JP5546630B2 - 微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置 - Google Patents

微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置 Download PDF

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Description

本発明は、空間に浮遊している微生物やウイルスを捕捉し、不活化させる微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置関するものである。
従来から、空間に浮遊している微生物やウイルスを除去する浮遊微生物・浮遊ウイルス除去装置が存在している。そのようなものとして、風上側から、コロナ荷電部、高圧電極、フィルター、フィルターに接した電極の順で配置され、作動の間の電荷蓄積の影響を打ち消して、長い寿命全体にわたって高い除去効力を提供できるようにした浮遊微生物・浮遊ウイルス除去装置が開示されている(たとえば、特許文献1参照)。
また、風上側から、プレフィルター、荷電部、光触媒フィルター、紫外線ランプ、ウイルス捕捉フィルター、静電フィルターの順で配置され、インフルエンザウイルス等の病原ウイルスの捕捉、不活化の機能を長時間維持できるとした浮遊微生物・浮遊ウイルス除去装置が開示されている(たとえば、特許文献2参照)。
特表2007−512131号公報(第7頁17行〜第10頁30行、第1図等) 特開平11−188214号公報(第7頁41行〜第8頁51行、第1図等)
しかしながら、特許文献1に記載のような浮遊微生物・浮遊ウイルス除去装置にあっては、フィルターに付着した微生物やウイルスが電界の力を受けて再飛散してしまうことになる。その結果、特許文献1に記載のような浮遊微生物・浮遊ウイルス除去装置では、浮遊微生物や浮遊ウイルスの捕捉効果が低下してしまうという問題点があった。また、特許文献1に記載のような浮遊微生物・浮遊ウイルス除去装置では、フィルターで捕捉した微生物やウイルスが増殖するのを防止するためには、フィルターを清浄化する等のメンテナンス作業を行なう必要があるという問題点もあった。
特許文献2に記載のような浮遊微生物・浮遊ウイルス除去装置にあっては、浮遊微生物及び浮遊ウイルスの除去のために、光触媒フィルター、水滴下式フィルター、静電フィルターと3枚のフィルターを設けている。その結果、特許文献2に記載のような浮遊微生物・浮遊ウイルス除去装置では、圧力損失が増大し、エネルギーロスや騒音等が発生してしまうという問題点があった。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、微生物・ウイルスの除去を安定的に実行可能にするとともに、圧力損失の低減を図るようにした微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置提供することを目的としている。
本発明に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置は、風路筐体と、電圧が印加され、前記風路筐体内に取り込んだ浮遊微生物を荷電する第1電極と、前記第1電極と対向して設置された第1対向電極と、前記第1電極と前記第1対向電極との間に生じた放電により荷電された浮遊微生物を捕捉する親水性フィルターと、前記親水性フィルターを誘電する第2電極と、前記第2電極と対向して前記親水性フィルターを挟む位置に設置された第2対向電極と、前記親水性フィルターを前記第2電極および前記第2対向電極から絶縁して設置する部材と、前記第2電極と前記第2対向電極との間に電圧を印加する直流高電圧電源と、前記第1電極により荷電された前記浮遊微生物に水分を供給する加湿手段と、を備え、前記浮遊微生物を前記親水性フィルターに捕捉することを特徴とする。
本発明に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置よれば、空気中に浮遊している微生物やウイルスを低圧損で捕捉することができ、空気中に浮遊している微生物やウイルスに荷電してから捕捉し、捕捉したウイルスを放電で不活化することができ、微生物やウイルスを捕捉した部分を常時衛生的に保持することができる。
本発明の実施の形態1に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の概略縦断面構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態1に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態1に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置が実行する微生物・ウイルスの捕捉・不活化方法の流れを示すフローチャートである。 電界強度(kV/cm)と一過性ウイルス捕捉率(%)との関係を調べたものをグラフにしたものである。 荷電部高圧電極に印加する電圧極性が一過性ウイルス捕捉率(%)とオゾン発生濃度(ppm)に与える影響を調べたものをグラフにしたものである。 荷電部高圧電極及び捕捉・不活化部高圧電極に印加する電圧の極性が一過性ウイルス捕捉率(%)に与える影響を調べたものをグラフにしたものである。 荷電部高圧電極と風速が一過性ウイルス捕捉率に与える影響を調べたものをグラフにしたものである。 捕捉したウイルスの生存率をオゾンで処理する場合とプラズマで処理する場合で比較したものをグラフにしたものである。 本発明の実施の形態2に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の概略縦断面構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態3に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の概略縦断面構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態4に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の概略縦断面構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態5に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の概略縦断面構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態6に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の概略縦断面構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態7に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の概略縦断面構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態7に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の概略縦断面構成の別の例を示す断面図である。 本発明の実施の形態8に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の概略縦断面構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態9に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の概略縦断面構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態10に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の概略縦断面構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態11に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の概略縦断面構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態1に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の親水性フィルターの構成例を示す図である。 本発明の実施の形態5に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の概略縦断面構成の別の例を示す断面図である。 本発明の実施の形態12に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の概略縦断面構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態12に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の概略縦断面構成の別の例を示す断面図である。 本発明の実施の形態13に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の概略縦断面構成を示す断面図である。 荷電部高圧電極に印加する電圧の波形例を示す図である。 本発明の実施の形態14に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の概略縦断面構成を示す断面図である。 インフルエンザウイルスの生存率の変化を温度・湿度を変化させて示した図である。 粒子径による粒子捕集率の特徴を示した図である。 本発明の実施の形態14に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置にセンサー及び制御装置を追加した概略縦断面構成を示す断面図である。 プラズマで処理する場合に発生するオゾンガス濃度とウイルスを不活化率99%にするのに必要な処理時間に対して、捕捉・不活化部高圧電極と親水性フィルターとの距離が与える影響をグラフにした図である。 本発明の実施の形態6Aに係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の概略縦断面構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態16に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の概略縦断面構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態16に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置が実行する微生物・ウイルスの捕捉・不活化方法の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態17に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の概略縦断面構成を示す断面図である。 プラズマによるウイルス不活化時への風の影響をグラフにした図である。 本発明の実施の形態18に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の概略縦断面構成を示す断面図である。 荷電・不活化高圧電源の構成を示す構成図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置(以下、装置100と称する)の概略縦断面構成を示す断面図である。図2は、装置100の概略構成を示す斜視図である。図1及び図2に基づいて、装置100の構成及び動作について説明する。なお、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図1及び図2では、空気の流れを矢印で示している。
装置100は、空間に浮遊している微生物・ウイルス(以下、浮遊微生物と称する)を捕捉し、捕捉した浮遊微生物を不活化するものである。装置100は、風路筐体10の内部に、風上(上流)側から、送風機1、荷電部高圧電極(第1高電圧印加電極)2、荷電部接地電極(第1対向電極)3、捕捉・不活化部高圧電極(第2高電圧印加電極)5、親水性フィルター6、捕捉・不活化部接地電極(第2対向電極)7が順に配置されて構成されている。
送風機1は、風路筐体10内に空気を取り込むものである。荷電部高圧電極2は、たとえば線径0.1mm〜0.3mm程度の細線が多数張られた電極で構成され、接続されている高電圧電源8から高電圧が印加されるようになっている。荷電部接地電極3は、たとえば金属メッシュ等からなる電極で構成され、接地に接続されるようになっている。荷電部高圧電極2及び荷電部接地電極3で荷電部を構成している。なお、実施の形態では、第1対向電極が荷電部接地電極3であるとして説明するが、荷電部高圧電極2と荷電部接地電極3との間に電圧が印加されればよく、荷電部接地電極3が必ずしも接地されて使用されなくてもよい。また、荷電部高圧電極2を断面積が0.1mm×0.5mmの長方形又はその類似形状のリボン(厚み0.1mm〜0.3mm)で構成しても同様の効果が得られる。この場合、断面積の短辺(0.1mm)側となる面を荷電部接地電極3に向けるようにした方が効率的に荷電でき、また、放電時のスパッタによる電極磨耗による断線の影響を小さくできる効果がある。
捕捉・不活化部高圧電極5は、たとえば線径0.1mm〜0.3mm程度の細線が多数張られた電極で構成され、接続されている可変型高電圧電源4から高電圧が印加されるようになっている。捕捉・不活化部接地電極7は、たとえば金属メッシュ等からなる電極で構成され、接地に接続されるようになっている。なお、実施の形態では、第2対向電極が捕捉・不活化部接地電極7であるとして説明するが、捕捉・不活化部高圧電極5と捕捉・不活化部接地電極7との間に電圧が印加されればよく、捕捉・不活化部接地電極7が必ずしも接地されて使用されなくてもよい。また、捕捉・不活化部高圧電極5を断面積が0.1mm×0.5mmの長方形又はその類似形状のリボン(厚み0.1mm)で構成しても同様の効果が得られる。この場合、断面積の短辺(0.1mm)側となる面を荷電部接地電極3に向けるようにしてもよい。
親水性フィルター6は、一対の捕捉・不活化部高圧電極5と捕捉・不活化部接地電極7とに挟み込まれるようにブッシング9により絶縁設置されている。捕捉・不活化部高圧電極5、親水性フィルター6、及び、捕捉・不活化部接地電極7で捕捉・不活化部を構成している。なお、可変型高電圧電源4は、少なくとも2段階の電圧を捕捉・不活化部高圧電極5に供給可能になっている。また、ブッシング9で絶縁設置する代わりに、図20に示すように絶縁性のフレーム(フレーム15)中に親水性フィルター6を収納して設置してもよい。
このような構成によれば、捕捉・不活化部高圧電極5と捕捉・不活化部接地電極7とに挟み込まれ、絶縁接地された親水性フィルター6が、誘電作用、すなわち分極することになり、親水性フィルター6の表面に静電界が形成されることになる。したがって、荷電部高圧電極2及び荷電部接地電極3からなる荷電部で荷電された、つまり電荷が付加された浮遊微生物が親水性フィルター6の表面に形成された電界に引き寄せられ、親水性フィルター6に衝突することになる。また、浮遊微生物と一緒に浮遊していた水が親水性フィルター6に衝突した際に親水性フィルター6に付着するために、微生物やウイルスは再飛散できなくなる。また、親水性フィルター6に捕捉した微生物やウイルスは、捕捉・不活化部高圧電極5で放電・形成された放電生成物により、不活化される。
このように、装置100では、捕捉部の一部を親水性フィルター6で構成し、その親水性フィルター6を誘電することにより、荷電した浮遊微生物を効率よく誘導し、親水性フィルター6の表面に衝突させ、かつ、衝突した浮遊微生物を水と一緒に保持させることができる。そのため、装置100は、低圧損で浮遊微生物を捕捉することが可能となり、また、捕捉した微生物やウイルスが再飛散してしまうことを抑制することができる。
なお、親水性フィルター6の種類は、衝突した水(ミスト状の水)を吸収できるものであればどのようなものでもよく、特に限定するものではない。また、親水性フィルター6の種類が、水が衝突した際にフィルター表面で水滴を作らないようなものであれば、保持した水の再飛散を抑制でき、捕捉性能を高く維持することが可能になる。
次に、装置100の動作について説明する。
図3は、装置100が実行する微生物・ウイルスの捕捉・不活化方法の流れを示すフローチャートである。装置100の特徴は、浮遊微生物を捕捉する部分と、捕捉した浮遊微生物を不活化する部分と、を共通化した点である。すなわち、装置100は、微生物やウイルスの捕捉処理と、捕捉した微生物やウイルスの不活化処理と、をシーケンシャルに実行可能としたことにより、効率的に微生物やウイルスを除去できるようになっている。
装置100が運転を開始すると、まず、送風機1が稼動する。そして、荷電部高圧電極2に高電圧電源8から高電圧が印加され、捕捉・不活化部高圧電極5に可変型高電圧電源4から高電圧が印加される(ステップS101)。これにより、荷電部高圧電極2と荷電部接地電極3との間で放電が起こり、放電電流が荷電部接地電極3に流れる。ここで、荷電部接地電極3に流れる電流は、図示省略の制御基板等に設けられている電流判定部で計測される。計測された電流値は、電流判定部によって予め設定されている設定電流値と比較される(ステップS102)。そして、問題がなければ次の工程に移る(ステップS102;YES)。
測定された電流値が設定電流値よりも低ければ、荷電部高圧電極2に印加される電圧が高くされ、測定された電流値が設定電流値よりも高ければ、荷電部高圧電極2に印加される電圧が低くされる(ステップS103)。このようにして、浮遊している微生物やウイルスが常時効率よく荷電されていることを確認する(ステップS104)。放電による微生物・ウイルス荷電工程(ステップS103)及び荷電された微生物・ウイルス誘電捕捉工程(ステップS104)が開始すると、タイマーが作動し、これらの工程の運転時間が計測される(ステップS105)。
これらの工程の動作時間が設定時間に達成すると(ステップS105;YES)、荷電部高圧電極2への高電圧印加が停止されるとともに、捕捉・不活化部高圧電極5への高電圧印加が停止される。その後、送風機1が停止し、これらの一連の工程(微生物・ウイルス捕捉工程)は終了する(ステップS106)。
次に、微生物・ウイルス不活化工程が開始される。捕捉・不活化部高圧電極5に可変型高電圧電源4から高電圧が印加される。これにより、捕捉・不活化部高圧電極5と捕捉・不活化部接地電極7の間で放電が起こり、放電電流が捕捉・不活化部接地電極7に流れる。ここで、捕捉・不活化部接地電極7に流れる電流は、電流判定部で計測される。計測された電流値は、電流判定部によって予め設定されている設定電流値と比較される。そして、問題がなければそのまま不活化処理工程が開始される(ステップS107)。
測定された電流値が設定電流値よりも低ければ、捕捉・不活化部高圧電極5に印加される電圧が高くされ、測定された電流値が設定電流値よりも高ければ、捕捉・不活化部高圧電極5に印加される電圧が低くされる(ステップS108)。このようにして、捕捉した微生物やウイルスが常時効率よく不活化処理されていることを確認する。放電による微生物・ウイルス不活化工程(ステップS107、ステップS108)が開始すると、タイマーが作動し、これらの工程の運転時間が計測される(ステップS109)。
これらの工程の動作時間が設定時間に達成すると(ステップS109;YES)、捕捉・不活化部高圧電極5への高電圧印加が停止され、不活化工程は終了する(ステップS110)。その後、再び、微生物・ウイルス荷電・捕捉工程が開始され(ステップS111)、これらの運転が繰り返されることになる。
以上のように、装置100では、浮遊微生物を荷電する工程(浮遊微生物を帯電させる工程)と、荷電した浮遊微生物を誘電された親水性フィルター6で捕捉する工程と、親水性フィルター6で捕捉した浮遊微生物をプラズマで不活化する工程と、を有するようにしたことにより、浮遊微生物を捕捉した部分(親水性フィルター6)を常時衛生的に保持することができる。したがって、装置100が設置される空間(たとえば、居住空間等)の空気も常時衛生的にすることができる。
次に、装置100の特徴事項であるコロナ放電による荷電と親水性フィルター6の誘電による低圧損・高効率捕捉について説明する。表1は、装置100の方式と従来のフィルター方式の圧力損失(Pa)及び一過性ウイルス捕捉率(%)を比較したものである。
表1に示すように、装置100の方式である親水性フィルター6の誘電方式は、風を線速度1m/sで流す場合、通常のフィルターと同等の10Pa程度の圧力損失であることがわかった。また、その時の一過性ウイルス捕捉率は95%程度であり、通常フィルターの一過性ウイルス捕捉率5%と比べて非常に高くなった。これは、静電気の力によりフィルターにウイルスを効率的に衝突できるようになり、また、衝突したウイルスが水の吸着力により再飛散しなくなったためであると考えられる。一方、HEPAフィルター(High Efficiency Particulate Air Filter)は、装置100の方式よりも一過性ウイルス捕集率を高くすることはできるが、圧力損失が大幅に増加することがわかった。
以上のことから、装置100の方式を採用すれば、コロナ放電による荷電と親水性フィルター6の誘電により、圧力損失を通常のフィルターと同等に保ちながら、HEPAフィルターと同レベルの一過性ウイルス捕捉率を達成できることが明らかになった。
次に、装置100の特徴事項である親水性フィルター6の誘電がウイルスの高効率捕捉に与える影響について説明する。図4は、捕捉・不活化部高圧電極5及び親水性フィルター6間の電界強度(kV/cm)と一過性ウイルス捕捉率(%)との関係を調べたものをグラフにしたものである。なお、図4では、横軸が電界強度を、縦軸が一過性ウイルス捕捉率を、それぞれ示している。
図4に示すように、親水性フィルター6を誘電させない場合、コロナ放電によりウイルスを荷電しても、一過性ウイルス捕捉率は30%程度であった(図4で示す黒塗り四角形)。また、フィルターを誘電した場合、一過性ウイルス捕捉率は70%まで向上した(図4で示す白抜き四角形)。さらに、親水性フィルター6を誘電した場合、一過性ウイルス捕捉率は95%まで増加した(図4で示す黒塗り三角形)。
以上のことから、親水性フィルター6を誘電することは非常に重要であることがわかった。これにより、一般的に微生物・ウイルスの除去効果があると認められる90%以上の捕捉を行なうには、親水性フィルター6を誘電することが必要であることが明らかになった。
図5は、荷電部高圧電極2に印加する電圧極性が一過性ウイルス捕捉率(%)とオゾン発生濃度(ppm)に与える影響を調べたものをグラフにしたものである。なお、図5では、横軸が荷電部高圧電極2及び荷電部接地電極3間の電界強度(kV/cm)を、縦軸左側が一過性ウイルス捕捉率を、縦軸右側がオゾン発生濃度を、それぞれ示している。
図5に示すように、一過性ウイルス捕捉率95%を得るには、荷電部高圧電極2に負極性電圧を印加する方が印加する電圧を小さくできた(図5で示す黒塗り四角形)。一方、一過性ウイルス捕捉率95%の場合のオゾン濃度を0.1ppm以下にするには、正極性電圧を印加することが好ましいことがわかった(図5で示す白抜き三角形)。
以上のことから、装置100を空調機器に適応させる場合は、オゾン発生量を低く維持しながら、一過性ウイルス捕捉率を高く維持できる正電極印加でウイルスを荷電する方が好ましいということが明らかになった。
図6は、荷電部高圧電極2及び捕捉・不活化部高圧電極5に印加する電圧の極性が一過性ウイルス捕捉率(%)に与える影響を調べたものをグラフにしたものである。図6に示すように、正極性電圧を荷電部高圧電極2に印加した場合、捕捉・不活化部高圧電極5に印加する電圧を負極性とすることにより、一過性ウイルス捕捉率が増加した。一方、負極性電圧を荷電部高圧電極2に印加した場合、捕捉・不活化部高圧電極5に印加する電圧を正極性とすることにより、一過性ウイルス捕捉率が増加した。
以上のことから、荷電部高圧電極2と捕捉・不活化部高圧電極5とに印加する電圧の極性を逆極性とすることにより、一過性ウイルス捕捉率が向上することが明らかになった。
図7は、荷電部高圧電極2に印加する電圧極性と風速が一過性ウイルス捕捉率に与える影響を調べたものをグラフにしたものである。なお、図7では、横軸が荷電部高圧電極2及び荷電部接地電極3間の電界強度(kV/cm)を、縦軸が一過性ウイルス捕捉率(%)を、それぞれ示している。なお、黒塗りの各種点は荷電部高圧電極2に負極性電圧を、白抜きの各種点は荷電部高圧電極2に正極性電圧を印加したときの値である。図7に示すように、印加電圧の絶対値が6kVの場合も、6.3kVの場合も、風速の変化した場合の一過性ウイルス捕捉率の変化度合いは荷電部高圧電極2に負極性電圧を印加する方が大きくなった。
以上のことから、風速変化が起こるような系では、荷電部高圧電極2に正極性電圧を印加する方が安定したウイルス除去をできることが明らかになった。
次に、装置100の第2の特徴事項である放電による親水性フィルター6に捕捉したウイルスの不活化について説明する。ウイルスは、基本的に電圧を印加し、各電極を分極させるだけでは不活化しない。そのため、装置100では、電圧印加で生じる放電由来の放電生成物により、ウイルスを不活化する構造となっている。
先の図5から、電界強度と放電生成物の一種であるオゾンガスの発生濃度(ppm)に与える印加電圧極性を調べると、同電界強度において、負極性電圧を印加した場合のほうが、正極性電圧を印加した場合よりも、オゾンガス濃度が高いことがわかる。このことから、ウイルス不活化効率を向上させるためには、電圧印加極性は負極性で印加することが望ましいことがわかった。
図8は、捕捉したウイルスを、オゾンガスのみで処理する場合と、オゾンガスのみならず、その他の放電生成物も用いて処理する(プラズマ処理)場合でのウイルス生存率を比較したものをグラフにしたものである。なお、図8では、横軸がオゾン濃度×時間積(ppm・min)を、縦軸が生存率(−)を、それぞれ示している。図8に示すように、オゾン濃度が同じであっても、ウイルスをプラズマ場で処理することにより、短時間に不活化することができた。これは、捕捉したウイルスをプラズマ場に設置することにより、プラズマ中の電子やラジカル、イオン等でもウイルスが不活化するためであると考えられる。
以上のことから、ウイルスを捕捉する親水性フィルター6をプラズマ場に設置する構造にすることにより、短時間にウイルスを不活化することができるようになる。これにより、装置100では、不活化に要する時間を短くすることができ、浮遊微生物を捕捉する時間を長くできることから、より効率的な浮遊微生物の除去が可能になる。
図30は、プラズマで処理する場合に発生するオゾンガス濃度とウイルスを不活化率99%にするのに必要な処理時間に対して、捕捉・不活化部高圧電極5と親水性フィルター6との距離が与える影響をグラフにしたものである。なお、横軸がオゾンガス濃度(プラズマ処理)を、縦軸がウイルスを不活化率99%にするのに必要な処理時間をそれぞれ示している。
図30に示すように、捕捉・不活化部高圧電極5と親水性フィルター6との距離が短いほうが、特に20mm以下になると、劇的に処理時間が短くなることがわかった。これは、捕捉・不活化用高圧電極5と親水性フィルター6との距離が短いほうが、捕捉・不活化部高圧電極5で生成するオゾンガス以外のラジカル等の寿命の短い放電生成物によるウイルス不活化効率が向上するためであると考えられる。
以上のことから、ウイルスを捕捉した親水性フィルター6と、プラズマ場を形成する捕捉・不活化部高圧電極5との距離を、20mm以下に設定することにより、装置100では、ウイルス不活化に要する時間を短くすることができ、より効率的な浮遊微生物の除去が可能になる。
なお、実施の形態1では、浮遊微生物を荷電する前に空気中の粗塵を取り除くフィルターを記載していないが、空気が浮遊微生物を荷電する荷電部に流れ込む前に粗塵を取り除くようなフィルターを備えるようにした方が効率的なウイルス捕捉効果が得られることは言うまでもない。また、実施の形態1では、送風機1を風上側に設置し、ウイルス捕捉部に空気を押し込む場合について述べたが、送風機1を風下側に設置し、ウイルス捕捉部から空気を吸い込むようにしても、同様の殺菌効果が得られることは言うまでもない。
実施の形態2.
図9は、本発明の実施の形態2に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置(以下、装置100aと称する)の概略縦断面構成を示す断面図である。図9に基づいて、装置100aの構成及び動作について説明する。なお、実施の形態2では実施の形態1との相違点を中心に説明し、実施の形態1と同一部分には、同一符号を付している。また、図9では、空気の流れを矢印で示している。
実施の形態2に係る装置100aは、送風機1の風下側に荷電部高圧電極2及び荷電部接地電極11からなる荷電部が設けられている。すなわち、装置100aは、荷電部の構成が実施の形態1に係る装置100と相違している。荷電部高圧電極2は、たとえば線径0.1mm〜0.3mm程度の細線が多数張られた電極で構成され、接続されている高電圧電源8から高電圧が印加されるようになっている。荷電部接地電極11は、たとえば金属板からなる電極で構成され、接地に接続されるようになっている。
このような構成によれば、実施の形態1で説明した効果に加え、荷電部高圧電極2及び荷電部接地電極11で形成される放電空間(図9に示す空間a)に取り込んだ空気を全量供給することができ、空気中の浮遊微生物を効率よく荷電することができることになる。したがって、装置100aによれば、捕捉・不活化部高圧電極5、親水性フィルター6、及び、捕捉・不活化部接地電極7からなる捕捉部での微生物・ウイルス捕捉率を最大限まで高めることができる。なお、荷電部高圧電極2を断面積が0.1mm×0.5mmの長方形又はその類似形状のリボン(厚み0.1mm〜0.3mm)で構成しても同様の効果が得られる。この場合、断面積の短辺(0.1mm)側となる面を荷電部接地電極11に向けるようにした方が効率的に荷電でき、また、放電時のスパッタによる電極磨耗による断線の影響を小さくできる効果がある。
実施の形態3.
図10は、本発明の実施の形態3に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置(以下、装置100bと称する)の概略縦断面構成を示す断面図である。図10に基づいて、装置100bの構成及び動作について説明する。なお、実施の形態3では実施の形態1及び実施の形態2との相違点を中心に説明し、実施の形態1及び実施の形態2と同一部分には、同一符号を付している。また、図10では、空気の流れを矢印で示している。
実施の形態1においては、細線からなる荷電部高圧電極2を風上側に設置し、金網からなる荷電部接地電極3を風下側に設置させることにより、空気中の浮遊微生物を荷電するように構成したが、実施の形態3においては、図10に示すように荷電部高圧電極12を突起物が複数備わっている電極で構成するようにしている。たとえば、図10に示すように空気が圧損なしに通過できる金網や板に突起物を溶接などで取り付けて荷電部高圧電極12を構成するとよい。また、他の例としては、金属板をワイヤーカッターなどで切断し、突起部分を形成するようにして荷電部高圧電極12を構成してもよい。
このような構成によれば、実施の形態1で説明した効果に加え、荷電部高圧電極12が外部からの流入する埃などによる異常放電により破損することを防止でき、安定的な放電を維持しやすくなる。
実施の形態4.
図11は、本発明の実施の形態4に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置(以下、装置100cと称する)の概略縦断面構成を示す断面図である。図11に基づいて、装置100cの構成及び動作について説明する。なお、実施の形態4では実施の形態1〜実施の形態3との相違点を中心に説明し、実施の形態1〜実施の形態3と同一部分には、同一符号を付している。また、図11では、空気の流れを矢印で示している。
実施の形態3においては、荷電部高圧電極12を突起物が複数備わっている電極で構成するようにしたが、実施の形態4においては、荷電部高圧電極13を突起物が複数備わっている電極で構成するとともに、突起物を構成する放電電極表面に触媒を添着するようにしている。ここでは、放電電極表面に、たとえば銀(Ag)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)等の金属触媒を添着することを想定している。
このような構成によれば、実施の形態3で説明した効果に加え、印加電圧を低減することもなく、浮遊微生物の荷電効率を維持しながら、オゾン発生量を低減できることになる。なお、実施の形態4においては、突起物に触媒を添着する場合を示したが、実施の形態1又は実施の形態2で例示した細線に触媒を添着するようにしても同様の効果が得られることは言うまでもない。
実施の形態5.
図12は、本発明の実施の形態5に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置(以下、装置100dと称する)の概略縦断面構成を示す断面図である。図12に基づいて、装置100dの構成及び動作について説明する。なお、実施の形態5では実施の形態1〜実施の形態4との相違点を中心に説明し、実施の形態1〜実施の形態4と同一部分には、同一符号を付している。また、図12では、空気の流れを矢印で示している。
実施の形態2〜実施の形態4では、実施の形態1の構成を基本にしつつ荷電部の変形例を示したが、実施の形態5では、実施の形態1の構成を基本にしつつ捕捉部の変形例を示している。すなわち、実施の形態1〜実施の形態4においては、捕捉部が捕捉・不活化部高圧電極5、親水性フィルター6、及び、捕捉・不活化部接地電極7で構成され、捕捉・不活化部高圧電極5を可変型高電圧電源4に接続し、捕捉・不活化部接地電極7を接地し、これらの一対の電極に親水性フィルター6が挟み込まれることにより、空気中の浮遊微生物を捕捉するようにしたが、実施の形態5においては、図12に示すように親水性フィルターを、表面に親水性吸着剤を担持したハニカム構造体(以下、ハニカム14と称する)で構成している。
このハニカム14は、たとえば金属(ステンレスやアルミニウム等)や、セラミック、紙等で構成されたハニカム表面に親水性吸着剤を担持して構成されたものである。親水性吸着剤としては、たとえば親水性ゼオライト等が有効であるが、水の吸湿性が高い吸着剤であれば種類を特に限定するものではない。ハニカム14は、たとえば金属製のハニカムを、活性炭を溶かしたスラリー状の溶液に浸漬し、乾燥後適温にて焼成することにより得られる。
このような構成によれば、実施の形態1で説明した効果に加え、荷電部で帯電された浮遊微生物が誘電されたハニカム14に衝突した際に、ハニカム14表面で結球することを防止することができる。また、吸着剤表面の細孔に衝突した浮遊微生物をトラップすることができる。これらのことから、ハニカム14の周囲に形成される電界によってウイルスや微生物が再飛散することが防止でき、ウイルスや微生物を高効率に捕捉し、そのまま保持することが可能になる。さらに、親水性吸着剤を使用しているため、臭気成分も捕捉可能になる。
以上のことから、捕捉部を捕捉・不活化部高圧電極5、ハニカム14、及び、捕捉・不活化部接地電極7で構成することにより、浮遊微生物だけでなく、臭気成分等の化学物質を高効率に捕捉することができるという効果が得られる。
なお、実施の形態5においては、親水性吸着剤を金属等でできたハニカム部材に添着した場合について説明したが、その吸着剤表面に二酸化マンガン(MnO2 )や、二酸化チタン(TiO2 )、酸化亜鉛(ZnO)、白金(Pt)、銅(Cu)、銀(Ag)等の触媒作用を有する物質を担持するようにしてもよい。このようにすると、プラズマによるウイルス・微生物不活化工程で、プラズマ処理時に触媒自体が活性化されたり、また、触媒が放電生成物をより活性の高い物質に変換したりすることができるため、より短時間にウイルスや微生物を不活化することができる。また、ハニカム14に付着した化学物質も分解除去することが可能になる。
なお、図21に示すように、ハニカム14を2種類(たとえば、親水性ハニカム14a、触媒添着ハニカム14b)以上のハニカムで構成してもよい。この場合、親水性ハニカム14aを荷電部に近い側(上流側)に、触媒添着ハニカム14bを荷電部から離れた側(下流側)に、それぞれ設けるようにするとよい。つまり、荷電部に最も近くに設置するハニカムを親水性にすればよく、それ以外のハニカムを特に限定するものではない。触媒添着ハニカム14bには、臭気ガスを吸着するための吸着剤や、上記記載の臭気成分を分解・還元するための触媒等が添着されている。なお、この構成において、触媒添着ハニカム14bは、親水性であっても、疎水性であってもどちらでも構わないが、吸着または分解できるガス種類が増えるため親水性、疎水性の吸着剤を組み合わせることにより構成するのが好ましい。
さらに、ハニカム14を設けたことによって、捕捉部で浮遊微生物を捕捉しながら、荷電部で発生した放電生成物(たとえば、オゾン)等を分解することができるため、荷電部での浮遊微生物の荷電効率を高めることができる。したがって、装置100dによれば、捕捉部での浮遊微生物の捕捉効率を限界まで高めることができ、ウイルスや微生物の除去効率をより向上させたものとなる。
実施の形態6.
図13は、本発明の実施の形態6に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置(以下、装置100eと称する)の概略縦断面構成を示す断面図である。図13に基づいて、装置100eの構成及び動作について説明する。なお、実施の形態6では実施の形態1〜実施の形態5との相違点を中心に説明し、実施の形態1〜実施の形態5と同一部分には、同一符号を付している。また、図13では、空気の流れを矢印で示している。
実施の形態5では、ハニカム14を捕捉・不活化部高圧電極5と捕捉・不活化部接地電極7との間に接触させないように配置した場合を例に示したが、実施の形態6では、ハニカム14を捕捉・不活化部接地電極7に接するように配置するようにしている。すなわち、実施の形態6では、実施の形態5の構成と基本的に同様であるが、捕捉部を構成しているハニカム14を捕捉・不活化部接地電極7に接触させている点で実施の形態5と相違している。この構成では、通常、ハニカム14は水を吸着しているため、表面抵抗が低下し、導電体となっていることから、ハニカム14も接地されていることになる。したがって、捕捉部では、捕捉・不活化部高圧電極5とハニカム14との間で電界が形成されることになる。
このような構成によれば、ハニカム14は誘電されないが、ハニカム14の周囲に電界は形成されているため、荷電部で荷電された浮遊微生物を電界の力によって誘引することができる。したがって、装置100eでは、実施の形態5に係る装置100dと同様に、ウイルス・微生物の捕捉・不活化効果が得られることになる。
なお、この場合、荷電部でウイルス・微生物を負極性に帯電した場合は、捕捉高圧電極に印加する電圧の極性を負極性とし、荷電部でウイルス・微生物を正極性に帯電した場合は、捕捉高圧電極に印加する電圧の極性を正極性とすることにより、ハニカム14にウイルス・微生物を誘導しやすくなり、より効率的にウイルス・微生物を捕捉することができる。また、ハニカム14だけでなく、親水性フィルター6でも同様である。
また、実施の形態6に係る装置100eの有する独特の効果として、可変型高電圧電源4から捕捉・不活化部高圧電極5に供給する電圧をウイルス・微生物捕捉時よりも高くすることにより、捕捉・不活化部高圧電極5とハニカム14との間でプラズマを比較的簡単に発生することができるということがある。これは、ハニカム14の厚み分だけ、放電距離を短くできるためである。したがって、プラズマによるウイルス・微生物不活化工程で、捕捉・不活化部高圧電極5とハニカム14との間のプラズマにより、ハニカム14に捕捉したウイルスや微生物を高効率に不活化できる。
実施の形態6A.
図31は、本発明の実施の形態6Aに係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置(以下、装置100e1と称する)の概略縦断面構成を示す断面図である。図31に基づいて、装置100e1の構成及び動作について説明する。なお、実施の形態6Aでは実施の形態1〜実施の形態6との相違点を中心に説明し、実施の形態1〜実施の形態6と同一部分には、同一符号を付している。また、図31では、空気の流れを矢印で示している。
実施の形態2〜実施の形態4では、実施の形態1の構成を基本にしつつ荷電部の変形例を示し、実施の形態5、6では、捕捉部の中でも親水性フィルターに特化した変形例を示した。それに対し、この実施の形態6Aでは、実施の形態1の構成を基本にしつつウイルス不活化部の変形例を示している。なお、捕捉・不活化部高圧電極5、親水性フィルター6(又はハニカム14)、及び、捕捉・不活化部接地電極7でウイルス不活化部を構成している。
実施の形態1においては、ウイルス不活化部において、風上から、細線からなる捕捉・不活化部高圧電極5、親水性フィルター6、金網からなる捕捉・不活化部接地電極7を設置させることにより、空気中の浮遊微生物を荷電するように構成したが、この実施の形態6Aにおいては、図31に示すように捕捉・不活化部高圧電極5を突起物が複数備わっている電極(以下、捕捉・不活化部高圧電極5Aと称する)で構成するようにしている。たとえば、空気が圧損なしに通過できる金網や板に突起物を溶接などで取り付けて捕捉・不活化部高圧電極5Aを構成するとよい。また、他の例としては、金属板をワイヤーカッターなどで切断し、突起部分を形成するようにして捕捉・不活化部高圧電極5Aを構成してもよい。
このような構成によれば、実施の形態1で説明した効果に加え、捕捉・不活化部高圧電極5Aが外部からの流入する埃などによる異常放電により破損することを防止でき、安定的な放電を維持しやすくなる。また、プラズマによる放電も生じやすくなる。
実施の形態6B.
図32は、本発明の実施の形態6Bに係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置(以下、装置100e2と称する)の概略縦断面構成を示す断面図である。図32に基づいて、装置100e2の構成及び動作について説明する。なお、実施の形態6Bでは実施の形態1〜実施の形態6、実施の形態6Aとの相違点を中心に説明し、実施の形態1〜実施の形態6、実施の形態6Aと同一部分には、同一符号を付している。また、図32では、空気の流れを矢印で示している。
装置100e2では、実施の形態1に係る装置100の構造のものに、オゾン分解触媒フィルター41、および風路の開閉装置(入口側開閉装置42、出口側開閉装置43)を追加した構造となっている。オゾン分解触媒フィルター41は、親水性フィルター6(ままはハニカム14)の下流側に設置されている。開閉装置は、装置100e2のウイルス取り込み出入口(空気流出入口)に設置されている。つまり、入口側開閉装置42が空気流入口に、出口側開閉装置43が空気流出口に、それぞれ設置されている。
オゾン分解触媒フィルター41は、オゾンを分解する機能を有するフィルターであれば種類を特に限定するものではない。たとえば、活性炭等のオゾン分解触媒を用いる場合は、使用触媒を溶かしたスラリー上の溶液に浸漬させ、乾燥後適温にて焼成することにより得られる。
開閉装置は、風路を閉めた際に、発生するオゾンガスが外に漏れない構造にすることができれば、特に限定するものではない。たとえば、空気流出入口に遠隔操作、または自動で開閉できるプラスチック製の板を装着することにより、開閉装置の効果は得られる。なお、その装着板にオゾン分解触媒を添着しておけば、風路内で発生したオゾンガスが装置外に漏れるおそれがさらに低減されるので、なお効果的である。
次に、装置100e2の動作について説明する。
図33は、装置100e2が実行する微生物・ウイルスの捕捉・不活化方法の流れを示すフローチャートである。なお、基本的な動作は、実施の形態1での図3を用いて説明したとおりである。実施の形態1の相違点は、実施の形態6Bの特徴は、微生物やウイルスの捕捉処理する工程においては、開閉装置を開放した状態で、正極性電圧を印加すること、また、捕捉した微生物やウイルスの不活化処理する工程においては開閉装置を閉鎖した状態で、負極性電圧を印加するところにある。こうすることにより、効率的に微生物やウイルスを除去できるようになっている。
先の図8に示すとおり、プラズマで処理する場合には、オゾンガス濃度×時間(ppm・min)と生存率に相関関係がある。そのため、ある生存率までウイルスを不活化させたい場合には、オゾンガス濃度を高くすると、処理時間が短くてすむ。
このような構成によれば、実施の形態1で説明した効果に加え、微生物やウイルスの捕捉処理工程においては、オゾンガスを発生させずに、効率よく微生物やウイルスのみを捕捉することが可能である。その一方で、捕捉した微生物やウイルスの不活化処理工程においては、オゾンガスを効率よく発生させ、かつ、オゾンガスが装置外に漏れることなく、高濃度化でき、短時間に効率的に、フィルターに捕捉したウイルスを不活化することができる。また、オゾン分解触媒は、臭気成分も捕捉・分解可能なため、臭気成分も捕捉可能となる。
なお、オゾン分解触媒フィルター41は、ハニカム構造となっていてもよい。また、分解触媒を親水性フィルターに添着させることにより、フィルターを設置することなく、同様の効果が得られる。また、開閉装置においては、電極外の風路を長く設けることにおいても、同等の効果が得られる。
オゾンガス濃度は、拡散によって広がっていく。そのため、オゾンガス濃度が低い場合、または処理時間が短い場合には、開閉装置は風路出口だけに設定するだけで同様の効果が得られる。その際の風路開閉装置として、次のような開閉装置を設けてもよい。
風は力を持っている。空気は1気圧の窒素と酸素から構成され、その質量は約1.3kg/m3 である。ウイルス捕捉工程での送風量が1.0m/s、風路直径がφ10cmであると仮定すると、開閉装置に加わる1運動量は下記式1より、1g/開閉装置程度と見積もられる。そのため、開閉装置の質量を1g程度にすることにより、ウイルス捕捉工程においては、送風の影響により風路が開き、ウイルス不活化時には風路が閉鎖する構造にすることができる。
ΔP=m*V ・・・式1
m=1秒間あたりに装置にぶつかる空気の質量(kgW)
=1秒間あたりに装置に衝突する空気の体積×空気の密度(1.3kg/m3
V=風速(m/s)
実施の形態6C.
図34は、本発明の実施の形態6Cに係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置(以下、装置100e3と称する)の概略縦断面構成を示す断面図である。図34に基づいて、装置100e3の構成及び動作について説明する。なお、実施の形態6Cでは実施の形態1〜実施の形態6、実施の形態6A、実施の形態6Bとの相違点を中心に説明し、実施の形態1〜実施の形態6、実施の形態6A、実施の形態6Bと同一部分には、同一符号を付している。また、図34では、空気の流れを矢印で示している。
装置100e3では、実施の形態1に係る装置100の構造のものに、バイパス44を追加した構造となっている。バイパス44は、一方が風路筐体10の送風機1の下流側(荷電部高圧電極2の上流側)に接続され、他方が風路筐体10のオゾン分解触媒フィルター41の上流側に接続されている。バイパス44は、風路筐体10内の空気を循環させるものである。このバイパス44の材料は、絶縁体であれば特に限定するものではない。
図35は、プラズマによるウイルス不活化時への風の影響をグラフにしたものである。なお、図35では、横軸が風の有無を、縦軸がウイルスの生存率を、それぞれ示している。
図35に示すように、ウイルス不活化時に風が存在することで、不活化効率が98%向上された。以上のことから、ウイルス不活化工程時に風を存在させることにより、ウイルス不活化効率が向上することが明らかになった。そこで、装置100e3では、実施の形態1〜実施の形態6、実施の形態6Aで説明した効果に加え、微生物やウイルスの捕捉処理工程においては、オゾンガスを発生させずに、効率よく微生物やウイルスのみを捕捉することが可能である。その一方で、捕捉した微生物やウイルスの不活化処理工程においては、オゾンガスを効率よく発生させ、かつオゾンガスが風路筐体10の外部に漏れることなく、高濃度化しながら、風による循環を行うことで、さらに短時間に効率的に、フィルターに捕捉したウイルスを不活化することができることになる。
実施の形態7.
図14は、本発明の実施の形態7に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置(以下、装置100f1と称する)の概略縦断面構成を示す断面図である。図15は、本発明の実施の形態7に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置(以下、装置100f2と称する)の概略縦断面構成の別の例を示す断面図である。図14及び図15に基づいて、装置100f1及び装置100f2の構成及び動作について説明する。なお、実施の形態7では実施の形態1〜実施の形態6との相違点を中心に説明し、実施の形態1〜実施の形態6(実施の形態6A〜実施の形態6Cを含む、以下同じ)と同一部分には、同一符号を付している。また、図14及び図15では、空気の流れを矢印で示している。
実施の形態1〜実施の形態6では、荷電部高圧電極(荷電部高圧電極2、荷電部高圧電極12、荷電部高圧電極13)を風上側に設置し、荷電部接地電極(荷電部接地電極3、荷電部接地電極11)を風下側に設置することにより、空気中の浮遊微生物を荷電するように構成したが、実施の形態7では、図14に示すように、放電電極(第1高電圧印加電極)15、接地電極(第1接地電極)16、ファン17、及び、高電圧電源8からなるイオン発生部(荷電部に相当)を風路筐体10の内部のたとえば壁面に設けて、発生させたイオンにより浮遊微生物を帯電するようにしている。
また、図15の装置100f2のように、帯電ミスト噴霧電極(第1高電圧印加電極)18、接地電極16、ファン17、及び、高電圧電源8からなる帯電ミスト発生部(荷電部に相当)を風路筐体10の内部のたとえば壁面に設けて、帯電ミストにより浮遊微生物を帯電するようにしてもよい。
装置100f1や装置100f2のような構成によれば、部品点数は増加してしまうが、荷電部の構造をコンパクトにすることができるという効果がある。
実施の形態8.
図16は、本発明の実施の形態8に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置(以下、装置100gと称する)の概略縦断面構成を示す断面図である。図16に基づいて、装置100gの構成及び動作について説明する。なお、実施の形態8では実施の形態1〜実施の形態7との相違点を中心に説明し、実施の形態1〜実施の形態7と同一部分には、同一符号を付している。また、図16では、空気の流れを矢印で示している。
実施の形態1〜実施の形態6では、荷電部高圧電極(荷電部高圧電極2、荷電部高圧電極12、荷電部高圧電極13)を風上側に設置し、荷電部接地電極(荷電部接地電極3、荷電部接地電極11)を風下側に設置することにより、空気中の浮遊微生物を荷電するように構成したが、実施の形態8では、図16に示すように、荷電部高圧電極2と荷電部接地電極3で構成される荷電部の風下側に加湿装置19を備えて、荷電部で荷電された浮遊微生物と加湿装置19から供給される水とを混合するようにしている。
このような構成によれば、実施の形態1〜実施の形態6で説明した効果に加え、荷電している浮遊微生物に水分を供給することができるため、捕捉部での浮遊微生物の捕捉効果をより増加することが可能になる。
なお、実施の形態8では、荷電部高圧電極2と荷電部接地電極3で構成される荷電部の風下側に加湿装置19を備えた場合を例に示しているが、荷電部高圧電極2と荷電部接地電極3で構成される荷電部の風上側に加湿装置19を備えるようにしてもよい。このようにすると、浮遊微生物を含んだ水を効率よく荷電できるが、荷電部高圧電極2に加湿された空気が供給されることになるため、荷電部高圧電極2を十分に絶縁しなければならない。
実施の形態9.
図17は、本発明の実施の形態9に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置(以下、装置100hと称する)の概略縦断面構成を示す断面図である。図17に基づいて、装置100hの構成及び動作について説明する。なお、実施の形態9では実施の形態1〜実施の形態8との相違点を中心に説明し、実施の形態1〜実施の形態8と同一部分には、同一符号を付している。また、図17では、空気の流れを矢印で示している。
実施の形態1〜実施の形態6では、荷電部高圧電極(荷電部高圧電極2、荷電部高圧電極12、荷電部高圧電極13)を風上側に設置し、荷電部接地電極(荷電部接地電極3、荷電部接地電極11)を風下側に設置することにより、空気中の浮遊微生物を荷電するように構成したが、実施の形態9では、図17に示すように、荷電部高圧電極2を風下側に設置し、荷電部接地電極3を風上側に設置することにより、空気中の浮遊微生物を荷電するようにしている。
このような構成によれば、荷電部高圧電極2と捕捉・不活化部高圧電極5で形成される電界強度は、荷電部接地電極3と捕捉・不活化部高圧電極5で形成される電界強度よりも強くできるようになり、捕捉・不活化部高圧電極5に浮遊微生物を誘引しやすくなることになる。すなわち、装置100hのように、荷電部高圧電極2を風下側に設置し、荷電部接地電極3を風上側に設置することにより、より高効率に浮遊微生物を除去できるという効果を奏することになる。
実施の形態10.
図18は、本発明の実施の形態10に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置(以下、装置100iと称する)の概略縦断面構成を示す断面図である。図18に基づいて、装置100iの構成及び動作について説明する。なお、実施の形態10では実施の形態1〜実施の形態9との相違点を中心に説明し、実施の形態1〜実施の形態9と同一部分には、同一符号を付している。また、図18では、空気の流れを矢印で示している。
実施の形態9では、荷電部高圧電極2を風下側に設置し、荷電部接地電極3を風上側に設置することにより、空気中の浮遊微生物を荷電するように構成したが、実施の形態10では、図18に示すように、捕捉・不活化部高圧電極5及び可変型高電圧電源4を取り除き、風下側に設置した荷電部高圧電極2で捕捉・不活化部高圧電極5を兼用するようにしている。
この構成の場合、放電空間の切り替えを可能とするために、荷電部接地電極3及び捕捉・不活化部接地電極7に通電スウィッチ20を設け、浮遊ウイルス・浮遊微生物を荷電・捕捉する工程では、荷電部接地電極3に接続している通電スウィッチ20を動作させて接地に接続させ、捕捉ウイルス・微生物を不活化する工程では、捕捉・不活化部接地電極7に接続している通電スウィッチ20を動作させて接地に接続させるようにすればよい。
このような構成によれば、装置100iを構成する部品の部品点数を少なくすることができ、装置100iを安価に提供することができる。すなわち、装置100iを荷電部接地電極3、荷電部高圧電極2、高電圧電源8、親水性フィルター6、捕捉・不活化部接地電極7、ブッシング9、通電スウィッチ20で構成することにより、装置100iをより安価に構成することが可能になる。ただし、浮遊微生物を荷電するための放電条件と、捕捉したウイルス・微生物を不活化する放電条件が合致することはほとんどないため、実施の形態1〜実施の形態9で説明した効果と比べると、浮遊微生物の除去効果は低下する。
実施の形態11.
図19は、本発明の実施の形態11に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置(以下、装置100jと称する)の概略縦断面構成を示す断面図である。図19に基づいて、装置100jの構成及び動作について説明する。なお、実施の形態11では実施の形態1〜実施の形態10との相違点を中心に説明し、実施の形態1〜実施の形態10と同一部分には、同一符号を付している。また、図19では、空気の流れを矢印で示している。
実施の形態10では、装置100iを荷電部接地電極3、荷電部高圧電極2、高電圧電源8、親水性フィルター6、捕捉・不活化部接地電極7、ブッシング9、通電スウィッチ20で構成したが、実施の形態11では、図19に示すように、装置100jを荷電部高圧電極2、高電圧電源8、親水性フィルター6、捕捉・不活化部接地電極7、ブッシング9で構成するようにしている。
この構成の場合、ウイルス・微生物捕捉工程とウイルス・微生物不活化工程が同時に実施されるようになる。すなわち、電子やイオン等でイオン化された浮遊微生物は、親水性フィルター6に捕捉され、捕捉されたところに放電によって生成された放電生成物(たとえば、オゾンやラジカル)が供給されて、捕捉ウイルス・微生物が不活化されることになる。
このような構成によれば、装置100jを構成する部品の部品点数を少なくすることができ、装置100jを安価に提供することができる。すなわち、装置100jを荷電部高圧電極2、高電圧電源8、親水性フィルター6、捕捉・不活化部接地電極7、ブッシング9で構成することにより、装置100jをより安価に構成することが可能になる。ただし、浮遊ウイルス・浮遊微生物を荷電するための放電条件と、捕捉したウイルス・微生物を不活化する放電条件が合致することはほとんどないため、実施の形態1〜実施の形態9で説明した効果と比べると、浮遊微生物や浮遊ウイルスの除去効果は低下する。
実施の形態12.
図22は、本発明の実施の形態12に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置(以下、装置100kと称する)の概略縦断面構成を示す断面図である。図22に基づいて、装置100kの構成及び動作について説明する。なお、実施の形態12では実施の形態1〜実施の形態11との相違点を中心に説明し、実施の形態1〜実施の形態11と同一部分には、同一符号を付している。また、図22では、空気の流れを矢印で示している。さらに、実施の形態12では、実施の形態5の図21に示したようにハニカム14を2種類以上のハニカムで構成している。
実施の形態12では、ハニカム14の前後をブッシング9で挟み込み、ハニカム14と電極とを接触させないように配置した例を示している。なお、ブッシング9を絶縁体のハニカム構造体(図22に示すハニカム14A)で構成することにより同様の構成を得ることができる。また、ハニカム構造体上に絶縁性の酸化物触媒(酸化チタン、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化銅など)を添着することにより、前段の親水性ハニカム14aで微生物・ウイルスを捕捉・不活化し、後段の触媒添着ハニカム14bで放電により生成したオゾンを分解、分解したときに生成するラジカル粒子により、においの除去や、有害ガスの分解を行うことができる。なお、前段フィルターについては親水性ハニカムの場合について説明したが、親水性ハニカム14aの代わりに、図23に示すように親水性フィルター6を用いても同様の効果を得ることができる。
実施の形態13.
図24は、本発明の実施の形態13に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置(以下、装置100lと称する)の概略縦断面構成を示す断面図である。なお、実施の形態13では実施の形態1〜実施の形態12との相違点を中心に説明し、実施の形態1〜実施の形態12と同一部分には、同一符号を付している。また、図24では、空気の流れを矢印で示している。
実施の形態10では、荷電部高圧電極2と捕捉・不活化部接地電極7に挟まれるように親水性フィルター6が設置されている状態を例に示したが、実施の形態13では、予め帯電されている親水性フィルター6aが、接地電極を境にして、高圧電極と反対側に設置されている状態を例に示している。実施の形態10の場合には、荷電部で帯電させたウイルスを静電界で分極させた親水性フィルター上に捕捉後、処理を行なっている。それに対し、装置100lの場合には、親水性フィルター6aが予め帯電されているため静電界で分極させなくても帯電したウイルスを捕捉することができる。
また、予め帯電されている親水性フィルター6aを接地電極近傍に設置することにより、荷電部高圧電極2、荷電部接地電極3間の放電で生成されたラジカルやオゾンが他の粒子と衝突して消滅する前に捕捉したウイルスに衝突させることができる。そのため、装置100lによれば、更に高い微生物・ウイルス不活化効果を得ることができる。なお、図25に示すように、荷電部高圧電極2に印加する電圧を、交流、正負交番矩形波形、正負交番パルス波形とする、もしくは、直流正電圧、直流高電圧を交互に印加することにより、帯電したウイルスを親水性フィルター6aに捕捉・不活化した後、逆極性の電荷を持つ粒子と衝突させることで電荷が中和されて空間に放出することができる。これにより、親水性フィルター6a上への粒子の堆積を防げ、長期間にわたりフィルターを清浄に保つことができる。
実施の形態13A.
図36は、本発明の実施の形態13Aに係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置(以下、装置100l1と称する)の概略縦断面構成を示す断面図である。なお、実施の形態13Aでは実施の形態1〜実施の形態12、実施の形態13Aとの相違点を中心に説明し、実施の形態1〜実施の形態12、実施の形態13Aと同一部分には、同一符号を付している。また、図36では、空気の流れを矢印で示している。
実施の形態13では、予め帯電されている親水性フィルター6aを用い、この親水性フィルター6aを接地電極近傍に設置している。それに対し、この実施の形態13Aでは、予め帯電されている親水性フィルター6aを、接地電極近傍に、かつ、荷電部高圧電極2からの距離を20mm以下にした状態で設置した。この荷電部高圧電極2には、荷電・不活化高圧電源45が接続されている。
また、荷電・不活化高圧電源45は、図37に示すように、高圧電源を、正極または負極整流器に対してスイッチング式に接続できる電源を用いている。荷電・不活化高圧電源45では、高圧電源に交流、正負交番短形波形、正負交番パルス波形等を用いることにより、その後つなげる整流器で、自由に正極性高電圧、または負極性高電圧を、荷電部高圧電極2に印加することが可能となる。
その結果、実施の形態13Aにおいては、ウイルス捕捉工程時には、荷電部高圧電極2に、荷電・不活化高圧電源45より正極性高電圧を印加し、その一方で、ウイルス不活化時には、荷電部高圧電極2に、荷電・不活化高圧電源45より負極性高電圧を印加することができる。このような構成によれば、装置100l1を構成する部品点数を少なくすることができ、装置100l1を安価に提供することができる。
すなわち、荷電・不活化高圧電源45および荷電部高圧電極2が一対のみで、実施の形態1〜13で説明した効果のような、微生物やウイルスの捕捉処理工程においては、オゾンガスを発生させずに、効率よく微生物やウイルスのみを捕捉することが可能である。一方で、捕捉した微生物やウイルスの不活化処理工程においては、オゾンガスを効率よく発生させ、かつ高濃度化しながら、短時間に効率的に、フィルターに捕捉したウイルスを不活化することができることになる。なお、荷電・不活化高圧電源45には、図37に示すような電源を用いたが、正極性電圧、負極性電圧を定期的に印加できる電源であれば、本実施の形態と同様の効果が得られることはいうまでもない。
実施の形態14.
図26は、本発明の実施の形態14に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置(以下、装置100mと称する)の概略縦断面構成を示す断面図である。なお、実施の形態14では実施の形態1〜実施の形態13(実施の形態13Aを含む、以下同じ)との相違点を中心に説明し、実施の形態1〜実施の形態13と同一部分には、同一符号を付している。また、図26では、空気の流れを矢印で示している。
実施の形態14に係る装置100mは、実施の形態1に係る装置100の構造のものに、温度・湿度センサー30、ダストセンサー31、及び、制御装置50を追加した構造となっている。温度・湿度センサー30及びダストセンサー31は、ウイルス取り込み口(空気流入口10a)に設置されている。そして、制御装置50は、温度・湿度センサー30および/またはダストセンサー31から得られた情報を出力信号として高電圧電源8に伝えるようになっている。
一般にウイルスは、水分に包含されて浮遊し、その大きさは0.3〜0.5μm、つまり1μm以下といわれている。一方、細菌やかび等の微生物の大きさは1μmである。また、図27に一例として、インフルエンザウイルスを、何もしない状態で6時間放置後の生存率の変化を温度・湿度を変化させて示している。図27から分かるように、ウイルスは低温・低湿下では活性が上がり、高温・高湿下では活性が下がる。また、微生物は、比較的高温で活性が上がり、乾燥に弱いため低湿度下では活性が下がることが知られている。
また、本発明の特徴として粒子の大きさにより捕集効率が異なる。図28は、粒子径による粒子捕集率の特徴を示した図である。図28では、横軸が荷電部高圧電極2と荷電部接地電極3間の電界強度(kV/cm)を、縦軸が粒子捕集率(%)を、それぞれ示している。図28に示すように、粒子径1μmを境にして粒子の捕集率が異なる。特に6.15kV/cmの電界強度では、1μm以上の粒子の捕集率が88%であるのに対して、1μm以下の粒子の捕集率は60%〜66%である。このことから、粒子径が異なるウイルスと微生物では、捕集時に形成する電界強度を変化させることにより、無駄なエネルギー消費をなくすことができるということが分かる。
表2〜表4は、温度・湿度センサー30の出力および/またはダストセンサー31の出力と処理モードの関係を示したものである。表2〜表4に基づいて、装置100mの処理モードについて説明する。
表2に示すように、装置100mは、低温下においてはウイルス処理モードで処理を行ない、高温下では微生物処理モードで処理を行なうようにしている。加えて、表3に示すようにダストセンサー31の出力を合わせ、ダスト量が多いときは各処理を行ない、ダスト量が少ないときは処理を停止するようにしてもよい。また、ダストセンサー31でダスト粒径を識別することができれば、表4に示すように粒子径1μmを境にして処理を変更すればよい。さらには、図29に示すように制御装置50からの出力信号で送風機1の運転制御を行ない、ウイルスデバイス停止時に送風機1を停止することで、さらに無効消費されるエネルギーを節約することができることになる。
なお、本発明に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置及びその方法を実施の形態1〜実施の形態14に分けて説明したが、各実施の形態の特徴事項を適宜組み合わせて微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置及びその方法を構成するようにしてもよい。
1 送風機、2 荷電部高圧電極、3 荷電部接地電極、4 可変型高電圧電源、5 捕捉・不活化部高圧電極、5A 捕捉・不活化部高圧電極、6 親水性フィルター、6a 親水性フィルター、7 捕捉・不活化部接地電極、8 高電圧電源、9 ブッシング、10 風路筐体、10a 空気流入口、11 荷電部接地電極、12 荷電部高圧電極、13 荷電部高圧電極、14 ハニカム、14A ハニカム、14a 親水性ハニカム、14b 触媒添着ハニカム、16 接地電極、17 ファン、19 加湿装置、20 通電スウィッチ、30 温度・湿度センサー、31 ダストセンサー、41 オゾン分解触媒フィルター、42 入口側開閉装置、43 出口側開閉装置、44 バイパス、45 荷電・不活化高圧電源、50 制御装置、100 装置、100a 装置、100b 装置、100c 装置、100d 装置、100e 装置、100e1 装置、100e2 装置、100e3 装置、100f1 装置、100f2 装置、100g 装置、100h 装置、100i 装置、100j 装置、100k 装置、100l 装置、100l1 装置、100m 装置。

Claims (6)

  1. 風路筐体と、
    電圧が印加され、前記風路筐体内に取り込んだ浮遊微生物を荷電する第1電極と、
    前記第1電極と対向して設置された第1対向電極と、
    前記第1電極と前記第1対向電極との間に生じた放電により荷電された浮遊微生物を捕捉する親水性フィルターと、
    前記親水性フィルターを誘電する第2電極と、
    前記第2電極と対向して前記親水性フィルターを挟む位置に設置された第2対向電極と、
    前記親水性フィルターを前記第2電極および前記第2対向電極から絶縁して設置する部材と、
    前記第2電極と前記第2対向電極との間に電圧を印加する直流高電圧電源と、
    前記第1電極により荷電された前記浮遊微生物に水分を供給する加湿手段と、を備え、
    前記浮遊微生物を前記親水性フィルターに捕捉する
    ことを特徴とする微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置。
  2. 前記風路筐体に空気を取り込む送風機を備え、
    前記加湿手段は前記第1電極及び前記第1対向電極の風下側に設置され、
    前記加湿手段により供給される水を荷電された前記浮遊微生物に混合させて、前記浮遊微生物を前記親水性フィルターに捕捉する
    ことを特徴とする請求項1記載の微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置。
  3. 前記浮遊微生物を荷電する工程と捕捉する工程とを同時に行い、捕捉する工程が終了した後に、不活化工程を開始する
    ことを特徴とする請求項2記載の微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置。
  4. 前記不活化工程を実行する時に前記風路筐体を閉鎖する
    ことを特徴とする請求項3記載の微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置。
  5. 前記風路筐体を開閉する開閉装置を備え、
    前記開閉装置は、
    前記送風機による送風時に前記風路筐体を開放、前記送風機の停止時に前記風路筐体を閉鎖する
    ことを特徴とする請求項4記載の微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置。
  6. 前記風路筐体を開閉する開閉装置と、
    前記送風機の下流側と前記親水性フィルターの下流側とを接続するバイパスと、を備え、
    前記不活化工程を実行する時に前記バイパスを介して前記風路筐体内の空気を循環する
    ことを特徴とする請求項3記載の微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置。
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