(57)【要約】【課題】副次的粒子線の再生成を有効に回避し、十分に殺菌能力が高く、且つ、設備が低コストであること。【解決手段】本体１８と、本体１８の中に形成される真空室１９と、真空室１９の中で電子を電気的に加速する加速器２２と、本体１８を構成し加速器２２により加速された電子の集合である電子線を透過させ真空室１９を大気から遮断する透過膜２３とから構成されている。透過膜２３は微生物が存在する空気層２７と真空室１９とを空気流通に関して遮断する。透過膜２３は直接に空気又は空気層２７に接触している。電子線は空気に対して良好な透過性と良好な散乱性とを有している。電子線は、空気流２７に対して深い位置まで浸透しながら散乱して広域的断面積を通過して空気流２７の中の微生物固体に衝突し、微生物を有効に死滅させることができる。【選択図】　　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、
前記本体の中に形成される真空室と、
前記真空室の中で電子を電気的に加速する加速器と、
前記本体を構成し前記加速器により加速された電子の集合である電子線を透過させ前記真空室を大気から遮断する透過膜とを具え、
前記透過膜は微生物が存在する空気層と前記真空室とを空気流通に関して遮断する
殺菌装置。
【請求項２】
前記透過膜はチタンで形成されている
請求項１の殺菌装置。
【請求項３】
前記加速器で加速される電子のエネルギーは、３００ｋｅＶ〜５００ｋｅＶである
請求項１又は２の殺菌装置。
【請求項４】
空気調和装置と、
殺菌装置とを具え、
前記空気調和装置は空気を通す空気ダクトを備え、
前記殺菌装置は電子線を生成する加速器を備え、
前記電子線は前記空気ダクトの内部に照射される
殺菌型空気調和システム。
【請求項５】
前記加速器は前記空気ダクトに近接して配置されている
請求項４の殺菌型空気調和システム。
【請求項６】
前記殺菌装置は、
本体と、
前記本体の中に形成される真空室と、
前記本体を構成し前記加速器により加速された電子の集合である前記電子線を透過させ前記真空室を大気から遮断する透過膜とを更に備え、
前記透過膜は微生物が存在する空気層と前記真空室とを空気流通に関して遮断する
請求項４又は５の殺菌型空気調和システム。
【請求項７】
前記空気調和装置は、前記空気ダクトに介設されるフィルタを更に備える
請求項４〜６から選択される１請求項の殺菌型空気調和システム。
【請求項８】
前記透過膜はチタンで形成されている
請求項６の殺菌型空気調和システム。
【請求項９】
前記空気ダクトは、空気を大気中に排出する排出側ダクトである
請求項５の殺菌型空気調和システム。
【請求項１０】
前記空気は微生物実験棟を通過している
請求項９の殺菌型空気調和システム。
【請求項１１】
前記加速器は、
第１加速器と、
第２加速器とを具え、
前記第１加速器に対応する電子線の方向は、前記第２加速器に対応する電子線の方向に概ね正反対である
請求項４〜１０から選択される１請求項の殺菌型空気調和システム。
【請求項１２】
前記電子線の方向に対向する側に前記電子線を反射させる反射板が前記空気ダクトに配置されている
請求項４〜１１から選択される１請求項の殺菌型空気調和システム。
【請求項１３】
前記フィルタは、前記反射板に近接して配置されている
請求項７の殺菌型空気調和システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、殺菌装置、及び、殺菌型空気調和システムに関し、特に、バイオハザードから排出される空気に含まれる微生物の殺菌を有効化する殺菌装置、及び、殺菌型空気調和システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気中には、ウイルス、細菌のような多様な微生物が存在している。そのような微生物を循環させる病院内閉鎖空間の存在は、院内感染の原因である。医薬品製造施設、食品製造施設、半導体製造施設のような製造工場は、空気が循環する閉鎖的空間が積極的に構成されている。工場の閉鎖的空間では、空気置換のために外部から部分的に新鮮な空気が取り込まれる。微生物研究を行う微生物研究所には、バイオハザードが設けられている。バイオハザードから排出される空気に含まれる微生物は、これを生かして大気中に排出することは許されない。
【０００３】
空気を取込む環境の空気調和と空気を排出する環境の空気調和とには、微生物存在状況の徹底した改善が求められる。フィルタによる微生物を除去する技術は、そのような空気調和のためには不完全である。フィルタは、これの中が湿潤状態に移行すれば、微生物の温床になる。完全な空気調和のためには、高精度に確実である殺菌の処理が求められる。
【０００４】
確実な殺菌のための技術として、Ｘ線照射、γ線照射が知られている。これらは、放射線（素粒子線）として生成される。全ての微生物に少なくとも１つの粒子線を衝突させるために十分である単位面積当たり粒子線密度を生成する粒子線生成器は、そのコストが異常に高くなる。そのような粒子線生成器から出射される高密度粒子線は、空気を構成する原子・分子に衝突して副次的に高エネルギー粒子線を生成する。そのような高エネルギー粒子線を遮蔽する設備・施設の高コストは、それらの普及の障害になっている。
【０００５】
副次的粒子線の再生成を有効に回避することができ十分に殺菌能力が高い設備が低コストで提供されることが求められている。更に、多様な空気調和環境に適合することができることが求められる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、副次的粒子線の再生成を有効に回避することができ、十分に殺菌能力が高く、且つ、設備が低コストである殺菌装置、及び、殺菌型空気調和システムを提供することにある。
本発明の他の課題は、多様な空気調和環境に適合することができる殺菌装置、及び、殺菌型空気調和システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数の形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【０００８】
本発明による殺菌装置は、本体（１８）と、本体（１８）の中に形成される真空室（１９）と、真空室（１９）の中で電子を電気的に加速する加速器（２２）と、本体（１８）を構成し加速器（２２）により加速された電子の集合である電子線を透過させ真空室（１９）を大気から遮断する透過膜（２３）とから構成されている。透過膜（２３）は微生物が存在する空気層（２７）と真空室（１９）とを空気流通に関して遮断する。透過膜（２３）は直接に空気又は空気層（２７）に接触することは好ましい。
【０００９】
詳細には後述されるように、電子線は空気に対して良好な透過性と良好な散乱性とを有している。電子線は、空気流（２７）に対して深い位置まで浸透しながら散乱して広域的断面積を通過して空気流（２７）の中の微生物固体に衝突する。電子線のエネルギーは、５００ｋｅＶ以下であることが好ましく、特に、３００ｋｅＶ以上であることが好ましいが、空気調和環境、設備コスト、湿度環境に応じて、３００ｋｅＶ以下又は５００ｋｅＶ以上のエネルギーを用いることは否定されない。このような中エネルギー領域は、電子線の透過性と散乱性と細胞破壊性との点で好ましく、且つ、装置費用の点で実用的である。透過膜（２３）は、その強度と透過性の点でチタンが用いられることが好ましい。
【００１０】
本発明による殺菌型空気調和システムは、空気調和装置と、殺菌装置（１５）とから構成されている。空気調和装置は、空気を通す空気ダクト（３又は４）を構成している。殺菌装置（１５）は、電子線を生成する加速器（２２）を構成している。電子線は、空気ダクト（３）の内部に照射される。電子線が空気中微生物に対する殺菌効果が顕著であることは既述の通りである。加速器（２２）は、空気ダクト（３又は４）に近接して配置されていることが好ましい。
【００１１】
殺菌装置の具体的構造は既述の通りである。空気調和装置は、空気ダクト（３）にフィルタ（１４）が介設されることが特に好ましい。電子線殺菌とフィルタ（１４）による微生物捕獲は、相補的に顕著に有効である。透過膜（２３）は、チタンで形成されている。空気ダクトは、空気を大気中に排出する排出側ダクト（４）又は空気導入ダクト（３）である。空気は、微生物実験棟を通過していることがあり得る。この場合には、電子線照射器（１５）は、排出側ダクト（４）に配置されることが顕著に有効である。
【００１２】
加速器（２２）は、第１加速器と、第２加速器とが用いられることが有効である。第１加速器に対応する電子線の方向は、第２加速器に対応する電子線の方向に概ね正反対である。電子線の散乱性は、電子線の飛距離を短くする。両側から電子線を照射することは、顕著に効果的である。電子線の方向に対向する側にその電子線を反射させる反射板（２８）が空気ダクト（３）に配置されていることは効果的である。電子線は、空気ダクト（３）を透過せずに空気流の側に戻される。反射板（２８）の設置は、電子線の電流を低減させることができる効果がある。フィルタ（１４）は、反射板（２８）に近接して配置されていることが効果的である。電子線は、フィルタ（１４）の中の微生物の増殖を顕著に効果的に防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図に対応して、本発明による殺菌型空気調和システムは、空気調和機器が電子線照射器とともに空気調和環境区画に配備されている。その空気調和機器１は、図１に示されるように、空気調和環境区画２の中に配置されて設けられている。空気調和機器１は、空気導入ダクト３と空気排出ダクト４とブロアー５とを構成している。ブロアー５は、送風機（図示されず）とその送風機を駆動するモータ（図示されず）とから構成されている。
【００１４】
ブロアー５には、空気導入口６が接続している。空気導入口６の一端は空気調和環境区画２の外側に対して開放され、空気導入口６の他端はブロアー５の吸引口で開放されている。空気調和環境区画２は、これの中に、複数の区画空間（例示：居住室、微生物研究室、食品製造区画）７を形成している。空気導入ダクト３には、複数の空気供給口８が形成されて配置されている。複数の空気供給口８は、複数の区画空間７に空気をそれぞれに供給する。
【００１５】
空気排出ダクト４には、複数の空気吸引口９が形成されて配置されている。複数の空気吸引口９は、複数の区画空間７から空気をそれぞれに吸引する。空気吸引口９の一端部位１１は閉じられ、空気吸引口９の他端部位１２は大気中に開放されている。空気還流ダクト１３は、空気排出ダクト４から分岐している。空気還流ダクト１３は、空気排出ダクト４の本流の一部をブロアー５に還流させる分岐管である。
【００１６】
フィルタ１４が、空気導入ダクト３に介設されてしている。空気導入ダクト３は、ブロアー５から送出される空気に含まれる塵埃と微生物を捕獲する。電子線照射器１５は、空気導入ダクト３に近接して配置されている。フィルタ１４と電子線照射器１５とは、ブロアー５とともに空気調和環境区画２に構成されている機械室１６の中に配置されている。
【００１７】
その電子線照射器１５は、図２に示されるように、本体１８と、本体の中に形成される真空室１９と、真空室１９の上方部位（空気導入ダクト３から遠い側の部位）の裏面に配置される電子放出電極２１と、電子放出電極２１から離脱した電子を空気導入ダクト３に向く照射方向に加速する電極を有する加速器２２と、電子線透過膜２３とから構成されている。
【００１８】
電子線照射器１５の大部分の構成は、公知の電子線生成器に同じであるが、電子線照射器１５は、特に電子線透過膜２３を構成している点で公知の電子線生成器と異なっている。電子線透過膜２３は、本体の一部分である。電子線透過膜２３は、電子線を透過させるが空気導入ダクト３の中の空気を真空室１９の中に透過させない空気遮断性を有している。電子線透過膜２３の表面は、空気導入ダクト３の中を流れる空気又は空気層に直接に接触している。電子線透過膜２３に位置対応して空気導入ダクト３には切欠き窓２４が形成されている。電子線照射器１５が配置されている近傍領域の空気導入ダクト３の材料は、電子線高非透過性と電子線高反射性とを有している。電子線高非透過性と電子線高反射性とを有する材料として、原子番号が大きい元素（例示：金属）が知られている。
【００１９】
電子線照射器１５と空気導入ダクト３のうち電子線照射器１５が存在する近傍の部分を取り囲むＸ線遮蔽器が、図１に示されるように形成されることは好ましい。
【００２０】
電子線照射器１５から射出される電子線ビーム２５は、図３に示されるように、空気導入ダクト３の横方向幅（流れに直交する方向の幅）Ｄに対応する幅を持つ断面長方形状のビームとして形成されることが好ましいが、空気導入ダクト３の内部の流路断面上で電子ビームを走査することは可能である。図３は、便宜的に空気導入ダクト３の一部を切断して流路を示している。
【００２１】
空気導入ダクト３の中は、一方方向に空気が流れる流路２６として形成されている。空気流２７には、微生物と粉塵（塵埃）が含まれている。空気流に微生物が含まれていないことは、実質的にはありえない。そのような微生物（広義の生命体）は、高密度中エネルギーの電子線ビーム２５を構成する単電子の直撃を受けて、その細胞、ＤＮＡ、高分子タンパク質が壊滅的に破壊される。確率分布的に激減する数の微生物は、フィルタ１４で捕獲されれる。フィルタ１４の中の微生物個体数は、極めて少なく、繁殖又は増殖の立ち上がり時定数が大きく、その繁殖又は増殖は有効に回避される。フィルタ１４の上流側に配置される電子線照射器１５の殺菌効果は、フィルタ１４の下流側に配置される電子線照射器１５の殺菌効果に同等である。フィルタ１４で増殖して再び空気流２７に放出される微生物は、電子線照射器１５により効果的に殺菌の処理を受ける。万一に区画空間７に流れ込んだ微生物は、空気還流ダクト１３を介して還流し電子線照射器１５で死滅する。
【００２２】
加速器２２で加速される単電子のエネルギーは、３００ｋｅＶ〜５００ｋｅＶが適正である。このようなエネルギーの範囲は、中エネルギー範囲といわれる。電子線ビーム２５は、図２に示されるように、薄い膜である電子線透過膜２３を概ね直線的に透過して空気流２７に侵入する。水蒸気は、フィルタ内で微生物の繁殖を促進する有害物質である。電子線と水蒸気と酸素と窒素とを含む空気との関係は、透過性と散乱性の両物性を兼ね備えている。通常、電子線ビームは、ＴＶ、半導体製造プロセスの描画装置のように真空中で利用され、高エネルギー線として利用されることが多い。微生物の殺菌効果は、３００ｋｅＶ〜５００ｋｅＶより小さい範囲で効果的である。電子線透過膜２３によるエネルギーロスが考慮されて、本発明による殺菌装置の電子線エネルギーは、３００ｋｅＶ〜５００ｋｅＶの範囲に初期的に加速されている。
【００２３】
空気流路２７に侵入した電子線の一部は、その透過性により空気流路２７に対して深く侵入するが、その電子線の他の部分は、空気流路２７の中でその深さ方向の任意の高さ位置（深さ方向位置）で、水蒸気、窒素、酸素に衝突して無秩序方向に散乱される。散乱された電子線ビームは、空気流路２７の任意の位置点に到達し、任意の位置に存在する微生物に貫通し、その細胞のような高分子生理化学物質を一撃で破壊する。荷電粒子線ではないＸ線又はγ線は、水蒸気、窒素、酸素にに対してそれらの透過力が強く、衝突確率が小さく、且つ、細胞破壊確率が小さい。Ｘ線又はγ線は、周囲環境に対して有害物質であるが、中エネルギー電子線又は中エネルギー電子線が生成する電磁波線のエネルギーは小さく、中エネルギー電子線又は電磁波線の遮蔽は容易である。荷電粒子線である電子線の生成器は、Ｘ線又はγ線の生成器よりコストの点で格段に低い（Ｘ線又はγ線の生成のためには、電子線の生成が必要である。）。電子線は、その散乱性のために、空気導入ダクト３の中の空気流路２７の全領域に及んで浸透することができ、細大漏らさずに殺菌効果を発揮する。
【００２４】
そのような殺菌効果を更に高くするために、図４に示されるように、対向する２つの電子線照射器１５が用いられることは顕著に有効である。電子線エネルギーは、透過中に、エキスポーネンシャルに、エネルギー的に且つ量的（電流的に）に減衰する。そのような減衰が考慮されれば、両側から電子線を空気流路２７に対して照射することは顕著に効果的である。両側から照射することの代わりに、１つの電子線照射器１５の電子線照射方向に対向する側に、電子線を反射させる反射板２８を空気導入ダクト３の内部又は空気導入ダクト３の外部に配置することは有効である。空気導入ダクト３の一部が、既述の反射板材料で形成されることは有効である。反射板２８は、図６に示されるように、底面側と両側面側に配置されることはより有効である。
【００２５】
実施の更に他の形態：
本発明による殺菌型空気調和システムは、完全循環型空気調和システム、不完全循環型空気調和システム、非循環型空気調和システムでそれぞれに有効に利用され得る。循環路の一部を形成する空気ダクトは、空気供給側ダクトと空気排出側ダクトで形成される。微生物実験棟では、電子線照射器１５は空気排出側ダクトに介設される。排出ダクトの一部に並列に循環路が形成され、その循環路に電子線照射器１５が介設されることは、微生物実験棟では不可避的に有効である。本発明による殺菌型空気調和システムは、空気調和システムの空気流路に介設されて一般的に有効である。空気調和システムとしては、半導体製造のクリーンルームの空気清浄システム、病院又は公共施設の冷暖房用の空調システム、食品製造工場の空調システム、細胞培養研究室の空調システムが例示される。
【００２６】
電子線が向かう側に電子線を反射させる反射板空気ダクトに配置することは、電子線を有効に利用することができ、且つ、空気ダクトの外側に漏れる電子線の量を低減することができる点で有意義である。フィルタは、そのような反射板に近接して配置されることが好ましい。反射板で反射する電子線は、フィルタの中の微生物を殺傷することができる。空気ダクトが曲がる位置に電子線照射器を配置することは好ましい。電子線は、空気ダクトの中の空気流に平行に照射され、電子線の全てを有効に利用することができる。空気供給ダクトと空気排出ダクトの両方に電子線照射器を配置することは好ましい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明による殺菌装置、及び、殺菌型空気調和システムは、空気調和システムでその殺菌の技術を確立することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による殺菌型空気調和システムの実施の形態を示す正面図である。
【図２】図２は、図１の一部の正面断面図である。
【図３】図３は、図１の一部を示す斜軸投影図である。
【図４】図４は、本発明による殺菌型空気調和システムの実施の他の形態を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明による殺菌型空気調和システムの実施の更に他の形態を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明による殺菌型空気調和システムの実施の更に他の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
３…空気ダクト（導入側ダクト）
４…空気ダクト（排出側ダクト）
１４…フィルタ
１５…殺菌装置
１８…本体
１９…真空室
２２…加速器
２３…透過膜
２７…空気層
２８…反射板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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