JP5774119B2 - 微生物・ウイルスの捕捉・不活化方法 - Google Patents

微生物・ウイルスの捕捉・不活化方法 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・不活化方法に関するものである。
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、長い寿命で、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・不活化方法を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・不活化方法は、浮遊微生物を風路筐体内に取り込む工程と、前記風路筐体内に取り込んだ浮遊微生物を荷電する荷電工程と、前記荷電された浮遊微生物を電極間に前記荷電工程と逆極性の電圧を印加して誘電された親水性フィルターで捕捉する捕捉工程と、前記親水性フィルターで捕捉した浮遊微生物を前記親水性フィルターを介した空間を持つ前記電極間に電圧を印加して生じたプラズマで不活化する不活化工程と、を有し、前記荷電工程及び前記捕捉工程の終了後に前記不活化工程を実行し、前記捕捉工程と前記不活化工程とで前記電極間に異なる電圧を印加するものである。
本発明に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化方法によれば、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。 図1に図示される荷電部高圧電極及び捕捉・不活化部高圧電極の構成例を概略的に示す概略図である。 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。 本発明の実施の形態1に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の捕捉・不活化部高圧電極及び親水性フィルター間の電界強度(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。 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。 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。 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。 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4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5に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の変形例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・不活化装置の変形例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6に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置の変形例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。 捕捉・不活化部接地電極7を構成に入れた場合と、入れない場合における微生物・ウイルス捕捉率の変化の一例を示したものである。 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。 インフルエンザ不活化における温度、湿度の影響をグラフにしたものである。 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10に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置を空調機に取り付けた概略断面構成を一例として示す断面図である 本発明の実施の形態10に係る微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置を取り付けた空調機を上面から見た状態を示す上面図である 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11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。 微生物・ウイルスの捕捉・不活化装置と全熱交換換気扇との併用使用を説明するための説明図である。 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。 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の他の一例を示す断面図である。
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0.05mm〜0.5mm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。荷電部高圧電極2と荷電部接地電極3との間の距離は3mm〜15mm程度であり、電極間に印加させる電圧は1〜15kV程度である。
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(短辺がリボンの厚みをなし、その厚みが0.05mm〜0.5mm、幅が0.3〜1mm程度)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。あるいは、図3に示すように、平板(厚み0.05〜0.5mm)を、エッチング、ワイヤー加工、レーザー加工、板金打ち抜き等で幅0.3〜1.0mmの短冊が並ぶように加工、電極としての張りを保つため、周囲をヘミング曲げ等の曲げ加工、もしくは、絶縁物等による補強をして荷電部高圧電極2として用いてもよい。
捕捉・不活化部高圧電極5は、たとえば線径0.1mm〜0.5mm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4から部分放電であるコロナ放電が発生しうる1〜15kV程度の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。あるいは、図3に示すように、平板(厚み0.05〜0.5mm)を、エッチング、ワイヤー加工、レーザー加工、板金打ち抜き等で幅0.3〜1.0mmの短冊が並ぶように加工、電極としての張りを保つため、周囲をヘミング曲げ等の曲げ加工、もしくは、絶縁物等による補強をして捕捉・不活化部高圧電極5として用いてもよい。
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、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。
なお、図3は、図1に図示される荷電部高圧電極2及び捕捉・不活化部高圧電極5の構成例を概略的に示す概略図である。また、図1に示すように、装置100には、装置100を統括制御する制御器50が設けられている。さらに、以下の実施の形態で説明する装置100a〜装置100kについても制御器50が設けられている。
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・不活化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4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(ステップS101)。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に高電圧電源4から高電圧が印加される(ステップS102)。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、制御器50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S103)。そして、問題がなければ次の工程に移る(ステップS103;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S104)。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S105)。放電による微生物・ウイルス荷電工程(ステップS104)及び荷電された微生物・ウイルス誘電捕捉工程(ステップS105)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S106)。
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S106;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、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S107)。
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微生物・ウイルス不活化工程が開始される(ステップS108)。
放電による微生物・ウイルス不活化工程(ステップS108)が開始すると、送風機1が停止し(ステップS109)、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S110)。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。その後、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S111)。
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S111;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S112)。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S113)、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。
Figure 0005774119
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5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5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5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5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5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5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6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6では、横軸が荷電部高圧電極2及び荷電部接地電極3間の距離が10mm時の印加電圧(kV)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6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6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6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7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7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。
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6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。
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・不活化部での微生物・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1〜実施の形態3においては、荷電部高圧電極2に供給する高電圧電源8と、捕捉・不活化部高圧電極5に供給する高電圧電源4の2個の電源で構成していたが、実施の形態4においては、図11に示すように高電圧電源4から、荷電部高圧電極2および捕捉・不活化部高圧電極5の両方に電圧を供給している。さらに、装置100cの風下には、使用者が誤って指等を入れないようにするための安全ガード13を備えている。安全ガード13は、たとえば、人の指が入らない、目開き1〜10mm程度の導電性を持つメッシュで構成され、接地されることにより電位0に保たれている。
次に、装置100cの動作について説明する。
図12は、装置100c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100c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、両方の過程において同一の電源で構成した点である。すなわち、装置100c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100cが運転を開始すると、まず、送風機1が稼動する(ステップS201)。そして、荷電部高圧電極2に高電圧電源4から高電圧が印加され、捕捉・不活化部高圧電極5にも高電圧電源4から高電圧が印加される(ステップS202)。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、制御器50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S203)。そして、問題がなければ次の工程に移る(ステップS203;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S204)。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S205)。放電による微生物・ウイルス荷電工程(ステップS204)及び荷電された微生物・ウイルス誘電捕捉工程(ステップS205)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S206)。
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S206;YES)、送風機1が停止し(ステップS207)、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S208)。
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微生物・ウイルス不活化工程が開始される(ステップS209)。
微生物・ウイルス不活化工程では、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S210)。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S209、ステップS210)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S211)。
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S211;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S212)。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S213)、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100c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。
また、不活化工程時には、送風機1を停止し、荷電部高圧電極2、荷電部接地電極3間で放電を微生物・ウイルス不活化工程から継続している。このとき、送風機1が停止することにより捕捉した部分(親水性フィルター6)でのオゾン濃度が高まる。不活化時において、オゾンとプラズマを併用した場合において、オゾン濃度が高いほどより短時間での処理が可能になる。
また、接地された安全ガード13があることにより、使用者が誤って高電圧に接することを防ぐとともに、電荷を持つイオンなどの粒子が安全ガード13に接することにより中和して、荷電粒子が装置100c外に排出することを防ぐことができる。したがって、装置100c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。
実施の形態5.
図13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)の概略断面構成を示す断面図である。図14は、装置100gの変形例(以下、装置100eと称する)の概略断面構成を示す断面図である。図15は、装置100dの変形例(以下、装置100fと称する)の概略断面構成を示す断面図である。図13〜図15に基づいて、装置100d〜装置100f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13〜図15では、空気の流れを矢印で示している。
実施の形態4においては、図11に示すように高電圧電源4から、荷電部高圧電極2および捕捉・不活化部高圧電極5の両方に電圧を供給していたが、実施の形態5においては、捕捉・不活化部高圧電極5に供給する電圧を、電圧調整装置14により調整可能にしている。
これまで説明したように、微生物・ウイルス捕捉時には、荷電部高圧電極2に高電圧電源4により電圧を印加して、荷電部高圧電極2と荷電部接地電極3との間で放電が生じている。また、同時に、捕捉・不活化部高圧電極5にも高電圧電源4から電圧を印加して、捕捉・不活化部高圧電極5、捕捉・不活化部接地電極7間で電界を形成して微生物・ウイルスの捕捉を行っている。このとき、条件によっては、荷電部の荷電不足、もしくは、捕捉・不活化部高圧電極5と親水性フィルター6の距離が設計値から外れた場合、異常放電が生じる可能性がある。これを防ぐために、装置100dには電圧調整装置14が取り付けられている。
この電圧調整装置14は、たとえば高電圧用抵抗器を直列に接続し、抵抗比により分圧することにより、捕捉・不活化部高圧電極5に電圧を印加するものである。これにより、荷電部高圧電極2と、捕捉・不活化部高圧電極5と、に異なる電圧を印加することが可能になる。また、捕捉・不活化部高圧電極5においても、制御器50から電圧調整装置14に信号を送り、捕捉時と不活化時に異なる電圧を印加できることになる。
ここで、装置100dでは、捕捉・不活化部高圧電極5に電圧調整装置14を接続しているが、図14に示す装置100eのように、荷電部高圧電極2に電圧調整装置14aを、捕捉・不活化部高圧電極5に電圧調整装置14bを接続して構成してもよい。これにより、荷電部および、捕捉・不活化部に印加する電圧を自由に変化させることができ、微生物・ウイルス除去環境条件に合わせた電圧設定を、荷電部および捕捉・不活化部の各々にすることが可能になる。
さらには、図15に示す装置100fのように、高電圧電源4aに示すような、2つ以上の異なる出力端子をもつ1つの電源を用いて、荷電部高圧電極2および捕捉・不活化部高圧電極5の各々に異なる電圧を供給できるようにしても同様の効果を得ることができる。
図13〜図15に示すように、装置100d〜装置100f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。
実施の形態6.
図16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100g1と称する)の概略縦断面構成を示す断面図である。図17は、装置100g1の変形例(以下、装置100g2と称する)の概略縦断面構成を示す断面図である。図16及び図17に基づいて、装置100g1及び装置100g2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16及び図17では、空気の流れを矢印で示している。
実施の形態6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5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6においては、図16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15と称する)で構成している。
このハニカム15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15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15に衝突した際に、ハニカム15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15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15、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6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(MnO)や、二酸化チタン(TiO)、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15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17に示す装置100g2のように、ハニカム15を2種類(たとえば、親水性ハニカム15a、触媒添着ハニカム15b)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15aを荷電部に近い側(上流側)に、触媒添着ハニカム15b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15b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15b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15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100g1、装置100g2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7.
図18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100h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100h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7では、実施の形態2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6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7においては、図18に示すように静電フィルター16と、フィルター上流側に絶縁物(ブッシング9)を介して設置している捕捉・不活化部接地電極7で構成している。
装置100hでは、あらかじめ帯電している静電フィルター16を用いている。これによって外部電極は不要になり、簡易な構成をとることができる。また、捕捉・不活化部接地電極7を構成に入れた場合と、入れない場合における微生物・ウイルス捕捉率の変化の一例を示したものを図19に示す。図19では、横軸が捕捉開始からの時間、縦軸が時間0分を1としたときの微生物・ウイルス捕捉率の変化率を示している。
このように、静電フィルター16の風上側に、接地電位を持つ電極を入れない場合には、経時的に微生物・ウイルス捕捉率が減少するのに対して、静電フィルター16の風上側に、接地電位を持つ捕捉・不活化部接地電極7を備えることで、微生物・ウイルス捕捉率を高効率に維持することができる。荷電部で生成されたイオンは、静電フィルター16上に堆積することにより発生する荷電部電極(荷電部高圧電極2、荷電部接地電極3)が生成するものと逆方向の電界が生じさせる。この荷電部電極が生成するものと逆方向の電界は、荷電部の帯電効率を低下させる働きをする。
捕捉・不活化部接地電極7は、この荷電部電極で発生したイオンを中和することにより、静電フィルター16への電荷蓄積を防ぎ微生物・ウイルス捕捉率を高効率に維持する。また、静電フィルター16に捕捉した微生物・ウイルスは、荷電部高圧電極2と荷電部接地電極3との間で生成するオゾンを長時間曝露することにより不活化することが可能になる。さらには、実施の形態6同様、静電フィルター16がハニカム状(無数に穴があいた形状、つまり隔壁を持つ形状)であれば、低圧損で構成できる。また、静電フィルター16上に、吸着剤や触媒を添着する、もしくは、静電フィルター16の風下側に脱臭触媒や発生したオゾンを分解するMnO触媒を備えることにより実施の形態6と同様の効果を得ることができる。
したがって、これまでと同様、装置100h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。なお、静電フィルター16は、恒久的に静電気を持つ状態であることが望ましい。
実施の形態8.
図20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100i1と称する)の概略縦断面構成を示す断面図である。図21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100i2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20及び図21に基づいて、装置100i1及び装置100i2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20及び図21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7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)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、不活化時には荷電部高圧電極2と荷電部接地電極3により発生するオゾンにより不活化を行うように構成したが、実施の形態8では、図20に示すように、荷電部(荷電部高圧電極2、荷電部接地電極3)と捕捉・不活化部(静電フィルター16、捕捉・不活化部接地電極7)の間に、放電電極(第1高電圧印加電極)17、接地電極18、ファン19、及び、高電圧電源8からなるイオン発生部を風路筐体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21に示す装置100i2のように、帯電ミスト噴霧電極20、接地電極18、ファン19、及び、高電圧電源8からなる帯電ミスト発生部を風路筐体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100i1や装置100i2のような構成によれば、部品点数は増加してしまうが、迅速に微生物・ウイルスの不活化を実施することができる。
実施の形態9.
図22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100j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100j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22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7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)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、不活化時には荷電部高圧電極2と荷電部接地電極3により発生するオゾンにより不活化を行うように構成したが、実施の形態9では、図22に示すように、荷電部(荷電部高圧電極2、荷電部接地電極3)と捕捉・不活化部(静電フィルター16、捕捉・不活化部接地電極7)の間に加湿装置21を備えて、荷電部で荷電された浮遊微生物と加湿装置21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8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させることが可能になる。
図23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23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。よって、ウイルス不活化時に水分を供給することにより、より効果的にウイルスの不活化を行うことができる。
実施の形態10.
図24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100kと称する)の概略縦断面構成を示す断面図である。また、図25は、図24に示す装置100k1を空調機(以下、空調機28と称する)に取り付けた概略断面構成を一例として示す断面図である。図26は、空調機28を上面から見た状態を示す上面図である。図24〜図26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24及び図25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9では、装置自体に送風機1を備え、空間中の微生物・ウイルスを取り込むように構成したが、実施の形態10では、図24に示すように送風機を備えておらず、風洞(風路)を兼ねたケース(風路筐体)10a内に荷電部高圧電極2、荷電部接地電極3、捕捉部高圧電極5、捕捉・不活化部接地電極7、および、捕捉・不活化部高圧電極5、捕捉・不活化部接地電極7間に絶縁物(ブッシング9)を介して固定されている親水性フィルター6を内包して構成している。
このように、実施の形態10では、装置100kをモジュール化し(以下、装置100k1と称する)、空調機(図25に示す空調機28)などの送風機を持つ装置に取り付けるようにしたものである。なお、装置100kの空調機28への取り付け完了後、高電圧が印加される、もしくは誤って空調機28から装置100kが外れた場合には、高電圧を停止するようにしておけば、感電等を防ぎ、安全に使用することができる。
たとえば、装置100kを、図25に示すように空調機28の空気導入口51に取り付けて利用することができる。空調機28は、送風機1、ベルマウス24、熱交換器25、ドレンパン26、電源制御装置22、及び、空調機制御装置23を少なくとも有している。また、空調機28には、空気導入口51と排出口52が設けられている。電源制御装置22及び空調機制御装置23が、制御器50に相当する。
装置100kは、図26に示すように、風洞を兼ねたケース10aを介して、モジュール化した状態でそのまま空調機28に取り付けることができる。このようにすることで、ケース10aの空気導入口53及び排出口54を、空調機28の空気導入口51及び排出口52のそれぞれに連通させることができる。つまり、ケース10aの空気導入口53及び排出口54を、空調機28の空気導入口51及び排出口52として兼用することができるのである。したがって、空調機28を大型化することなく、装置100kを空調機28に取り付けることができる。
なお、このとき、図24に示す高電圧電源4、高電圧電源8は、電源制御装置22に内包されている。また、対抗電極の接地も電源制御装置22を介して接地電位に接続されている。さらに、通常、空調機28に取り付けられているプレフィルター29やルーバー27を備えた化粧パネル30は、装置100k1の空調機28と接続した面と反対側の面に取り付けられている。
室内から、送風機1により、導入された微生物・ウイルスを含んだ空気は、まずは、プレフィルター29で一緒に含まれる大きな塵埃等が除去される。その後、荷電部高圧電極2と荷電部接地電極3との間で生じる放電で微生物・ウイルスが荷電されて、捕捉・不活化部高圧電極5、捕捉・不活化部接地電極7間にブッシング9を介して固定されている誘電された親水性フィルター6で捕捉される。塵埃や微生物・ウイルスが捕捉された後の清浄化された空気は、ベルマウス24を通じて、空調機28内に取り込まれる。
空調機28内に取り込まれた空気は、熱交換器25で、冷房時には銅管によって室外機(図示せず)から運ばれた冷媒によって冷やされたアルミフィンと接触することによって冷却され、暖房時には、冷媒によって暖められたアルミフィンと接触することによって加温される。熱交換器25で冷却又は加温された冷房/暖房用の空気は、装置100k1のケース10aで作られた風路を通り、ルーバー27により風向を変えられて室内に放出される。そして、冷房/暖房後の空気は、再度、ベルマウス24を通じて、空調機28内に取り込まれることになる。
次に、装置100k1の動作について説明する。
図27は、装置100k1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100k1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、空調機28の運転に同調させたことである。すなわち、装置100k1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、を空調機28の運転にあわせて、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。
空調機28が運転を開始すると、まず、空調機28の送風機1が稼動し、ルーバー27が開き、熱交換器25に外部に設置された室外機から銅管によって運ばれる冷却/加温された冷媒が流れて冷房/暖房が開始される(ステップS301)。そして、ウイルス捕捉工程が開始され(ステップS302)、荷電部高圧電極2に高電圧電源4から高電圧が印加され、捕捉・不活化部高圧電極5にも高電圧電源4から高電圧が印加される(ステップS303)。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25の空調機制御装置23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S304)。そして、問題がなければ次の工程に移る(ステップS304;YES)。
荷電部放電電流判定では、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変更され、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変更される。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。放電による微生物・ウイルス荷電工程(ステップS305)及び荷電された微生物・ウイルス誘電捕捉工程(ステップS306)が開始すると、空調機28の運転が停止するまでこれらの工程が継続される。
空調機28の運転が停止すると(ステップS307)、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、ルーバーが閉じ、熱交換器への冷媒の送り込みが停止し(ステップS308)、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S309)。
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微生物・ウイルス不活化工程が開始される(ステップS310)。
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S311)。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S311)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S312)。
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S312;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S313)。
以上のように、装置100k1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)や空調機28の内部および空調機28で冷房/暖房している室内を常時衛生的に保持することができる。
実施の形態11.
図28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100lと称する)の概略縦断面構成を示す断面図である。図28に基づいて、装置100lの構成について説明する。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28では、空気の流れを矢印で示している。
図28に示す装置100lは、実施の形態10に示す装置100kに温度湿度センサー31を取り付けたものである。図28では、装置100lを空調機28の空気導入口51であるベルマウス24付近に取り付けた状態を一例として示している。図23に一例を示したように、微生物やウイルスは、温度や湿度によって繁殖力が異なる。よって、実施の形態11は、温度湿度センサー31の出力を制御装置(空調機制御装置23)に取り込み、予め記憶した処理条件によって装置100lの運転を行うようにしたものである。
次に、装置100lの動作について説明する。
図29は、装置100l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100lの特徴は、実施の形態10に温度湿度センサー31を備えて、温度・湿度条件により100lの運転条件を決めるようにしたことにある。
空調機28が運転を開始すると、まず、空調機28の送風機1が稼動し、ルーバー27が開き、熱交換器25に外部に設置された室外機から銅管によって運ばれる冷却/加温された冷媒が流れて冷房/暖房が開始される(ステップS401)。このとき、空調機制御装置23には、温度湿度センサー31からの情報が入力されている(ステップS401)。そして、空調機制御装置23は、温度・湿度条件が微生物・ウイルスが繁殖しやすい条件かどうかを判定する(ステップS403)。
温度が低く、湿度が低いウイルスが繁殖しやすい条件(たとえば、温度15度程度以下、湿度30%程度以下)や、温度、湿度ともに高くかびや菌などの微生物が繁殖しやすい条件(たとえば、温度28度以上、湿度65%程度以上)の場合には(ステップS403:Yes)、空調機制御装置23は、実施の形態10と同様のウイルス荷電工程、捕捉工程を経て、ウイルス不活化工程を実施する。
一方、微生物やウイルスが繁殖しにくい条件の場合には、空調機制御装置23は、装置100lの運転は行わず空調機28を通常運転で実行する(ステップS415)。その後、空調機制御装置23は、空調機28の運転を停止する(ステップS416)。
以上のように、装置100l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)や空調機内部および空調機で冷房/暖房している室内を常時衛生的に保持することができ、しかも、必要時以外は、装置100lの運転を停止するため省エネルギーでの運転が可能になる。
実施の形態12.
図30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100mと称する)の概略縦断面構成を示す断面図である。図30に基づいて、装置100mの構成について説明する。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30では、空気の流れを矢印で示している。
図30に示す装置100mは、実施の形態11に係る装置100lと同様に構成されているが、微生物やウイルスの不活化時の処理が実施の形態11に係る装置100lとは異なっている。
次に、装置100mの動作について説明する。
図31は、装置100m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。図31に示すように、装置100mが実行する不活化工程が、実施の形態11に係る装置100lと相違している。図31に示す荷電工程、捕捉工程のステップS501〜ステップS509までは、実施の形態11に示す荷電工程、捕捉工程のステップS401〜ステップS409と同一である。以下、装置100mの不活化工程について説明する。
空調機28の停止(ステップS509)後、空調機制御装置23は、ウイルス捕捉工程を終了する(ステップS510)。その後、空調機制御装置23は、ルーバー27を閉じ、送風量1の回転数を低減し、熱交換器25の冷房/暖房モードを反転させる(S511)。ウイルス不活化工程時には、オゾンやラジカルなどの活性種が生成する。空調機28内に風の流れがあると空調機28内全域にオゾンやラジカルなどの活性種が行き渡り、内部の清掃ができる。
この送風量は、およそ1分間で空調機28内の空気が入れ替わればよいため、風量としては、0.01〜0.5m/分程度で送風機1を回転させればよい。このとき、ルーバー27を閉じることにより、空調機28の近辺で空気が循環することになる。つまり、不活化工程を行う場合には、空調機28が完全に密閉しない状態(半密閉状態)にしておけば、空調機28の近辺で空気が循環することになる。また、このとき、冷房運転の場合には熱交換器25を加温することにて湿度上昇し、微生物・ウイルスの不活化効率を上げることができる。また、暖房運転の場合においても、暖房から冷房に切り替え、再度暖房もしくは送風状態にすることで、不活化処理時の水分量を変化させ、調整することができる。それ以外の不活化工程については、実施の形態11に係る装置100lと同様である。
以上のように、装置100m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)や空調機内部および空調機で冷房/暖房している室内を常時衛生的に保持することができる。
実施の形態13.
図32は、装置100と全熱交換換気扇32との併用使用を説明するための説明図である。図32に基づいて、装置100と全熱交換換気扇32との併用使用について説明する。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32では、空気の流れを矢印で示している。さらに、図32では、装置100を例に説明するが、装置100a〜装置100mのいずれを適用してもよい。
全熱交換換気扇32は、室内33の空気と、室外34の空気(以下、外気と称する)を入れ替えるとき、たとえば紙等の隔壁を通して、熱交換を行う装置である。この全熱交換換気扇32も、空調機の一例である。図32では、白抜き実線矢印が、室外34から室内33への清浄な空気の流れを、白抜き破線矢印が、室内33から室外34への空気の流れを、黒塗り矢印が装置100での処理空気の流れを、それぞれ示している。
この全熱交換換気扇32と、装置100とを併用するときにおいては、全熱交換換気扇32が外気から清浄な空気を取り入れるため、全熱交換換気扇32の運転中、装置100は停止する。全熱交換換気扇32の停止後、装置100がフローチャート(たとえば、図4)に示す動作で運転する。
たとえば、学校の授業中には、室内33の人数が増加するため全熱交換換気扇32により、室内33の空気を換気する。一方、放課後等の人が少ないときには、全熱交換換気扇32が稼動する必要がないため停止する。このとき、室内33の在籍者がインフルエンザなどのウイルスを保持していた場合においては、全熱交換換気扇32の停止時の入室者が罹患する恐れがある。そのような場合に装置100が運転していれば罹患のおそれがなく安全に授業等を受講することが可能になる。
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13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。
実施の形態14
図33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100nと称する)の概略縦断面構成を示す断面図である。図33に基づいて、装置100nの構成について説明する。図33(a)が空調機28の短手方向の縦断面構成を、図33(b)が空調機28の長手方向の縦断面構成を、それぞれ示している。なお、実施の形態14では、実施の形態1〜実施の形態13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33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100nは、実施の形態12に係る装置100mと同様に構成されているが、微生物やウイルスの不活化時の処理が実施の形態12に係る装置100mとは異なっている。また、実施の形態12に係る装置100mでは、装置100mの空気取り入れ口と、空調機28の空気取り入れ口と、が同一であったのに対して、実施の形態14に係る装置100nでは、空調機28の空気取り入れ口の一部に装置100nが設置されている。
次に、装置100nの動作について説明する。
図34は、装置100n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、装置100nの動作については、図27、29、31に示すフローチャートで運転しても同様の効果を得る。また、装置100mは、実施の形態12に係る装置100mと同様の空調機制御装置を備え、この空調機制御装置がフローチャートを実行する。
図34に示すように、装置100nでは、ステップS601の空調機28の運転開始と同時に始まるステップS602におけるウイルス捕捉工程開始時において、ウイルス捕捉時間の計測を開始する。その後、ステップS607の空調機運転停止後、ウイルス捕捉工程が終了する(ステップS608)まで時間計測を行う。そして、ステップS609でルーバー27を締め切った後に、空調室外機内に備えるコンプレッサー(図示せず)を逆回転することにより、再熱加湿(ステップS610)を行う。
この加湿雰囲気内でウイルス不活化工程(S611)を行い、S613における時間判定を、ウイルス捕捉時間によって決定する。ウイルス不活化工程時には、オゾンやラジカルなどの活性種が生成される。
このようにすることにより、装置100nにおいては、空調機内部および空調機28で冷房/暖房している室内を常時衛生的に保持することができる。
なお、図33では、空調機28の空気取り入れ口付近に装置100nを取り付けたものを例に示しているが、図35に示すように空調機28の空気吐き出し口付近に装置100nを取り付けても同様の効果を得ることができる。
1 送風機、2 荷電部高圧電極、3 荷電部接地電極、4 高電圧電源、4a 高電圧電源、5 不活化部高圧電極、5 捕捉部高圧電極、6 親水性フィルター、7 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 ケース、11 荷電部接地電極、12 荷電部高圧電極、13 安全ガード、14 電圧調整装置、14a 電圧調整装置、14b 電圧調整装置、15 ハニカム、15a 親水性ハニカム、15b 触媒添着ハニカム、16 静電フィルター、18 接地電極、19 ファン、20 帯電ミスト噴霧電極、21 加湿装置、22 電源制御装置、23 空調機制御装置、24 ベルマウス、25 熱交換器、26 ドレンパン、27 ルーバー、28 空調機、29 プレフィルター、30 化粧パネル、31 温度湿度センサー、32 全熱交換換気扇、33 室内、34 室外、50 制御器、51 空気導入口、52 排出口、53 空気導入口、54 排出口、100 装置、100a 装置、100b 装置、100c 装置、100d 装置、100e 装置、100f 装置、100g1 装置、100g2 装置、100h 装置、100i1 装置、100i2 装置、100j 装置、100k 装置、100k1 装置、100l 装置、100m 装置、100n 装置、a 空間。

Claims (13)

  1. 浮遊微生物を風路筐体内に取り込む工程と、
    前記風路筐体内に取り込んだ浮遊微生物を荷電する荷電工程と、
    前記荷電された浮遊微生物を電極間に前記荷電工程と逆極性の電圧を印加して誘電された親水性フィルターで捕捉する捕捉工程と、
    前記親水性フィルターで捕捉した浮遊微生物を前記親水性フィルターを介した空間を持つ前記電極間に電圧を印加して生じたプラズマで不活化する不活化工程と、を有し、
    前記荷電工程及び前記捕捉工程の終了後に前記不活化工程を実行し、
    前記捕捉工程と前記不活化工程とで前記電極間に異なる電圧を印加する
    ことを特徴とする微生物・ウイルスの捕捉・不活化方法。
  2. 空調機と組み合わせて使用する
    ことを特徴とする請求項に記載の微生物・ウイルスの捕捉・不活化方法。
  3. 前記風路筐体の空気の導入口及び排出口を、前記空調機の空気の導入口及び排出口と兼用した
    ことを特徴とする請求項に記載の微生物・ウイルスの捕捉・不活化方法。
  4. 前記荷電・捕捉工程と、前記不活化工程とを繰り返し実行する
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の微生物・ウイルスの捕捉・不活化方法。
  5. 前記空調機が運転している際に前記捕捉工程を行い、
    前記空調機の停止後に前記不活化工程を行う
    ことを特徴とする請求項2又は3に記載の微生物・ウイルスの捕捉・不活化方法。
  6. 前記不活化工程を行う際、
    前記風路筐体内に取り込む風量を0.01〜0.5m/分とした
    ことを特徴とする請求項5に記載の微生物・ウイルスの捕捉・不活化方法。
  7. 前記不活化工程を行う際、
    前記空調機を半密閉状態とした
    ことを特徴とする請求項2、請求項3、請求項2に従属する請求項4、請求項5、又は請求項6に記載の微生物・ウイルスの捕捉・不活化方法。
  8. 前記不活化工程を行う際、
    前記空調機の冷房または暖房のモードを反転させる
    ことを特徴とする請求項2、請求項3、請求項2に従属する請求項4、請求項5、請求項6、又は請求項7に記載の微生物・ウイルスの捕捉・不活化方法。
  9. 前記捕捉工程および不活化工程で印加させる電圧を温度、湿度の値により変化させる
    ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の微生物・ウイルスの捕捉・不活化方法。
  10. 浮遊微生物の捕捉時に流れる電流値により、浮遊微生物の不活化時に印加する放電条件を変更する
    ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の微生物・ウイルスの捕捉・不活化方法。
  11. 前記不活化工程を行っている際に水分量を調整する
    ことを特徴とする請求項7に記載の微生物・ウイルスの捕捉・不活化方法。
  12. 前記不活化工程を帯電したミストで行う
    ことを特徴とする請求項11に記載の微生物・ウイルスの捕捉・不活化方法。
  13. 外気を取り入れる空調機と併用し、
    前記空調機の停止中に運転する
    ことを特徴とする請求項1に記載の微生物・ウイルスの捕捉・不活化方法。
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