JP2003116973A

JP2003116973A - 空気の浄化方法および装置

Info

Publication number: JP2003116973A
Application number: JP35194099A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Murata; 逞詮村田
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1999-07-19
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2003-04-22

Abstract

(57)【要約】【課題】大量の空気を瞬間的に殺菌、脱臭、浄化処理
し、人畜無害のクリーンな空気を再生することができる
空気の浄化方法および装置を提供することにある。【解決手段】被処理空気を、１１０ｎｍ以上、２００
ｎｍ未満の短波長紫外線を照射して処理し、オゾンを生
成させる第１の工程と、第１の工程で処理された空気
に、さらに２００ｎｍ以上、３００ｎｍ未満の中波長紫
外線を照射して活性酸素を生成させる第２の工程と、第
２の工程で処理された空気に、さらに３００ｎｍ以上、
３６０ｎｍ以下の長波長紫外線を照射し、前記活性酸素
を基底状態酸素分子に変換する第３の工程とを含み、少
なくとも前記第２および／または第３の工程を光触媒の
存在下に行なうことを特徴とする空気の浄化方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気の浄化方法に
関し、特に空気の殺菌、脱臭等の浄化処理や、クリーン
ルーム等に好適に用いられる空気の浄化方法および装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、空気の浄化処理方法としては、
（１）オゾン発生器によりオゾンを発生、拡散させる方
法、（２）殺菌灯により殺菌する方法、（３）クリーン
ルーム等に設置されるＨＥＰＡフィルターやケミカルフ
ィルターによる方法等が知られている。

【０００３】しかしながら、（１）オゾン拡散法は、人
体に有害なオゾンを放出する、また（２）の方法は、波
長２５４ｎｍの紫外線が主体で、活性酸素の生成がない
ので、大量の空気を瞬間的に殺菌することができず、ま
た殺菌灯の影の部分についてはその効果はない、さらに
（３）の方法は、単に菌をフィルターで捕集するのみで
殺菌効果がなく、ケミカルフィルターを用いて殺菌効果
を付与しても、フィルターの交換に手間がかかり、また
適切な交換時期を過ぎると、逆に菌が繁殖したりする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
従来技術の問題点を解決し、大量の空気を瞬間的に殺
菌、脱臭、浄化処理し、人畜無害のクリーンな空気を再
生することができる空気の浄化方法および装置を提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願で特許請求される発明は下記のとおりである。（１）被処理空気を、１１０ｎｍ以上、２００ｎｍ未満
の短波長紫外線を照射して処理し、オゾンを生成させる
第１の工程と、第１の工程で処理された空気に、さらに
２００ｎｍ以上、３００ｎｍ未満の中波長紫外線を照射
して活性酸素を生成させる第２の工程と、第２の工程で
処理された空気に、さらに３００ｎｍ以上、３６０ｎｍ
以下の長波長紫外線を照射し、前記活性酸素を基底状態
酸素分子に変換する第３の工程とを含み、少なくとも前
記第２および／または第３の工程を光触媒の存在下に行
なうことを特徴とする空気の浄化方法。（２）前記光触媒は、ＴｉＯ₂のような光半導体粒子に
電極としてＡｇのような金属微粒子を担持させたものを
含む（１）記載の方法。（３）前記第３の工程で処理された空気に、さらに赤外
線ランプとハロゲンランプによる照射を行なう乾燥工程
を有する（１）または（２）記載の方法。（４）被処理空気の供給手段および１１０ｎｍ以上、２
００ｎｍ未満の短波長紫外線照射装置を有する第１の処
理室と、該第１の処理室に連設された、２００ｎｍ以
上、３００ｎｍ未満の中波長紫外線照射装置を有する第
２の処理室と、該第２の処理室に連設された３００ｎｍ
以上、３６０ｎｍ以下の長波長紫外線照射装置を有する
第３の処理室と、該第３の処理室で処理された空気を外
部に排出する手段とを有し、前記第２および／または第
３の処理室は、光触媒を有していることを特徴とする空
気の浄化装置。（５）前記光触媒は、ＴｉＯ₂のような光半導体粒子に
電極としてＡｇのような金属微粒子を担持させたものを
含む（３）記載の装置。（６）前記第３の処理室に、さらに赤外線ランプ照射部
とハロゲンランプ照射部を順次設けた乾燥室を設けたこ
とを特徴とする（４）または（５）記載の装置。

【０００６】本発明の原理は、短、中、および長波長の
紫外線を空気に照射して、活性酸素種である一重項酸素
およびスーパーオキシドを生成させ、その際、特に中、
長波長紫外線照射を光触媒の存在下に行なうことによ
り、前記活性酸素種の発生を助長し、これらの持つ強力
なエネルギー（２２．５ｋｃａｌ／ｍｏｌ強）により、
大量の空気を瞬間的に殺菌、脱臭等、浄化処理して、人
畜無害のクリーンな空気（酸素）を蘇生するものであ
る。すなわち、本発明における各波長の紫外線照射によ
る酸素の挙動を示すと下記のようである。

【０００７】（１）短波長（１１０〜２００ｎｍ）の紫
外線照射：Ｏ₂＋ｈν（真空紫外域の短波長紫外線） →２Ｏ（
³Ｐ）（基底状態酸素原子）Ｏ（³Ｐ）＋Ｏ₂→ Ｏ₃（オゾン）（２）中波長（２００〜３００ｎｍ）の紫外線照射：Ｏ₃＋ｈν（ＤＮＡ吸収波長である中波長紫外線）→２
Ｏ（¹Ｄ）（一重項酸素原子）＋Ｏ₂（¹Δ）（一重項
酸素分子）２Ｏ（¹Ｄ）→Ｏ₂ ^-（スーパーオキシド）（３）長波長（３００〜３６０ｎｍ）の紫外線照射：２Ｏ（¹Ｄ）＋ｈν（長波長）→ Ｏ₂（基底状態酸
素分子）Ｏ₂ ^-（スーパーオキシド）＋ｈν（長波長）→Ｏ
₂（基底状態酸素分子）

【０００８】この際中波長と長波長の紫外線照射におい
て光触媒を存在させると、触媒表面に電子が放出され、
これが基底状態酸素原子に作用して活性酸素アニオンを
生成し、この活性酸素アニオンが結合して強力な殺菌力
を有するスーパーオキシドを生成する。さらにこのスー
パーオキシドは長波長の紫外線照射を受けて基底状態酸
素分子に変換されるｈν（２００〜３００ｎｍの中
波長紫外線）→Ｈ（触媒上の正孔）＋ｅ^- （表面
に放出された電子）ｅ^-＋Ｏ（³Ｐ）（基底状態酸素原子）→ Ｏ^-（活性
酸素アニオン）２Ｏ^-（活性酸素アニオン） → Ｏ₂ ^-（スーパーオ
キシド）Ｏ₂ ^-（スーパーオキシド）＋ｈν（３００〜３６０ｎ
ｍの長波長紫外線）→ Ｏ₂（基底状態酸素分子）

【０００９】本発明に用いる光触媒は、酸化チタンのよ
うな光半導体粉末に銀のような金属微粒子を電極として
担持させ、必要に応じてセラミック粉末のような吸着材
料で被覆したものである。光半導体粉末としては、酸化
チタン（ＴｉＯ₂）の他に、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、Ｗ
Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＳｒＴｉＯ₃、ＫＮｂＯ₃等を用い
ることができるが、この中ではＴｉＯ₂が最も好まし
い。電極として用いる金属粉末は、銀の他に金、白金、
銅等を用いることができる。半導体粉末の粒径は、１〜
５０μｍの範囲が好ましい。また金属粉末の粒径は、
０．０５〜０．１μｍが好ましい。光半導体粉末と金属
粉末との混合割合は、殺菌、脱臭作用等を好適に発揮さ
せるためには光半導体粉末１００重量部に対して金属粉
末１〜５５重量部が好ましく、２０〜３０重量部が特に
好ましい。吸着材料は、被処理物の中から細菌、ウィル
ス等を吸着、保持するために用いられるもので、前述の
セラミック粉末、例えばアパタイト（りん灰石）、ゼイ
ライトまたはセピオライト等の他に、活性炭、絹繊維含
有物等を用いることができる。アパタイトとしては、細
菌、ウィルス等を選択的に吸着するハイドロキシアパタ
イト〔Ｃａ₁₀（ＰＯ₄）₆（ＯＨ）₂〕が好ましい。こ
れらの吸着材料（絹繊維含有物は粉末）の粒径は、より
大きな表面積を確保するとともに、良好な被吸着性を考
慮すると、０．００１〜１．０μｍが好ましく、０．０
１〜０．０５μｍが特に好ましい。光半導体粉末と吸着
材料の混合割合は、光半導体粉末１００重量部に対して
吸着材料１〜５０重量部が好ましく、１０〜３０重量部
が特に好ましい。

【００１０】本発明において、光触媒は、被処理空気が
接触する基材上に付着されるが、このような基材として
は、不織布、紙、織物、プラスチック、金属板、セラミ
ックボード等があげられる。付着方法としては、低温溶
射法により直接付着させる方法と、バインダーを含有さ
せた塗料として基材上に付着する方法がある。低温溶射
法では、上記の基材上に、例えば融点が２０００℃以下
である酸化チタンの微粒子（５〜５０μｍ）と、前記金
属微粒子１〜１０μｍを酸素、アセチレン等を用いたガ
ス溶射法法により、約２９００〜３０００℃で溶融した
セラミックスとともに溶射する。溶射後は、光触媒粒子
を含む粒子を３０〜４０μの偏平積層粒子となり、溶融
によるアンカー効果により基材上に強固に付着する。一
方、バインダーを用いて光触媒粒子を基材に付着させる
方法では、塗料は、光半導体粉末、金属粉末および吸着
材料の他に、バインダーとしての塗膜形成成分および分
散剤を含有し、必要に応じて他の成分を含有させたもの
である。このような塗膜形成成分としては、セルロール
ス誘導体、フタール酸樹脂、フェノール樹脂、アルキド
樹脂等の公知の塗膜形成用樹脂が用いられ、また分散剤
としては、石油系溶剤、芳香族溶剤、アルコール系溶剤
等の公知の分散剤を用いることができる。塗料として塗
布する場合の光半導体粉末、金属粉末および吸着材料の
合計配合量は、殺菌、防臭等の作用を発揮し、適度な塗
装性を確保するためには、塗料全量中３〜５５重量％が
好ましく、１５〜３５重量％が特に好ましい。

【００１１】光半導体粉末として酸化チタンを用いる場
合、アナターゼ型の酸化チタンはその光触媒作用が大き
い反面、酸化力が極端に強いので、基材を劣化させる場
合がある。このため基材によってはアナターゼ型とルチ
ル型の重量比を２０〜５０％：５０〜８０％に調整する
ことが好ましい。

【００１２】本発明における紫外線照射装置としては、
所定波長の紫外線を発生する水銀ランプ、メタルハライ
ドランプ、紫外線ランプ、光触媒励起用ランプ等を用い
ることができる。紫外線ランプは、短波長紫外線用とし
て、ケミカルランプが短波長用として用いることができ
る。また短、中波長および長波長紫外線用として紫外線
水銀ランプが用いられる。紫外線水銀ランプは石英ガラ
スに封入した水銀の発光スペクトルを利用したもので、
点灯中の水銀蒸気圧により、低圧型（２４５ｎｍ以下が
強い）と高圧型（３６５ｎｍ以上が強い）があるが、そ
れぞれ中波長および長波長用として用いることができ
る。また光触媒励起用ランプでは、３５１ｎｍおよび３
６８ｎｍにそれぞれピークを持つＷ型およびＮ型蛍光ラ
ンプがあるが（例えば建築設備と配管工事、１９９８年
６月号、４７〜５０頁）、それぞれ中波長および長波長
紫外線用として用いることができる。光触媒は、紫外線
が照射される室内で空気の流通する内壁や仕切り壁に付
着させればよいが、空気の通路を遮るようにフィン状の
触媒板を前記壁に設けて触媒効果を高めることができ
る。上記３種の紫外線照射装置としては、短波長紫外線
照射装置が少なくとも１８３〜１８４ｎｍの紫外線を発
生するもの、中波長紫外線照射装置が少なくとも２５４
ｎｍの紫外線を発生するもの、および長波長紫外線照射
装置が少なくとも３１０〜３６０ｎｍの紫外線を発生す
るものが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明を詳細に
説明する。図１は、本発明の空気浄化装置の一例を示す
説明図である。この装置１は、被処理空気Ａが流通する
ケーシング２と、該ケーシング２の一端に設けられたフ
ィルター３Ａを有する空気導入口３と該ケーシング２の
他端に設けられた吸引送風機４Ａを有する空気排出口４
と、空気導入口３から排出口４に向けて順次設けられ
た、短波長紫外線照射装置５を有する第１の処理室６
と、該第１の処理室６に仕切り壁７および８を介して連
通する、中波長紫外線照射装置１０を有する第２の処理
室９と、第２の処理室９に仕切り壁１１および１２を介
して連通する、長波長紫外線照射装置１３を有する第３
の処理室１４と、該第３の処理室に仕切り壁１５および
１６を介して連通する乾燥室１７とから主として構成さ
れる。短波長紫外線照射装置は、１１０〜２００ｎｍ
（好ましくは１１０〜１８５ｎｍ）の短波長紫外線を発
生し、また中波長紫外線照射装置１０は、２００〜３０
０ｎｍ（好ましくは２１０〜２６０ｎｍ）の中波長紫外
線を発生し、長波長紫外線照射装置１３は、３００〜３
８０ｎｍ（好ましくは３１０〜３６０ｎｍ）の長波長紫
外線を発生する。また第２の処理室の仕切り壁８、１１
およびケーシング内壁並びに第３の処理室１４の仕切り
壁１２、１５、およびケーシング内壁には光触媒１９が
付着または塗布されている。

【００１４】また乾燥室１７には赤外線ランプ１８が設
けられ、第３の処理室で浄化された空気を乾燥した後、
出口４から排出するようになっている。紫外線照射装置
５および１０は、例えば、石英ガラス管内に２本の電極
が設置され、内部に所定圧力の水銀等の金属蒸気が封入
され、この電極に所定の電位差をかけることにより、前
記特定の波長の紫外線を得るようになっている。長波長
の紫外線照射装置１３は、前記長波長の紫外線を生成す
る装置を用いることができる。

【００１５】上記の装置において、被処理空気Ａはフィ
ルター装置３Ａを通った後空気導入口から第１の処理室
６に導入され、ここで短波長紫外線照射装置５の照射を
受け、前記のようにオゾンを発生し、その酸化作用によ
り空気中の細菌等が殺菌される。第１の処理室６を出た
空気は次に第２の処理室９に入り、ここで中波長の紫外
線照射装置１０の照射を受け、その作用、および光触媒
１９の作用により、前述のように一重項酸素分子、スー
パーオキシド等の活性酸素を生成し、さらに空気中の殺
菌、脱臭が瞬時、大量に行なわれる。このような活性酸
素を含む空気は次の次に第３の処理室１４に移行し、こ
こで長波長紫外線照射装置１３の照射を受け、スーパー
オキシドが基底状態酸素分子に変換され、その際に放出
するエネルギーにより、さらに殺菌および脱臭が行なわ
れ、空気が浄化処理される。この浄化処理された空気
は、乾燥室１７に移行し、ここで赤外線ランプ１８の照
射により乾燥された後、さらにハロゲンランプ２０で赤
外線の熱線を吸収した後、出口４から外部に排出され
る。本発明方法および装置は、院内感染（ＭＲＳＡ等）
防止、医療、食品加工用のクリーンルーム、ダクト内、
タバコ等の脱臭、その他の用途に広く用いられる。

【００１６】

【実施例】図１に示す試験装置を用い、細菌（１０⁸CF
U/ml）とウィルス（１０⁷PFU/ml）のエアロゾルＡを試
験装置の空気導入口３から装置内に吹き込んだ。一方、
空気排出口４に微生物捕集用のフィルターを取り付け、
微生物をトラップした。フィルターから細菌とウィルス
を誘出し下記の培地で培養して定量した（試験は２回行
った）。細菌と培地およびウィルスと細胞：Escherichi a coli ATCC 35150(病原性大腸菌 0-157) デゾキシコレート培地Staphylococcus aureus IFO 12732( 黄色ブドウ球菌 M
RSA) マンニット食塩培地Pseudomona s aeruginosa GNB-139( 緑膿菌) ＮＡＣ寒天培地Bacillus subtilus spore ( 枯草菌芽胞) マンニット食塩培地Coxsacki e virus B6型 Schmitt株ＨＥＬ−Ｒ６６細胞( ヒト胎児肺由来細胞) 試験装置の殺菌灯を消した場合（ファンのみ運転）を対
照として、殺菌灯点灯時の生残菌数、生残率および殺菌
率を求めた。試験条件の組み合わせは、Ｆ（対照）、
Ｓ、Ｓ＋Ｍ、Ｓ＋Ｍ＋Ｌ、Ｓ＋Ｍ＋Ｌ＋Ｒ、Ｓ＋Ｍ＋Ｌ
＋Ｒ＋Ｈの６条件である。ここでＦはファンのみ運転
（全灯消灯）、Ｓはファン運転＋Ｓ（短波長紫外線照射
装置５）点灯、ＭはＭ（中波長紫外線照射装置１０）点
灯、ＬはＬ（長波長紫外線照射装置１３）点灯、ＲはＲ
（赤外線ランプ１８）点灯、ＨはＨ（ハロゲンランプ２
０）点灯をそれぞれ示す。結果を表１〜５に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】

【表３】

【００２０】

【表４】

【００２１】

【表５】

【００２２】表１〜表５の結果から、平均１．２×１０
³CFU(ファンのみの運転) の大腸菌は、殺菌灯ＳとＭの
２灯点灯で平均10CFU 以下( 不検出) となった。平均
２．２×１０³CFU(ファンのみの運転) の黄色ブドウ球
菌（表２）は、殺菌灯ＳとＭとおよび、Ｌの３灯点灯で
平均10CFU 以下( 不検出) となった。平均１．２×１０
³CFU(ファンのみの運転) の緑膿菌（表３）は、殺菌灯
ＳとＭの２灯点灯で平均10CFU 以下( 不検出) となっ
た。平均１．５×１０³CFU(ファンのみの運転) の枯草
菌芽胞（表４）は、殺菌灯ＳとＭとＬおよびＲの４灯点
灯で平均10CFU 以下( 不検出) となった。平均８．２×
１０²PFU(ファンのみの運転) のコクサッキーウィルス
（表５）は、殺菌灯ＳとＭとＬおよびＲの４灯点灯で平
均20PFU 以下( 不検出) となった。大腸菌の殺菌率は、
殺菌灯Ｓのみが平均９８．７％、さらにＭの点灯で平均
９９．２％以上であった。黄色ブドウ球菌の殺菌率は、
殺菌灯ＳとＭの２灯点灯で平均９９．３％、さらにＬの
点灯で平均９９．５％以上であった。緑膿菌の殺菌率
は、殺菌灯Ｓのみが平均９７．９％、さらにＭの点灯で
平均９９．２％以上であった。枯草菌芽胞の殺菌率は、
殺菌灯ＳとＭとＬの３灯点灯で平均９９．０％、さらに
Ｒの点灯で平均９９．３％以上であった。コクサッキー
ウィルスの不活化率は、殺菌灯ＳとＭとＬの３灯点灯で
平均９３．９％、さらにＲの点灯で平均９７．６％以上
であった。

【００２３】試験装置の発生するオゾンの排出量が多く
（試験装置周囲のオゾン臭大）、一回あたりの細菌とウ
ィルス噴霧および回収時間は５分間が限度であった。試
験では、10⁸CFU/mlの濃厚な菌液と10⁷PFU/mlのウィル
ス液を噴霧しているが、それにもかかわらずファンのみ
の運転（対照）で、試験装置の出口側（空気吹き出し
口）では１０³個程度の細菌または１０²個程度のウィ
ルスしか検出されなかった。従って試験装置の殺菌灯点
灯による殺菌およびウィルス不活化効果は高く、内壁等
に付着した微生物も殺菌灯の点灯および触媒による活性
作用により死滅すると考えられる。大腸菌、黄色ブドウ
球菌、緑膿菌等の細菌は、殺菌灯ＳとＭとＬの３灯点灯
で殺菌率９９％以上の殺菌効果が期待できる。枯草菌芽
胞やコクサッキーウィルス等は、前述の細菌に比べて抵
抗性が高いが、殺菌灯ＳとＭとＬの３灯に加えて、Ｒの
点灯で殺菌率９９％以上の殺菌およびウィルス不活化効
果が期待できる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、被処理空気を短波長、
中波長および長波長の各紫外線照射装置を通過させ、各
波長の紫外線を照射することにより、被処理空気の殺
菌、脱臭等の浄化処理を効率よく行なうことができる。

【００２５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空気浄化装置の一例を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１…空気浄化装置、２…ケーシング、３…空気導入口、
３Ａ…フィルター、４…空気排出口、４Ａ…吸引送風
機、５…短波長紫外線照射装置、６…第１の処理室、
７、８、１１、１２、１５、１６…仕切り壁、９…第２
の処理室、１０…中波長紫外線照射装置、１３…長波長
紫外線照射装置、１４…第３の処理室、１７…乾燥室、
１８…赤外線ランプ、１９…光触媒、２０…ハロゲンラ
ンプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4C080 AA07 AA10 BB02 BB05 HH05 JJ03 KK08 LL10 MM02 MM08 QQ01 QQ11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理空気を、１１０ｎｍ以上、２００
ｎｍ未満の短波長紫外線を照射して処理し、オゾンを生
成させる第１の工程と、第１の工程で処理された空気
に、さらに２００ｎｍ以上、３００ｎｍ未満の中波長紫
外線を照射して活性酸素を生成させる第２の工程と、第
２の工程で処理された空気に、さらに３００ｎｍ以上、
３６０ｎｍ以下の長波長紫外線を照射し、前記活性酸素
を基底状態酸素分子に変換する第３の工程とを含み、少
なくとも前記第２および／または第３の工程を光触媒の
存在下に行なうことを特徴とする空気の浄化方法。
【請求項２】前記光触媒は、ＴｉＯ₂のような光半導
体粒子に電極としてＡｇのような金属微粒子を担持させ
たものを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】前記第３の工程で処理された空気に、さ
らに赤外線ランプとハロゲンランプによる照射を行なう
乾燥工程を有する請求項１または２記載の方法。
【請求項４】被処理空気の供給手段および１１０ｎｍ
以上、２００ｎｍ未満の短波長紫外線照射装置を有する
第１の処理室と、該第１の処理室に連設された、２００
ｎｍ以上、３００ｎｍ未満の中波長紫外線照射装置を有
する第２の処理室と、該第２の処理室に連設された３０
０ｎｍ以上、３６０ｎｍ以下の長波長紫外線照射装置を
有する第３の処理室と、該第３の処理室で処理された空
気を外部に排出する手段とを有し、前記第２および／ま
たは第３の処理室は、光触媒を有していることを特徴と
する空気の浄化装置。
【請求項５】前記光触媒は、ＴｉＯ₂のような光半導
体粒子に電極としてＡｇのような金属微粒子を担持させ
たものを含む請求項３記載の装置。
【請求項６】前記第３の処理室に、さらに赤外線ラン
プ照射部とハロゲンランプ照射部を順次設けた乾燥室を
設けたことを特徴とする請求項４または５記載の装置。