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公開番号2022063187
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-04-21
出願番号2020179240
出願日2020-10-09
発明の名称除菌送風機
出願人N-EMラボラトリーズ株式会社
代理人個人
主分類F04D 29/44 20060101AFI20220414BHJP(液体用容積形機械;液体または圧縮性流体用ポンプ)
要約【課題】除菌送風機を提供する。
【解決手段】遠心送風機1において、吸い込み口からの吸込み気流31中の飛沫などのミストを、ケーシング天井面21の内壁に、羽根車10の遠心力に由来する衝突作用で捕集し、捕集されたミスト中の感染源を羽根車に内蔵された紫外線発生装置41で死角なく照明することで殺菌し、除菌された気流35を吐出口33より吐出気流34として放出する。通常遠心送風機1では90%以上の効率での捕集を、気流路を狭めた改良型、気流衝突板を複数置いた改良型、吐出口を渦巻き状に伸長した改良型D、吸い込み口をケーシング舌部近辺に制限した改良型、では99%以上の効率での捕集を行い、除菌率90%以上乃至99%以上を実現する。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項1】
遠心送風機であって、吸込み気流中の飛沫や飛沫核などのミストをケーシングの内壁に90%以上の効率で捕集し、
捕集されたミスト中の感染源をその場で殺菌するための殺菌機器を前記ケーシングに内蔵している
ことを特徴とする除菌送風機。
続きを表示(約 1,000 文字)【請求項2】
前記殺菌機器は、電力供給する発電部と共に、
羽根車に内蔵される紫外線発生装置である
ことを特徴とする請求項1に記載の除菌送風機。
【請求項3】
前記紫外線発生装置は、波長範囲が180nmから379nmのいずれかに中心波長をもつ紫外線を発生する1個乃至複数個の紫外線LEDであって、
前記羽根車の外周側に固定され、
ミスト捕集したケーシング内壁を羽根車回転時に全面照明する
ことを特徴とする請求項2に記載の除菌送風機。
【請求項4】
前記発電部は、前記ケーシングに固定された磁石と協働する電磁誘導発電機を前記羽根車に持ち、
羽根車回転時に発生した交流電力を、
前記発電部に付随する整流回路を通じ、
羽根車内蔵の前記紫外線LEDに供給する
ことを特徴とする請求項2に記載の除菌送風機。
【請求項5】
前記殺菌機器は、前記ケーシング内壁に付着したミスト中の感染源を高温殺菌するため に、前記ケーシングの外壁に装着される加熱機器である
ことを特徴とする請求項1に記載の除菌送風機。
【請求項6】
前記加熱機器は、前記ケーシング内壁を60℃から120℃に保持しうる電力容量を持つヒーターである
ことを特徴とする請求項5に記載の除菌送風機。
【請求項7】
前記ヒーターは、リボンヒーター、セラミックヒーター、ゴムヒーターのいずれかである
ことを特徴とする請求項6に記載の除菌送風機。
【請求項8】
前記殺菌機器は、付着したミスト中の感染源を抗菌または殺菌するために、
前記ケーシング内壁に担持される抗菌塗膜である
ことを特徴とする請求項1に記載の除菌送風機。
【請求項9】
前記抗菌塗膜は、銀系抗菌剤、植物由来抗菌剤、金属イオン系抗菌剤、光触媒機能素材のいずれかよりなる塗布膜である
ことを特徴とする請求項8に記載の除菌送風機。
【請求項10】
前記ケーシングは、飛沫、飛沫核などのミスト捕集効率を向上するために、
前記ケーシング内壁に気流衝突板を複数有する
ことを特徴とする請求項1に記載の除菌送風機。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【発明の詳細な説明】
【】
【技術分野】
【0001】
本発明は、遠心送風機に関する。より詳しくは、除菌機能を持つ遠心送風機に関する。
続きを表示(約 3,400 文字)【背景技術】
【0002】
一般に室内空気に関する清浄化については、フィルター利用を中心とした種々の製品(非特許文献1、2)が市販されている。しかしこれらは、付随的に付着した細菌やウイルスなどの除去を含むものの塵埃除去が主目的であり除菌を目的としたものではない。除菌した清浄空気の供給をうたった製品としては、空気還流型の紫外線殺菌装置(非特許文献3)、紫外線照射による開放型の紫外線殺菌装置(非特許文献4)が市販されている。また先願例としては、電解水を用いた空気除菌装置(特許文献1)、マイクロプラズマを用いた除菌装置(特許文献2)、次亜塩素酸水を用いた除菌機能付き加湿空気清浄装置(特許文献3)、紫外線殺菌を用いた空気清浄機(特許文献4)などがある。
【0003】
すでに本出願人は、閉鎖空間に対する感染症対策機器として、便器内空気の殺菌装置(特許文献5)、ハンドドライヤー空気の殺菌装置(特許文献6)、患者下半身局所の空気殺菌装置(特許文献7)、乗用車やエレベーターなどの移動体内の殺菌装置(特許文献8)、などを出願しているが、それら全てにおいて、閉鎖空間と殺菌箱を結合する円環気流接合の原理を用いて、特定の紫外線光出力での殺菌率、殺菌時間、送風気流量との関係を明らかにした。その関係を実証するため、大腸菌懸濁液のスプレーミスト(噴霧液体微粒子)を感染飛沫と見立て、便器内空気殺菌及びハンドドライヤー空気殺菌の実験を行ったが、除菌が殺菌箱なしで遂行されるという想定外の発見があった。種々の原因探査実験の結果(詳細実験は後述)、送風機特に遠心送風機は、吸込まれたスプレーミストを送風機内に水滴として捕集し除菌することが判明した(図1参照)。
本願では、ミストとは気体中に分散した液体微粒子を指すものとする。また本願では、殺菌と除菌を区別する。殺菌は、細菌やウイルスの不活化を指し、除菌は、殺菌及び細菌やウイルス実体の物質的除去を包むものとする。
【0004】
先に示した空気清浄機市販品も先願の発明例も外装こそ一体化された形態を持つが、内部では明確に空気を送る送風部と殺菌部・除菌部が別個の構造要素として存在する。しかし想定外の発見は、感染性飛沫、感染性飛沫核を含むミスト一般が、送風機自体に直接捕集されその場で殺菌される可能性を示唆している。送風機によるミスト捕集は、例えば厨房換気扇にたまる油煙の油などの現象から日常的には既知だが、それを詳細に調べた前例がない。そこで、この発見を新規の空気除菌装置の発明に応用するため定量実験を行った。以下その結果および理論的考察につき記載する。
(発明課題及び発明形態を確定するための実験)
【0005】
送風機によるミスト捕集は、用いた送風機がシロッコファンを用いた遠心型であることを考えると首肯できる事象である。既に固体の塵埃については遠心集じん機として回転気流の遠心力が利用されている(非特許文献5)。遠心送風機においても、遠心力が働けば、ミストが送風機ケーシング内壁に衝突し濡れることで捕集されても不思議ではない。
遠心力集じんの場合、塵埃は固体が想定されているので、ケーシング内壁に付着せず落下するが、ミストは液体であるので送風機内壁に容易に濡れ捕集され得る。実際、送風機内部を吐出口側から撮影すると、実験後、図1Aに示すようにケーシング天井壁に水滴が観測された。ただ人の口から発せられる飛沫には大きさの分布があり、一般的に小さい飛沫や飛沫核ほど捕集しにくいので、除菌につき定量的な推計をするには、捕集率をミストの大きさとの対応で考える必要がある。また、除菌送風機としての性能を確定する上で、遠心羽根車の構造、気流路の構造、ケーシング内壁の親水性、捕集ミストの殺菌法なども考慮すべき重要な発明要素である。こうした事前の考察を経て、新日本空調(株)の協力のもと以下の実験を行った。
【0006】
実験概要
:市販携帯扇風機(ベルトに装着する小型扇風機で羽根車にシロッコファン利用)の原型と改良型(図2参照)につきミスト捕集率を比較した。粒径5μmを中心に幅広いサイズ分布を持つミストの発生には、新日本空調(株)製純水ミスト発生器plus Tracerを用いた。異なる径の浮遊粒子の粒子数の計数には、東京ダイレック(株)製のパーティクルカウンター
AeroTrak9303を用いた。図3Cに示すように、送風機の入り口と出口にパーティクルカウンターを置き、送風機吸入気流と吐出気流中の粒子数を同時に30秒間カウントし、その変化からミストの捕集率を推計した。目には見えないが、通常の生活空間には極めて多数の塵埃がありミスト粒子数カウントの背景ノイズとなる。その背景ノイズを除くため本実験では新日本空調(株)のクリーンルーム設備を使用した。
【0007】
実験条件
:後述の理論解析でも述べるように、ミストの捕集率は、ミストのサイズ、羽根車の回転速度、回転半径、羽根車の終端からケーシング内壁までの距離に依存する。遠心送風機のモデルとして使用した市販携帯扇風機の改良はこの点を考慮したもので、図2Bに示すように気流との衝突を促進しミスト捕集率を向上するための気流衝突板を気流路に多数設けた。このケーシング構造の改変は、羽根車と内壁間距離を縮小することと等価以上の効果があると考えられる。
市販携帯扇風機の羽根車回転は3段変速なので、これを活用して捕集確率の羽根車回転速度に対する依存性を調べた。羽根車からケーシング内回転流路に出た気流は、ほぼ1回転で外部に吐出されるので、回転流路に入ったミストは羽根車1回転以内にケーシング内壁に衝突しなければ捕集されない。大きいミストは遠心力が強くケーシング内壁に向かう速度も速いので、例えば羽根車半回転時間内に衝突し捕集率を高める。小さいミストは逆に、羽根車1回転時間内に衝突せず捕集率を低める。捕集率は吸込口と吐出口の粒子濃度の差を数値処理して推計されるが、吸込気流路の計測部位を確定しパーティクルカウントを容易にするため、吸込口、吐出口の形を工夫した(後述)。
【0008】
実験系
:実際の実験系については、図3に構成の概要写真を乗せた。図3Aはパーティクルカウ
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子数を5秒ごとにカウントし、粒径0.3μm以上1μm未満、粒径1μm以上5μm未満、粒径5μm以上の3区分に分け出力する。この場合、粒子濃度は(0.24x積算カウント数)÷
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51
このパーティクルカウンター2台を図3Cのように送風機の吸込口(図3B参照)と吐出口(図3D参照)に設置し、ある回数積算カウントする(今回は6回で30秒間の積算)ことで両方の口近辺の空気中粒子濃度を測定する。両者の比から数1を用いて捕集率を推計できる。用いた市販送風機は吸込口、吐出口共に面積が広く測定部分を限定しにくいので、両口共に面積の制限を設けた。図2に示す制限吐出口、制限吸込口がそれである。制限吸込口の先には気流導入パイプを設けた(図3B参照)。
【0009】
実験結果
:ミスト捕集率Tは、気流の送風機吐出口と吸込口における粒子濃度比Rを元に以下の式を用いて推計した。
【0010】
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本来送風機捕集がなければ、粒子濃度は変化せずR=1でT=0%となる。100%捕集なら吐出濃度は0なのでR=0でT=100%となる。ただし、種々原因でR>1なることがあり、Tが負となることがある。本実験でも粒径0.3μm以上1μm未満の時それが見られた。これは、微小ミストの場合、捕集率が低く各種の計測擾乱要因を受けやすく吐出粒子濃度が吸込粒子濃度を超えるためと考えられる。そこで表1には、粒径0.3μm以上1μm未満の時の濃度比で他の区分の捕集率を正規化した値も載せた。正規化推計は以下の式に従う。
(【0011】以降は省略されています)

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