空気清浄機

空気清浄機は、室内の空気から汚染物質を除去して室内の空気の質を改善する装置です。これらの装置は、アレルギー患者や喘息患者に有益であり、受動喫煙を軽減または除去するものとして一般に販売されています。

商業グレードの空気清浄機は、小型のスタンドアロン ユニットとして、または医療、工業、商業業界で使用されている空調ユニット(AHU) またはHVACユニットに取り付けることができる大型ユニットとして製造されています。空気清浄機は、処理前に空気から不純物を取り除くために業界でも使用されることがあります。これには通常、 圧力スイング吸着装置またはその他の吸着技術が使用されます。

1830年、チャールズ・アンソニー・ディーン氏は、銅製のヘルメットに柔軟な襟と衣服を取り付けた装置の特許を取得しました。ヘルメットの後部に取り付けられた長い革製のホースは空気を供給するために使用され、当初の構想では二重のふいごを使用してポンプで送るというものでした。短いパイプから呼吸した空気が逃げます。衣服は革または気密性のある布で作られ、ストラップで固定されていました。^[1] 1860年代、ジョン・ステンハウス氏は木炭の吸収特性を空気浄化に応用した2つの特許を申請し（特許1860年7月19日と1867年5月21日）、これによって最初の実用的な呼吸器が誕生しました。^[2]

1871年、物理学者ジョン・ティンダルは、ステンハウスの呼吸器と他の呼吸装置の保護機能を組み合わせた消防士用呼吸器の発明について書いた。^[3]この発明は後に1875年に説明された。^[4]

HEPAフィルターは、1940年代に米国のマンハッタン計画で空気中の放射性汚染物質を制御するために使用され、 1950年代に高効率の空気フィルターとして商品化されました。^{[5] [6]}

最初の住宅用HEPAフィルターは、1963年にドイツのマンフレッド・ハメスとクラウス・ハメス兄弟によって販売されたと伝えられている^{[7] 。彼らは}IQAir社の前身であるIncen Air社を設立した。^[要出典]

ほこり、花粉、ペットのフケ、カビの 胞子、^[8]およびダニの 糞はアレルゲンとして作用し、敏感な人にアレルギーを引き起こす可能性があります。煙の粒子と揮発性有機化合物（VOC）は健康にリスクをもたらす可能性があります。VOCなどのさまざまな成分にさらされると、シックハウス症候群の症状を経験する可能性が高くなります。^[9]

ハーバード大学公衆衛生大学院の健康な建物プログラムのディレクターであるジョセフ・アレン氏は、COVID-19ウイルスの感染を減らす方法として、学校の教室でHEPAフィルター付きの空気清浄機を使用することを推奨し、「高効率HEPAフィルターを備え、適切な部屋のサイズのポータブル空気清浄機は、空気中の粒子の99.97パーセントを捕捉できます」と述べています。^[10]

2021年1月の流体力学モデリング研究によると、エレベーターなどの密閉空間に複数の人が使用しているときに空気清浄機や換気システムを稼働させると、空気の循環効果が生じ、理論的にはウイルスの伝染を促進する可能性があることが示唆されている。^[11] しかし、病院のCOVID-19病棟でポータブルHEPA/UVエアフィルターを実際にテストしたところ、空気中のSARS-CoV-2が完全に除去されたことが実証された。^[12]この報告書では、他の細菌、真菌、ウイルスのバイオエアロゾルも大幅に減少したことが示されており、このようなポータブルフィルターはCOVID-19の院内拡散だけでなく、他の院内感染も防ぐことができる可能性があることを示唆している。アデンブルックの空気消毒研究（AAirDS）では、空気清浄装置のある病棟とない病棟を比較する準実験的研究が行われた。^[13] 研究者らは、空気清浄装置の配備とSARS-CoV-2の院内感染の減少との間に関連性があることを発見したが、その効果の大きさと不確実性は高かった。^[13]病院環境における装置の受容性は不完全であり、^[14]マスク着用や部屋の占有率などの他の制限が緩和されたため、空気清浄装置に対する遵守も低下した。^[13]

空気清浄技術には、アクティブとパッシブの2種類があります。アクティブ空気清浄機は、マイナスに帯電したイオンを空気中に放出し、汚染物質を表面に付着させますが、パッシブ空気清浄機は、空気フィルターを使用して汚染物質を取り除きます。パッシブ空気清浄機は、すべてのほこりや粒子状物質が空気から永久に除去され、フィルターに集められるため、より効率的です。 ^[15] 空気を浄化するために、有効性の異なるいくつかの異なるプロセスを使用できます。2005年時点で、最も一般的な方法は、高効率粒子状空気（HEPA）フィルターと紫外線殺菌照射（UVGI）でした。^[16]

空気フィルターの浄化は、サイズ排除によって空気中の粒子を捕らえます。空気はフィルターに通され、粒子は物理的にフィルターに捕らえられます。次のようなさまざまなフィルターがあります。

• 高効率微粒子捕集（HEPA）フィルターは、0.3マイクロメートルの粒子の少なくとも99.97％を除去し、通常はより大きな粒子とより小さな粒子の除去に効果的です。^[17]クリーンルームに入るすべての空気を濾過するHEPA清浄機は、空気がHEPAフィルターを迂回しないように配置する必要があります。ほこりの多い環境では、HEPAフィルターの後に、簡単に洗浄できる従来のフィルター（プレフィルター）が続く場合があります。プレフィルターは粗い不純物を除去し、HEPAフィルターの洗浄や交換の頻度を減らすことができます。HEPAフィルターは動作中にオゾンや有害な副産物を生成しません。
• MERV 14 以上のフィルター HVAC は、0.3 マイクロメートル以上の浮遊粒子を除去できると評価されています。高効率 MERV 14 フィルターは、0.3 ～ 1.0 マイクロメートルの粒子に対して少なくとも 75% の捕捉率を備えています。MERV フィルターの捕捉率は HEPA フィルターよりも低いですが、セントラル空調システムは同じ時間内に大幅に多くの空気を移動できます。高品質の MERV フィルターを使用すると、初期の資本支出のほんの一部で、高出力の HEPA 機器を使用するよりも効果的です。残念ながら、ほとんどの炉フィルターは気密シールなしで所定の位置にスライドするため、空気がフィルターの周りを通過できます。この問題は、空気抵抗が増加するため、高効率 MERV フィルターの場合はさらに深刻です。高効率 MERV フィルターは通常、密度が高く、セントラル空調システムの空気抵抗が増加するため、空気圧の低下が大きくなり、結果としてエネルギーコストが増加します。
• 空気感染病原体の拡散を防ぐために、有効かつ効果的な殺生物剤処理されたエアフィルター（抗菌剤でコーティングされたエアフィルター）を実現するための研究が進行中です。 ^{[18] [19] [20]}

• 紫外線殺菌照射- UVGI は、強制空気によって UV ランプを通過する空気を殺菌するために使用できます。^[21]空気浄化 UVGI システムは、シールドされた UV ランプを備えた独立型ユニットで、ファンを使用して空気を UV ライトに強制的に通過させます。他のシステムは強制空気システムに設置され、建物の循環によって微生物がランプを通過できるようにします。この形式の殺菌の鍵は、UV ランプの配置と、死んだ微生物を除去するための優れた濾過システムです。たとえば、強制空気システムは設計上、視線を遮るため、UV ライトが遮られる環境領域が作成されます。ただし、冷却システムのコイルとドレンパンに UV ランプを配置すると、これらの自然に湿った場所で微生物が形成されるのを防ぐことができます。コイルではなく空気を処理する最も効果的な方法は、インライン ダクト システムです。これらのシステムはダクトの中央に、空気の流れと平行に配置されます。
• 活性炭は多孔質材料で、揮発性化学物質を分子レベルで吸着できますが、大きな粒子は除去できません。活性炭を使用する場合、吸着プロセスは平衡に達する必要があるため、汚染物質を完全に除去することは難しい場合があります。^[22]活性炭は、汚染物質を気相から固相に変えるプロセスにすぎず、悪化または乱された汚染物質は屋内の空気源で再生できます。^[23]活性炭は室温で使用でき、商業利用の長い歴史があります。通常は他のフィルター技術、特にHEPAと組み合わせて使用​​されます。他の材料も化学物質を吸収できますが、コストが高くなります。
• 偏光メディア電子空気清浄機は、電子的に強化されたアクティブなメディアを使用して、電子空気清浄機と受動的な機械フィルターの両方の要素を組み合わせています。ほとんどの偏光メディア電子空気清浄機は、安全な 24 ボルトの DC 電圧を使用して偏光電界を確立します。ほとんどの空気中の粒子は電荷を帯びており、多くは双極性です。空気中の粒子が電界を通過すると、偏光フィールドが粒子を再配向して使い捨ての繊維メディア パッドに付着します。メディア パッドの最初の通過時に収集されなかった超微粒子 (UFP) は偏光し、他の粒子、臭気、VOC 分子と凝集して、次の通過時に収集されます。収集効率は粒子のサイズによって大きく異なります。^[24]偏光メディア電子空気清浄機の効率は負荷が増加するにつれて増加し、高効率の濾過を提供します。空気抵抗は通常、受動フィルターと同等かそれ以下です。偏光メディア技術は非イオン化であるため、オゾンは生成されません。^[25]
• 光触媒酸化（PCO）は、HVAC 業界の新興技術です。^[26]室内空気質（IAQ）の改善が見込まれることに加え、建物空間への未調整空気の導入を制限する可能性もあり、従来の規範的な設計よりもエネルギーを節約する機会が生まれます。2009 年 5 月現在^{[要出典]、}ローレンス バークレー国立研究所のデータでは、PCO が実際の屋内環境でホルムアルデヒドの量を大幅に増加させる可能性があるという議論の余地のない懸念はなくなりました。 ^[要出典]他の先進技術と同様に、HVAC 設計者は、技術を適切に適用するために、健全なエンジニアリングの原則と実践を採用する必要があります。光触媒酸化システムは、有機汚染物質を完全に酸化して分解することができます。たとえば、数百 ppmv 以下の低濃度で検出された揮発性有機化合物は、完全に酸化される可能性が最も高くなります。^{[22] PCOは、}殺菌に一般的に使用される短波紫外線（UVC）を使用して、触媒（通常は二酸化チタン（TiO ₂）^[27]）を活性化し、細菌やウイルスを酸化します。^[28] PCOダクト内ユニットは、既存の強制空気HVACシステムに取り付けることができます。 PCOは粒子を捕捉または除去しないため、フィルタリング技術ではありません。 分極電気媒体と同様に、PCOアプローチの有効性は粒子サイズに大きく依存し、システムの形状はそれに応じて調整する必要があります。^{[24] PCOシステムは、空気浄化のために他のフィルタリング技術と組み合わせられることがあります。 UV殺菌電球は1年に1回程度交換する必要があります。メーカーは}保証 の条件として定期的な交換を要求する場合があります。 光触媒酸化システムは、多くの場合、商業的に高価です。^[22]
  • 空気浄化に関連する技術として、光電気化学酸化（PECO）があります。技術的にはPCOの一種ですが、PECOは触媒材料と反応性種（例えば、陰極材料の配置による）間の電気化学的相互作用を利用して量子効率を向上させます。このようにして、より低エネルギーのUVA放射を光源として使用しながらも、効率を向上させることができます。^{[29] [30]}
• イオン化空気清浄機は、帯電した電気表面または針を使用して、帯電した空気またはガスイオンを生成します。これらのイオンは空気中の粒子に付着し、帯電したコレクタープレートに静電的に引き付けられます。このメカニズムにより、副産物として微量のオゾンやその他の酸化剤が発生します。 ^{[9]ほとんどのイオン化装置は、産業安全基準である0.05} ppm未満のオゾンを生成します。ファンレスイオン化装置とファンベースイオン化装置の2つの主要な区分があります。ファンレスイオン化装置は騒音がなく、消費電力も少ないですが、空気浄化の効率は低くなります。ファンベースイオン化装置は、はるかに速く空気を浄化して分配します。恒久的に取り付けられた家庭用および産業用のイオン化空気清浄機は、静電集塵機と呼ばれます。
• プラズマ空気清浄機はイオン化空気清浄機の一種です。プレート上に粒子を沈殿させるのではなく、生成されたイオンとの化学反応によって揮発性有機化合物、細菌、ウイルスを破壊することを主な目的としています。実験室環境では有望ですが、空気清浄におけるその有用性と安全性は確立されていません。^[31]
• 遠紫外線空気浄化システム（開発中） [ 32 ^{] [33]}
• 固定化細胞技術は、帯電した微粒子をバイオ反応性物質、つまりバイオリアクターに引き寄せ、酵素的に不活性化することで、空気中から微粒子物質を除去します。
• オゾン発生器はオゾンを生成するように設計されており、全館空気清浄機として販売されることもある。イオン発生器とは異なり、オゾン発生器は大量のオゾンを生成するように設計されている。オゾンは強力な酸化ガスで、他の多くの化学物質を酸化することができる。オゾン発生器を安全に使用できるのは、人がいない部屋で、1時間あたり3000mg以上のオゾンを生成する「ショック治療」用の市販オゾン発生器を使用する場合のみである。修復業者は、火災被害後の煙の臭い、洪水後のカビ臭、カビ（有毒なカビを含む）、および漂白剤やオゾン以外の方法では除去できない腐敗した肉による悪臭を除去するために、この種のオゾン発生器を使用する。ただし、オゾンガスを吸い込むのは健康に良くないため、オゾンを生成する室内空気清浄機を購入する際には細心の注意を払う必要がある。^[34]
• 二酸化チタン（TiO ₂）技術 - TiO ₂のナノ粒子と炭酸カルシウムを、吸着する可能性のある酸性ガスを中和するために、わずかに多孔質の塗料に混ぜます。光触媒作用により、表面の空気中の汚染物質の分解が始まります。^[35]
• 熱力学的滅菌 (TSS) - この技術は、200 °C (392 °F) に加熱されたマイクロキャピラリーを備えたセラミックコアによる熱滅菌を使用します。細菌、ウイルス、ダニのアレルゲン、カビ、真菌の胞子などの微生物粒子の 99.9% が焼却されると言われています。^[要出典]空気は、空気対流の自然なプロセスによってセラミックコアを通過し、その後、熱伝達プレートを使用して冷却されて放出されます。TSS は、粒子を捕捉または除去しないため、フィルタリング技術ではありません。^{[要出典] TSS は有害な副産物を排出しないと主張されています (ただし、部分的な}熱分解の副産物については言及されていません)。また、大気中のオゾン濃度も低下します。^[要出典]
• 活性酸素種 (ROS) 技術は「ROS 浄化装置」とも呼ばれます。空気中の ROS は 7 種類あります。短寿命のものもあれば、長寿命のものもあります。短寿命のものは、ヒドロキシルラジカル、一重項酸素 (ジオキシデン)、スーパーオキシド、原子状酸素、ペルオキシナイトライト (ペルオキシナイトライト) の 5 つです。長寿命の ROS は、過酸化水素 (ガス相) とオゾンの 2 つです。長寿命の過酸化水素 (ガス相) と低レベルのオゾン (30ppb - 50ppb) により、空気中や表面のカビ、バクテリア、ウイルス、細菌などの病原体を殺し、臭気を抑えるのに非常に効果的です。 「ショック治療」として使用される大量のオゾンを生成するオゾン発生器は、人がいない空の部屋でのみ効果を発揮しますが、ROS（活性酸素種）浄化器は、オゾンが（30ppb - 50ppb）であれば、人がいても24時間365日安全に効果を発揮します。ROS（活性酸素種）は、オゾン（30ppb - 50ppb）と過酸化水素を出力するため、非常に効果的な長距離表面処理が可能です。一方、表面処理で非常に短い距離となるヒドロキシルラジカルとスーパーオキシドの2つのROSを生成する二酸化チタンとは異なります。

一部の空気清浄機の他の側面としては、オゾン発生装置からの有害なガス状副産物、^[36]騒音レベル、フィルター交換頻度、電力消費、および見た目の良さがあります。オゾン生成は、空気イオン化清浄機で一般的に行われます。高濃度のオゾンは危険ですが、ほとんどの空気イオン化装置は低量のオゾンを生成しますが、低率のオゾンは効果を低下させます。蓄積すると、特に脆弱な人々の健康に有害な影響を与える可能性があります。^[37]清浄機の騒音レベルは、多くの場合、カスタマーサービス部門から入手でき、通常はデシベル(dB) で報告されます。ほとんどの清浄機の騒音レベルは異なり、ファンの速度に依存する可能性があります。^[38]フィルター交換頻度と電力消費は、どの清浄機でも主要な運用コストです。フィルターには多くの種類があり、水、手、または掃除機で掃除できるものもあれば、数か月または数年ごとに交換する必要があるものもあります。^[39]適切なフィルターは製造元から高額でのみ販売されている場合があり、DRM制御がかけられているものもあり、製造元が認可した交換用フィルターのみ使用できます。^[40]米国では、一部の浄水器はEnergy Starの認定を受けており、エネルギー効率に優れています。

HEPA技術は、一般的な空中アレルゲンを除去するため、ポータブル空気清浄機に使用されています。米国エネルギー省は、メーカーがHEPA要件を満たすために満たさなければならない要件を定めています。HEPA仕様では、0.3マイクロメートルの空中汚染物質を少なくとも99.97％除去する必要があります。^[41]「HEPAタイプ」、「HEPAライク」、「99％HEPA」を謳う製品は、これらの要件を満たしておらず、独立した研究所でテストされていない可能性があります。^[42]

空気清浄機は、清浄空気供給率（空気がどの程度浄化されているか）、効率的なエリアカバー範囲、1 時間あたりの空気交換回数、エネルギー使用量、交換用フィルターのコストなど、さまざまな要素に基づいて評価されます。考慮すべき他の 2 つの重要な要素は、フィルターの予想耐用年数（月または年数で測定）と、空気清浄機のさまざまな設定によって発生する騒音（デシベルで測定）です。この情報は、ほとんどの製造元から入手できます。

他の健康関連機器と同様に、イオン式空気清浄機に関しては、特定の企業の主張をめぐって論争が巻き起こっている。多くの空気清浄機は、3つの酸素原子の高エネルギー同素体であるオゾンをいくらか生成し、湿度がある場合は少量のNO _xを生成する。イオン化プロセスの性質上、イオン式空気清浄機は最も多くのオゾンを生成する傾向がある。^[要出典]これは深刻な懸念事項である。なぜなら、オゾンは健康関連の米国連邦および州基準で規制されている基準大気汚染物質だからである。制御された実験では、多くの場合、オゾン濃度は米国環境保護庁が定めた公共および/または産業安全基準をはるかに超えており、特に換気の悪い部屋では顕著であった。^[43]

オゾンは肺にダメージを与え、胸痛、咳、息切れ、喉の炎症を引き起こす可能性があります。また、喘息などの慢性呼吸器疾患を悪化させ、健康な人でも呼吸器感染症と闘う身体の能力を低下させる可能性があります。喘息やアレルギーのある人は、高濃度のオゾンの悪影響を受けやすいです。たとえば、オゾン濃度が危険なレベルまで上昇すると、喘息発作のリスクが高まります。^[44]

消費者レポートは、平均以下の性能と潜在的な健康リスクのため、オゾン発生空気清浄機の使用を控えるよう勧告している。^[45]一部のメーカーは、屋外と屋内のオゾンは異なると誤って主張している。^[46]これらのデバイスが仮説上のイオンバランスを回復するという主張は、科学的に裏付けられていない。^[46]

オゾン発生器は、清掃業者が人のいない部屋で煙、カビ、悪臭によるダメージを酸化させて永久に除去するために使用されており、貴重で効果的な産業用ツールと考えられています。^[47]しかし、これらの機械は望ましくない副産物を生成する可能性があります。^[45]

2007年9月、カリフォルニア州大気資源局は、法定限度を超えるオゾンを発生する室内空気清浄機の使用禁止を発表しました。2010年に施行されたこの法律では、あらゆる種類の室内空気清浄機が過剰なオゾンを排出しないことを確認するためのテストと認証が義務付けられています。^{[48] [49]}

2015年時点で、米国の住宅用空気清浄機の総市場規模は年間20億ドルと推定されている。^[50]

• 空気清浄機
• 羽根なしファン付き空気清浄機
• 微粒子
• PECO（光電気化学酸化）
• 鼻フィルター
• NASA クリーンエア研究
• スモッグタワー
• スクラバー
• 室内空気質
• コルシ・ローゼンタールボックス
• シティツリー
• 直接空気回収

ウィキメディア・コモンズには、空気清浄機に関連するメディアがあります。

• CADR.org AHAM によるクリーンエア供給率に関する情報
• DOE HEPA フィルター規格 DOE 請負業者向け HEPA フィルター仕様
• Potera, C. (2011)、薪ストーブはHEPAフィルターの助けを借りる米国国立衛生研究所
• 米国環境保護庁による室内空気質（IAQ）
• 自分で作る空気清浄機：国立環境保健協力センターによる有効性と安全な操作に関するエビデンス
• 健康保険は空気清浄機をカバーしません。空気清浄機は耐久医療機器としてリストされていません。