JP7302644B2 - 不活化装置および不活化方法 - Google Patents
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Description
例えば特許文献1には、室内上部に取り付けられ、室内の水平方向、斜め下方、および下方に紫外線を照射する室内殺菌装置が開示されている。
これにより、検知部が人間の存在を検知しない無人期間において、必要量の紫外線照射を達成した後に消灯することで、不必要な紫外線照射を減らすことができる。特に無人期間においては、人間を介して対象空間内に細菌やウイルスが新たに持ち込まれることがないため、対象空間内における不活化された状態を悪化させることが無い。
しかし、波長190nm~235nmに中心波長を有する紫外線、例えば波長222nmの紫外線照射によって菌を不活化した場合には、紫外線照射後に可視光が照射されても菌の光回復は行われないことが確認された。この作用は、波長240nmより短い波長帯域の紫外線が、細菌やウイルスが持つ細胞膜や酵素の成分であるタンパク質に効果的に吸収されるためと考えられる。詳述すると、240nmよりも短い波長帯域の紫外光は、人の皮膚表面(例えば角質層)で吸収され、皮膚内部まで浸透し難く、皮膚に対して安全性が高いが、細菌やウイルスはヒト細胞よりも物理的にはるかに小さく、240nmよりも短い波長帯域であっても紫外光が内部まで到達しやすい。そのため、菌やウイルスを構成する細胞、特に、タンパク質成分を含む細胞膜や酵素等に対して効果的に作用し、菌の光回復等の機能を抑制する効果が高められると考えられる。
そのため、一定時間の紫外線照射によって対象空間内の不活化が実行された後は、紫外線の照射を停止させても不活化された状態を維持しやすくなり、不活化装置の消費電力を抑えることができる。また対象空間内に存在する部材(例えば、壁紙、什器等)に対して過剰に紫外線を照射させることが無い。
人間の存在を検知しない期間に、対象空間内に必要量の紫外線が照射された後であっても、この対象空間内に新たに人間が入り込む場合は、人間を介して新たに微生物やウイルスが持ち込まれる可能性がある。これは不活化された状態を阻害するため、人間の存在を検知したら紫外線照射を行う。これにより、対象空間内の不活化レベルを高く保つことができる。
この場合も、人間の存在を検知しない期間に紫外線照射が一定時間行われた後に、対象空間内に新たに人間が入り込む際に、人間を介して新たに微生物やウイルスが持ち込まれる可能性を想定したものであるが、人間への紫外線量が上限値に近い場合においては、人間への直接的な紫外線照射を行わず、再び人間が不在となったタイミングで、対象空間内に残された微生物やウイルスに紫外線を照射することができ、人間への紫外線量の許容限界値を想定したより安全な始動制御が実現できる。
そのため、一定時間の紫外線照射によって対象空間内の不活化が実行された後は、紫外線の照射を停止させても不活化された状態を維持しやすくなり、不活化装置の消費電力を抑えることができる。また対象空間内に存在する部材(例えば、壁紙、什器等)に対して過剰に紫外線を照射させることが無い。
図1は、本実施形態における不活化装置100の外観イメージ図である。
不活化装置100は、人や動物が存在する空間内において紫外線照射を行い、当該空間や当該空間内の物体表面に存在する微生物やウイルスを不活化する装置である。
ここで、上記空間は、例えば、オフィス、商業施設、医療施設、駅施設、学校、役所、劇場、ホテル、飲食店等の施設内の空間や、自動車、電車、バス、タクシー、飛行機、船等の乗物内の空間を含む。なお、上記空間は、病室、会議室、トイレ、エレベータ内などの閉鎖された空間であってもよいし、閉鎖されていない空間であってもよい。
なお、ここでいう「不活化」とは、微生物やウイルスを死滅させる(又は感染力や毒性を失わせる)ことを指すものである。
筐体11内部には、紫外線光源として、エキシマランプ20が収容されている。エキシマランプ20は、例えば中心波長222nmの紫外線を放出するKrClエキシマランプとすることができる。なお、紫外線光源は、KrClエキシマランプに限定されるものではなく、190nm~235nmの波長範囲にある紫外線を放射する光源であればよい。なお、筐体11と紫外線光源(エキシマランプ20)とで光源部を構成している。
そこで、本実施形態では、紫外線光源として、人体への悪影響が少なく、不活化効果が得られる波長域190nm~235nmの紫外線を放射し、それ以外のUVCを実質的に放射しない紫外線光源を用いる。また、さらに安全性の高い波長帯域として、波長域200nm~230nmにピーク波長を有する紫外線光源を用いてもよい。
なお、発光ガスは上記に限定されない。例えば、発光ガスとして臭化クリプトン(KrBr)ガス等を用いることもできる。KrBrエキシマランプの場合、得られる放射光のピーク波長は207nmである。
また、図1では、不活化装置100が複数(3本)の放電容器21を備えているが、放電容器21の数は特に限定されない。
そして、放電容器21は、これら2つの電極22、22に接触しながら跨るように配置されている。具体的には、2つの電極22、23には凹溝が形成されており、放電容器21は、電極22、23の凹溝に嵌め込まれている。
ここで、電極22、23は、エキシマランプ21から放射される光に対して反射性を有する金属部材により構成されていてもよい。この場合、放電容器21から-Z方向に放射された光を反射して+Z方向に進行させることができる。
電源部15は、電源からの電力が供給されるインバータ等の電源部材や、電源部材を冷却するためのヒートシンク等の冷却部材を含む。また、制御部16は、光源部を構成するエキシマランプ20の点灯を制御する。
制御部16は、検知部31からの信号に基づき、対象空間内に人間の存在を検知する期間(ここでは、有人期間とも称す)と、対象空間内に人間の存在を検知しない期間(ここでは、無人期間とも称す)とにおいて、光源部から放射される紫外線の平均照度が異なるよう、有人期間においては第一点灯動作を実行し、無人期間においては第二点灯動作を実行するよう制御する。図2に示すように連続的に紫外線を放射する場合、平均照度とは、所定期間内の照度の積算値を、上記所定期間で割った値である。
ACGIH(American Conference of Governmental Industrial Hygienists:米国産業衛生専門家会議)やJIS Z 8812(有害紫外放射の測定方法)によれば、人体への1日(8時間)あたりの紫外線照射量は、波長ごとに許容限界値(TLV:Threshold Limit Value)が定められており、許容限界値を超えない程度に所定時間当たりに照射される紫外線の照度と照射量を決定することが求められている。この許容限界値は、今後は改定されてゆく可能性もあるが、例えば、有人期間に実行される第一点灯動作における平均照度は、8時間連続照射しても紫外線照射量が上記許容限界値を超えない値に設定してもよい。
したがって、対象空間内に人が存在しない期間においては、紫外線の平均照度がより高い第二点灯動作が実行されることで、より効果的に対象空間内の微生物やウイルスの不活化を行うことができる。また、対象空間内に人間の存在を検知する期間においても、第一点灯動作を実行することで、所定の紫外線を照射し、微生物やウイルスの不活化を行うことができる。
無人期間においては、対象空間内に必要十分な紫外線照射が実行されれば、空間内の不活化が達成される。そのため、人間を介して、新たに微生物やウイルスが入り込むことが想定され難い場合は、点灯動作を停止(消灯)させることで、対象空間内への過剰な紫外線照射を抑えることができる。これにより消費電力を抑えることができる。また光源部の発光動作時間を低減させることができ、不活化装置100の使用寿命を延ばすことができる。
そのため、一定時間の紫外線照射によって対象空間内の不活化が実行された後は、紫外線の照射を停止させても不活化された状態を維持しやすくなり、不活化装置100の消費電力を抑えることができる。また対象空間内に存在する部材(例えば、壁紙、什器等)に対して過剰に紫外線を照射させることが無い。これは、これまでの殺菌灯として知られている低圧水銀灯(主波長が254nm)では実現し得ない効果である。
一方、図4に示すように、波長222nmの紫外線照射を行った場合には、可視光が照射されていても菌の回復が認められない。つまり、菌の光回復が阻害されている。
また、第二点灯動作の時間が継続される時間(一定時間)は、例えば下記のように算定することができる。
必要な照射時間H=E/(0.6×I50×(50/h)2)・・・(1)
なお、上記(1)式において、I50×(50/h)2は、光放射面12から距離hだけ離れた面における紫外線の照度Ihである。つまり、照射時間Hは、紫外線照度が、光放射面12から距離hだけ離れた面における紫外線の最大照度に対して60%となる領域(60%照度エリア)において上記不活化対象を不活化可能な時間に設定される。
なお、第二点灯動作が停止された後に、検知部31により人間の存在が検知された場合は、再び、検知部31により人間の存在が検知されなくなるまで待機し、検知部31が人間の存在を検知しなくなった場合に、第二点灯動作を実行するようにしてもよい。つまり、図5に示すように、時刻t4において第二点灯動作が停止された後、時刻t5において人間の存在が検知された場合、この時刻t5では第一点灯動作を実行せずに、その後の時刻t6において人間の存在が検知されなくなった場合に、第二点灯動作を実行するようにしてもよい。
図6は、本発明に係る点灯動作の一態様を示した説明図であり、第一点灯動作および第二点灯動作が、それぞれ間欠動作を行う場合の一態様を示したものである。検知部31からの信号に基づき、対象空間内に人間の存在を検知する期間(ここでは、有人期間とも称す)と、対象空間内に人間の存在を検知しない期間(ここでは、無人期間とも称す)とにおいて、光源部から放射される紫外線の平均照度が異なるよう、有人期間においては第一点灯動作を実行し、無人期間においては第二点灯動作を実行するよう制御する。
つまり、図6に示すように周期的な間欠動作を行う場合、平均照度は、照度×デューティ比となる。ここで、デューティ比は、点灯時間と消灯時間との総和に対する点灯時間の割合であり、点灯時間/(点灯時間+消灯時間)で表される値である。
したがって、図2に示す実施態様と同様に、対象空間内に人が存在しない期間においては、紫外線の平均照度がより高い第二点灯動作が実行されることで、より効果的に対象空間内の微生物やウイルスの不活化を行うことができる。また、対象空間内に人間の存在を検知する期間においても、第一点灯動作を実行することで、所定の紫外線を照射し、微生物やウイルスの不活化を行うことができる。
無人期間においては、対象空間内に必要十分な紫外線照射が実行されれば、空間内の不活化が達成される。そのため、人間を介して、新たに微生物やウイルスが入り込むことが想定され難い場合は、点灯動作を停止(消灯)させることで、対象空間内への過剰な紫外線照射を抑えることができる。これにより消費電力を抑えることができる。また光源部の発光動作時間を低減させることができ、不活化装置100の使用寿命を延ばすことができる。
点灯動作から開始するようにすると、人間の存在/不在が激しく変動する場合に、点灯時間が比較的長くなる可能性がある。消灯時間から開始するようにすることで、点灯時間を適切な値に維持しやすい。
なお、第一点灯動作や第二点灯動作において、点灯時間と消灯時間とが交互に繰り返される間欠動作を行う場合、上記実施形態では、消灯時間を調整することで光源部の点灯時間と消灯時間の比を変更する場合について説明したが、点灯時間を調整するようにしてもよいし、点灯時間と消灯時間の両方を調整するようにしてもよい。
対象空間内には、人間を介して新たな細菌やウイルスが持ち込まれる可能性が高いが、人間を介さずとも、空間中に細菌やウイルスが外部から流入される可能性も考えられる。このような場合を想定して、消灯時間が長く続く場合は、再度点灯動作を実行することで、対象空間内の不活化レベルを維持するよう付加的な制御を実行してもよい。
例えば、190nm~235nmの波長帯域に中心波長を有する紫外線を放射する光源部と、対象空間内に人間が存在するかどうかを検知する検知部と、前記光源部の点灯状態を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記検知部が人間の存在を検知しない期間に実行される第二点灯動作を備え、前記第二点灯動作は、前記検知部が人間の存在を検知しない期間が一定時間を経過した後に、停止するよう制御されることを特徴とする不活化装置、としてもよい。
H=E/(0.6×Ih)
H=E/(0.6×Ih)
ここでの「一定時間」とは、対象空間内に存在する微生物やウイルスが十分に不活化できる程度の時間で設定され、具体的には、選択された点灯動作モードにおいて、不活化率が90%以上、より望ましくは99%以上、更に望ましくは99.9%以上となる程度に紫外線が照射可能な時間で設定される。不活化に必要な紫外線量は、対象とする微生物やウイルスによって異なり、対象とする微生物やウイルスの種類によって適宜変更される。
これにより、検知部が人間の存在を検知しない無人期間において、必要量の紫外線照射を達成した後に消灯することで、不必要な紫外線照射を減らすことができる。特に無人期間においては、人間を介して対象空間内に細菌やウイルスが新たに持ち込まれることがないため、対象空間内における不活化された状態を悪化させることが無い。
Claims (4)
- 190nm~235nmの波長帯域に中心波長を有する紫外線を放射する光源部と、
対象空間内に人間が存在するかどうかを検知する検知部と、
前記光源部の点灯状態を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記検知部が人間の存在を検知しない期間に一定時間、紫外線照射を行い、前記一定時間を経過した後に、前記光源部に紫外線照射を停止させ、その後、少なくとも前記検知部が人間の存在を検知するまでの間、可視光が照射される環境下において前記光源部に紫外線照射の停止を継続させる
ことを特徴とする不活化装置。 - 前記制御部は、
前記検知部が人間の存在を検知しない期間が前記一定時間を経過して前記光源部に紫外線照射を停止させた後に、前記検知部が人間の存在を検知した場合は、前記紫外線照射を開始させることを特徴とする請求項1に記載の不活化装置。 - 前記制御部は、
前記検知部が人間の存在を検知しない期間が前記一定時間を経過して前記光源部に紫外線照射を停止させた後に、前記検知部が人間の存在を検知した場合は、前記紫外線照射の停止を継続するように制御し、前記検知部が人間の存在を検知しなくなると前記紫外線照射を開始させることを特徴とする請求項1に記載の不活化装置。 - 190nm~235nmの波長帯域に中心波長を有する紫外線を放射する光源部の点灯状態を制御する不活化方法であって、
対象空間内に人間が存在するかどうかを検知するステップと、
前記人間の存在を検知しない期間に一定時間、紫外線照射を行った後に、前記光源部に紫外線照射を停止させ、その後、少なくとも前記人間の存在を検知するまでの間、可視光が照射される環境下において前記光源部に紫外線照射の停止を継続させるステップと、を含むことを特徴とする不活化方法。
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