JP7267653B1 - 微生物不活性化カートリッジ及び微生物不活性化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型でありながら、効率的に微生物を不活性化させ、ウイルスの吸着量を増大する微生物不活性化カートリッジ及び微生物不活性化装置を提供する。【解決手段】 微生物不活性化カートリッジ１は、活性炭を保持する活性炭カートリッジ２０と、活性炭カートリッジ２０が保持する活性炭に紫外線を照射する紫外線照射カートリッジ３０と、を備え、活性炭カートリッジ２０は、紫外線照射カートリッジ３０に対して着脱可能に形成され、活性炭カートリッジ２０に保持される活性炭は、直径８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下に細孔制御されることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、空気中の微生物を不活性化させる微生物不活性化カートリッジ及び微生物不活性化装置に関する。

従来、本体の上方と下方に出風口と入風口が設けられ、並びに本体内部に下から上に、プレフィルタネット、活性炭顆粒ケース、複数層の紫外線殺菌ランプ及び高密度ガラス繊維フィルタネット（ＨＥＰＡ）及び吸い込みファンが設けられ、空気が入風口より進入後に、これらフィルタの阻止、衝撃、付着等の方式により汚染源が除去され、さらに多層の紫外線殺菌ランプにより直接病原菌を殺し、並びに活性炭顆粒により除臭し、こうして病原菌退治と空気清浄を達成すると共に、修理やろ材交換時の感染を防止する病院用空気浄化設備が開示されている（特許文献１参照）。

登録実用新案第３１０３４０６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された設備は、大型であって、狭い空間に用いることはできない。また、特許文献１に記載された設備は、浮遊する病原菌を退治するために複数の紫外線殺菌ランプを用いており、効率的な病原菌退治をすることができない。特に、特許文献１に記載された発明は、ウイルスの吸着に関しては何ら記載されていない。

本発明は、小型でありながら、効率的に微生物を不活性化させ、ウイルスの吸着量を増大することができる微生物不活性化カートリッジ及び微生物不活性化装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる微生物不活性化カートリッジは、
活性炭を保持する活性炭カートリッジと、
前記活性炭カートリッジが保持する活性炭に紫外線を照射する紫外線照射カートリッジと、
を備え、
前記活性炭カートリッジは、前記紫外線照射カートリッジに対して着脱可能に形成され、
前記活性炭カートリッジに保持される前記活性炭は、直径８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下の細孔を含み、
前記活性炭の直径８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下の細孔量は、直径５０ｎｍ以下の細孔量よりも多い
ことを特徴とする。

本発明にかかる微生物不活性化カートリッジ及び微生物不活性化装置によれば、小型でありながら、効率的に微生物を不活性化させ、ウイルスの吸着量を増大することができる。

本実施形態の微生物不活性化装置を示す。 第１実施形態の微生物不活性化装置の断面図を示す。 本実施形態の微生物不活性化装置の活性炭の細孔直径と細孔量の関係を示す。 第２実施形態の微生物不活性化装置の断面図を示す。 第３実施形態の微生物不活性化装置の断面図を示す。 本実施形態の微生物不活性化装置に設置可能な追加カートリッジを示す。

以下、図面を参照して本発明にかかる一実施形態の微生物不活性化装置１を説明する。本実施形態の微生物不活性化装置１は、空気中の細菌及びウイルス等の微生物を内部で不活性化させた後、空気を外部に排出するものである。

図１は、本実施形態の微生物不活性化装置１を示す。図２は、第１実施形態の微生物不活性化装置の断面図を示す。

本実施形態の微生物不活性化装置１は、本体２と、微生物不活性化カートリッジ１０と、を備える。図１に示すように、本実施形態の生物不活性化装置１は、一例として、救急車又はドクターヘリ内等の狭い空間で用いられ、患者１００のマスク１０１からチューブ１０２を介して呼気を吸入し、微生物不活性化カートリッジ１０で微生物を不活性化して、本体２から排出する。

このように、本実施形態の微生物不活性化装置１は、患者等の呼気に含まれるウイルス又は細菌等の微生物を大幅に不活性化した後、排出することができる。したがって、医療従事者、救急救命士、及び、家族等の感染リスクを低減することができる。

図２に示すように、微生物不活性化装置１は、中空の本体２と、本体２内に収納され電力を供給する電源３と、本体２内に収納され電源３により駆動するポンプ４と、本体２内に収納されポンプ４を介して微生物不活性化カートリッジ１０からの空気を外部に排出する管路５と、を備える。微生物不活性化カートリッジ１０は、本体２に対して着脱可能に形成される。

微生物不活性化カートリッジ１０は、活性炭を保持する活性炭カートリッジ２０と、活性炭カートリッジ２０が保持する活性炭に紫外線を照射する紫外線照射カートリッジ３０と、を有する。活性炭カートリッジ２０は、紫外線照射カートリッジ３０に対して着脱可能である。本実施形態の活性炭カートリッジ２０は、紫外線照射カートリッジ３０内に挿入される。本実施形態の微生物不活性化装置１は、空気の流れにおいて、上流に紫外線照射カートリッジ３０を配置し、下流に活性炭カートリッジ２０を配置している。

このように、微生物不活性化カートリッジ１０において、活性炭カートリッジ２０は、紫外線照射カートリッジ３０内に着脱可能に挿入されるので、活性炭カートリッジ２０が紫外線照射カートリッジ３０内に収納され、微生物不活性化カートリッジ１０全体の体積が小さくなり、小型でありながら、効率的に微生物を不活性化することができる。

活性炭カートリッジ２０は、一方端に開口部２１ａが形成され、他方端に管路５に接続されて空気を排出する第１流通部２１ｂを有する円筒形の活性炭用ケース２１と、開口部２１ａから挿入され第１流通部２１ｂに向けて小径となる略円錐の側面形状を有する活性炭保持部２２と、活性炭用ケース２１及び活性炭保持部２２の開口に設置される円形のフィルタ２３と、を有する。

活性炭用ケース２１は、カップの底の中央に小さな孔が開いた形状である。なお、活性炭用ケース２１は、角筒形でもよい。活性炭用ケース２１が角筒形の場合には、活性炭保持部２２は角錐の側面形状となり、フィルタ２３は角形で形成される。フィルタ２３は埃等を除去する繊維フィルタ等でよい。なお、フィルタ２３は装着しなくてもよい。

図３は、本実施形態の微生物不活性化装置の活性炭の細孔直径と細孔量の関係を示す。活性炭保持部２２に用いられる活性炭は、直径８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下の細孔制御されたものが好ましい。図３に示すように、従来のヤシ殻活性炭と比較して細孔量を約１２０倍多く形成することができる。また、ウイルスのサイズは、約８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であるので、ウイルスの吸着量を増大させることができる。

ここで、活性炭の細孔制御について説明する。活性炭は、アルカリ土類金属酸化物の結晶子サイズによって活性炭の細孔サイズを制御することができるほか、用いる有機質樹脂の種類によって活性炭の細孔分布を制御することができる。より具体的には、有機質樹脂をアルカリ土類金属化合物と混合し、非酸化性雰囲気で加熱焼成した後、混合物を酸性水溶液で処理すると、アルカリ土類金属酸化物が可溶性の塩として水に溶解し、これを濾過・水洗して乾燥すると、活性炭を得ることができる。

本実施形態の活性炭は、直径８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下の細孔を形成するため、アルカリ土類金属化号物として酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、又は、酢酸マグネシウム等のマグネシウム化合物の粉末を使用する。マグネシウム化合物を有機質樹脂と混合し、焼成した後、酸性水溶液で処理し、濾過・水洗して乾燥させる。すると、直径８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下の細孔制御された活性炭が生成される。

活性炭保持部２２に保持される活性炭は、表面に溝を形成してもよい。溝を形成することで、活性炭への紫外線の照射面積を増加させることができ、より効率的に微生物を不活性化することができる。溝は、空気の流れの上流から下流へ向かって直線状又は螺旋状等に形成すればよい。また、活性炭の表面に凹凸を形成し、活性炭への紫外線の照射面積を増加させてもよい。

紫外線照射カートリッジ３０は、一方端にチューブ等に接続されて空気が流入する第２流通部３１ａを有し、他方端に開口部３１ｂが形成される円筒形の紫外線用ケース３１と、紫外線用ケース３１の一方端の内側に設置されるユニット保持部３２と、ユニット保持部３２に保持される紫外線ユニット３３と、紫外線ユニット３３の先端に設置される拡散部３４と、を備える。

紫外線用ケース３１は、カップの底の中央に小さな孔が開いた形状である。なお、活性炭用ケース２１が角筒形の場合、紫外線用ケース３１は角筒形でもよい。また、紫外線用ケース３１の内側面３１ｃは紫外線を反射させるためにコーティング等の表面処理をしてもよい。

ユニット保持部３２は、中央に形成される保持ケース３２ａと、保持ケース３２ａから放射方向に延びる複数の脚部３２ｂと、を有する。複数の脚部３２ｂの放射状に延びた一端は紫外線用ケース３１の一方端の内側に設置され、複数の脚部３２ｂの他端は中央で接続され、保持ケース３２ａを支持する。

紫外線ユニット３３は、紫外線を照射する光源を含む。本実施形態の紫外線ユニット３３の光源は、紫外線レーザーであるが、ランプやＬＥＤ等でもよい。紫外線レーザーを使用することで、高強度の安定した照射を実現することができる。

拡散部３４は、紫外線ユニット３３の先端に設置され、紫外線ユニット３３から照射された紫外線を拡散する。拡散部３４は、レンズ又は回折光学素子等の拡散板でよい。拡散部３４は、紫外線を整形することができる。例えば、活性炭保持部２２の開口部２１ａの形状にあわせて整形すれば、活性炭への紫外線の照射面積が最大となり、効率的に微生物を不活性化することができる。

微生物不活性化カートリッジ１０は、紫外線用ケース３１の他方端の開口部３１ｂから、活性炭用ケース２１の一方端の開口部２１ａ側を挿入し、紫外線用ケース３１の他方端の開口部３１ｂに、活性炭用ケース２１の他方端側の外周面２１ｃを嵌め込むことで、形成される。活性炭用ケース２１は、紫外線用ケース３１に対して着脱可能である。活性炭用ケース２１を紫外線用ケース３１に嵌め込むと、活性炭保持部２２と紫外線ユニット３３は対向する。

したがって、微生物不活性化カートリッジ１０は、活性炭保持部２２が劣化した場合、劣化した活性炭カートリッジ２０を紫外線照射カートリッジ３０から取り外し、新しい活性炭カートリッジ２０を紫外線照射カートリッジ３０に交換することができる。また、微生物不活性化カートリッジ１０は、紫外線ユニット３３が故障した場合、活性炭カートリッジ２０を紫外線照射カートリッジ３０から取り外し、新しい紫外線照射カートリッジ３０に活性炭カートリッジ２０を装着することができる。

活性炭カートリッジ２０及び紫外線照射カートリッジ３０は、それぞれ交換可能であって、劣化又は故障したカートリッジのみ交換すればよいので、経費を節約することができる。

微生物不活性化カートリッジ１０は、本体２に対して着脱可能である。微生物不活性化カートリッジ１０を本体２に取り付ける際は、活性炭カートリッジ２０の第１流通部２１ｂを管路５に挿入すればよい。微生物不活性化カートリッジ１０を本体２から取り外す際は、活性炭カートリッジ２０の第１流通部２１ｂから管路５を抜けばよい。

本体２は、微生物不活性化カートリッジ１０自体を挿入する受け部２ａを有すると好ましい。受け部２ａによって、微生物不活性化カートリッジ１０の移動を少なくすることができ、微生物不活性化カートリッジ１０を本体２に安定して装着することができる。

図１及び図２に示す第１実施形態の微生物不活性化装置１は、患者１００のマスク１０１からチューブ１０２を介して微生物不活性化カートリッジ１０に呼気を吸入する。吸入された呼気の微生物は、活性炭カートリッジ２０の活性炭保持部２２に捕捉される。微生物が捕捉された空気は、活性炭保持部２２を通過して、第１流通部２１ｂから本体２の管路５へ排出される。活性炭保持部２２に捕捉された微生物は、紫外線照射カートリッジ３０の紫外線ユニット３３から照射された紫外線によって不活性化される。

図４は、第２実施形態の微生物不活性化装置１の断面図を示す。

第２実施形態の微生物不活性化装置１は、第１実施形態と同様の構造を有する微生物不活性化カートリッジ１０を、本体２に対して逆向きに取り付けたものである。

第２実施形態の微生物不活性化カートリッジ１０は、本体２に対して着脱可能である。微生物不活性化カートリッジ１０を本体２に取り付ける際は、紫外線照射カートリッジ３０の第２流通部３１ａを管路５に挿入すればよい。微生物不活性化カートリッジ１０を本体２から取り外す際は、紫外線照射カートリッジ３０の第２流通部３１ａを管路５から抜けばよい。なお、紫外線照射カートリッジ３０の第２流通部３１ａと管路５は、直接接続せず、紫外線照射カートリッジ３０の第２流通部３１ａと管路５の間にアダプター等を用いて間接的に接続してもよい。

図４に示す第２実施形態の微生物不活性化装置１は、紫外線照射カートリッジ３０の第２流通部３１ａから空気を吸入する。吸入された空気の微生物は、活性炭カートリッジ２０の活性炭保持部２２に捕捉される。微生物が捕捉された後の空気は、活性炭保持部２２を通過して、第１流通部２１ｂから本体２の管路５へ排出される。活性炭保持部２２に捕捉された微生物は、紫外線照射カートリッジ３０の紫外線ユニット３３から照射された紫外線によって不活性化される。

このように、第２実施形態の微生物不活性化装置１は、本体２に対して微生物不活性化カートリッジ１０を誤って逆向きに取り付けたとしても使用可能なので、ストレス無く安心して取り付けることができる。

図５は、第３実施形態の微生物不活性化装置１の断面図を示す。

第１実施形態の微生物不活性化装置１は、マスク１０１及びチューブ１０２を用いて患者等の呼気内のウイルス又は細菌等を不活性化する例であるが、この例に限らず、病院の室内等の広い空間の空気に用いられてもよい。第３実施形態の微生物不活性化装置１は、マスク１０１及びチューブ１０２を用いず、広い第２流通部３１ａを用いて多くの空気を吸入する構造としたものである。

このように、第３実施形態の微生物不活性化装置１は、広い空間に含まれるウイルス又は細菌等の微生物を大幅に不活性化した後、排出することもできる。したがって、広い空間での人々の感染リスクを低減することができる。なお、図４に示した第２実施形態も第１流通部２１ｂを広くして、多くの空気を吸入する構造とし、同様の効果を有するものとしてよい。

また、活性炭用ケース２１、活性炭保持部２２、及び、紫外線用ケース３１の形状は、他の形状でもよい。例えば、図５に示したように、活性炭用ケース２１を活性炭保持部２２にあわせた円錐側面状に形成し、先端に第１流通部２１ｂを形成してもよい。この場合、紫外線用ケース３１は、活性炭用ケース２１の開口部２１ａ側を保持する構造としてもよく、活性炭用ケース２１を覆うような別体の蓋を設けてもよい。

さらに、紫外線ユニット３３の光源は、複数でもよい。光源を複数用いる場合、活性炭保持部２２に効率的に照射できるように配置することが好ましい。

図６は本実施形態の微生物不活性化装置１に設置可能な追加カートリッジ４０，５０，６０を示す。

図６（ａ）は、ヘリカル型追加カートリッジ４０を示す。ヘリカル型追加カートリッジ４０は、螺旋状の通路が形成されており、通路の壁面に活性炭を付着させる。ヘリカル型追加カートリッジ４０は、第１接続部４２を図１に示したチューブ１０２に接続し、第２接続部４３を微生物不活性化カートリッジ１０の第１流通部２１ｂ又は第２流通部３１ａに接続し、使用すればよい。

図６（ｂ）は、巻貝型追加カートリッジ５０を示す。巻貝型追加カートリッジ５０は、巻貝状の通路が形成されており、通路の壁面に活性炭を付着させる。巻貝型追加カートリッジ４０は、第１接続部５２を図１に示したチューブ１０２に接続し、第２接続部５３を微生物不活性化カートリッジ１０の第１流通部２１ｂ又は第２流通部３１ａに接続し、使用すればよい。

図６（ｃ）は、ベルヌーイ型追加カートリッジ６０を示す。ベルヌーイ型追加カートリッジ６０は、ベルヌーイの定理によって流速を向上させるように通路が形成されており、通路の壁面に活性炭を付着させる。ベルヌーイ型追加カートリッジ６０は、第１接続部６２を図１に示したチューブ１０２に接続し、第２接続部６３を微生物不活性化カートリッジ１０の第１流通部２１ｂ又は第２流通部３１ａに接続し、使用すればよい。

このように、微生物不活性化装置１は、追加カートリッジ４０，５０，６０を設置することができるので、より多くの微生物を捕獲することができる。

以上、本実施形態の微生物不活性化カートリッジ１０は、活性炭を保持する活性炭カートリッジ２０と、活性炭カートリッジ２０が保持する活性炭に紫外線を照射する紫外線照射カートリッジ３０と、を備え、活性炭カートリッジ２０は、紫外線照射カートリッジ３０に対して着脱可能に形成され、活性炭カートリッジ２０に保持される活性炭は、直径８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下に細孔制御される。したがって、本実施形態の微生物不活性化カートリッジ１０は、小型でありながら、効率的に微生物を不活性化することができ、多くの微生物を捕獲することができる。特に、ウイルスのサイズは、約８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であるので、ウイルスの吸着量を増大させることができる。

また、本実施形態の微生物不活性化カートリッジ１０は、活性炭カートリッジ２０に保持される活性炭は、表面に溝が形成される。したがって、本実施形態の微生物不活性化カートリッジ１０は、小型でありながら、多くの微生物を捕獲することができる。

また、本実施形態の微生物不活性化カートリッジ１０は、一方端に開口部２１ａが形成され、他方端から空気を排出する活性炭用ケース２１と、開口部２１ａから挿入され活性炭を保持する活性炭保持部２２と、を有し、紫外線照射カートリッジ３０は、一方端から空気が流入し、他方端に開口部３１ｂが形成される紫外線用ケース３１と、紫外線用ケース３１の一方端の内側に設置されるユニット保持部３２と、ユニット保持部３２に保持される紫外線ユニット３３と、を備える。したがって、本実施形態の微生物不活性化カートリッジ１０は、活性炭カートリッジ２０と紫外線照射カートリッジ３０の構造をコンパクトにまとめることができる。

また、本実施形態の微生物不活性化カートリッジ１０は、活性炭保持部２２は、一方端側から他方端側に向けて小径となる円錐の側面形状を有する。したがって、本実施形態の微生物不活性化カートリッジ１０は、多くの微生物を捕獲することができる。多くの微生物を捕獲することができる。

また、本実施形態の微生物不活性化カートリッジ１０では、紫外線ユニットは、先端に設置され紫外線を拡散及び整形させる拡散部を有する。したがって、本実施形態の微生物不活性化カートリッジ１０は、活性炭保持部２２の活性炭に効率的に紫外線を照射することができる。

また、本実施形態の微生物不活性化装置１００は、前記微生物不活性化カートリッジ１０と、微生物不活性化カートリッジ１０を着脱可能な本体２と、本体２内に収納され電力を供給する電源３と、本体２内に収納され電源３により駆動するポンプ４と、本体２内に収納されポンプ４を介して微生物不活性化カートリッジ１０から送られた空気を外部に排出する管路５と、を備える。したがって、本実施形態の微生物不活性化装置１００は、小型でありながら、効率的に微生物を不活性化することができる。

なお、この実施形態によって本発明は限定されるものではない。すなわち、実施形態の説明に当たって、例示のために特定の詳細な内容が多く含まれるが、当業者であれば、これらの詳細な内容に色々なバリエーションや変更を加えてもよい。

１…微生物不活性化装置、２…本体、３…電源、４…ポンプ、５…管路、
１０…微生物不活性化カートリッジ、
２０…活性炭カートリッジ、２１…活性炭用ケース、２２…活性炭保持部、２３…フィルタ、
３０…紫外線カートリッジ、３１…紫外線用ケース、３２…ユニット保持部、３３…紫外線ユニット

Claims (5)

1. 活性炭を保持する活性炭カートリッジと、
   前記活性炭カートリッジが保持する活性炭に紫外線を照射する紫外線照射カートリッジと、
   を備え、
   前記活性炭カートリッジは、前記紫外線照射カートリッジに対して着脱可能に形成され、
   前期活性炭カートリッジに保持される前期活性炭は、直径８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下の細孔を含み、
   前記活性炭の直径８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下の細孔量は、直径５０ｎｍ以下の細孔量よりも多い
   ことを特徴とする微生物不活性化カートリッジ。
2. 前記活性炭カートリッジは、
   一方端に開口部が形成され、他方端から空気を排出する活性炭用ケースと、
   前記開口部から挿入され前記活性炭を保持する活性炭保持部と、
   を有し、
   前記紫外線照射カートリッジは、
   一方端から空気が流入し、他方端に開口部が形成される紫外線用ケースと、
   前記紫外線用ケースの一方端の内側に設置されるユニット保持部と、
   前記ユニット保持部に保持される紫外線ユニットと、
   を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の微生物不活性化カートリッジ。
3. 前記活性炭保持部は、一方端側から他方端側に向けて小径となる円錐の側面形状を有する
   ことを特徴とする請求項２に記載の微生物不活性化カートリッジ。
4. 前記紫外線ユニットは、先端に設置され紫外線を拡散及び整形させる拡散部を有する
   ことを特徴とする請求項３に記載の微生物不活性化カートリッジ。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の微生物不活性化カートリッジと、
   前記微生物不活性化カートリッジを着脱可能な本体と、
   前記本体内に収納され電力を供給する電源と、
   前記本体内に収納され前記電源により駆動するポンプと、
   前記本体内に収納され前記ポンプを介して前記微生物不活性化カートリッジから送られた空気を外部に排出する管路と、
   を備えることを特徴とする微生物不活性化装置。

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