(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体殺菌・脱臭を行う殺菌・脱臭通路（８）と、前記殺菌・脱臭通路（８）から分流されるバイパス（９）とを備えた殺菌・脱臭装置であって、
前記殺菌・脱臭通路（８）に前記殺菌・脱臭通路（８）を通過する気流の風速を抑制するように設置される反射板（２）と、オゾンを発生させる第１の波長とオゾンを少なくとも一重項酸素を含む気体に分解する第２の波長とを同時に発生させることができる紫外線発光体（３）と、光触媒保持層（４ａ）とを備え、前記紫外線発光体（３）から発せられる紫外線が直接又は前記反射板（２）を介して前記光触媒保持層（４）に照射される構成を備える殺菌・脱臭装置。
【請求項２】
前記殺菌・脱臭通路（８）と前記バイパス（９）との合流部（１０）に紫外線を発する殺菌灯（５）が設けられていることを特徴とする請求項１記載の殺菌・脱臭装置。
【請求項３】
前記殺菌灯（５）の下流側にＨＥＰＡフィルターまたは第２の光触媒保持層（４ｂ）が設けられていることを特徴とする請求項２記載の殺菌・脱臭装置。
【請求項４】
前記ＨＥＰＡフィルターまたは前記第２の光触媒保持層（４ｂ）の表面に前記殺菌灯（５）から発せられる紫外線が照射されるように構成された請求項３記載の殺菌・脱臭装置。
【請求項５】
前記第１の波長は１８０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の殺菌・脱臭装置。
【請求項６】
前記第２の波長は２４０ｎｍ以上３１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の殺菌・脱臭装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はオゾン（Ｏ3）と光触媒を利用した空気の殺菌・脱臭装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空気の殺菌（滅菌）、脱臭を行うためには、オゾン発生体（１８５ｎｍ程度の紫外線発光体等）によりまず空気中の微生物などに対する強力な殺菌作用を有するオゾンを発生させ、オゾンと空気とを反応させる方法や、殺菌効果の高い波長を発生させる殺菌灯により空気に直接紫外線を照射する方法などが知られている。
【０００３】
なお、殺菌と滅菌、脱臭と消臭とは本来異なる概念であるが、本明細書においては同義的に扱うこととする。
【０００４】
図２は、従来の空気の殺菌・脱臭装置を示すものである。同図に示すように、殺菌・脱臭装置３１は、汚染気体吸気口３２と処理気体排出口３３と気流を発生させるためのファン２７と、糸くずや羽毛片などの比較的粗大な塵を捕集するために設けられたプレフィルター２１と、オゾン発生体２３と、殺菌灯２５（紫外線発光体）とを備えており、人体に有害なオゾンを分解するためのオゾン分解触媒フィルター３４を備えている。
【０００５】
また、図３は、従来の空気の殺菌・脱臭装置の別の例を示すものである。同図に示すように、殺菌・脱臭装置５１は、汚染気体吸気口５２と処理気体排出口５３と気流を発生させるためのファン４７と、糸くずや羽毛片などの比較的粗大な塵を捕集するために設けられたプレフィルター４１と、オゾン発生体４３と、人体に有害なオゾンを分解するためのオゾン分解触媒フィルター５４を備えており、プレフィルター４１を通過した気流に含まれる粒子を吸着するための粒子帯電部５８と粒子帯電部５８によって吸着されなかった細かい粒子を除去するためのＨＥＰＡフィルター５９を備えている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した方法のうち、オゾンを介して殺菌・脱臭を行う方法は、オゾンが、人体に有害な物質であるため、未分解の残留オゾンを除去しなければならない。このため従来は上述のようにオゾン分解触媒などが用いられていた。しかしオゾン分解触媒では分解効率が悪いためにオゾンが十分に分解消滅されないうちに残留オゾンとして殺菌・脱臭装置から放出される危険性があり、装置の取り扱いが困難という問題があった。未分解のオゾンを放出しないようにするために、オゾンの濃度を小さくすると、殺菌・脱臭効率が低下する点で問題があった。
【０００７】
すなわち、オゾンを高濃度化して十分な殺菌・脱臭効果を得ようとすると、殺菌・脱臭後は速やかにオゾンが分解消滅されず、人体に有害なオゾンが装置外に放出され、逆にオゾンの濃度を小さくすると十分な殺菌・脱臭効果が得られないという点において問題があった。
【０００８】
一方、オゾンを用いない他の方法としては、殺菌灯（紫外線発光体）を用いる方法や光触媒を利用する方法などが知られているが、いずれの方法もオゾンを用いる方法と比べて殺菌・脱臭能力が低い。このため、仮にこれらを組み合わせて用いたとしても殺菌・脱臭を確実に行うためには殺菌・脱臭装置を通じて部屋全体を循環する空気の流量を大幅に低下させなければならず、必要とされる風量を確保することができなかった。特に、光触媒を利用する方法は、十分な殺菌・脱臭効果を得るためには光触媒保持層の表面積を大きくする必要があり、高効率化を進めると装置が大型化してしまうという点で問題があった。
【０００９】
このため、従来の殺菌・脱臭装置は空気中の塵埃の捕集に重点がおかれ、殺菌・脱臭に重点がおかれた装置がなかった。
【００１０】
したがって、本発明の目的は人体に有害な残留オゾンを放出することがなく、かつ、小型で高効率な空気殺菌・脱臭装置を提供することにある。
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明に係る殺菌・脱臭装置は、気体殺菌・脱臭を行う殺菌・脱臭通路８と、前記殺菌・脱臭通路８から分流されるバイパス９とを備えた殺菌・脱臭装置であって、前記殺菌・脱臭通路８に前記殺菌・脱臭通路８を通過する気流の風速を抑制するように設置される反射板２と、オゾンを発生させる第１の波長とオゾンを少なくとも一重項酸素を含む気体に分解する第２の波長とを同時に発生させることができる紫外線発光体３と、光触媒保持層４ａとを備え、前記紫外線発光体３から発せられる紫外線が直接又は前記反射板２を介して前記光触媒保持層４に照射される構成を備える。
【００１２】
このような構成によると、装置内に流入した気体に紫外線発光体３が照射されることにより、この紫外線発光体３に含まれる第１の波長（例えば１８０ｎｍ以上２００ｎｍ以下）によって高濃度のオゾンが効率よく発生するとともに、第２の波長（例えば２４０ｎｍ以上３１０ｎｍ以下）によって残留オゾンが確実に分解される。その結果、オゾンによる十分な殺菌・脱臭効果が得られるにもかかわらず、装置の外部に有害なオゾンが放出されにくい。また、紫外線発光体３から発せられた紫外線が直接又は反射板２を介して光触媒保持層４に照射されることによって光触媒保持層４が活性化して殺菌・脱臭効率が一層増大する。
さらに、本発明に係る殺菌・脱臭装置は気体殺菌・脱臭を行う殺菌・脱臭通路８と、前記殺菌・脱臭通路８から分流されるバイパス９とを備えている。このバイパス９は単に空気が通過するように構成され、その一方で反射板２が前記殺菌・脱臭通路８に前記殺菌・脱臭通路８を通過する気流の風速を抑制するように設置される。その結果、必要とされる風量を低下させることなくオゾンによる十分な殺菌・脱臭効果を得ることができる。
【００１５】
さらに、前記殺菌・脱臭通路８と前記バイパス９との合流部１０に紫外線を発する殺菌灯５が設けられていてもよい。
【００１６】
このようにすれば、殺菌・脱臭を行わないで単にバイパスを通過しただけの気体に対しても殺菌・脱臭を行うことができる。
【００１７】
本発明に係る殺菌・脱臭装置は、さらに、殺菌灯５の下流側にＨＥＰＡフィルターまたは第２の光触媒保持層４ｂを備え、これに前記殺菌灯５からの紫外線が照射されるように構成してもよい。
【００１８】
このようにすれば、気体の流出が抑制されて装置内に滞留する時間が長くなると共に気体の密度も上がり、殺菌・脱臭効果がさらに向上する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明する。
【００２０】
図１は本発明に係る殺菌・脱臭装置の基本構成を示したものである。同図に示すように、殺菌・脱臭装置１１は、汚染気体吸気口１２と処理気体排出口１３と気流を発生させるためのファン７とを有している。
汚染気体吸気口１２から取り込まれた空気（除菌、集塵、脱臭を行うべき気体、以下「気体」）という。）は、プレフィルター１を通過した後、殺菌・脱臭を行う殺菌・脱臭通路８と、単に通過するだけのバイパス９とに分流される。殺菌・脱臭通路を通過する気流の風速を例えば１．５ｍ／ｓ以下におさえなければ十分な殺菌・脱臭効果が得られない場合でも、このように、流入通路を２つに分岐してバイパスを設けることにより殺菌・脱臭装置内を通過する空気の流量を低下させることなく、必要とされる風量を確保することができる。
【００２１】
次に、気体は殺菌・脱臭通路において以下のような第１の殺菌・脱臭工程と、第２の殺菌・脱臭工程を経た後、合流点１０においてバイパス９を通過した気体と合流する。
【００２２】
−第１の殺菌・脱臭工程−
殺菌・脱臭通路８には反射板２と紫外線発光体３とが設けられ、これらによってオゾン雰囲気を発生させる。流入された気体はこのオゾン雰囲気を通過することによって、第１の殺菌・脱臭を行う。反射板２は紫外線発光体３から放出される紫外線を反射させて殺菌・脱臭効率を高めるため、および、紫外線発光体３の周辺の気体の速度を必要とする風速にコントロールするためのものである。
【００２３】
なお、紫外線発光体３によるオゾン発生は、波長約１８５ｎｍの紫外線を流入気体（空気）に照射して空気中の酸素からオゾンを発生させる。後述するように、オゾンは一重項酸素を含む気体に確実に分解されるので、紫外線発光体３からは十分な殺菌・脱臭効果が得られる程度に高濃度のオゾンを発生させることができる。
【００２４】
ここで、空気中の酸素からオゾンを発生させる方法について説明する。まず、流入気体（空気）中の酸素にエネルギーｈν（波長１８０ｎｍ〜２００ｎｍ程度）の紫外線を照射すると、紫外線のエネルギーによって酸素が２つの基底状態酸素原子Ｏ（３ｐ）に分解される（下式（１））。
【００２５】
Ｏ2  ＋  ｈν  →  ２Ｏ（３ｐ）      （１）
この基底状態にある酸素原子一原子Ｏ（３ｐ）と気体（空気）中の酸素分子Ｏ2とが反応してオゾン（Ｏ3）を生成する（下式（２））。
【００２６】
Ｏ（３ｐ）  ＋  Ｏ2  →  Ｏ3         （２）
上述のようにして生成された高濃度オゾン雰囲気によって、気体中に含まれる悪臭物質、化学物質、菌類の殺菌・脱臭を行う。
ついで、高濃度オゾン雰囲気に波長２４０ｎｍ〜３１０ｎｍ程度の紫外線を照射してオゾンを瞬時に分解する。
【００２７】
本実施例で示す紫外線発光体３は、波長約１８５ｎｍの紫外線と、波長約２５４ｎｍの紫外線とを同時に発生させることができる特殊紫外線ランプを用いている。したがって、波長１８５ｎｍの紫外線がオゾンを発生させる一方、波長２５４ｎｍの紫外線がオゾンを分解する。
【００２８】
ここで、波長２４０ｎｍ〜３１０ｎｍ程度の紫外線を高濃度オゾンに照射して、オゾンが分解されるときの化学反応式を、下式（３）〜（７）を参照しながら説明する。
【００２９】
まず、オゾン（Ｏ3）に波長２４０ｎｍ〜３１０ｎｍ程度の紫外線を照射すると、オゾン（Ｏ3）が一重項酸素原子Ｏ（1Ｄ）と、一重項酸素分子Ｏ（1Δg）とに分解される（下式（３））。
【００３０】
Ｏ3  ＋  ｈν  →  Ｏ（1Ｄ）  ＋  Ｏ（1Δg） （３）
一重項酸素原子Ｏ（1Ｄ）とは、励起状態で全電子のスピン量子数が０の物質であり、気相中での寿命は約４５分程度である。また、一重項酸素分子Ｏ（1Δg）とは、基底状態の酸素 1Σgよりも２２．５ｋｃａｌ・ｍｏｌ-1だけ高いエネルギー状態の物質であり、気相中での寿命は約２．７秒である。
【００３１】
また、一方では一重項酸素原子1Ｄと気相中の水分（Ｈ2Ｏ）とが化学反応してヒドロキシラジカル（・ＯＨ）に分解される（下式（４））。
【００３２】
Ｏ（1Ｄ）  ＋  Ｈ2Ｏ  →  ２・ＯＨ        （４）
このヒドロキシラジカル（・ＯＨ）がオゾン（Ｏ3）と反応してヒドロペルオキシラジカル（ＨＯＯ・）と酸素分子（Ｏ2）とに分解される（下式（５））。また、ヒドロペルオキシラジカル（ＨＯＯ・）は酸素原子（Ｏ）と反応してヒドロキシラジカル（・ＯＨ）と酸素分子（Ｏ2）とに分解される（下式（６））。
【００３３】
・ＯＨ  ＋  Ｏ3  →  ＨＯＯ・  ＋  Ｏ2    （５）
ＨＯＯ・  ＋  Ｏ   →  ・ＯＨ  ＋  Ｏ2     （６）
これらの化学反応により形成されるラジカル種は様々な反応を経て最終的には人体に全く無害な物質が生成されるにいたる中間体である。また、これらのラジカル種はいずれも短寿命であるため装置外へ放出されることはない。
【００３４】
このように、波長２００ｎｍ〜３６０ｎｍの紫外線を残留したオゾン（Ｏ3）に照射することにより、残留したオゾン（Ｏ3）が人体に無害な物質に分解される。また、一重項酸素分子、一重項酸素原子が万一分解されなかったとしても、後述する光触媒保持層において完全に分解される。
【００３５】
−第２の殺菌・脱臭−
流入気体はオゾン雰囲気中を通過して第１の殺菌・脱臭が行われた後、光触媒保持層４ａを通過する。このとき、第２の殺菌・脱臭が行われる。
光触媒保持層４ａには、例えば酸化チタン（ＴｉＯ2）又は酸化チタンの化合物などが用いられる。この光触媒保持層４ａは、常に波長２４０ｎｍ〜４００ｎｍ程度の紫外線が照射される。これは、光触媒に波長２４０ｎｍ〜４００ｎｍ程度の紫外線が照射されると強力な酸化力が発生し、殺菌・脱臭効率が高められるためである。本実施例では、紫外線発光体３から波長２４５ｎｍの紫外線が直接または反射板（２）を介して、光触媒保持層４ａに照射される。
【００３６】
このときの化学反応について、光触媒保持層４ａが酸化チタン（ＴｉＯ2）である場合を例に取り、下式（７）〜（１３）を参照して説明する。
まず、酸化チタン（ＴｉＯ2）の表面にエネルギーｈν（波長２４０ｎｍ〜４００ｎｍ程度）の紫外線が照射されると原子表面の電子がこのエネルギーの一部を吸収して励起され、電子ｅ-と正孔ｈ+とに分解される（下式（７））。
【００３７】
ＴｉＯ2  ＋  ｈν  →  ｅ-  ＋  ｈ+    （７）
この電子ｅ-は流入気体（空気）中に含まれる酸素（Ｏ2）と反応してスーパーオキサイドアニオン（・Ｏ2-）を生成する（下式（８））。
【００３８】
ｅ-  ＋  Ｏ２  →  ・Ｏ2-             （８）
スーパーオキサイドアニオン（・Ｏ2-）はプロトン（Ｈ+）と反応してペルオキシラジカル（ＨＯ2・）を生成する（下式（９））。
【００３９】
・Ｏ2-  ＋  Ｈ+  ⇔  ＨＯ2・   （９）
なお、プロトン（Ｈ+）は光触媒保持層の酸化チタンの表面にある正孔と気体中のＨ2Ｏとの反応により生成される（下式（１０））。プロトン（Ｈ+）は酸素（Ｏ2）と電子（ｅ-）と結びついて、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）を生成する（下式（１１））。
【００４０】
２Ｈ2Ｏ ＋  ２ｈ+  →  Ｈ2Ｏ2  ＋  ２Ｈ+    （１０）
Ｏ2  ＋  ２Ｈ+  ＋  ２ｅ-  →  Ｈ2Ｏ2       （１１）
一方、正孔ｈ+は気体中の水分（Ｈ2Ｏ）と反応してヒドロキシラジカル（・ＯＨ）とプロトン（Ｈ+）とを生成すると共に（下式（１２））、それ自体が表面捕捉正孔（ｈtrap）になる（下式（１３））。
【００４１】
ｈ+  ＋  Ｈ2Ｏ  →  ・ＯＨ  ＋  Ｏ2   （１２）
ｈ+    →  ｈtrap   （１３）
このように、光触媒保持層の表面に紫外線を照射するとスーパーオキサイドアニオン（・Ｏ2-）、ペルオキシラジカル（ＨＯ2・）、表面捕捉正孔（ｈtrap）が生成されるために気体中の汚染物質の分解速度が増大すると共に殺菌力も増大する。
【００４２】
反応中間体には気体中に含まれるガス成分等により有害な生成物を生じさせる可能性が大きくなり、また、反応中間体自体は殺菌、脱臭に何ら関与しないものであるため、反応中間体が多数存在するとエネルギーの利用効率が低下する。ところが光触媒保持層の表面に波長２４０ｎｍ〜４００ｎｍ程度の紫外線を照射すると、光触媒が活性化するので上述の化学反応によってこれらの不要な反応中間体が生成されにくくなる。
【００４３】
このため、本発明ではオゾンの分解に用いられた波長２４０ｎｍ〜４００ｎｍ程度の紫外線を発生させる発光体を、例えば光触媒保持層４ａの近傍に設け、光触媒を活性化するためにその表面に照射する。本発明では、紫外線発光体３が波長２５４ｎｍの紫外線を発生させる発光体としての機能をも備えている。もちろん、紫外線発光体３とは別に設けても構わない。
【００４４】
また、波長２４０ｎｍ〜４００ｎｍ程度の紫外線が照射された光触媒保持層に一重項酸素分子を含む気体が導かれると汚染物質を分解する作用が増大する。これは、既に述べたように、一重項酸素分子は基底状態の酸素1Σgよりも２２．５ｋｃａｌ・ｍｏｌ-1だけ高いエネルギー状態にあるために強力な殺菌作用を備えているため、通過する気流に対しての殺菌・脱臭が速やかに行われるためである（これを「光触媒の高分解反応効果」という）。
【００４５】
第２の殺菌・脱臭工程では、上述の殺菌・脱臭のほか、一重項酸素原子を含む気体を光触媒保持層に導くことで光触媒の高分解反応効果を利用して、残留オゾンを分解することもできる。
【００４６】
−第３の殺菌・脱臭−
光触媒保持層４ａを通過した気体は合流点１０においてバイパス９を通過する気体と合流する。この合流点１０よりも下流に波長２５４ｎｍの殺菌灯５を設けることにより、第３の殺菌・脱臭を行う。殺菌灯５は殺菌・脱臭効果の高い波長（約２５４ｎｍ付近）の紫外線を発するものであることが好ましい。
【００４７】
このようすると、バイパスを通過した気体は殺菌・脱臭が行われないまま装置外に放出されることもない。
【００４８】
殺菌灯５は第１の殺菌・脱臭の際に生成されたオゾンのうち、光触媒保持層４を通過してもなお分解されずに残留していた場合でも、殺菌灯５の波長（２５４ｎｍ）は、高濃度オゾンを分解する波長領域（２４０ｎｍ〜３１０ｎｍ）に含まれているので、残留オゾンを直接分解することができる。さらに、殺菌灯５の波長は、上述した光触媒保持層４ａを活性化させる波長領域（２４０ｎｍ〜４００ｎｍ）に含まれているので光触媒の酸化力が増大し、殺菌・脱臭効果が増大する。
【００４９】
したがって、本実施例のように、殺菌灯５の波長は特に２４０ｎｍ〜３１０ｎｍの範囲内にあることが特に好ましい。
なお、殺菌灯５の下流側に第２の光触媒保持層４ｂを設けてもよい。このようにすれば、光触媒保持層４ｂの表面にも殺菌灯５から紫外線が照射されるので、殺菌・脱臭効率がさらに高められる。また、光触媒保持層４ｂの代わりに、ＨＥＰＡフィルター（不図示）を設けてもよい。このようにすれば、ＨＥＰＡフィルターの表面に付着した捕集菌類などを殺菌灯５から照射される紫外線によって殺菌・分解することにより、装置からの放出を防止し、気体中の塵埃の捕集効果を向上させることが期待できる。
【００５０】
このように排出口側にも光触媒保持層４ｂやＨＥＰＡフィルターを設けると気体の流出が抑制されて装置内に滞留する時間が長くなると共に気体の密度も上がり、殺菌・脱臭効果がさらに向上する効果もある。
【００５１】
【発明の効果】
本発明は、高濃度のオゾンを用いて効率よく殺菌・脱臭を行うと共に、殺菌灯やオゾン分解用の紫外線発光体（波長２４０ｎｍ〜３１０ｎｍ）からの紫外線により残留するオゾンを確実に分解し無害化すると共に、これらの紫外線を光触媒保持層の活性化にも適用するため、高効率な殺菌・脱臭効果を備えかつ取り扱いが容易な殺菌・脱臭装置を提供することができる。本件発明者の測定によれば、装置内から放出されるオゾンの濃度を０．０１ｐｐｍ以下に抑えることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の殺菌・脱臭装置の構成を示す図
【図２】従来の殺菌・脱臭装置の構成を示す図
【図３】従来の殺菌・脱臭装置の構成を示す図
【符号の説明】
１  プレフィルター
２  反射板
３  紫外線発光体
４ａ、４ｂ  光触媒保持層
５  殺菌灯
７  ファン
８  殺菌・脱臭通路
９  バイパス
１０  合流点
１１  殺菌・脱臭装置
１２  汚染気体吸気口
１３  処理気体排気口
２１  プレフィルター
２３  オゾン発生体
２５  紫外線発光体（殺菌灯）
２７  ファン
３１  殺菌・脱臭装置
３２  汚染気体吸気口
３３  処理気体排気口
３４  オゾン分解触媒フィルター
４１  プレフィルター
４３  オゾン発生体
４７  ファン
５１  殺菌・脱臭装置
５２  汚染気体吸気口
５３  処理気体排気口
５４  オゾン分解触媒フィルター
５８  粒子帯電部
５９  ＨＥＰＡフィルター
【図１】
0003936876.tif 000002
【図２】
0003936876.tif 000003
【図３】
0003936876.tif 000004