気体処理装置
【課題】オゾンを発生させず、簡易な構造で、消費電力や発熱量が少ない気体処理装置を提供する。
【解決手段】中空構造のハウジング２と、ハウジング２内に気体を取り込む導入口３と、導入口３からハウジング２内に取り込まれる気体の進路を遮る位置に配置された高分子多孔体１１と、高分子多孔体１１の導入口側に配置されて該高分子多孔体１１に向けて深紫外線を照射する紫外線発生部材２０と、高分子多孔体１１を通過した気体を排出する排出口４とを備える気体処理装置１であって、高分子多孔体１１は深紫外線の照射下でＯＨラジカルを生成する高分子化合物からなるように構成して、上記課題を解決する。このとき、紫外線発生部材は２００ｎｍ〜３５０ｎｍの波長の深紫外線を発生する発光ダイオードであることが好ましい。
【解決手段】中空構造のハウジング２と、ハウジング２内に気体を取り込む導入口３と、導入口３からハウジング２内に取り込まれる気体の進路を遮る位置に配置された高分子多孔体１１と、高分子多孔体１１の導入口側に配置されて該高分子多孔体１１に向けて深紫外線を照射する紫外線発生部材２０と、高分子多孔体１１を通過した気体を排出する排出口４とを備える気体処理装置１であって、高分子多孔体１１は深紫外線の照射下でＯＨラジカルを生成する高分子化合物からなるように構成して、上記課題を解決する。このとき、紫外線発生部材は２００ｎｍ〜３５０ｎｍの波長の深紫外線を発生する発光ダイオードであることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、殺菌や気体改質を行う気体処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
食品の鮮度を維持するために、空気中に存在する菌の殺菌技術や特定の気体の改質技術を食品保存庫や冷蔵庫に適用した例が知られている。また、室内の空気を洗浄化する空気清浄器も提案されている。
【０００３】
特許文献１には、農産物から放出されるエチレンガス等の有機ガスを、大気圧下で火花放電（プラズマ放電）を行って、炭素と酸素又は水とに分解し、無害化するのと同時に細菌類の殺菌も行うことができる処理装置が提案されている。この処理装置は、保存中の生鮮農産物の鮮度を長期に保持できるとするものである。具体的には、導入口と排気口とを有する容器本体の内部に、絶縁基板を介して設けられた二つの電極と、その両電極間に設けられた多数の浮遊電極とを有し、その二つの電極間に高電圧を印加し、各浮遊電極間に火花放電を発生させて有機ガスを分解するものである。用いた電極は、トランス、インダクションコイル、抵抗及びインダクタンスからなる電源部にそれぞれ接続されている。
【０００４】
しかし、特許文献１で提案した処理装置は、火花放電を発生させる必要があるため、大きな消費電力が必要になること、発熱すること、及びオゾンが発生すること等の不都合な点が存在する。
【０００５】
こうした問題に対し、本発明者は紫外線を利用した処理装置を提案している（特許文献２）。この処理装置は、水が供給されて水滴で濡れた状態に維持される保水体と、この保水体から１０ｍｍ以内の至近距離に設置され、波長が２５４ｎｍの紫外線を保水体に照射させる水銀ランプとを具備し、１０℃〜４０℃の温度域に制御しつつ、照射した紫外線のエネルギーで保水体からＯＨラジカルを生成させる装置である。この処理装置では、生成したＯＨラジカルを有する保水体にエチレンガスを含む気体を通過させて、エチレンガスを分解してエタンと水に改質するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１３９１９８号公報
【特許文献２】特開２００５−２６１４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に記載の処理装置では、保水面を維持するための水滴供給手段が必要なこと、温度を制御するための手段が必要なこと、水銀ランプを用いること等、装置が複雑になって大型化する。さらに、装置を作動させるためのランニングコストが嵩むという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、オゾンを発生させず、簡易な構造で、殺菌や気体改質を行うことができる気体処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明に係る気体処理装置は、中空構造のハウジングと、該ハウジング内に気体を取り込む導入口と、該導入口から前記ハウジング内に取り込まれる気体の進路を遮る位置に配置された高分子多孔体と、該高分子多孔体の前記導入口側に配置されて該高分子多孔体に向けて深紫外線を照射する紫外線発生部材と、前記高分子多孔体を通過した気体を排出する排出口とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、ハウジング内部に送り込まれる気体の進路を遮る位置に高分子多孔体を配置し、その高分子多孔体は深紫外線の照射下でＯＨラジカルを生成するので、高分子多孔体の導入口側に紫外線発生部材を配置して高分子多孔体に向けて深紫外線を照射することにより、殺菌効果を奏するとともに、気体の改質にも有効に作用する。本発明に係る気体処理装置は、こうした作用効果を奏するので、オゾンを発生させず、また特許文献２の技術のような水分供給手段を設ける必要がなく、構造が簡易で小型化とコスト低減を図ることができる。
【００１１】
本発明に係る気体処理装置において、前記紫外線発生部材は、２００ｎｍ〜３５０ｎｍの波長の深紫外線を発生するように構成されている。
【００１２】
この発明によれば、紫外線発生部材が２００ｎｍ〜３５０ｎｍの波長の深紫外線を発生するので、その波長域で、オゾンを発生させることなく、殺菌効果を奏するとともに、気体の改質効果を奏することができる。
【００１３】
本発明に係る気体処理装置において、前記紫外線発生部材は、複数の深紫外線発光ダイオードを前記高分子多孔体に対向配置してなる。
【００１４】
この発明によれば、紫外線発生部材が複数の深紫外線発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を高分子多孔体に対向配置して構成するので、高分子多孔体に向けて深紫外線を照射した際の発熱が少なく、高分子多孔体を熱で損傷させることがない。また、深紫外線発光ダイオードは、出力電力が小さく、ランニングコストを下げることができ、さらに、雰囲気温度の影響を受けにくく、低温から高温の雰囲気中でも使用することができるので、長期間フリーメンテナンスで作動させることができる。また、複数の深紫外線発光ダイオードを高分子多孔体に対向して配置することにより、高分子多孔体の全域に満遍なく深紫外線を照射することができる。
【００１５】
本発明に係る気体処理装置において、前記紫外線発生部材と前記高分子多孔体との距離が１ｍｍ〜５ｍｍである。
【００１６】
この発明によれば、紫外線発生部材と高分子多孔体との距離が１ｍｍ〜５ｍｍであるので、高分子多孔体に対してデッドゾーンを生じさせることなく深紫外線を照射することができる。
【００１７】
本発明に係る気体処理装置において、前記高分子多孔体が着脱可能に設けられている。
【００１８】
この発明によれば、高分子多孔体が着脱可能に設けられているので、高分子多孔体の交換を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る気体処理装置によれば、高分子多孔体の導入口側に紫外線発生部材を配置して高分子多孔体に向けて深紫外線を照射することにより、殺菌効果を奏するとともに、気体の改質にも有効に作用する。本発明に係る気体処理装置は、こうした作用効果を奏するので、オゾンを発生させず、また特許文献２の技術のような水分供給手段を設ける必要がなく、構造が簡易で小型化とコスト低減を図ることができ、種々の産業分野に適用することができる。
【００２０】
また、本発明に係る気体処理装置によれば、高分子多孔体に向けて深紫外線を照射した際の発熱が少なく、高分子多孔体を熱で損傷させることがない。また、深紫外線発光ダイオードは、出力電力が小さく、ランニングコストを下げることができ、さらに、雰囲気温度の影響を受けにくく、低温から高温の雰囲気中（例えば−３０℃〜５５℃）でも使用することができるので、長期間フリーメンテナンスで作動させることができる。また、複数の深紫外線発光ダイオードを高分子多孔体に対向して配置することにより、高分子多孔体の全域に満遍なく深紫外線を照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る気体処理装置の内部構造の一例を示す断面図である。
【図２】高分子多孔体がハウジングに対して着脱可能であることを示す説明図である。
【図３】紫外線発生部材の一例を示す正面図である。
【図４】紫外線発生部材と高分子多孔体との位置関係を示す説明図である。
【図５】（Ａ）は空気分子に付着した菌にＯＨラジカルが作用するモデル図であり、（Ｂ）は深紫外線がカビやウイルスに作用して殺菌するモデル図である。
【図６】紫外線照射時と非照射時のエチレンガスの分解状態を示すグラフである。
【図７】生鮮食品等の保存庫に気体処理装置を適用した一例を示す斜視図である。
【図８】保存庫に気体処理装置を適用した他の一例を示す一部切り欠き斜視図である。
【図９】保存庫に気体処理装置を適用したさらに他の一例を示す一部切り欠き斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る気体処理装置を図面を参照しつつ説明する。本発明の技術的範囲は、下記の記載や図面のみに限定されるものではない。
【００２３】
［気体処理装置］
気体処理装置１は、図１に示すように、中空構造のハウジング２と、ハウジング２内に気体を取り込む導入口３と、導入口３からハウジング２内に取り込まれる気体の進路を遮る位置に配置された高分子多孔体１１と、高分子多孔体１１の導入口側に配置されて該高分子多孔体１１に向けて深紫外線を照射する紫外線発生部材２０と、高分子多孔体１１を通過した気体を排出する排出口４とを備えている。
【００２４】
（ハウジング）
ハウジング２は、長手方向の両端が開放された中空構造からなるものであって、装置の外殻をなすものである。中空構造であれば、図１に示すような円形断面からなる円筒構造でも、多角形断面からなる角筒構造であってもよい。ハウジング２の長手方向の一方の端は、ハウジング内に気体を取り込む導入口３となり、他方の端は、処理後の気体を排出する排出口４となっている。
【００２５】
ハウジング２の材質は、深紫外線に対して耐久性のある材質であれば特に限定されないが、ステンレス鋼や炭素鋼等の鋼管が好ましく用いられる。このハウジング２は、その内部に紫外線発生部材２０を備えるので、その紫外線発生部材２０から照射された深紫外線の外部への漏れを遮断する構造であることが好ましい。なお、円筒状のハウジング２の場合に、その内径は、例えば３０ｍｍ〜１００ｍｍ、好ましくは５０ｍｍ〜８０ｍｍ程度であることが好ましい。
【００２６】
（導入口と排出口）
導入口２と排出口４は、図１に示すように、ハウジング２の長手方向の両端の開口部のことである。導入口２は、ハウジング２内に気体を取り込む開口部であり、排出口４は、後述する高分子多孔体１１を通過した気体を排出する開口部である。この導入口２と排出口４は、図１に示すように、ハウジング２の内径と同じ内径からなるように構成されていてもよいし、小さい内径からなるように絞り加工された形態で構成されていてもよいし、大きい内径からなるように拡管加工された形態で構成されていてもよい。また、導入口２と排出口４には、後述する図８や図９に示すように、他の配管や部材が接続されていてもよい。
【００２７】
（送風手段）
送風手段は、任意に設けられるものであって、導入口３から取り込んだ気体をハウジング内部に送り込む。送風手段としては、図１に示すように、ハウジング内部に設けられた送風機５を挙げることができる。こうした送風機５をハウジング内の導入口近傍に配置することにより、気体を導入口３に引き込むことができ、さらに、導入口３に引き込んだ気体をハウジング内部の下流側に強制的に送り込むことができる。
【００２８】
図１に示す送風機５は、回転可能な羽根６と、羽根６を回転させる電動モータ７とを備えている。電動モータ７は、ハウジング内部に取り付けられる保持フレーム８によってハウジング２の中心に配されるように保持されている。送風機５には、送風機５を作動させる電源部９が接続されている。なお、電源部９には、送風機５の作動をＯＮ−ＯＦＦさせるスイッチを設けるだけでなく、例えば、ハウジング２内に送り込む気体量を調節する制御部を設ける等してもよい。
【００２９】
なお、図１の例では、送風機５が導入口２側に設けられているが、導入口２から気体をハウジング内部に取り込むことができるものであれば、必ずしも上流側の導入口近傍に設けられていなくてもよい。例えば、導入口２のさらに上流側の装置外に送風機が設けられていてもよいし、高分子多孔体１１よりも下流側（排出口側）に吸引機として設けられて導入口３から気体を取り込むものであってもよいし、排出口４のさらに下流側の装置外に吸引機が設けられて導入口３から気体を取り込むものであってもよい。したがって、図１に示す送風機５や、その送風機５と同様、回転可能な羽根６と、その羽根６を回転させる電動モータ７とからなる吸引機を、任意の箇所に設けて、導入口２から気体をハウジング内部に取り込むことができる。
【００３０】
（高分子多孔体）
高分子多孔体１１は、図１に示すように、ハウジング内部に送り込まれた気体の進路を遮る位置に配置されている。詳しくは、排出口４よりも上流側に設けられ、中空構造のハウジング内部を塞ぐような形態で配置されている。高分子多孔体１１の具体的な態様としては、図２に示すように、ハウジング２から取り外して交換できる着脱可能型のカートリッジ構造であることが好ましい。詳しくは、所定の厚さからなる板状（円板又は矩形板）の高分子多孔体１１と、その高分子多孔体１１の周囲を保持してハウジング内面との隙間を塞ぐリング状ホルダ１２とからなることが好ましい。高分子多孔体１１を着脱可能型のカートリッジ構造として交換可能とすることにより、深紫外線の照射によって高分子多孔体１１からＯＨラジカルが生じた結果、その高分子多孔体１１自体が減容化するのに対処できる。
【００３１】
高分子多孔体１１は、高分子化合物からなる多孔体である。高分子化合物としては、例えば、セルロース、ポリウレタン、木綿等の高分子化合物を挙げることができる。高分子多孔体１１は、気体を通過させる程度の微細孔を有する高分子化合物構造体であり、具体的には、繊維状セルロースの積層体、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリスチレン等の連続気泡を有する高分子発泡体、木綿の圧縮体等を挙げることができる。この高分子多孔体１１は、深紫外線の照射によりＯＨラジカルを生成し、殺菌効果及び気体の改質効果を奏すると推測される。
【００３２】
高分子多孔体１１の厚さは特に限定されないが、５ｍｍ〜２０ｍｍ、好ましくは１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。また、高分子多孔体１１が有する微細孔の大きさは、気体が通過できる程度の極めて微細な孔であればよい。その孔径としては、１０μｍ〜５０μｍ、好ましくは１０μｍ〜３０μｍ程度である。
【００３３】
なお、高分子多孔体１１を保持するリング状ホルダ１２は、照射される深紫外線に対して耐久性のある材質であれば特に限定されないが、ステンレス鋼や炭素鋼等の鋼管が好ましく用いられる。リング状ホルダ１２で高分子多孔体１１を保持してなる高分子多孔体１１は、ハウジング２の所定部位に設けられた半円状の切欠部に、着脱可能に挿入され、脱落がないように固定されている。
【００３４】
（紫外線発生部材）
紫外線発生部材２０は、図１に示すように、高分子多孔体１１の導入口側（上流側）に所定の距離だけ離れて配置され、その高分子多孔体１１に向けて深紫外線を照射する。具体的には、図１及び図３に示すように、複数の深紫外線発光ダイオード２１を高分子多孔体１１に対向配置するように構成している。
【００３５】
図３に示す紫外線発生部材２０は、円板構造の紫外線発生部材であって、面内に複数配置された深紫外線発光ダイオード２１と、その深紫外線発光ダイオード２１を保持する保持フレーム２２とから構成されている。保持フレーム２２は、複数の深紫外線発光ダイオード２１を個々に保持する構造を呈しており、図３に示すように、紫外線発生部材２０の外枠をなしてハウジングの内面形状と同一又は略同一のリング状装着部２３と、その装着部２３の内方に所定の間隔で深紫外線発光ダイオード２１を並設するための取付部２４とで構成されている。保持フレーム２２は、深紫外線発光ダイオード以外はできるだけ開口している方がよいが、全体強度はある程度確保しなければならない。そのため、図３に示すように、保持フレーム２２には、補強材２５が任意に設けられていてもよい。なお、こうした装着部２３、取付部２４、補強材２５等からなる保持フレーム２２は、剛性と強度のある金属材料で形成されていることが好ましく、通常は、ステンレス鋼や炭素鋼等の鋼材で形成されていることが好ましい。
【００３６】
深紫外線発光ダイオード２１は、深紫外線を発生する発光ダイオードであり、図３に示すように、保持フレーム２２に所定の間隔で複数取り付けられている。紫外線発生部材２０には、ハウジング２の外部に設けられた電源部２６から電力が供給されている。
【００３７】
ここで、深紫外線について説明する。一般に、紫外線とは、可視光線よりも波長が短く、Ｘ線よりも波長の長い電磁波であって、波長が１０ｎｍ〜４００ｎｍの不可視光線をいう。さらに、波長が３００ｎｍ〜４００ｎｍのものを近紫外線といい、波長が２００ｎｍ〜３００ｎｍのものを遠紫外線という、波長が２００ｎｍ未満を真空紫外線という。本願でいう「深紫外線」は、波長２００ｎｍ〜３５０ｎｍの紫外線をいうものとする。後述する実施例では、２５４ｎｍの紫外線を発生する深紫外線発光ダイオード２１を使用している。また、深紫外線発光ダイオードとして、波長２５０ｎｍのＡｌＧａＮ発光ダイオード、波長２００ｎｍ〜３５０ｎｍのＩｎＡｌＧａＮ発光ダイオード、波長２４０ｎｍのダイヤモンド発光ダイオード等を挙げることができる。
【００３８】
深紫外線を発生する深紫外線発光ダイオード２１を使用することにより、直接殺菌と、高分子多孔体１１から生成したＯＨラジカルによる酸化殺菌とを重畳的に行うことができ、殺菌をより効率的に行うことができる。深紫外線発光ダイオード２１は、出力電力が３０ｍＷ〜５０ｍＷと小さいので、ランニングコストを抑えることができるとともに、発熱がほとんどなく、高分子多孔体１１が熱によって損傷することもない。また、使用温度範囲も広い（−３０℃〜５５℃）という利点もある。一方、波長２００ｎｍ未満の真空紫外線ではオゾンが発生するおそれがあるとともに、発光体が高価であるという難点がある。また、波長が２５４ｎｍの水銀ランプでも同様の効果を奏するが、水銀ランプは使用温度範囲（２０℃〜４０℃）が狭いこと、ランプ寿命、出力電力、発熱、大きさ等の観点からも発光ダイオードよりも劣る。
【００３９】
図４は、紫外線発生部材２０と高分子多孔体１１との位置関係を示す説明図である。本発明では、紫外線発生部材２０を構成する深紫外線発光ダイオード２１の数及びその配置形態と、紫外線発生部材２０と高分子多孔体１１との距離Ｌとが重要な要素となる。
【００４０】
紫外線発生部材２０を構成する深紫外線発光ダイオード２１は任意の照射角を有するが、深紫外線発光ダイオード２１と高分子多孔体１１との間の距離Ｌが短すぎると、図４（Ａ）に示すように、深紫外線が照射されないデッドゾーンＤが生じてしまうことがある。
【００４１】
また、図４（Ｂ）に示すように、紫外線発生部材２０と高分子多孔体１１との間の距離Ｌが長すぎると、高分子多孔体１１に照射される深紫外線が弱くなる。その結果、高分子多孔体１１で生成するＯＨラジカルが少なくなってしまう。
【００４２】
高分子多孔体１１への深紫外線の照射態様が図４（Ｃ）に示す態様になるように、紫外線発生部材２０と高分子多孔体１１の距離Ｌを調製することにより、高分子多孔体１１の前面１１ａに深紫外線が照射されないデッドゾーンＤを無くすことができる。また、その距離は、ＯＨラジカルの生成力が弱まることがない距離Ｌであることも必要である。そうした距離Ｌは、深紫外線発光ダイオード２１の数や配置態様にも影響するが、好ましくは１ｍｍ〜５ｍｍの範囲とすることができ、特に好ましくは１ｍｍ〜３ｍｍである。
【００４３】
［殺菌作用及び気体改質作用］
本発明に係る気体処理装置１の殺菌作用と気体改質作用について詳しく説明する。
【００４４】
導入口３から取り込まれた気体は、任意に設けられる送風機５によりハウジング２の内部に送り込まれる。送り込まれた気体は、ハウジング２内での進路を遮る位置に配置された高分子多孔体１１に到達する。このとき、高分子多孔体１１には、紫外線発生部材２０から深紫外線が照射され、その高分子多孔体１１は、深紫外線が照射されてＯＨラジカルを生成する。
【００４５】
高分子多孔体１１に深紫外線が照射されてＯＨラジカルが生成している状況下で、その高分子多孔体１１に気体が到達すると、生成しているＯＨラジカルは、その酸化作用によって気体中の菌を殺菌する。なお、高分子多孔体１１から生成したＯＨラジカルの寿命は約１／１０６秒と極めて短時間であるが、高分子多孔体１１には深紫外線が照射し続けるので、高分子多孔体１１からＯＨラジカルが生成し続ける。そのため、気体中の菌の殺菌が継続的に行われる。なお、深紫外線自体も殺菌作用があるため、気体中の菌は深紫外線によっても併せて殺菌される。
【００４６】
また、送り込まれた気体がエチレンガス等の有機ガスである場合は、ＯＨラジカルの酸化反応によってエチレンガス等は分解し、無害な有機ラジカル（・Ｃ２Ｈ３）と水（Ｈ２Ｏ）とに改質される。殺菌処理と改質処理された後の気体は、高分子多孔体１１の微細孔を通過し、排出口４からハウジング２の外に排出する。
【００４７】
殺菌作用についてさらに詳しく説明する。図５（Ａ）は、空気分子３０に付着した菌４０にＯＨラジカルが作用するモデル図である。導入口３から送り込まれた空気分子３０には、カビやウイルス等の菌４０が付着していることがある。空気分子３０に付着した菌４０にＯＨラジカルが作用すると、空気分子３０に付着したカビやウイルス等の菌４０はＯＨラジカルの酸化作用によって殺菌される。
【００４８】
図５（Ｂ）は、深紫外線がカビ４１やウイルス４２等に直接作用して殺菌するモデル図である。深紫外線をカビ４１やウイルス４２に照射すると、深紫外線がカビ４１やウイルス４２の細胞内のＤＮＡに作用して、水和現象、ダイマー形成又は分解等の光化学反応をひき引き起こし、その結果、カビ４１やウイルス４２等が死滅するものと考えられる。この作用を利用して深紫外線の直接照射により空気中のカビ４１やウイルス４２等を殺菌できる。
【００４９】
次に、気体改質作用について具体的に説明する。
【００５０】
高分子多孔体１１として連続気泡を有するポリウレタンフォームを使用し、紫外線発生部材２０として波長２５４ｎｍの深紫外線発光ダイオードを使用した例について詳しく説明する。
【００５１】
化学式１で表されるポリウレタンフォームに深紫外線（ここでは「ＵＶ」で表す。）を照射すると、ポリウレタンフォームから水素原子と酸素原子が切れ、その水素原子と酸素原子から、化学式２に示すＯＨラジカル（・ＯＨ）が生成する。なお、波長２５４ｎｍの紫外線を発生する深紫外線発光ダイオードのエネルギーは約４７２ｋＪ／ｍｏｌであり、Ｎ−Ｈの結合エネルギーは約３９１ｋＪ／ｍｏｌであり、Ｃ−Ｏの結合エネルギーは約３５２ｋＪ／ｍｏｌであるので、深紫外線の照射により、水素原子と酸素原子はポリウレタンフォームから解離してＯＨラジカルを生成する。
【００５２】
【化１】
【００５３】
【化２】
【００５４】
次に、高分子多孔体１１としてセルロースを使用し、紫外線発生部材２０として波長２５４ｎｍの深紫外線発光ダイオードを使用した例について詳しく説明する。
【００５５】
化学式３で表されるセルロースに深紫外線（「ＵＶ」で表す。）を照射すると、セルロースの構造に含まれる−ＣＨ２ＯＨ基からＯＨ基が解離し、ＯＨラジカル（・ＯＨ）が生成する。なお、波長２５４ｎｍの紫外線を発生する深紫外線発光ダイオードのエネルギーは約４７２ｋＪ／ｍｏｌであり、−ＣＨ２ＯＨ基におけるＣ−Ｏの結合エネルギーは約３５２ｋＪ／ｍｏｌであるので、深紫外線の照射により、ＯＨ基がセルロースから解離してＯＨラジカルを生成する。
【００５６】
【化３】
【００５７】
以上のように、高分子多孔体１１として、ポリウレタンフォームやセルロース等のように、深紫外線を照射してＯＨラジカルを生成する連続気泡を有する高分子発泡体を用いることにより、所期の目的を達成できる。
【００５８】
高分子多孔体１１から生成したＯＨラジカルは、後述の実験例で説明するように、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガス等に作用して、エチレン等を改質除去することができる。
【００５９】
以上説明したように、本発明に係る気体処理装置１によれば、深紫外線の発生源として発光ダイオードを用いるので、長寿命で、小電力であり、熱の発生もほとんどないので、高分子多孔体１１の燃焼や軟化を防ぐことができ、安全で長期間の使用も可能である。また、波長が２００ｎｍ〜３５０ｎｍの間の深紫外線を使用するので、オゾンの発生がないという利点がある。また、深紫外線による直接殺菌も可能なので、ＯＨラジカルによる酸化殺菌との重畳効果により、効果的な空気殺菌を実現できる。また、ＯＨラジカルを有機ガスに反応させることにより、有機ガスの改質処理を行うことができる。また、装置を簡単な構造とすることができるので、小型化、軽量化、低廉化を実現できる。また、深紫外線発光ダイオードは、−３０℃〜５５℃の温度範囲で使用でき、湿度に影響されないので、使用しやすいという利点もある。
【実施例】
【００６０】
次に、本発明に係る気体処理装置１によるエチレンガスの分解実験を行った。
【００６１】
容器内にエチレンガスを封入し、容器内に配置した気体処理装置１の紫外線発生部材２０から高分子多孔体１１に向けて深紫外線を照射した場合（ＵＶ−ＯＮ）と照射しなかった場合（ＵＶ−ＯＦＦ）とを比較した。
【００６２】
実験の条件は次のとおりである。
・容器の容量：１１２Ｌ
・高分子多孔体：連続気泡を有するポリウレタンフォーム
・紫外線発生部材：波長２５４ｎｍのＵＶ管（深紫外線ＬＥＤの代替）を１本
・入力電力：０．９Ｗ
・紫外線発生部材と高分子多孔体との距離：２．５ｍｍ
【００６３】
図６は、紫外線照射時と非照射時のエチレンガスの分解状態を示すグラフである。図６に示すグラフの横軸は時間（分）を表し、縦軸はエチレンガスの濃度（ｐｐｍ）を表している。図６に示すように、深紫外線の非照射時は、実験開始当初（グラフ中経過時間が０分の時点）で約３００ｐｐｍ存在したエチレンガスが、時間の経過に伴って漸次減少し、実験終了時（７０分経過時）には約２２０ｐｐｍであった。一方、深紫外線の照射時は、実験開始当初で約３００ｐｐｍ存在したエチレンガスが、非照射時に比べて急激に減少し、実験終了時（７０分経過時）には約１６０ｐｐｍとなった。
【００６４】
測定時間に対するエチレンガスの減少の程度を、下記式１を用いて定量的に算出した。
【００６５】
｛（実験当初の濃度）−（実験終了時の濃度）｝／測定時間 …（１）
【００６６】
深紫外線の照射時は約１．１４[ｐｐｍ／ｍｉｎ]であったのに対し、深紫外線の非照射時は約２．００[ｐｐｍ／ｍｉｎ]となり、両者の差は約１．７５倍であった。このように、エチレンガスの自然減衰の場合に比べ、気体処理装置１を作動させて高分子多孔体１１からＯＨラジカルを生成させた場合は、エチレンガスをより減少させることができた。
【００６７】
［気体処理装置の使用例］
本発明に係る気体処理装置１の使用例を、図７〜図９を参照しつつ説明する。
【００６８】
図７は、生鮮食品５５の保存庫５０に気体処理装置１を適用した一例を示す斜視図である。図７に示すように、生鮮食品５５が保存庫５０の内部に収容されており、気体処理装置１が保存庫内の背面部５１の上部に取り付けられている。収容された生鮮食品５５からはエチレンガスが発生する。気体処理装置１は、高分子多孔体１１から生成させたＯＨラジカルの作用によって、エチレンガスを無害なエタンと水に改質する。また、気体処理装置１は、保存庫内に存在する菌類を殺菌する。これにより、保存庫内に収容された生鮮食品５５の鮮度は長期間維持される。
【００６９】
図８は、保存庫６０に気体処理装置１を適用した他の一例を示す一部切り欠き斜視図である。図８に示すように、保存庫６０の内部にはダクト６５が配置され、そのダクト６５の内部に気体処理装置１が設けられている。ダクト６５は、吸気ダクト６６と排気ダクト６８とで構成されている。
【００７０】
吸気ダクト６６は、保存庫内の気体をダクト６５内に取り込むための配管であり、保存庫背面部６１の中央の底部６２から上部に向かって延びるように配置されている。吸気ダクト６６の入口部６７には、吸気ダクト６６の内部に気体を送り込むための送風機５が設けられている。吸気ダクト６６の下部には、気体処理装置１が接続されている。
【００７１】
排気ダクト６８は、気体処理装置１で処理された後の気体を排出するための配管であり、保存庫内の底部６２の周縁に沿って配置されている。したがって、気体処理装置１の下流側に接続された配管を、排気ダクト６８ということができる。排気ダクト６８の周面部には、複数の穴６９が形成されている。穴６９は、気体処理装置１によって殺菌及び改質された気体を保存庫６０の内部に向けて送り出す排出口４である。
【００７２】
なお、図８に示すように、保存庫６０内にダクト６５を配置した場合に、吸気ダクト６６の入口部６７に設けた送風機５だけでダクト全体に気体を十分に循環させることができれば、気体処理装置１自体の導入口近傍の送風機５（図１参照）は設ける必要がない。
【００７３】
図９は、保存庫７０に気体処理装置１を適用したさらに他の一例を示す一部切り欠き斜視図である。図９に示すように、ダクト８０は保存庫７０の外部に配置されていてもよい。詳しくは、ダクト８０は、保存庫７０の背面部７１の外部に配置された吸気ダクト８１と排気ダクト８３とで構成されている。保存庫７０の外部に設けられた吸気ダクト８１は、背面部７１の中央の底部７３から上方に向かって延びるように配置されている。
【００７４】
保存庫７０の背面部７１の上部には、取込口８２が形成されている。この取込口８２は、吸気ダクト８１と接続され、吸気ダクト８１の内部に保存庫７０の気体を取り込むための開口部である。取込口８２には、保存庫内の気体を吸気ダクト８１に向けて強制的に送り込む送風機５が設けられている。吸気ダクト８１の下部には、気体処理装置１が設けられている。
【００７５】
排気ダクト８３は、気体処理装置１で処理された後の気体を排出するための配管であり、側壁面７２の外部の周囲を囲むように配置されている。排気ダクト８３の末端は、保存庫７０の側壁面７２に形成された穴８４に接続されている。気体処理装置１によって殺菌及び改質された気体は、排気ダクト８３を通り、この穴８４から再び保存庫７０の内部に送り込まれる。
【００７６】
なお、図９に示すように、吸気ダクト８１の取込口８７に設けた送風機５だけでダクト全体に気体を十分に循環させることができれば、気体処理装置１自体の導入口近傍の送風機５（図１参照）は設ける必要がない。
【００７７】
以上、生鮮食品の保存庫に気体処理装置１を適用した場合の例を説明したが、本発明に係る気体処理装置１は、家庭用冷蔵庫、業務用冷蔵庫、家庭用空気清浄機、医療現場で使用される空気清浄機、又は工場に設置されるクリーンルーム等にも適用することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１ 気体処理装置
２ ハウジング
３ 導入口
４ 排出口
５ 送風機（送風手段）
６ 羽根
７ 電動モータ
８ 保持フレーム
９ 電源部
１１ 高分子多孔体
１１ａ 高分子多孔体表面
２０ 紫外線発生部材
２１ 深紫外線発光ダイオード
２２ 保持フレーム
２３ 装着部
２４ 取付部
２５ 補強部
２６ 電源部
Ｄ 深紫外線が照射されないデッドゾーン
Ｌ 距離
【技術分野】
【０００１】
本発明は、殺菌や気体改質を行う気体処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
食品の鮮度を維持するために、空気中に存在する菌の殺菌技術や特定の気体の改質技術を食品保存庫や冷蔵庫に適用した例が知られている。また、室内の空気を洗浄化する空気清浄器も提案されている。
【０００３】
特許文献１には、農産物から放出されるエチレンガス等の有機ガスを、大気圧下で火花放電（プラズマ放電）を行って、炭素と酸素又は水とに分解し、無害化するのと同時に細菌類の殺菌も行うことができる処理装置が提案されている。この処理装置は、保存中の生鮮農産物の鮮度を長期に保持できるとするものである。具体的には、導入口と排気口とを有する容器本体の内部に、絶縁基板を介して設けられた二つの電極と、その両電極間に設けられた多数の浮遊電極とを有し、その二つの電極間に高電圧を印加し、各浮遊電極間に火花放電を発生させて有機ガスを分解するものである。用いた電極は、トランス、インダクションコイル、抵抗及びインダクタンスからなる電源部にそれぞれ接続されている。
【０００４】
しかし、特許文献１で提案した処理装置は、火花放電を発生させる必要があるため、大きな消費電力が必要になること、発熱すること、及びオゾンが発生すること等の不都合な点が存在する。
【０００５】
こうした問題に対し、本発明者は紫外線を利用した処理装置を提案している（特許文献２）。この処理装置は、水が供給されて水滴で濡れた状態に維持される保水体と、この保水体から１０ｍｍ以内の至近距離に設置され、波長が２５４ｎｍの紫外線を保水体に照射させる水銀ランプとを具備し、１０℃〜４０℃の温度域に制御しつつ、照射した紫外線のエネルギーで保水体からＯＨラジカルを生成させる装置である。この処理装置では、生成したＯＨラジカルを有する保水体にエチレンガスを含む気体を通過させて、エチレンガスを分解してエタンと水に改質するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１３９１９８号公報
【特許文献２】特開２００５−２６１４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に記載の処理装置では、保水面を維持するための水滴供給手段が必要なこと、温度を制御するための手段が必要なこと、水銀ランプを用いること等、装置が複雑になって大型化する。さらに、装置を作動させるためのランニングコストが嵩むという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、オゾンを発生させず、簡易な構造で、殺菌や気体改質を行うことができる気体処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明に係る気体処理装置は、中空構造のハウジングと、該ハウジング内に気体を取り込む導入口と、該導入口から前記ハウジング内に取り込まれる気体の進路を遮る位置に配置された高分子多孔体と、該高分子多孔体の前記導入口側に配置されて該高分子多孔体に向けて深紫外線を照射する紫外線発生部材と、前記高分子多孔体を通過した気体を排出する排出口とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、ハウジング内部に送り込まれる気体の進路を遮る位置に高分子多孔体を配置し、その高分子多孔体は深紫外線の照射下でＯＨラジカルを生成するので、高分子多孔体の導入口側に紫外線発生部材を配置して高分子多孔体に向けて深紫外線を照射することにより、殺菌効果を奏するとともに、気体の改質にも有効に作用する。本発明に係る気体処理装置は、こうした作用効果を奏するので、オゾンを発生させず、また特許文献２の技術のような水分供給手段を設ける必要がなく、構造が簡易で小型化とコスト低減を図ることができる。
【００１１】
本発明に係る気体処理装置において、前記紫外線発生部材は、２００ｎｍ〜３５０ｎｍの波長の深紫外線を発生するように構成されている。
【００１２】
この発明によれば、紫外線発生部材が２００ｎｍ〜３５０ｎｍの波長の深紫外線を発生するので、その波長域で、オゾンを発生させることなく、殺菌効果を奏するとともに、気体の改質効果を奏することができる。
【００１３】
本発明に係る気体処理装置において、前記紫外線発生部材は、複数の深紫外線発光ダイオードを前記高分子多孔体に対向配置してなる。
【００１４】
この発明によれば、紫外線発生部材が複数の深紫外線発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を高分子多孔体に対向配置して構成するので、高分子多孔体に向けて深紫外線を照射した際の発熱が少なく、高分子多孔体を熱で損傷させることがない。また、深紫外線発光ダイオードは、出力電力が小さく、ランニングコストを下げることができ、さらに、雰囲気温度の影響を受けにくく、低温から高温の雰囲気中でも使用することができるので、長期間フリーメンテナンスで作動させることができる。また、複数の深紫外線発光ダイオードを高分子多孔体に対向して配置することにより、高分子多孔体の全域に満遍なく深紫外線を照射することができる。
【００１５】
本発明に係る気体処理装置において、前記紫外線発生部材と前記高分子多孔体との距離が１ｍｍ〜５ｍｍである。
【００１６】
この発明によれば、紫外線発生部材と高分子多孔体との距離が１ｍｍ〜５ｍｍであるので、高分子多孔体に対してデッドゾーンを生じさせることなく深紫外線を照射することができる。
【００１７】
本発明に係る気体処理装置において、前記高分子多孔体が着脱可能に設けられている。
【００１８】
この発明によれば、高分子多孔体が着脱可能に設けられているので、高分子多孔体の交換を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る気体処理装置によれば、高分子多孔体の導入口側に紫外線発生部材を配置して高分子多孔体に向けて深紫外線を照射することにより、殺菌効果を奏するとともに、気体の改質にも有効に作用する。本発明に係る気体処理装置は、こうした作用効果を奏するので、オゾンを発生させず、また特許文献２の技術のような水分供給手段を設ける必要がなく、構造が簡易で小型化とコスト低減を図ることができ、種々の産業分野に適用することができる。
【００２０】
また、本発明に係る気体処理装置によれば、高分子多孔体に向けて深紫外線を照射した際の発熱が少なく、高分子多孔体を熱で損傷させることがない。また、深紫外線発光ダイオードは、出力電力が小さく、ランニングコストを下げることができ、さらに、雰囲気温度の影響を受けにくく、低温から高温の雰囲気中（例えば−３０℃〜５５℃）でも使用することができるので、長期間フリーメンテナンスで作動させることができる。また、複数の深紫外線発光ダイオードを高分子多孔体に対向して配置することにより、高分子多孔体の全域に満遍なく深紫外線を照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る気体処理装置の内部構造の一例を示す断面図である。
【図２】高分子多孔体がハウジングに対して着脱可能であることを示す説明図である。
【図３】紫外線発生部材の一例を示す正面図である。
【図４】紫外線発生部材と高分子多孔体との位置関係を示す説明図である。
【図５】（Ａ）は空気分子に付着した菌にＯＨラジカルが作用するモデル図であり、（Ｂ）は深紫外線がカビやウイルスに作用して殺菌するモデル図である。
【図６】紫外線照射時と非照射時のエチレンガスの分解状態を示すグラフである。
【図７】生鮮食品等の保存庫に気体処理装置を適用した一例を示す斜視図である。
【図８】保存庫に気体処理装置を適用した他の一例を示す一部切り欠き斜視図である。
【図９】保存庫に気体処理装置を適用したさらに他の一例を示す一部切り欠き斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る気体処理装置を図面を参照しつつ説明する。本発明の技術的範囲は、下記の記載や図面のみに限定されるものではない。
【００２３】
［気体処理装置］
気体処理装置１は、図１に示すように、中空構造のハウジング２と、ハウジング２内に気体を取り込む導入口３と、導入口３からハウジング２内に取り込まれる気体の進路を遮る位置に配置された高分子多孔体１１と、高分子多孔体１１の導入口側に配置されて該高分子多孔体１１に向けて深紫外線を照射する紫外線発生部材２０と、高分子多孔体１１を通過した気体を排出する排出口４とを備えている。
【００２４】
（ハウジング）
ハウジング２は、長手方向の両端が開放された中空構造からなるものであって、装置の外殻をなすものである。中空構造であれば、図１に示すような円形断面からなる円筒構造でも、多角形断面からなる角筒構造であってもよい。ハウジング２の長手方向の一方の端は、ハウジング内に気体を取り込む導入口３となり、他方の端は、処理後の気体を排出する排出口４となっている。
【００２５】
ハウジング２の材質は、深紫外線に対して耐久性のある材質であれば特に限定されないが、ステンレス鋼や炭素鋼等の鋼管が好ましく用いられる。このハウジング２は、その内部に紫外線発生部材２０を備えるので、その紫外線発生部材２０から照射された深紫外線の外部への漏れを遮断する構造であることが好ましい。なお、円筒状のハウジング２の場合に、その内径は、例えば３０ｍｍ〜１００ｍｍ、好ましくは５０ｍｍ〜８０ｍｍ程度であることが好ましい。
【００２６】
（導入口と排出口）
導入口２と排出口４は、図１に示すように、ハウジング２の長手方向の両端の開口部のことである。導入口２は、ハウジング２内に気体を取り込む開口部であり、排出口４は、後述する高分子多孔体１１を通過した気体を排出する開口部である。この導入口２と排出口４は、図１に示すように、ハウジング２の内径と同じ内径からなるように構成されていてもよいし、小さい内径からなるように絞り加工された形態で構成されていてもよいし、大きい内径からなるように拡管加工された形態で構成されていてもよい。また、導入口２と排出口４には、後述する図８や図９に示すように、他の配管や部材が接続されていてもよい。
【００２７】
（送風手段）
送風手段は、任意に設けられるものであって、導入口３から取り込んだ気体をハウジング内部に送り込む。送風手段としては、図１に示すように、ハウジング内部に設けられた送風機５を挙げることができる。こうした送風機５をハウジング内の導入口近傍に配置することにより、気体を導入口３に引き込むことができ、さらに、導入口３に引き込んだ気体をハウジング内部の下流側に強制的に送り込むことができる。
【００２８】
図１に示す送風機５は、回転可能な羽根６と、羽根６を回転させる電動モータ７とを備えている。電動モータ７は、ハウジング内部に取り付けられる保持フレーム８によってハウジング２の中心に配されるように保持されている。送風機５には、送風機５を作動させる電源部９が接続されている。なお、電源部９には、送風機５の作動をＯＮ−ＯＦＦさせるスイッチを設けるだけでなく、例えば、ハウジング２内に送り込む気体量を調節する制御部を設ける等してもよい。
【００２９】
なお、図１の例では、送風機５が導入口２側に設けられているが、導入口２から気体をハウジング内部に取り込むことができるものであれば、必ずしも上流側の導入口近傍に設けられていなくてもよい。例えば、導入口２のさらに上流側の装置外に送風機が設けられていてもよいし、高分子多孔体１１よりも下流側（排出口側）に吸引機として設けられて導入口３から気体を取り込むものであってもよいし、排出口４のさらに下流側の装置外に吸引機が設けられて導入口３から気体を取り込むものであってもよい。したがって、図１に示す送風機５や、その送風機５と同様、回転可能な羽根６と、その羽根６を回転させる電動モータ７とからなる吸引機を、任意の箇所に設けて、導入口２から気体をハウジング内部に取り込むことができる。
【００３０】
（高分子多孔体）
高分子多孔体１１は、図１に示すように、ハウジング内部に送り込まれた気体の進路を遮る位置に配置されている。詳しくは、排出口４よりも上流側に設けられ、中空構造のハウジング内部を塞ぐような形態で配置されている。高分子多孔体１１の具体的な態様としては、図２に示すように、ハウジング２から取り外して交換できる着脱可能型のカートリッジ構造であることが好ましい。詳しくは、所定の厚さからなる板状（円板又は矩形板）の高分子多孔体１１と、その高分子多孔体１１の周囲を保持してハウジング内面との隙間を塞ぐリング状ホルダ１２とからなることが好ましい。高分子多孔体１１を着脱可能型のカートリッジ構造として交換可能とすることにより、深紫外線の照射によって高分子多孔体１１からＯＨラジカルが生じた結果、その高分子多孔体１１自体が減容化するのに対処できる。
【００３１】
高分子多孔体１１は、高分子化合物からなる多孔体である。高分子化合物としては、例えば、セルロース、ポリウレタン、木綿等の高分子化合物を挙げることができる。高分子多孔体１１は、気体を通過させる程度の微細孔を有する高分子化合物構造体であり、具体的には、繊維状セルロースの積層体、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリスチレン等の連続気泡を有する高分子発泡体、木綿の圧縮体等を挙げることができる。この高分子多孔体１１は、深紫外線の照射によりＯＨラジカルを生成し、殺菌効果及び気体の改質効果を奏すると推測される。
【００３２】
高分子多孔体１１の厚さは特に限定されないが、５ｍｍ〜２０ｍｍ、好ましくは１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。また、高分子多孔体１１が有する微細孔の大きさは、気体が通過できる程度の極めて微細な孔であればよい。その孔径としては、１０μｍ〜５０μｍ、好ましくは１０μｍ〜３０μｍ程度である。
【００３３】
なお、高分子多孔体１１を保持するリング状ホルダ１２は、照射される深紫外線に対して耐久性のある材質であれば特に限定されないが、ステンレス鋼や炭素鋼等の鋼管が好ましく用いられる。リング状ホルダ１２で高分子多孔体１１を保持してなる高分子多孔体１１は、ハウジング２の所定部位に設けられた半円状の切欠部に、着脱可能に挿入され、脱落がないように固定されている。
【００３４】
（紫外線発生部材）
紫外線発生部材２０は、図１に示すように、高分子多孔体１１の導入口側（上流側）に所定の距離だけ離れて配置され、その高分子多孔体１１に向けて深紫外線を照射する。具体的には、図１及び図３に示すように、複数の深紫外線発光ダイオード２１を高分子多孔体１１に対向配置するように構成している。
【００３５】
図３に示す紫外線発生部材２０は、円板構造の紫外線発生部材であって、面内に複数配置された深紫外線発光ダイオード２１と、その深紫外線発光ダイオード２１を保持する保持フレーム２２とから構成されている。保持フレーム２２は、複数の深紫外線発光ダイオード２１を個々に保持する構造を呈しており、図３に示すように、紫外線発生部材２０の外枠をなしてハウジングの内面形状と同一又は略同一のリング状装着部２３と、その装着部２３の内方に所定の間隔で深紫外線発光ダイオード２１を並設するための取付部２４とで構成されている。保持フレーム２２は、深紫外線発光ダイオード以外はできるだけ開口している方がよいが、全体強度はある程度確保しなければならない。そのため、図３に示すように、保持フレーム２２には、補強材２５が任意に設けられていてもよい。なお、こうした装着部２３、取付部２４、補強材２５等からなる保持フレーム２２は、剛性と強度のある金属材料で形成されていることが好ましく、通常は、ステンレス鋼や炭素鋼等の鋼材で形成されていることが好ましい。
【００３６】
深紫外線発光ダイオード２１は、深紫外線を発生する発光ダイオードであり、図３に示すように、保持フレーム２２に所定の間隔で複数取り付けられている。紫外線発生部材２０には、ハウジング２の外部に設けられた電源部２６から電力が供給されている。
【００３７】
ここで、深紫外線について説明する。一般に、紫外線とは、可視光線よりも波長が短く、Ｘ線よりも波長の長い電磁波であって、波長が１０ｎｍ〜４００ｎｍの不可視光線をいう。さらに、波長が３００ｎｍ〜４００ｎｍのものを近紫外線といい、波長が２００ｎｍ〜３００ｎｍのものを遠紫外線という、波長が２００ｎｍ未満を真空紫外線という。本願でいう「深紫外線」は、波長２００ｎｍ〜３５０ｎｍの紫外線をいうものとする。後述する実施例では、２５４ｎｍの紫外線を発生する深紫外線発光ダイオード２１を使用している。また、深紫外線発光ダイオードとして、波長２５０ｎｍのＡｌＧａＮ発光ダイオード、波長２００ｎｍ〜３５０ｎｍのＩｎＡｌＧａＮ発光ダイオード、波長２４０ｎｍのダイヤモンド発光ダイオード等を挙げることができる。
【００３８】
深紫外線を発生する深紫外線発光ダイオード２１を使用することにより、直接殺菌と、高分子多孔体１１から生成したＯＨラジカルによる酸化殺菌とを重畳的に行うことができ、殺菌をより効率的に行うことができる。深紫外線発光ダイオード２１は、出力電力が３０ｍＷ〜５０ｍＷと小さいので、ランニングコストを抑えることができるとともに、発熱がほとんどなく、高分子多孔体１１が熱によって損傷することもない。また、使用温度範囲も広い（−３０℃〜５５℃）という利点もある。一方、波長２００ｎｍ未満の真空紫外線ではオゾンが発生するおそれがあるとともに、発光体が高価であるという難点がある。また、波長が２５４ｎｍの水銀ランプでも同様の効果を奏するが、水銀ランプは使用温度範囲（２０℃〜４０℃）が狭いこと、ランプ寿命、出力電力、発熱、大きさ等の観点からも発光ダイオードよりも劣る。
【００３９】
図４は、紫外線発生部材２０と高分子多孔体１１との位置関係を示す説明図である。本発明では、紫外線発生部材２０を構成する深紫外線発光ダイオード２１の数及びその配置形態と、紫外線発生部材２０と高分子多孔体１１との距離Ｌとが重要な要素となる。
【００４０】
紫外線発生部材２０を構成する深紫外線発光ダイオード２１は任意の照射角を有するが、深紫外線発光ダイオード２１と高分子多孔体１１との間の距離Ｌが短すぎると、図４（Ａ）に示すように、深紫外線が照射されないデッドゾーンＤが生じてしまうことがある。
【００４１】
また、図４（Ｂ）に示すように、紫外線発生部材２０と高分子多孔体１１との間の距離Ｌが長すぎると、高分子多孔体１１に照射される深紫外線が弱くなる。その結果、高分子多孔体１１で生成するＯＨラジカルが少なくなってしまう。
【００４２】
高分子多孔体１１への深紫外線の照射態様が図４（Ｃ）に示す態様になるように、紫外線発生部材２０と高分子多孔体１１の距離Ｌを調製することにより、高分子多孔体１１の前面１１ａに深紫外線が照射されないデッドゾーンＤを無くすことができる。また、その距離は、ＯＨラジカルの生成力が弱まることがない距離Ｌであることも必要である。そうした距離Ｌは、深紫外線発光ダイオード２１の数や配置態様にも影響するが、好ましくは１ｍｍ〜５ｍｍの範囲とすることができ、特に好ましくは１ｍｍ〜３ｍｍである。
【００４３】
［殺菌作用及び気体改質作用］
本発明に係る気体処理装置１の殺菌作用と気体改質作用について詳しく説明する。
【００４４】
導入口３から取り込まれた気体は、任意に設けられる送風機５によりハウジング２の内部に送り込まれる。送り込まれた気体は、ハウジング２内での進路を遮る位置に配置された高分子多孔体１１に到達する。このとき、高分子多孔体１１には、紫外線発生部材２０から深紫外線が照射され、その高分子多孔体１１は、深紫外線が照射されてＯＨラジカルを生成する。
【００４５】
高分子多孔体１１に深紫外線が照射されてＯＨラジカルが生成している状況下で、その高分子多孔体１１に気体が到達すると、生成しているＯＨラジカルは、その酸化作用によって気体中の菌を殺菌する。なお、高分子多孔体１１から生成したＯＨラジカルの寿命は約１／１０６秒と極めて短時間であるが、高分子多孔体１１には深紫外線が照射し続けるので、高分子多孔体１１からＯＨラジカルが生成し続ける。そのため、気体中の菌の殺菌が継続的に行われる。なお、深紫外線自体も殺菌作用があるため、気体中の菌は深紫外線によっても併せて殺菌される。
【００４６】
また、送り込まれた気体がエチレンガス等の有機ガスである場合は、ＯＨラジカルの酸化反応によってエチレンガス等は分解し、無害な有機ラジカル（・Ｃ２Ｈ３）と水（Ｈ２Ｏ）とに改質される。殺菌処理と改質処理された後の気体は、高分子多孔体１１の微細孔を通過し、排出口４からハウジング２の外に排出する。
【００４７】
殺菌作用についてさらに詳しく説明する。図５（Ａ）は、空気分子３０に付着した菌４０にＯＨラジカルが作用するモデル図である。導入口３から送り込まれた空気分子３０には、カビやウイルス等の菌４０が付着していることがある。空気分子３０に付着した菌４０にＯＨラジカルが作用すると、空気分子３０に付着したカビやウイルス等の菌４０はＯＨラジカルの酸化作用によって殺菌される。
【００４８】
図５（Ｂ）は、深紫外線がカビ４１やウイルス４２等に直接作用して殺菌するモデル図である。深紫外線をカビ４１やウイルス４２に照射すると、深紫外線がカビ４１やウイルス４２の細胞内のＤＮＡに作用して、水和現象、ダイマー形成又は分解等の光化学反応をひき引き起こし、その結果、カビ４１やウイルス４２等が死滅するものと考えられる。この作用を利用して深紫外線の直接照射により空気中のカビ４１やウイルス４２等を殺菌できる。
【００４９】
次に、気体改質作用について具体的に説明する。
【００５０】
高分子多孔体１１として連続気泡を有するポリウレタンフォームを使用し、紫外線発生部材２０として波長２５４ｎｍの深紫外線発光ダイオードを使用した例について詳しく説明する。
【００５１】
化学式１で表されるポリウレタンフォームに深紫外線（ここでは「ＵＶ」で表す。）を照射すると、ポリウレタンフォームから水素原子と酸素原子が切れ、その水素原子と酸素原子から、化学式２に示すＯＨラジカル（・ＯＨ）が生成する。なお、波長２５４ｎｍの紫外線を発生する深紫外線発光ダイオードのエネルギーは約４７２ｋＪ／ｍｏｌであり、Ｎ−Ｈの結合エネルギーは約３９１ｋＪ／ｍｏｌであり、Ｃ−Ｏの結合エネルギーは約３５２ｋＪ／ｍｏｌであるので、深紫外線の照射により、水素原子と酸素原子はポリウレタンフォームから解離してＯＨラジカルを生成する。
【００５２】
【化１】
【００５３】
【化２】
【００５４】
次に、高分子多孔体１１としてセルロースを使用し、紫外線発生部材２０として波長２５４ｎｍの深紫外線発光ダイオードを使用した例について詳しく説明する。
【００５５】
化学式３で表されるセルロースに深紫外線（「ＵＶ」で表す。）を照射すると、セルロースの構造に含まれる−ＣＨ２ＯＨ基からＯＨ基が解離し、ＯＨラジカル（・ＯＨ）が生成する。なお、波長２５４ｎｍの紫外線を発生する深紫外線発光ダイオードのエネルギーは約４７２ｋＪ／ｍｏｌであり、−ＣＨ２ＯＨ基におけるＣ−Ｏの結合エネルギーは約３５２ｋＪ／ｍｏｌであるので、深紫外線の照射により、ＯＨ基がセルロースから解離してＯＨラジカルを生成する。
【００５６】
【化３】
【００５７】
以上のように、高分子多孔体１１として、ポリウレタンフォームやセルロース等のように、深紫外線を照射してＯＨラジカルを生成する連続気泡を有する高分子発泡体を用いることにより、所期の目的を達成できる。
【００５８】
高分子多孔体１１から生成したＯＨラジカルは、後述の実験例で説明するように、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガス等に作用して、エチレン等を改質除去することができる。
【００５９】
以上説明したように、本発明に係る気体処理装置１によれば、深紫外線の発生源として発光ダイオードを用いるので、長寿命で、小電力であり、熱の発生もほとんどないので、高分子多孔体１１の燃焼や軟化を防ぐことができ、安全で長期間の使用も可能である。また、波長が２００ｎｍ〜３５０ｎｍの間の深紫外線を使用するので、オゾンの発生がないという利点がある。また、深紫外線による直接殺菌も可能なので、ＯＨラジカルによる酸化殺菌との重畳効果により、効果的な空気殺菌を実現できる。また、ＯＨラジカルを有機ガスに反応させることにより、有機ガスの改質処理を行うことができる。また、装置を簡単な構造とすることができるので、小型化、軽量化、低廉化を実現できる。また、深紫外線発光ダイオードは、−３０℃〜５５℃の温度範囲で使用でき、湿度に影響されないので、使用しやすいという利点もある。
【実施例】
【００６０】
次に、本発明に係る気体処理装置１によるエチレンガスの分解実験を行った。
【００６１】
容器内にエチレンガスを封入し、容器内に配置した気体処理装置１の紫外線発生部材２０から高分子多孔体１１に向けて深紫外線を照射した場合（ＵＶ−ＯＮ）と照射しなかった場合（ＵＶ−ＯＦＦ）とを比較した。
【００６２】
実験の条件は次のとおりである。
・容器の容量：１１２Ｌ
・高分子多孔体：連続気泡を有するポリウレタンフォーム
・紫外線発生部材：波長２５４ｎｍのＵＶ管（深紫外線ＬＥＤの代替）を１本
・入力電力：０．９Ｗ
・紫外線発生部材と高分子多孔体との距離：２．５ｍｍ
【００６３】
図６は、紫外線照射時と非照射時のエチレンガスの分解状態を示すグラフである。図６に示すグラフの横軸は時間（分）を表し、縦軸はエチレンガスの濃度（ｐｐｍ）を表している。図６に示すように、深紫外線の非照射時は、実験開始当初（グラフ中経過時間が０分の時点）で約３００ｐｐｍ存在したエチレンガスが、時間の経過に伴って漸次減少し、実験終了時（７０分経過時）には約２２０ｐｐｍであった。一方、深紫外線の照射時は、実験開始当初で約３００ｐｐｍ存在したエチレンガスが、非照射時に比べて急激に減少し、実験終了時（７０分経過時）には約１６０ｐｐｍとなった。
【００６４】
測定時間に対するエチレンガスの減少の程度を、下記式１を用いて定量的に算出した。
【００６５】
｛（実験当初の濃度）−（実験終了時の濃度）｝／測定時間 …（１）
【００６６】
深紫外線の照射時は約１．１４[ｐｐｍ／ｍｉｎ]であったのに対し、深紫外線の非照射時は約２．００[ｐｐｍ／ｍｉｎ]となり、両者の差は約１．７５倍であった。このように、エチレンガスの自然減衰の場合に比べ、気体処理装置１を作動させて高分子多孔体１１からＯＨラジカルを生成させた場合は、エチレンガスをより減少させることができた。
【００６７】
［気体処理装置の使用例］
本発明に係る気体処理装置１の使用例を、図７〜図９を参照しつつ説明する。
【００６８】
図７は、生鮮食品５５の保存庫５０に気体処理装置１を適用した一例を示す斜視図である。図７に示すように、生鮮食品５５が保存庫５０の内部に収容されており、気体処理装置１が保存庫内の背面部５１の上部に取り付けられている。収容された生鮮食品５５からはエチレンガスが発生する。気体処理装置１は、高分子多孔体１１から生成させたＯＨラジカルの作用によって、エチレンガスを無害なエタンと水に改質する。また、気体処理装置１は、保存庫内に存在する菌類を殺菌する。これにより、保存庫内に収容された生鮮食品５５の鮮度は長期間維持される。
【００６９】
図８は、保存庫６０に気体処理装置１を適用した他の一例を示す一部切り欠き斜視図である。図８に示すように、保存庫６０の内部にはダクト６５が配置され、そのダクト６５の内部に気体処理装置１が設けられている。ダクト６５は、吸気ダクト６６と排気ダクト６８とで構成されている。
【００７０】
吸気ダクト６６は、保存庫内の気体をダクト６５内に取り込むための配管であり、保存庫背面部６１の中央の底部６２から上部に向かって延びるように配置されている。吸気ダクト６６の入口部６７には、吸気ダクト６６の内部に気体を送り込むための送風機５が設けられている。吸気ダクト６６の下部には、気体処理装置１が接続されている。
【００７１】
排気ダクト６８は、気体処理装置１で処理された後の気体を排出するための配管であり、保存庫内の底部６２の周縁に沿って配置されている。したがって、気体処理装置１の下流側に接続された配管を、排気ダクト６８ということができる。排気ダクト６８の周面部には、複数の穴６９が形成されている。穴６９は、気体処理装置１によって殺菌及び改質された気体を保存庫６０の内部に向けて送り出す排出口４である。
【００７２】
なお、図８に示すように、保存庫６０内にダクト６５を配置した場合に、吸気ダクト６６の入口部６７に設けた送風機５だけでダクト全体に気体を十分に循環させることができれば、気体処理装置１自体の導入口近傍の送風機５（図１参照）は設ける必要がない。
【００７３】
図９は、保存庫７０に気体処理装置１を適用したさらに他の一例を示す一部切り欠き斜視図である。図９に示すように、ダクト８０は保存庫７０の外部に配置されていてもよい。詳しくは、ダクト８０は、保存庫７０の背面部７１の外部に配置された吸気ダクト８１と排気ダクト８３とで構成されている。保存庫７０の外部に設けられた吸気ダクト８１は、背面部７１の中央の底部７３から上方に向かって延びるように配置されている。
【００７４】
保存庫７０の背面部７１の上部には、取込口８２が形成されている。この取込口８２は、吸気ダクト８１と接続され、吸気ダクト８１の内部に保存庫７０の気体を取り込むための開口部である。取込口８２には、保存庫内の気体を吸気ダクト８１に向けて強制的に送り込む送風機５が設けられている。吸気ダクト８１の下部には、気体処理装置１が設けられている。
【００７５】
排気ダクト８３は、気体処理装置１で処理された後の気体を排出するための配管であり、側壁面７２の外部の周囲を囲むように配置されている。排気ダクト８３の末端は、保存庫７０の側壁面７２に形成された穴８４に接続されている。気体処理装置１によって殺菌及び改質された気体は、排気ダクト８３を通り、この穴８４から再び保存庫７０の内部に送り込まれる。
【００７６】
なお、図９に示すように、吸気ダクト８１の取込口８７に設けた送風機５だけでダクト全体に気体を十分に循環させることができれば、気体処理装置１自体の導入口近傍の送風機５（図１参照）は設ける必要がない。
【００７７】
以上、生鮮食品の保存庫に気体処理装置１を適用した場合の例を説明したが、本発明に係る気体処理装置１は、家庭用冷蔵庫、業務用冷蔵庫、家庭用空気清浄機、医療現場で使用される空気清浄機、又は工場に設置されるクリーンルーム等にも適用することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１ 気体処理装置
２ ハウジング
３ 導入口
４ 排出口
５ 送風機（送風手段）
６ 羽根
７ 電動モータ
８ 保持フレーム
９ 電源部
１１ 高分子多孔体
１１ａ 高分子多孔体表面
２０ 紫外線発生部材
２１ 深紫外線発光ダイオード
２２ 保持フレーム
２３ 装着部
２４ 取付部
２５ 補強部
２６ 電源部
Ｄ 深紫外線が照射されないデッドゾーン
Ｌ 距離
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空構造のハウジングと、該ハウジング内に気体を取り込む導入口と、該導入口からハウジング内に取り込まれる気体の進路を遮る位置に配置された高分子多孔体と、該高分子多孔体の前記導入口側に配置されて該高分子多孔体に向けて深紫外線を照射する紫外線発生部材と、前記高分子多孔体を通過した気体を排出する排出口とを備えることを特徴とする気体処理装置。
【請求項２】
前記紫外線発生部材は、２００ｎｍ〜３５０ｎｍの波長の深紫外線を発生する、請求項１に記載の気体処理装置。
【請求項３】
前記紫外線発生部材は、複数の深紫外線発光ダイオードを前記高分子多孔体に対向配置してなる、請求項１又は２に記載の気体処理装置。
【請求項４】
前記紫外線発生部材と前記高分子多孔体との距離が１ｍｍ〜５ｍｍである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の気体処理装置。
【請求項５】
前記高分子多孔体が着脱可能に設けられている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の気体処理装置。
【請求項１】
中空構造のハウジングと、該ハウジング内に気体を取り込む導入口と、該導入口からハウジング内に取り込まれる気体の進路を遮る位置に配置された高分子多孔体と、該高分子多孔体の前記導入口側に配置されて該高分子多孔体に向けて深紫外線を照射する紫外線発生部材と、前記高分子多孔体を通過した気体を排出する排出口とを備えることを特徴とする気体処理装置。
【請求項２】
前記紫外線発生部材は、２００ｎｍ〜３５０ｎｍの波長の深紫外線を発生する、請求項１に記載の気体処理装置。
【請求項３】
前記紫外線発生部材は、複数の深紫外線発光ダイオードを前記高分子多孔体に対向配置してなる、請求項１又は２に記載の気体処理装置。
【請求項４】
前記紫外線発生部材と前記高分子多孔体との距離が１ｍｍ〜５ｍｍである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の気体処理装置。
【請求項５】
前記高分子多孔体が着脱可能に設けられている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の気体処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２０５６１５（Ｐ２０１２−２０５６１５Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７１４３５（Ｐ２０１１−７１４３５）
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（３０４０３６７４３）国立大学法人宇都宮大学 (209)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（３０４０３６７４３）国立大学法人宇都宮大学 (209)
【Ｆターム（参考）】
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