぼすことがある特定の汚染物質／化合物を含有する場合に、前記汚染物質が第１の区域で除去され、それによって処理プロセスが最適化されるという利点がある。
【００９５】
本発明による空気処理システムは、パルス繰返し周波数（図示なし）でエキシマーランプを動作させるように構成されてもよく、それによって、エキシマーランプの寿命が延び、出力をエキシマー形成に変換する効率が向上し、結果的に加えられた出力を光子に変換する効率が向上する。
【００９６】
エキシマーランプのパルス動作は、例えば、単純にエキシマーランプへの電力供給をパルス化することによって、またはパルス電位を印加するように構成された電位源を使用することによって、任意の手段（図示なし）を用いて達成されてもよい。
【００９７】
本発明による好ましい実施形態では、本発明による空気処理システムは、暖房、換気、または空調システム（ＨＶＡＣ）に組み込まれる。
【００９８】
図６は、本発明による空気処理システム１９の修正した実施形態の断面を示している。前記実施形態では、２つのフィルタデバイス２０は、フロー方向（矢印で示される）で見てエキシマーランプ３の下流側に配置され、２つのファン２１は空気をシステムに流すように構成される。
【００９９】
エキシマーランプ３の表面２２とフィルタデバイス２０の表面２３との間の直接（即ち、最短）距離Ｄ（断面で見た距離）は、システム全体を通して実質的に同一である。図示される実施形態では、前記距離Ａは約２ｃｍであるが、距離Ｄがより長く、例えば４ｃｍ未満、または距離がより短い、例えば１．５ｃｍまたは更により好ましくは約１ｃｍである、本発明の範囲内で類似の設計が想到される。
【０１００】
空気がフィルタデバイスを通った後、前記空気は、図示される実施形態では、処理デバイス２４による更なる処理に暴露される。前記処理は、任意の所望の処理、例えば更なるフィルタデバイスまたは触媒処理であってもよい。
【０１０１】
エキシマーランプ３の数は、フィルタデバイス２０の（エキシマーランプに面する）表面２３のほぼ全体が、放射される光子に晒されることを担保するために選択され、したがって、エキシマーランプ３の数はフィルタデバイスの表面積に応じて決まる。図示される実施形態では、エキシマーランプ３の長手方向軸線（Ｘ）はフロー方向に垂直に配置され、これによって、エキシマーランプ３の長手方向表面が、平坦なフィルタデバイスの表面までの最短距離Ｄを有することが担保される。しかしながら、エキシマーランプ３の配向、配置、および数は、フィルタデバイスの構造および配置に応じて決まる。
【０１０２】
更なる実施形態では、エキシマーランプ３はまた、フィルタデバイス２０の反対側２５、即ち、フィルタデバイスとファン２１との間に配置されてもよく、これによって、フィルタデバイスが両側で前記エキシマーランプから放射される光子に暴露されることが担保される。
【０１０３】
本発明による空気処理システムの独自の構造により、複数のエキシマーランプは、高エネルギー紫外（ＵＶ）光子が提供される大きい放射面積を低コストで提供する。システムを異なる波長で設計して、システムを、大面積の工業用途および家庭使用の両方で使用される、単純で安価な空気処理システムにすることができる。
【０１０４】
上述の原理および設計の修正および組み合わせが、本発明の範囲内で予想される。
【図１】
2021501303.tif 000003
【図１ａ】
2021501303.tif 000004
【図２】
2021501303.tif 000005
【図２ａ】
2021501303.tif 000006
【図３】
2021501303.tif 000007
【図４】
2021501303.tif 000008
【図５】
2021501303.tif 000009
【図６】
2021501303.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月6日(2020.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のエキシマーランプ（３）と複数の空気処理ユニット（１１）とを備える、空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）であって、各空気処理ユニットが単一のエキシマーランプ（３）を備え、前記空気処理ユニット（１１）が六角形の断面形状を有する管状角柱形状を有し、複数の空気処理ユニットがハニカム状構造に組み立てられ、各エキシマーランプが、細長い管の形状を有し、前記角柱の壁から等距離に位置付けられて、前記エキシマーランプの表面と前記空気処理ユニットの内壁（４）との間の距離（Ｂ）が約２ｃｍ以下となり、前記空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）を流れる空気の少なくとも９０％が、前記エキシマーランプ（３）から放射される光子に暴露される、空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）。
【請求項２】
前記空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）を流れる空気の少なくとも９５％、好ましくは少なくとも９９％が、前記エキシマーランプ（３）から放射される光子に暴露される、請求項１に記載の空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）。
【請求項３】
前記エキシマーランプ（３）が、１２６ｎｍから２４０ｎｍの範囲、好ましくは約１７２ｎｍの波長を放射するように構成された、請求項１または２に記載の空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）。
【請求項４】
前記エキシマーランプの表面と前記空気処理ユニットの内壁（４）との間の距離（Ｂ）が、１．５ｃｍまたは１．０ｃｍである、請求項１、２、または３に記載の空気処理システム（１０）。
【請求項５】
前記エキシマーランプ（３）が、前記空気処理ハウジング（２）または前記空気処理ユニット（１１）のフロー方向で配置された長手方向軸線（Ｘ）を有する細長い円筒状のエキシマー管（５）である、請求項１から４のいずれか一項に記載の空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）。
【請求項６】
前記空気処理システム（１５）が少なくとも、第１の波長を放射するように構成された第１のエキシマーランプ群（３ａ）と、第２の波長を放射するように構成された第２のエキシマーランプ群（３ｂ）とを備え、前記第１の波長と前記第２の波長とが異なる、請求項１から５のいずれか一項に記載の空気処理システム（１５）。
【請求項７】
前記空気処理システム（１６）が少なくとも、第１の波長を放射するように構成されたエキシマーランプ（３ａ）を備える第１の空気処理域（１７）と、第２の波長を放射するように構成されたエキシマーランプ（３ｂ）を備える第２の空気処理域（１８）とを備え、前記第１の波長と前記第２の波長とが異なる、請求項１から６のいずれか一項に記載の空気処理システム（１６）。
【請求項８】
前記空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）内の全ての前記エキシマーランプ（３）が同じ波長を放射するように構成された、請求項１から５のいずれか一項に記載の空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）。
【請求項９】
前記空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）が、前記エキシマーランプ（３）をパルス繰返しで動作させるように構成された、請求項１から８のいずれか一項に記載の空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）。
【請求項１０】
前記パルスが、短い持続時間のもの、好ましくは約１００ｍｓ以下で、搬送周波数が約２０ｋＨｚなど、１０Ｈｚから１００ｋＨｚのものである、請求項９に記載の空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）。
【請求項１１】
前記空気処理システムが少なくとも１つのフィルタデバイス（２０）を備え、システム（１９）が、前記エキシマーランプに面する前記フィルタデバイスの表面のほぼ全体が前記エキシマーランプから放射される光子に晒されるように構成された、請求項１から１０のいずれか一項に記載の空気処理システム（１９）。
【請求項１２】
前記エキシマーランプに面する前記フィルタデバイスの前記表面の少なくとも９０％、好ましくは少なくとも９５％、または更により好ましくは少なくとも９９％が、前記エキシマーランプから放射される光子に晒される、請求項１１に記載の空気処理システム（１９）。
【請求項１３】
前記エキシマーランプ（２２）の前記表面と、前記エキシマーランプ（３）に面する前記少なくとも１つのフィルタデバイス（２３）の前記表面との間の直接距離（Ｄ）が、約２ｃｍ、好ましくは更に短い、例えば１．５ｃｍまたは更により好ましくは１．０ｃｍである、請求項１１または１２に記載の空気処理システム（１９）。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）を使用して、汚染空気流を処理する方法であって、前記空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）を流れる前記汚染空気流の少なくとも９０％が、前記エキシマーランプ（３）から放射される光子に暴露される、方法。
【請求項１５】
前記汚染空気流が少なくとも１ｍｓの間、光子に暴露される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記処理が室温で、即ち約１０〜５０℃、好ましくは約２０〜２５℃で実施される、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）を備える、暖房および／または換気および／または空調システム。
【請求項１８】
ＶＯＣなどの有機化合物の形態の汚染物質を含む汚染空気流を処理する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の空気処理システム（１；９；１０；１５；１６）の使用法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気処理システム、および前記空気処理システムの使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
よく知られている問題として、家庭、職場、または工業製品の生産ルームなどの様々な施設内の空気が、例えば、揮発性有機化合物、アレルゲン、および微生物など、室内空気の質に、またしたがって前記施設内にいる人の快適さおよび健康に影響を及ぼす、望ましくない化合物および／または汚染物質によって汚染されるという問題がある。
【０００３】
通常、この問題に対処する最善の方法は、汚染物質源を制御または排除し、施設を清浄な外気で換気することである。しかしながら、換気方法は、天候条件、または外気に含まれる望ましくないレベルの汚染因子によって制限されることがある。更に、工業生産エリアは、周囲環境へと安全に放出することができない汚染物質を含むことがある。
【０００４】
そのような状況では、汚染物質を空気から除去するように構成された空気処理ユニットが有用である。空気中の汚染物質の種類に応じて、多くの異なる種類の空気処理システムが当該分野において知られている。しかしながら、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）生体物質を除去するためには、ＵＶ放射線および／またはオゾンを利用する空気処理システムが、非常に有利であることが実証されている。この技術を使用して、空気をほぼ完全に殺菌すると同時に、全ての有機化合物、例えばＶＯＣの分解を達成することが可能である。
【０００５】
かかる空気処理システムは、例えば、ＷＯ９７／３４６８２およびＷＯ９９／１３９５６によって知られており、それらにおいては、空気をＵＶ放射線に暴露することによって空気を殺菌することができ、例えばＵＶ放射線放射中に作られたオゾンによって、有機化合物を除去することができる。異なる波長を放射するようにランプを構成することができるので、ＵＶ光およびオゾンは同じＵＶランプから生成されてもよい。前記特許出願により、周囲環境へと放出されるオゾン濃度を制御し調整することも知られている。
【０００６】
ＷＯ９２／１０４２９も、オゾンを用いた空気清浄に関し、オゾンはＵＶ管から生成され、殺菌すべき媒質がその管の周りを流れ、媒質はそらせ板を用いて中心に位置するＵＶ管の周りを流れるようにされる。
【０００７】
ＵＶランプを使用する他の空気処理システムが、ＲＵ２４４０１４７、特開２００７−１３５６７７、米国特許出願第２００４／０７１５８９号、米国特許出願第２０１７／１９７４９３号、ＣＮ２０１６５２２６６、および米国特許第６，０８２，８８５号によって知られている。
【０００８】
従来、かかる空気処理システムでは、ＵＶ光を放射するのに水銀ランプが使用されてきた。しかしながら、これらのランプには、放射線の一部分しかＵＶ範囲内にないという欠点がある。残りの部分は可視または赤外スペクトル内にある。このことは、ランプによって使用されるエネルギーの比較的大きい部分が、ＵＶ光を発生させるのに使用されず、前記ランプが相対的に非効率になることを意味する。更に、これらのランプが機能するために、水銀が蒸発しなければならず、つまりランプが非常に高温になる。したがって、例えば室温で動作させた場合、その紫外線出力が大幅に低減される。これらの欠点によって、一部の状況における水銀ランプの使用が除外されるか、または例えば、空気を空調および／または換気の目的で使用できるようになる前に、空気を冷却する必要がある。
【０００９】
更に、水銀ランプ、およびかかるランプで使用される水銀は、著しい公害をもたらし、ランプがその有用寿命の終わりに達したとき、特別な取扱いおよび廃棄要件が伴う。
【００１０】
したがって、現在、ＵＶ光を利用して空気から汚染物質を除去する、多数の空気処理システムが存在しているものの、これらの解決策は全て多量のエネルギーを要し、室温では効率的でない。
【００１１】
したがって、エネルギーの低減と空気中の汚染物質の、例えばＶＯＣのほぼ完全な除去の両方を提供しながら、空気中の汚染物質を除去する、改善されたシステムが依然として求められている。
【発明の概要】
【００１２】
したがって、本発明の第１の態様は、従来の空気処理システムと比較して除去プロセスに使用するエネルギーがはるかに少ない、高速で効率的な方式で空気から汚染物質を除去するように構成された、空気処理システムを提供することである。
【００１３】
本発明の第２の態様は、コンパクトな構造を有し、システムを通した圧力降下が低減され、例えば既存の暖房および／または換気および／または空調（ＨＶＡＣ）システムで、または独立型システムとして利用することができる、空気処理システムを提供することである。
【００１４】
本発明の第３の態様は、過酸化水素などの高価な酸化剤を追加する必要がなく、それによって格納施設のコストおよびスペースが低減される、空気処理システムを提供することである。
【００１５】
本発明の第４の態様は、室温で高濃度の汚染物質を除去するように構成された、空気処理システムを提供することである。
【００１６】
本発明の第５の態様は、単純で信頼性高く使用できる空気処理方法およびシステムを提供することである。
【００１７】
本発明によるこれらおよび更なる態様が達成される新規かつ固有の特徴は、複数のエキシマーランプを備える空気処理システムを提供することによるものであり、前記システムは、空気処理システムを通って流れる汚染空気の少なくとも９０％が、エキシマーランプから放出される光子に暴露される。
【００１８】
エキシマーランプは、紫外（ＵＶ）および真空紫外（ＶＵＶ）スペクトル領域内にある広範囲の波長にわたって利用可能な準単色光源である。エキシマーランプの動作は、励起ダイマー（エキシマー）の形成に基づく。これらのエキシマー形成は不安定であり、数ナノ秒以内で壊変して、特徴波長の光子（放射線）の形態であるそれらの励起（結合）エネルギーが中断される。
【００１９】
発生した放射線（ＵＶおよびＶＵＶ範囲の放射光子）は、例えば空気中の有機汚染因子と接触すると、様々な有機化合物、例えば悪臭を空気から除去するのに非常に効率的である、光分解のプロセスを通して前記汚染因子を分解する。放射線の更なる利点は、オゾンおよび／または励起酸素種などの酸化剤、例えば−ＯＨ、Ｏ１Ｄ、Ｏ３Ｐを、空気中に存在する酸素から発生させ、それが続いて空気中に存在する有機汚染因子を酸化することである。
【００２０】
本発明によるシステムは、空気の少なくとも９０％が空気処理システムの光子（ＵＶ放射線）に、即ち、エキシマーが壊変するときに放出される光子に晒されるように構成される。これによって、光分解および／または酸化を介して、空気中の非常に高い割合の汚染物質を除去されることが担保される。しかしながら、前記空気中の汚染物質を高い割合で確実に除去するためには、汚染空気の少なくとも９５％、好ましくは前記汚染空気の少なくとも９９％が、エキシマーランプから放射される光子に晒されることが好ましい。
【００２１】
本発明による好ましい実施形態では、エキシマーは、希ガス、即ちＨｅ２、Ｎｅ２、Ａｒ２、Ｋｒ２、およびＸｅ２、または希ガスハロゲン化物（例えば、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣＬ、およびＸｅＦ）を使用して生成される。しかしながら、ハロゲンおよび水銀ハロゲン混合物（例えば、ＨｇＣｌ、ＨＧＢｒ、またはＨｇＩ）も、本発明の範囲内にあることが想到される。
【００２２】
エキシマーは、エキシマーを生成する関連ガス、例えばキセノンが、２つの同心石英管の間にあるギャップに配置される無声放電によって、本発明にしたがって生成されてもよい。この技術は、よく知られているので、本明細書ではこれ以上詳細に考察しないが、本発明で使用される１つの好ましいエキシマーランプは、ウシオアメリカ（ＵＳＨＩＯ  Ａｍｅｒｉｃａ  Ｉｎｃ．）から入手されるキセノンランプであってもよい。
【００２３】
放射光子の波長は、エキシマーを提供するのに使用されるガスに応じて決まる。これは、関心のガスを含むエキシマーランプを選択することによって、異なる波長の光子が得られることを意味する。例えば、キセノンエキシマーランプは波長１７２ｎｍの放射線を発生させ、アルゴンエキシマーランプは１２９ｎｍの波長を提供し、フッ化クリプトンエキシマーランプは２２２ｎｍの波長を提供する。関連波長の完全なリストは文献に見出すことができる。
【００２４】
エキシマーランプを使用することには、既定の波長において高強度であること、自己吸収がないこと、および本発明による空気処理システムの構造において柔軟であることといった、多数の利点がある。
【００２５】
各エキシマーランプで単一のガスのみが使用されるので、エキシマーランプによる放射出力は狭いＵＶ波長範囲に制限される。これによって、空気から除去される汚染物質／化合物の吸収スペクトルと完全に合致することが可能になり、即ち、本発明による空気処理システムのエキシマーランプは、処理される空気（汚染空気）中の汚染物質の吸収スペクトルに合致するように選択されてもよい。
【００２６】
更に、エキシマーランプはほとんど熱を発生しないので、処理される空気を周囲環境に放出する前に冷却を必要としないため、空調および／または換気目的に非常に適している。
【００２７】
それに加えて、エキシマーランプは、電極が放出ガスと直接接触しておらず、したがって、動作寿命が短くなる従来の水銀ランプでよくあるような、放出プロセス中の腐食が回避され、エキシマーガスの汚染がないので、長い寿命を有する。最後に、非毒性材料がエキシマーランプに使用され、したがって本質的に環境上の問題がない。
【００２８】
好ましくは、１２６ｎｍ〜２４０ｎｍの範囲で放射される光子は、汚染物質のほぼ完全な除去を担保するだけでなく、ＮＯｘなどの更なる汚染物質の発生も防ぐので、本発明で使用されるエキシマーランプは、この範囲の波長を有する光子を放射する。
【００２９】
１つの有利な実施形態では、エキシマーランプは約１７２ｎｍの波長を放射する。本発明の発明者らは、この波長は、非常にエネルギー効率の良い形で、光分解を用いてほぼ全ての有機化合物を、例えばＶＯＣを除去すると同時に、微生物およびウィルスを不活化することによって、空気を殺菌できることを示している。更に、前記波長は酸化剤オゾンも生成し、それが続いて空気中に存在する有機汚染因子を酸化する。
【００３０】
しかしながら、本発明の範囲内にある他の波長も好ましい。一例に言及すると、約１８５ｎｍの波長はオゾンを発生させ、約２２２ｎｍの波長は、二重結合、例えばＣ＝ＣおよびＣ＝Ｏの破壊に有効であることが実証されている。ＫｒＩエキシマーランプは、波長１８５ｎｍの光子を提供し、ＫｒＣｌは２２２ｎｍの放射ピークを有する光子を放射する。約２２２ｎｍの放射ピークは、処理される空気中に湿度が存在する場合、光誘導によって過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）も生成する。過酸化水素は強力な酸化剤（オゾンなど）なので、有機汚染物質の効率的な除去が更に担保される。
【００３１】
好ましい実施形態（本発明の一部ではない）では、システムは、エキシマーランプが中に収容／配置される空気処理ハウジングを備える。前記空気処理ハウジングは、好ましくは、前記ハウジングを流れる汚染空気がエキシマーランプの表面の上、および／または前記ランプの表面近くを流れ、それによって、空気処理システムを流れる汚染空気の少なくとも９０％が、エキシマーランプから放射される光子に暴露されるようにして構成される。
【００３２】
したがって、エキシマーランプは互いに近接して配置されることが好ましい。本発明の発明者らは、これは、２つの隣接したエキシマーランプの表面間の直接（即ち、最短）距離（断面で取った距離）が、４ｃｍ未満、好ましくは更に短い、２ｃｍ未満またはより好ましくは１ｃｍ未満などのときに達成されることを示している。断面は、好ましくは、空気処理ハウジングのほぼ全体にわたって同じである。
【００３３】
また、エキシマーランプが空気処理ハウジングの壁の近くに配置されて、前記壁の近くを通る空気も放射された光子に暴露されるようにすることが好ましい。ハウジングの壁とエキシマーランプの表面との間の直接距離は、好ましくは２ｃｍ未満、好ましくは１．５ｃｍ未満、より好ましくは１ｃｍ未満である。
【００３４】
したがって、１つの実施形態（本発明の一部ではない）では、空気処理ハウジングは、互いに近接して、また前記ハウジングの壁に近接して配置された、複数のエキシマーランプを備える。かかる配置によって、放射された光子が空気中のほぼ全ての汚染物質と接触するようになり、放射光子が空気中で光分解プロセスを開始すると、前記空気を効率的に清浄／処理することが、効率的に担保され、ならびに／あるいは空気中に存在する酸素からオゾンが発生することが担保される。
【００３５】
エキシマーランプは、好ましくは、前記空気処理ハウジング内で均等に、例えば多数のほぼ平行な行および列、ならびに／あるいは配列の状態で分配されて、複数のほぼ均一に分配された並列のエキシマーランプの行列が提供される。
【００３６】
空気処理システムは、複数の同一の空気処理ユニットを備え、各ユニットは単一のエキシマーランプを備える。
【００３７】
複数のエキシマーランプが入れられた空気処理ハウジングの代わりに、多数のより小さい空気処理ユニットを利用することによって、異なる幾何学形状での設計に高度な柔軟性がもたらされる。例えば、空気処理ユニットは、異なる形状に組み合わされることによって、本発明によるシステムを、様々な既存の空気処理システム、例えば従来の換気システムに嵌まるように適合できることが担保されてもよい。
【００３８】
好ましくは、空気処理ユニットは、例えば、ユニットを接合する手段を備えることによって、またはユニットを所望の形状および寸法を有する外装に入れて、例えば既存の換気システムに合致させることによって、組み合わせユニットの状態に組み立てられるように構成される。
【００３９】
空気処理ユニットは、エキシマーランプの表面と空気処理ユニットの内壁との間の直接距離（断面で取った距離）が、約２ｃｍ、好ましくはそれよりも短い、例えば１．５ｃｍまたは更により好ましくは１．０ｃｍであるように構成される。これによって、空気処理ユニットを通るほぼ全ての空気、少なくとも９０％が、エキシマーランプから放射される光子に暴露され、放出された不安定なエキシマーが壊変するとき、即ち汚染空気がエキシマーランプの表面の上および／または前記ランプの表面近くを流れるとき、汚染空気の少なくとも９０％が、エキシマーランプから放射された光子に暴露されることが、効率的に担保される。
【００４０】
本発明による空気処理ユニットの断面形状は、六角形の形態である。これによって、空気処理ユニットを、ユニット間に無駄な空間を有さずに互いに緊密に適合させることができ、即ちユニットが平らな面を完全に埋めることができる。エキシマーランプの表面と空気処理ユニットの内壁との間の直接距離（断面で取った距離）は、これらの状況では、多角形の角の１つまでで測定してもよく、または２つの角を結ぶ辺のうち１つの中心までで測定してもよい。
【００４１】
好ましくは、それぞれの空気処理ユニットは、隣接した空気処理ユニットが、１つまたは複数の隣接した空気処理ユニットの壁構造の少なくとも一部を共有するような形で構築され、これによって、空気処理ユニットの最終的な構造／アセンブリのために必要な材料が効率的に低減される。多角形の断面形状を有する空気処理ユニットは、同じ面積の三角形または四角形と比べて壁の全長が最短になるため、多角形の形態の断面形状を有する空気処理ユニットが、この観点においては好ましく、したがってハニカム状構造を提供する。
【００４２】
空気処理ユニットを使用することの１つの主な利点は、本発明によるシステムを高効率にするために必要なエキシマーランプの数が少なくなることである。一例に言及すると、複数の空気処理ユニットがハニカム構造内に配置された場合、２つの隣接した空気処理ユニット内における２つのエキシマーランプの表面間の距離は、例えば、空気処理ハウジングに収容された２つの隣接したエキシマーランプの表面間の距離よりも長くなる。したがって、複数の空気処理ユニットを備える空気処理システムにおいて必要なエキシマーランプは、空気処理ユニットのアセンブリとほぼ同様の外寸を有する空気処理ハウジングを備える空気処理システムと比較して少数である。しかしながら、両方の構造において、空気処理ユニットを通る空気の少なくとも９０％が、エキシマーランプから放射される光子に暴露されるので、システムの効率は同じになる。
【００４３】
複数の空気処理ユニットを備える空気処理ユニットは、空気処理ハウジングを備えた同様のシステムよりも構造が複雑になるが、必要なエキシマーランプの数が低減されることによる低コストが、空気処理ユニットを使用する空気処理システムのコストを大幅に低減させる。
【００４４】
好ましい実施形態では、エキシマーランプは、空気処理ユニットのフロー方向で配置された長手方向軸線を有する細長い円筒状のエキシマー管であり、即ち、処理される空気はエキシマー管の長さに沿って流れる。これによって、汚染空気が空気処理ユニットの全長で光子に暴露され、それによって空気処理システムの能力を十分に利用することも担保される。
【００４５】
円筒状のエキシマーランプは当該分野でよく知られており、一般的に、誘電材料、通常は石英で作られ、大気圧に近い希ガスまたは希ガス／ハロゲン混合物を収容した、２つの同軸の管から成る。２つの誘電バリア間に電位を付与することによって、励起分子錯体、即ちエキシマーが形成される。
【００４６】
好ましくは、汚染空気流は、家屋内の汚染物質、例えばＶＯＣ、微生物、および悪臭を除去するのに十分であることが実証されている、少なくとも１ｍｓの間、放射光子に暴露される。したがって、空気処理ユニットは、空気の流量を考慮して、これを提供することができるサイズおよび寸法を有してもよい。
【００４７】
好ましい実施形態では、空気処理システムは、同じ波長を放射するように構成された複数のエキシマーランプを備え、それによって単純で比較的安価なシステムを提供する。この点に関して、本発明者らは、１７２ｎｍの波長が家屋からの、ならびに同様の環境からの空気中のほぼ全ての汚染物質を除去できることを示しているので、好ましくは放射波長はこの波長である。
【００４８】
しかしながら、汚染空気がいくつかの異なる種類の汚染物質を含む場合、本発明による空気処理システムは少なくとも、第１の波長を放射するように構成された第１のエキシマーランプ群と、第２の波長を放射するように構成された第２のエキシマーランプ群とを備えてもよく、第１および第２の波長は異なる。これによって、本発明によるシステムを通る空気が、異なる波長を有する光子に暴露されることが担保される。例えば、第１のエキシマーランプ群が（光分解を開始する）１７２ｎｍの波長を放射し、第２の群が（Ｈ２Ｏ２を発生させる）２２２ｎｍの波長を放射する場合、汚染空気は両方の波長に晒されてより有効に処理される。
【００４９】
したがって、狭いＵＶ波長範囲に制限された異なる波長を有する少なくとも２つのエキシマーランプ群を使用して、空気処理システムを、汚染空気中の汚染物質／化合物に応じて、異なる要求を満たすように構築できることが担保される。例えば、工業用キッチンからの処理されるべき空気は、家庭からの室内空気を処理するための空気処理システムとは異なる波長または波長の組み合わせを必要とすることがある。
【００５０】
本発明によるシステムは、更なるエキシマーランプ群を備えてもよく、各群は、他の群から放射される波長とは異なる波長を放射する。群の数は様々であることができるが、処理される空気中の汚染物質に応じて、３つ、４つ、５つなどであってもよい。
【００５１】
それぞれの群からのエキシマーランプは、空気処理ハウジングを通る空気が、異なる波長の光子および／または前記光子から発生する酸化剤に暴露されることを担保するために、一実施形態では、残りの群の１つまたは複数からのエキシマーランプと均一に混合されてもよい。
【００５２】
あるいは、空気処理システムは少なくとも、第１の波長を放射するように構成されたエキシマーランプを備える第１の空気処理域と、第２の波長を放射するように構成されたエキシマーランプを備える第２の空気処理域とを備え、前記第１および第２の波長は異なり、それによって、汚染空気が空気処理システムの異なる空気処理域を通ることが担保され、各区域内の汚染空気は個々の制限された波長に晒される。
【００５３】
この実施形態には、処理される空気が、後続の区域での処理に悪影響を及ぼすことがある特定の汚染物質／化合物を含有する場合に、前記汚染物質が第１の区域で除去され、それによって処理プロセスが最適化されるという利点がある。あるいは、１つまたは複数の区域は、１つを超える波長を放射するように構成されてもよく、例えば、上述したように、異なる波長を放射する２つ以上のエキシマーランプ群を備えてもよい。
【００５４】
更なる処理域、例えば３つ、４つなども、本発明の範囲内であることが想到される。
【００５５】
汚染空気の高速の効率的な処理を担保するために、好ましくは、空気処理ユニットは、前記ユニット内の空気のフロー方向を変更する任意の手段、例えばバッフルなどを含まない。これによって、かかる手段を使用するシステムと比較して、システム全体の圧力降下が効率的に低減される。
【００５６】
エネルギー効率の良い空気処理のため、本発明によるシステムは、パルス繰返し周波数でエキシマーランプを動作させるように、即ちエキシマーランプがオンオフされるように構成されてもよい。これは、エキシマーランプの寿命を延ばすだけでなく、出力をエキシマー形成に変換する効率を大幅に向上し、結果として、加えられた力を光子に変換する効率も向上することが示されている。
【００５７】
好ましくは、パルスは、短い持続時間のもの、望ましくは約１００ｍｓ以下（約１００ｎｓなど）で、搬送周波数が約２０ｋＨｚなど、１０Ｈｚ〜１００ｋＨｚのものである。好ましくは、パルス電位は、電位が合計時間の約７５％以下、より望ましくは合計時間の約５０％以下、最も望ましくは合計時間の約２５％以下にあるようにして、デューティサイクルを有する。
【００５８】
パルスの持続時間が短いことにおける１つの非常に重要な結果は、光子を発生させるのに使用される出力が最小限に抑えられることである。更に、比較的短いパルス持続時間を使用することによって、アーキングが回避され、より高い電位で動作するようになり、したがってエキシマーランプの効率が向上する。
【００５９】
エキシマーランプのパルス動作は、例えば、単純にエキシマーランプへの電力供給をパルス化することによって、またはパルス電位を印加するように構成された電位源を使用することによって、またはパルス幅変調（ＰＷＭ）によって、任意の手段を用いて達成されてもよい。
【００６０】
エキシマーランプの数は意図される用途に応じて変わってもよい。しかしながら、好ましくは、本発明による空気処理システムは、少なくとも５０個のエキシマーランプ、好ましくは少なくとも１００個のエキシマーランプ、更により好ましくは少なくとも５００個のエキシマーランプを備える。しかしながら、１０００個など、より多数のエキシマーランプ、または２、４、１０個などのより少数も、本発明の範囲内にあることが想到される。
【００６１】
空気処理ユニット内における光子の効率的な使用を担保するために、好ましくは、前記ユニットの少なくとも内壁は、エキシマーランプによって放射された光子の少なくとも一部分を反射するように構成された、反射性材料で作られる。好ましくは、反射性材料は少なくとも反射率８０％であり、これはステンレス鋼などの材料を使用して達成されてもよい。
【００６２】
本発明によるシステムは、空気処理システムの複数のエキシマーランプを越えて／それらの上を通して、処理される空気を送るように構成され、任意の従来手段によって電力供給されてもよい手段、例えば少なくとも１つの換気機を備えてもよい。
【００６３】
本発明による好ましい実施形態では、本発明による空気処理システムは、暖房、換気、または空調システム（ＨＶＡＣ）に組み込まれる。この点に関して、本発明によるシステムは、関連施設にある既存のＨＶＡＣシステムにレトロフィットされ、それによって新しい機器の設置にかかる高価なコストを低減するように構成されることが有利である。これらの状況では、空気を動かす手段は既にＨＶＡＣシステムの一部であることがある。
【００６４】
空気処理システムで行われたプロセスの残留物は、主に二酸化炭素および水から成るが、状況によっては、処理済み空気を環境に放出する前に、光酸化プロセスを必要に応じて追加の処理方法と、例えば電気集塵、機械的濾過、触媒もしくは非熱プラズマ処理と組み合わせるのが有利なことがある。これは、処理される空気が、エキシマーランプによって放射される光子によって開始される光分解／光酸化によって分解されない（もしくはできない）、特定の汚染物質を含有する場合に特に関連がある。これらのプロセスも当該分野において知られており、本出願ではこれ以上詳細には記載しない。
【００６５】
それに加えて、汚染空気を処理するのに、本発明による空気処理システムは、１つまたは複数のフィルタデバイスを処理／清浄するために変更することができる。かかるフィルタデバイスは、好ましい一実施形態では、高効率粒子空気（ＨＥＰＡ）フィルタなどのエアフィルタ、カーボンフィルタ、および／または静電集塵器（ＥＳＰ）であってもよい。
【００６６】
それぞれのフィルタデバイスは、空気がフィルタデバイスを通るとき、粒子、例えば有機粒子と、微生物、ウィルス、およびカビの形態の生体物質とを収集する。前記粒子は、最終的にはフィルタに詰まり、デバイス効率を低減させる。粒子負荷が増加するにつれて、フローに対する抵抗が、したがってフィルタデバイスの圧力降下が増大する。ほとんどのフィルタデバイスは、所望のレベルまで粒子を除去するように清浄することができないので、それぞれのフィルタデバイスを頻繁に、多くの場合は多大なコストを掛けて交換しなければならない。
【００６７】
しかしながら、本発明の発明者らは、本発明による空気処理システムを、前記フィルタデバイスに捕捉された微生物およびウィルスを不活化／死滅させるため、ならびに／あるいは捕捉された有機粒子を処理／分解するために変更し、それによって前記前記フィルタデバイスを、少なくともかなりの程度まで清浄することにより、フィルタデバイスを交換しなければならなくなるまでの時間を延ばすことができることを見出している。
【００６８】
変更された空気処理システムは、好ましくは、フィルタデバイスの表面全体がエキシマーランプから放射される光子に晒されるように構成され、即ち、変更された空気処理システムのエキシマーランプの数、配向、および位置は、フィルタデバイスの表面の少なくとも９０％、好ましくは少なくとも９５％、更により好ましくは少なくとも９９％が、エキシマーランプから放射される光子に暴露されることを担保するように選択される。
【００６９】
この効果を得るため、処理されるフィルタデバイスは、好ましくは１つまたは複数のエキシマーランプに近接して配置され、即ち、フィルタデバイスに最も近いエキシマーランプの表面とフィルタデバイスの表面との間の最短距離（断面で取った距離）は、約２ｃｍ、好ましくはそれよりも短い、例えば１．５ｃｍまたは更により好ましくは１．０ｃｍである。一実施形態では、エキシマーランプはフィルタデバイスの両側に配置され、それによって、フィルタデバイスのほぼ全体が放射された光子に晒されて、フィルタデバイスが効率的に清浄／処理されることが担保される。
【００７０】
エキシマーランプから放射される発生した放射線は、フィルタデバイスに捕捉された粒子、例えば微生物または有機粒子と接触すると、微生物、ウィルスなどを死滅／不活化させ、ならびに／あるいは光分解プロセスによって有機物質を分解する。特定の作用は、エキシマーランプによって放射される放射線に応じて決まる。例えば、放射線が約２５４ｎｍの場合、放射線は核酸を破壊し、それによって微生物ＤＮＡを分裂させるので、微生物を死滅または不活化させるが、約２２０ｎｍの範囲の波長は、有機汚染物質の二重結合を破壊することができる。一部の波長、例えば約１７２ｎｍの範囲の波長は、有機化合物を分解するとともに、微生物およびウィルスを不活化することができ、したがって、かかる波長が本発明では好ましい。あるいは、異なる汚染物質／化合物がフィルタデバイスから除去される場合、異なる波長を有する多数のエキシマーランプが使用されてもよく、ならびに／あるいは、エキシマーランプは、関連がある場合は水銀またはＬＥＤランプなど、従来のＵＶ生成ランプと組み合わされてもよい。
【００７１】
好ましい実施形態では、処理／清浄されるフィルタデバイスは、本発明による空気処理システムに組み込まれる。これによって、システムを通る空気が、光酸化プロセスならびに濾過ステップの両方に晒されることが担保される。フィルタデバイスもエキシマーランプに近接して配置されるので、前記フィルタデバイスは、エキシマーランプからの放射によって自動的に清浄／処理され、それによって単純で効率的な空気処理システムが提供される。
【００７２】
本発明はまた、本発明による空気処理ユニットを使用して汚染空気および／またはフィルタデバイスを処理する方法に関し、空気処理システムを通って流れる汚染空気流の少なくとも９５％、より好ましくは９９％が、エキシマーランプから放射される光子に暴露される。
【００７３】
これによって、上述したように、効率的な分解がもたらされ、したがって汚染空気中の汚染物質が除去される。
【００７４】
エキシマーランプはほとんど熱を発生しないので、前記方法は、室温で、即ち約１０〜５０℃、好ましくは約２０〜２５℃で実施されてもよい。
【００７５】
以下、本発明について、図面を参照して、排気ガス処理システムおよび方法の例示的な実施形態のみを、更に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】空気処理システムの第１の実施形態（本発明の一部ではない）の一部分を示す概略図である。
【図１ａ】図１の実施形態の断面図である。
【図２】空気処理システムの第２の実施形態（本発明の一部ではない）の一部分を示す概略図である。
【図２ａ】図２の実施形態の断面図である。
【図３】空気処理システムの実施形態を示す部分断面図である。
【図４】空気処理システムの第４の実施形態（本発明の一部ではない）の一部分を示す概略図である。
【図５】空気処理システムの第５の実施形態（本発明の一部ではない）を示す概略図である。
【図６】本発明による空気処理システムの修正した実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００７７】
図１は、本発明による空気処理システム１の第１の単純化した実施形態を示している。前記システム１は、複数のエキシマーランプ３が互いに、またハウジングの壁４に近接して配置された、空気処理ハウジング２を備える。
【００７８】
エキシマーランプ３は、空気処理ハウジングのフロー方向（矢印で図示）で配置された長手方向軸線Ｘを有する細長い円筒状のエキシマー管５であり、即ち、空気はエキシマー管５の長さに沿って流れ、それによって、システム１に流入する空気がエキシマーランプ３と、したがって放射された光子と接触するまでの長さが可能な限り長くなることが担保される。
【００７９】
エキシマーランプ３は、例えば図１ａに示されるように、複数の均一に分配された並列のエキシマーランプ３の行列を提供する多数の平行な行６および列７の形で、空気処理ハウジング２内で均等に分配される。
【００８０】
２つの隣接したエキシマーランプ３’、３’’の表面８の間、ならびにハウジングの壁４までの直接（即ち、最短）距離Ａ（断面で見た距離）は、ハウジング３全体を通して同一である。図示される実施形態では、前記距離Ａは約２ｃｍであるが、距離Ａがより長く、例えば４ｃｍ未満、例えば１．５ｃｍ、または更により好ましくは約１ｃｍである、本発明の範囲内で類似の設計が想到される。
【００８１】
汚染空気がエキシマーランプ３の表面８の上および／または非常に近くを流れるように、本発明によるシステム１を構築することで、空気処理システム１を流れる汚染空気の少なくとも９０％が、エキシマーランプ３から放射される光子に暴露される。
【００８２】
前記光子は、発生したエキシマーが数ナノ秒以内で壊変すると放射され、光子は、空気中に存在する化学化合物が光子によって分解される光分解プロセスを開始する。家屋の室内空気は主に有機化合物から成るので、空気処理システム１は、前記化合物が単純でエネルギー効率の良い形で、安全に周囲環境に放出することができる二酸化炭素および水に分解されることを担保する。
【００８３】
図２は、本発明の空気処理システム９の第２の実施形態を示している。第２の実施形態９は、基本的には第１の実施形態１に対応し、機能は第１の実施形態と同一であるが、第１の実施形態では、エキシマーランプ３が多数の平行な行６および列７の形で均等に分配されていたのに対し、第２の実施形態では、図２ａに最も良く示されるように、一行おきの行６’が距離Ａの半分変位されて交互の行列を作っている。
【００８４】
空気処理システムの第３の実施形態１０が図３に示され、複数の六角形の空気処理ユニット１１が組み合わされて単一の構造１２になっている。各空気処理ユニットは、細長いエキシマー管の形態の単一のエキシマーランプ３を備える。前記空気処理ユニットは、隣接した空気処理ユニット、例えば１１ａ、１１ｂが、１つまたは複数の隣接した空気処理ユニットの壁構造４ａの少なくとも一部を共有するような形で構築されて、ハニカム構造１３となっている。
【００８５】
各エキシマー管は、空気処理ユニットのフロー方向で配置された長手方向軸線Ｘを有し、即ち、空気はエキシマー管の長さに沿って流れる。
【００８６】
空気処理ハウジング２の代わりに多数のより小さい空気処理ユニット１１を利用することで、異なる幾何学形状の設計の高度な柔軟性がもたらされ、即ち、空気処理ユニット１２が最終構造に、例えば図３に示されるハニカム構造１２に組み立てられて／構築されている場合、前記最終構造は、様々な既存の空気処理システム、例えば従来のＨＶＡＣシステムに嵌合するように特注することができる。
【００８７】
エキシマーランプ３の表面８と処理ユニット１１の角１４のうち１つとの間の距離Ｂは、約２ｃｍ、好ましくはそれよりも短い、例えば１．５ｃｍまたは更により好ましくは１．０ｃｍである。これによって、空気処理ユニットを通る空気のほぼ全て、少なくとも９０％が、エキシマーランプ３から放射される光子に暴露されることが効率的に担保される。
【００８８】
図３に示されるような、距離Ｂが２ｃｍである、複数の空気処理ユニットのハニカムシステムを、例えば図１に示されるような、距離Ａがやはり２ｃｍである空気処理ハウジングと比較すると、２つの隣接した空気処理ユニット１１ａ、１１ｂにおける２つのエキシマーランプ３’、３’’の表面間の距離Ｃは約４ｃｍであり、即ち、空気処理ハウジング２における隣接したエキシマーランプ３’、３’’の距離の２倍であることが明らかである。
【００８９】
したがって、多数の空気処理ユニット１１を備える空気処理システム１０で必要なエキシマーランプの数は、類似の外寸を有する空気処理ハウジング２を備える空気処理システム１と比較して少数なので、空気処理システムの効率を犠牲にすることなく、空気処理ユニットの使用コストが効率的に低減される。
【００９０】
エキシマーランプ３は狭いＵＶ波長範囲に制限され、それによって、空気から除去されるべき化合物の吸収スペクトルと完全に合致させることが可能になる。しかしながら、波長によっては他の化合物も、例えばオゾンまたは過酸化水素も生成され、強力な酸化剤なので処理プロセスの助けとなることがある。
【００９１】
これが本発明において効率的に利用されることを担保するために、第４の実施形態１５が図４に示される。前記実施形態は基本的に、図１に示される実施形態に対応するが、複数の同一のエキシマーランプ３を備える代わりに、第４の実施形態１５は、第１の波長を放射するように構成された第１のエキシマーランプ群３ａと、第１の波長とは異なる第２の波長を放射するように構成された第２のエキシマーランプ群３ｂとを備える。空気処理ハウジング２を通る空気が両方の波長の光子に暴露されることを担保するために、第１の群からのエキシマーランプ３ａは、ハウジング内の第１の群からのエキシマーランプ３ｂと均一に混合（均等に分配）される。
【００９２】
第１および第２の波長は異なるので、ハウジングを通る空気は２つの波長を有する光子に暴露される。したがって、狭いＵＶ波長範囲にそれぞれ制限された異なる波長を有する、２つのエキシマーランプ群３ａ、３ｂを使用することで、汚染空気中の予測される化合物に応じて、所望の結果を簡単に調節できることが担保される。例えば、第１のエキシマーランプ群３ａが１７２ｎｍの波長を放射する場合、前記群は光分解プロセスを開始するように特に方向付けられ、第２のエキシマーランプ群３ｂが１８５ｎｍの波長を放射する場合、前記第２の群はオゾンを発生させるように特に構成される。両方の波長の組み合わせは、本発明による非常に効率的な処理システム１５を提供する。
【００９３】
１７２ｎｍおよび１８５ｎｍの両方の波長で放射される光子は、光分解およびオゾンの発生を開始することができるが、前記光子は特定の目的に最適な光子強度（収量）を提供せず、したがって異なるエキシマーランプ群を組み合わせるのが好ましいことが理解される。
【００９４】
更なるエキシマーランプ群が組み込まれ、好ましくは他の群と均等に分配されてもよく、図２に示される実施形態は、異なる波長を放射する２つまたは更なるエキシマーランプ群を備えてもよいことを、当業者であれば理解するであろう。
【００９５】
２つ以上のエキシマーランプ群を使用する代わりとして、図５に示される空気処理システムの第４の実施形態１６は、第１の波長を放射するように構成されたエキシマーランプ３ａを備える第１の空気処理域１７と、第２の波長を放射するように構成されたエキシマーランプ３ｂを備える第２の空気処理域１８とを備えてもよく、第１および第２の波長は異なる。この構造によって、汚染空気が異なる空気処理システムの空気処理域を通り、各区域１７、１８内の汚染空気が個々の制限された波長に晒されることが担保される。この実施形態には、処理される空気が、後続の区域での処理に悪影響を及ぼすことがある特定の汚染物質／化合物を含有する場合に、前記汚染物質が第１の区域で除去され、それによって処理プロセスが最適化されるという利点がある。
【００９６】
本発明による空気処理システムは、パルス繰返し周波数（図示なし）でエキシマーランプを動作させるように構成されてもよく、それによって、エキシマーランプの寿命が延び、出力をエキシマー形成に変換する効率が向上し、結果的に加えられた出力を光子に変換する効率が向上する。
【００９７】
エキシマーランプのパルス動作は、例えば、単純にエキシマーランプへの電力供給をパルス化することによって、またはパルス電位を印加するように構成された電位源を使用することによって、任意の手段（図示なし）を用いて達成されてもよい。
【００９８】
本発明による好ましい実施形態では、本発明による空気処理システムは、暖房、換気、または空調システム（ＨＶＡＣ）に組み込まれる。
【００９９】
図６は、本発明による空気処理システム１９の修正した実施形態の断面を示している。前記実施形態では、２つのフィルタデバイス２０は、フロー方向（矢印で示される）で見てエキシマーランプ３の下流側に配置され、２つのファン２１は空気をシステムに流すように構成される。
【０１００】
エキシマーランプ３の表面２２とフィルタデバイス２０の表面２３との間の直接（即ち、最短）距離Ｄ（断面で見た距離）は、システム全体を通して実質的に同一である。図示される実施形態では、前記距離Ａは約２ｃｍであるが、距離Ｄがより長く、例えば４ｃｍ未満、または距離がより短い、例えば１．５ｃｍまたは更により好ましくは約１ｃｍである、本発明の範囲内で類似の設計が想到される。
【０１０１】
空気がフィルタデバイスを通った後、前記空気は、図示される実施形態では、処理デバイス２４による更なる処理に暴露される。前記処理は、任意の所望の処理、例えば更なるフィルタデバイスまたは触媒処理であってもよい。
【０１０２】
エキシマーランプ３の数は、フィルタデバイス２０の（エキシマーランプに面する）表面２３のほぼ全体が、放射される光子に晒されることを担保するために選択され、したがって、エキシマーランプ３の数はフィルタデバイスの表面積に応じて決まる。図示される実施形態では、エキシマーランプ３の長手方向軸線（Ｘ）はフロー方向に垂直に配置され、これによって、エキシマーランプ３の長手方向表面が、平坦なフィルタデバイスの表面までの最短距離Ｄを有することが担保される。しかしながら、エキシマーランプ３の配向、配置、および数は、フィルタデバイスの構造および配置に応じて決まる。
【０１０３】
更なる実施形態では、エキシマーランプ３はまた、フィルタデバイス２０の反対側２５、即ち、フィルタデバイスとファン２１との間に配置されてもよく、これによって、フィルタデバイスが両側で前記エキシマーランプから放射される光子に暴露されることが担保される。
【０１０４】
本発明による空気処理システムの独自の構造により、複数のエキシマーランプは、高エネルギー紫外（ＵＶ）光子が提供される大きい放射面積を低コストで提供する。システムを異なる波長で設計して、システムを、大面積の工業用途および家庭使用の両方で使用される、単純で安価な空気処理システムにすることができる。
【０１０５】
上述の原理および設計の修正および組み合わせが、本発明の範囲内で予想される。
【国際調査報告】
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