JP2022089409A - 紫外線照射システム - Google Patents

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章 高橋
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一諭 馬渡
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Koji Furuya
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Abstract

【課題】効果的に紫外線を照射することが可能となる紫外線照射システムを提供する。【解決手段】車両の車室内における構成部品に着脱可能に設置される紫外線照射システムであって、該車室内の電源端子から給電をうけるための受電手段と、紫外線を照射する紫外線ランプと、を有する紫外線照射本体を備え、前記車室内の、少なくとも客が接触する領域または客の飛沫がおよぶ領域を含む対象領域に前記紫外線を照射する、紫外線照射システム。【選択図】図4

Description

本発明は、紫外線ランプを備える紫外線照射システムに関する。
従来から、車両の車室内において、タクシーやカーシェアリング等における客を含む不特定の乗員が座った座席シートや、該乗員が接触したりしたドアノブやアシストグリップ、ヘッドレスト等の構成部品に対して、衛生面から菌(微生物やウイルス含む)を除菌、滅菌、消毒(以下、まとめて単に消毒という)することが考えられてきた。一方、従来から、例えば、車室内に設置したイオン発生器から陽イオンや陰イオンを発生させることで車室内の浮遊菌や繊維中の臭気成分等を除去する方法や、車室内のフロアマットや操作パネル、コンソールボックス等の箱物である基材に光触媒層を形成して該光触媒を励起する短波長光(近紫外線のUV-A(UltraViolet-A)等)を該基材に照射する光触媒部材が提案されている(例えば、特許文献1 参照) 。
特開2001-96167号公報
しかし、紫外線を照射する技術において、特許文献1の従来技術では、フロアマットや操作パネル、箱物の内側に上記短波長光を照射する光源は、出荷時に既に車両に組み込まれている必要があるので、後付け等により、上記客が座った座席シートおよび接触したりした構成部品等に対して、適応的に、効果的に紫外線を照射する技術について何ら開示も示唆もされていない。
そこで、本発明は、上記課題を解決すべく、効果的に紫外線を照射することが可能となる紫外線照射システムを提供することを目的とする。
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。
すなわち、本発明にかかる紫外線照射システムは、車両の車室内における構成部品に着脱可能に設置される紫外線照射システムであって、該車室内の電源端子から給電をうけるための受電手段と、紫外線を照射する紫外線ランプと、を有する紫外線照射本体を備え、前記車室内の、少なくとも客が接触する領域または客の飛沫がおよぶ領域を含む対象領域に前記紫外線を照射する。
この構成によれば、紫外線照射システムは、給電ケーブル等の上記受電手段と、上記紫外線ランプとを有し、上記紫外線照射本体を上記構成部品に着脱可能に設置できるため、後付け等が可能であるので、少なくとも客が接触する領域(客が座った座席シート等も含む)または客の飛沫がおよぶ領域を含む上記対象領域に、効果的に紫外線を照射することができる。
上記構成において、
前記紫外線ランプから照射される紫外線の配光を制御する光学部材を備え、
前記紫外線ランプは、350~380nmの波長域に主発光ピークを有し、
前記配光された紫外線の放射強度は,前記配光中心線上において前記紫外線ランプから5cm離れた紫外線の強度が65.5mW/cm以上であってもよい。これにより、高い消毒効果が得られる。
上記構成において、前記対象領域の表面は、光触媒処理が施されていてもよい。これにより、前記対象領域の表面をより効果的に消毒することができる。
上記構成において、
前記車室内の前記対象領域およびその近傍における乗員の有無を検出する乗員検出センサと、
前記乗員が前記対象領域およびその近傍にいない旨の信号が前記乗員検出センサから入力されたことに基づいて前記紫外線を照射する照射制御手段と、を備えていてもよい。
これにより、前記紫外線を前記乗員に照射するのを回避できる。紫外線は、中にはUV-Aなど人への害が少ないものもあるが、例えばUV-Aであっても日焼けの要因になるとも考えられており、前記乗員への照射が回避される方が良い。なお、乗員には上記客が含まれるのは言うまでもない。
上記構成において、
前記紫外線照射システムは前記車室内の構成部品たるヘッドレストに設置され、
前記紫外線ランプは、車両後方向きで、前記対象領域に前記紫外線を照射するように設定されてもよい。
これにより、例えば紫外線照射システムが前部座席のヘッドレストに設置されることで、少なくとも後部座席の、客が接触する領域(客が座った座席シート等も含む)または客の飛沫がおよぶ領域を含む上記対象領域を、紫外線照射領域とすることができる。なお、本システムは、タブレット等に取り付けられて、または搭載されるなどして、ヘッドレストに設置される形でもよい。
上記構成において、前記紫外線照射本体は、更に可視光を照射する可視光ランプを備えてもよい。これにより、紫外線の波長が可視光領域外であるため不可視であるところ、前記紫外線ランプと連動して前記可視光ランプを発光させることで、照射光を疑似的に可視化して、消毒されている領域を視認することができ、例えば客等が車外からでも紫外線照射されている車両を判別できるので、客等が意図せずに照射紫外線を浴びてしまうことを回避できる。
本発明に係る紫外線照射システムは、効果的に紫外線を照射することが可能となる。
本発明の一実施形態に係る紫外線照射システムおよびその概略分解斜視図である。 同紫外線照射システムの設置の一例を示す斜視図である。 同紫外線照射システムの設置の他例を示す斜視図である。 同紫外線照射システムの対象領域および光触媒処理が施されている領域を示す斜視図である。 同紫外線照射システムの電気系の概要を示すブロック図である。 同紫外線照射システムの動作を説明するためのフロー図である。 同紫外線照射システムの検証実験で用いた紫外線照射装置の波長分布を示す図である。 同紫外線照射システムの紫外線照射の検証結果を示す図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号は、同一または相当部分を示し、特段変更等の説明がない限り、適宜その説明を省略する。
図1に、一実施形態に係る紫外線照射システム100を、全体斜視図を上図に、分解斜視図を下図に示す。本実施形態の紫外線照射システム100は、例えば、タクシーやカーシェアリング用の車両、または個人所有の車両(いずれも不図示)等の車室内部に、後付けで着脱可能に取り付けられて使用される。紫外線照射システム100は、少なくとも後述の紫外線ランプ142を有する紫外線照射本体を備え、さらにフロントケース110、レンズ120、人感センサ130、LED基板140、熱伝導シート150、ヒートシンク160、コントロール基板170、バックケース180、固定アーム190を備えており、図1の下図ではこの順に左から右へ分解して示している。上記紫外線照射本体は、他に、後述する図5のプラグ960が接続された受電ケーブル940用の受電部920等の受電手段を具備する。
図1のフロントケース110は、例えばPC(ポリカーボネート)からなる意匠ケースでもあり、レンズ120が固定される一方でバックケース180に取り付けられる。レンズ120は、後述のLED(発光ダイオード)等で実現された紫外線ランプ(紫外線LED)142からの紫外線の照射箇所を調整するためのシリンドリカルレンズ等を含む光学部材である。レンズ120は、例えばシリコンやガラス、プラスチックからなり、拡散レンズやミラーなど、紫外光の配光を制御するその他の部材も含み、LEDからの照射光を集光する集光レンズも含まれる。ここで、レンズ120を介した紫外線LED142の照射箇所は、車室内の、少なくとも乗員もしくは客が接触する領域、または、乗員もしくは客の飛沫がおよぶ領域を含む対象領域を含む。人感センサ130は、車室内の前記対象領域およびその近傍における乗員(典型的には、タクシーやカーシェアリング等における客)の有無を検出する乗員検出センサ、例えば、紫外線照射システム100の前方の乗員の存在を確認する乗員検出センサであり、乗員が前記対象領域およびその近傍にいない旨の信号を後述の照射制御手段に出力し、紫外線LED142からの紫外線照射のオン/オフを制御する。人感センサ130は、本実施形態ではLED基板140に取り付けられる。
LED基板140は、350~380nmの波長域に主発光ピークを有する紫外線またはUV-A等の紫外線を出光する複数の紫外線LED(紫外線ランプ)142,142…142が固定される基板である。なお、複数の紫外線LED142,142…142の中には、上記紫外線を出光する素子と310nm以下の深紫外線を出光するものとが混在してもよく、LED基板140からこれらの紫外線がブレンドされた光が出光されてもよい。熱伝導シート150は、シリコンやPMMA(PolyMethyl MethAcrylate)樹脂等からなり、複数の紫外線LED142,142…142からの発熱をヒートシンク160へ熱伝導するためのものであり、本実施形態ではLED基板140とヒートシンク160とを接着する役割を有する。
ヒートシンク160は、アルミ等からなり、上記複数の紫外線LED142,142…142からの発熱を放熱する。LED基板140および/またはヒートシンク160は、バックケース180に取り付けられる。コントロール基板170は、ガラスやエポキシ樹脂等からなる基板であり、後述の複数の紫外線LED142,142…142からの紫外線照射のオン/オフの制御、照射時間の制御などを行う。コントロール基板170は、バックケース180に取り付けられる。バックケース180は、PC等からなり、フロントケース110、LED基板140および/またはヒートシンク160、コントロール基板170および固定アーム190が固定される。
固定アーム190は、PCやアルミ、プラスチック等からなり、紫外線照射システム100を不図示の車両側へ固定するために使用される。紫外線照射システム100は、例えば、車両側の、運転席や助手席のヘッドレストに固定されるか、該ヘッドレストに取り付けられたタブレット端末の上部等に固定されるか、シート背面に固定されるか、車室の天井の室内灯(不図示)付近などに固定される。本実施形態の固定アーム190は、固定部材192,194を有しており、紫外線照射システム100が車室内の構成部品たるヘッドレストに固定される場合には、固定部材192,194がヘッドレストを支持する2本の棒材SP1,SP2(図2)に係合する。紫外線照射システム100をヘッドレストやタブレット端末周辺に取り付ける利点としては、タブレットに対する取付部材や、ヘッドレストの金属支柱たる棒材SP1,SP2等に、紫外線照射システム100を固定することでそこへ熱を逃がすことができるため、放熱が容易となる点が挙げられる。また、紫外線照射システム100をシート背面や天井に搭載することにより、LED144(図5)等の光源が後続車のドライバーに直接見えないという利点があり、特に後述のように紫外線照射光を疑似的に可視化するためのLED144からの可視光が夜間に後続車のドライバーを幻惑させてしまう懸念がある所、それを回避することができる。
紫外線照射システム100は、両面テープ、面ファスナー、ボルト、クリップなどを用いて車両側へ取り付けられる。特に面ファスナーは、着脱が容易なうえ、人が手で寄りかかったり引っ張るなどして荷重がかかり、固定部材192,194や取付部材等の固定部材が破損する懸念がないため、タクシーやシェアカーなど不特定多数が利用する車両への使用に適している。
図2および図3に、紫外線照射システム100が車両側へ固定される例を図示する。図2では、固定部材192,194(図1)が、前部座席の運転席SH1や助手席(不図示)のヘッドレストHRを支持する2本の棒材SP1,SP2に係合することで、紫外線照射システム100がヘッドレストHRに対して固定される。紫外線照射システム100が、同図のように車両後方向きで車室CB内のヘッドレストHRに設置されることで、紫外線ランプ142(図1)は、車両後方向きで、例えば後部座席上の対象領域に紫外線を照射するように設定されうる。図3では、紫外線照射システム100が、ヘッドレストHRに取り付けられたタブレット端末TBの上部等に、例えばねじ止め、両面テープ貼付け等により固定される。紫外線照射システム100が、同図のように車両後方向きで車室CB内のタブレット端末TBに設置されることによって、紫外線ランプ142は、後の図4に示すように、車両後方向きで、例えば後部座席上の対象領域に紫外線を照射するように設定されうる。
図4に、紫外線照射システム100の対象領域および光触媒処理が施されている領域を示す。図4は、紫外線照射システム100が、ヘッドレストHRに取り付けられたタブレット端末TBの上部に固定されている例である。対象領域は、車室CB内の少なくとも乗員または客が接触する領域または乗員または客の飛沫がおよぶ領域を含み、紫外線照射システム100から紫外線を照射する領域である。対象領域は、例えば、ハンドルSW、シフトノブSN、乗員が体を固定するために握る上記シート等に取り付けられているグリップGP、または、運転席SH1や助手席(不図示)や後部座席SH2等のシート背もたれSH2aもしくはシート座面SH2bがなりうる。光触媒処理は、短時間で消毒を終了できるように、施されるものである。
本実施形態の対象領域の表面は、光触媒処理が施されている。光触媒処理は、ハンドルSW、シフトノブSN、グリップGP、運転席SH1や助手席(不図示)、もしくは後部座席SH2等のシート内装生地SH1aに光触媒を添加することで、または、シートカバーCV1、CV2等の被覆部材に光触媒を添加することで、または、光触媒分散液を上記シートなどの内装品に噴霧することで、達成される。なお、光触媒処理が施されている領域、例えば上記シート内装生地SH1aやシートカバーCV1、CV2等に、蛍光繊維を刺繍等しておくことで、紫外線照射時に蛍光発光させ、紫外線照射を目視できるようにしてもよい。
図5に、紫外線照射システム100の電気系の概要を示す。紫外線照射システム100は、電気系構成品として、少なくとも、上述の紫外線LED142…142や人感センサ130が取り付けられたLED基板140およびコントロール基板170と、車室CB内の電源端子PWから給電をうけるための受電手段900とを備える。なお、紫外線照射システム100は、後述の、電源用の二次電池SCや可視光ランプたる可視光LED144を搭載してもよい。
コントロール基板170は、少なくとも紫外線照射を制御する照射制御手段178を含む演算処理部172を有し、例えばオフタイマ174とオンタイマ176とをさらに有する。コントロール基板170は、人感センサ130からの検知信号および車両側からのイグニションスイッチがオンされたことを示す信号が入力され、紫外線LED142…142(以下、同図のように、単に一つの紫外線LED142で代表記載する)に対して紫外線を照射する指令信号を出力する。本実施形態では、他に、コントロール基板170には、ドアの開閉状態を示す信号が入力されうる。また、コントロール基板170には、車両がシェアカーである場合などに、シェアカーが返却されたことを示す信号等が入力されてもよい。演算処理部172は、こうした信号に基づき、後述のようにオフタイマ174およびオンタイマ176のカウント値も参照して、紫外線照射のオン/オフの判断および制御を行う。
LED基板140は、上述のように人感センサ130および紫外線LED142(複数)を有する。人感センサ130は、人体からの赤外線等の入力により、車室CB内に乗員が存在していることを検知し、その検知信号を演算処理部172へ出力する。紫外線LED142は、演算処理部172からの紫外線照射指令信号の入力を受けて、紫外線を出光する。演算処理部172内の照射制御手段178は、乗員検出センサたる人感センサ130から乗員(典型的には、タクシーやカーシェアリング等における客)が車室CB内の対象領域およびその近傍にいない旨の信号が入力されたことに基づいて、紫外線照射をオンするように制御を行う。
なお、紫外線照射本体に含まれるLED基板140は、更に可視光を照射する可視光LED(可視光ランプ)144を備え、紫外線LED142と連動して可視光LED144の発光をオン/オフさせてもよい。これにより、紫外線の波長が可視光領域外であるため不可視であるところ、照射光を疑似的に可視化して、消毒されている領域を視認することができ、例えば客等が車外からでも紫外線照射されている車両を判別できる。よって、客等が意図せずに照射紫外線を浴びてしまうことを回避できる。
受電手段900の受電部920は、受電ケーブル940が接続され、該受電ケーブル940および車両シガーソケットに嵌合されるプラグ960を経由して、車両側の電源端子PWから給電を受け、紫外線照射システム100の電気系構成部品たるLED基板140やコントロール基板170等に配電する。なお、受電部920は、車両側から、搭載タブレットへ給電するための電源により給電を受けてもよい。また、受電部920は、紫外線照射システム100が二次電池SCを搭載している場合には、イグニションスイッチオフ時に、二次電池SCを電源として給電を受けてもよい。なお、イグニションスイッチオン時に、二次電池SCが充電される。
図6のフロー図を使用して、紫外線照射システム100の動作を説明する。なお、本実施形態では、ステップS300でドアの開閉状態も加味するが、ドアの開閉状態を加味せず、ステップS300を省略してもよい。また、上記シェアカーが返却されたことを示す信号を参照して、シェアカー返却後にのみ当該フローが実行されるようにしてもよい。イグニションスイッチがオンされると紫外線照射システム100に車両側から給電が開始され、ステップS100へ移行する。ステップS100では、紫外線照射システム100は、システムの立ち上げに例えば1分程度待機し、システムの初期設定動作等が実行される。なお、ここでは後で使用するオンタイマおよびオフタイマがリセットされる。その後、ステップS200へ移行する。
ステップS200では、人感センサ130の検知結果に基づき、紫外線照射の対象領域に乗員がいるか判断される。乗員がいると判断された場合は、紫外線照射を行わないため、ステップS210へ移行してオフタイマをリセットし、ステップS200へ戻る。乗員がいないと判断された場合は、紫外線照射処理へ向かうべく、ステップS220へ移行する。ステップS220では、乗員がいない時間を計測するために、オフタイマをカウントする。その後、該カウント値により、乗員がいない時間が例えば1分経過したか否かが判断される。1分経過していないと判断された場合は、ステップS200へ戻る。1分経過したと判断された場合は、ステップS300へ移行する。
ステップS300では、ドア開閉信号を参照して、ドアが開放されているか閉じられているか判断される。ドアが開放されていると判断された場合は、紫外線照射を行わないため、ステップS410へ移行する。アが閉じられていると判断された場合は、ステップS400へ移行する。
ステップS400では、紫外線照射時間を計測するために、オンタイマをカウントする。その後、該カウント値により、紫外線照射時間が例えば10分経過したか否かが判断される。10分経過していないと判断された場合は、ステップS430へ移行し、紫外線照射をオンし(またはオンを維持し)、ステップS200へ戻る。10分経過したと判断された場合は、ステップS410へ移行して、オンタイマをリセットし、その後のステップS420で紫外線照射をオフし、ステップS200へ戻る。
図7および図8を参照して、本実施形態の紫外線照射システム100の紫外線照射の検証結果を説明する。図7に示すように、本実施形態の紫外線ランプ142の出光特性では、350~380nmの波長域に主発光ピークを有し、配光された紫外線の放射強度(放射照度)は,配光の中心線上において紫外線ランプ142から5cm離れた紫外線の単位時間あたりの強度が65.5mW/cm以上である。よって、10分照射時には39.3J/cm以上、20分照射時には78.6J/cm以上、30分照射時には117.9J/cm以上となる。なお、波長λの光線に対応する分光放射照度をEλとすると、放射照度は、
Figure 2022089409000002

で与えられる。
また、ウィルスの不活化比について、図8によると、UV-Aを10分間照射することで、常用対数による値で-1の不活化比となり、光触媒(酸化チタン[TiO])を合わせると、常用対数による値で-2以上の不活化比となる。さらに、UV-A照射時間を増加させることで不活化比が増加するという結果となっている。これらの結果から、10分間で-2以上の不活化比とするためには、5cm離れた紫外線の強度が上記65.5mW/cm以上必要であることが明らかとなった。また、図8によると、光触媒ではない無機材微粒子である硫酸バリウム[BaSo]のウィルス不活化比は、UV-A照射のみの場合と同程度である。このことから、無機材微粒子自体によるウィルス不活化効果は無いことが確認できる。よって、光触媒(酸化チタン)による不活化効果向上の要因は、触媒効果のみであることがわかった。
本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。こうした構成も本発明の範囲内に含まれる。
例えば、紫外線照射システムは、その他の形態として、紫外線ランプ142の紫外線の波長は、250~280nmであってよく、好適には、190~230nmであってもよい。紫外線照射システムは、レンズ120にマイクロミラーを用いたスキャン型照射方式のものであってもよい。さらに、紫外線照射システムは、LED基板140またはレンズ120を回転させることによるスキャン型照射方式であってもよい。また、紫外線照射システムは、車両のトランクに食料などを載せて運搬する場合等に消毒を行うべく、トランクの中を紫外線照射するものであってもよい。この場合に、トランク開放時時は紫外線照射を行わず,トランクを閉じた後に紫外線照射を行い、オンタイマ等により照射停止を行うものであってもよい。
100 紫外線照射システム
120 レンズ(光学部材)
130 人感センサ(乗員検出センサ)
178 照射制御手段
142 紫外線LED(紫外線ランプ)
144 可視光LED(可視光ランプ)
900 受電手段
CB 車室
GP グリップ(対象領域)
HR ヘッドレスト
SC 二次電池
SN シフトノブ(対象領域)
SW ハンドル(対象領域)
SH2a シート背もたれ(対象領域)
SH2b シート座面(対象領域)

Claims (6)

  1. 車両の車室内における構成部品に着脱可能に設置される紫外線照射システムであって、
    該車室内の電源端子から給電をうけるための受電手段と、
    紫外線を照射する紫外線ランプと、
    を有する紫外線照射本体を備え、
    前記車室内の、少なくとも客が接触する領域または客の飛沫がおよぶ領域を含む対象領域に前記紫外線を照射する、
    紫外線照射システム。
  2. 請求項1に記載の紫外線照射システムであって、
    前記紫外線ランプから照射される紫外線の配光を制御する光学部材を備え、
    前記紫外線ランプは、350~380nmの波長域に主発光ピークを有し、
    前記配光された紫外線の放射強度は,前記配光の中心線上において前記紫外線ランプから5cm離れた紫外線の強度が65.5mW/cm以上である、
    紫外線照射システム。
  3. 請求項1または2に記載の紫外線照射システムであって、
    前記対象領域の表面は、光触媒処理が施されている、
    紫外線照射システム。
  4. 請求項1~3のいずれか一項に記載の紫外線照射システムであって、
    前記車室内の前記対象領域およびその近傍における乗員の有無を検出する乗員検出センサと、
    前記乗員が前記対象領域およびその近傍にいない旨の信号が前記乗員検出センサから入力されたことに基づいて前記紫外線を照射する照射制御手段と、を備えた
    紫外線照射システム。
  5. 請求項1~4のいずれか一項に記載の紫外線照射システムであって、
    前記車室内の構成部品たるヘッドレストに設置され、
    前記紫外線ランプは、車両後方向きで、前記対象領域に前記紫外線を照射するように設定された、
    紫外線照射システム。
  6. 請求項1~5のいずれか一項に記載の紫外線照射システムであって、
    前記紫外線照射本体は、更に可視光を照射する可視光ランプを備えた、
    紫外線照射システム。
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