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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023035282
(43)【公開日】2023-03-13
(54)【発明の名称】抗ウイルス空調機
(51)【国際特許分類】
A61L 2/10 20060101AFI20230306BHJP
A61L 9/16 20060101ALI20230306BHJP
A61L 9/20 20060101ALI20230306BHJP
F24F 8/22 20210101ALI20230306BHJP
F24F 8/90 20210101ALI20230306BHJP
【ＦＩ】
A61L2/10
A61L9/16 F
A61L9/20
F24F8/22
F24F8/90 140
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021142002
(22)【出願日】2021-08-31
(71)【出願人】
【識別番号】000002299
【氏名又は名称】清水建設株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】510099970
【氏名又は名称】学校法人順天堂大学
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】中村 友久
(72)【発明者】
【氏名】辻 裕次
(72)【発明者】
【氏名】三宅 絵美香
(72)【発明者】
【氏名】中上 裕仁
(72)【発明者】
【氏名】栗原 隆
(72)【発明者】
【氏名】堀 賢
【テーマコード（参考）】
4C058
4C180
【Ｆターム（参考）】
4C058AA19
4C058BB06
4C058DD16
4C058EE29
4C058KK02
4C058KK23
4C058KK33
4C058KK46
4C180AA07
4C180AA16
4C180DD03
4C180DD09
4C180HH05
4C180HH17
(57)【要約】
【課題】ウイルスを不活性化させる波長の紫外線を室内に直接照射せずに、ウイルスを不活性化させることができる抗ウイルス空調機を提供する。
【解決手段】送風ファン１４と、熱交換器１６と、フィルター１８と、ウイルスを不活性化する波長の紫外線を含む光を放射する紫外線光源２０とを収容する筐体１２と、この筐体１２のフィルター１８の前側に対応する位置に設けられた空気吸込口２４を備える抗ウイルス空調機１０であって、紫外線光源２０は、フィルター１８の後側に設けられるようにする。
【選択図】図１
【解決手段】送風ファン１４と、熱交換器１６と、フィルター１８と、ウイルスを不活性化する波長の紫外線を含む光を放射する紫外線光源２０とを収容する筐体１２と、この筐体１２のフィルター１８の前側に対応する位置に設けられた空気吸込口２４を備える抗ウイルス空調機１０であって、紫外線光源２０は、フィルター１８の後側に設けられるようにする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
送風ファンと、熱交換器と、フィルターと、ウイルスを不活性化する波長の紫外線を含む光を放射する紫外線光源とを収容する筐体と、この筐体のフィルターの前側に対応する位置に設けられた空気吸込口を備える抗ウイルス空調機であって、
紫外線光源は、フィルターの後側に設けられることを特徴とする抗ウイルス空調機。
紫外線光源は、フィルターの後側に設けられることを特徴とする抗ウイルス空調機。
【請求項2】
紫外線光源は、後側に向けて光を放射することを特徴とする請求項１に記載の抗ウイルス空調機。
【請求項3】
紫外線光源は、フィルターの後側に配置したチャンバーに設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の抗ウイルス空調機。
【請求項4】
紫外線光源は、光を遮蔽する空気通路内に光を放射することを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の抗ウイルス空調機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、新興ウイルス感染症リスク低減に好適な抗ウイルス空調機に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、中性能フィルターを備えた空調機が知られている（例えば、特許文献１を参照）。このような空調機によれば、中性能フィルターにより新型コロナウイルス（ＣＯＶＩＤ－１９ウイルス）を一部捕集できる。しかし、ウイルスを不活性化することはできない。
【0003】
一方、ウイルスを不活性化するための従来の殺菌方法として、深紫外線（ＵＶ－Ｃ）を照射する方法が知られている（例えば、特許文献２を参照）。これは、高い除菌力を持つ１８０ｎｍ～２８０ｎｍ程度の波長域のＵＶ－Ｃを除菌対象物に直接照射することで、効果的に除菌を行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１３－２１３６５７号公報
【特許文献2】特許第６８６１９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述したように、空調機に備わる中性能フィルターによって、ＣＯＶＩＤ－１９ウイルスを一部捕集することができる。しかし、ウイルスを不活性化することはできない。そこで、空調機にＵＶ－Ｃデバイスを組み込んで、室内のＣＯＶＩＤ－１９ウイルスを不活性化することが考えられる。しかし、ＵＶ－Ｃは室内に直接照射すると、人体に影響を及ぼすおそれがある。このため、ＵＶ－Ｃを室内に直接照射せずに、ウイルスを不活性化させることができる抗ウイルス型の空調機が求められていた。
【0006】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ウイルスを不活性化させる波長の紫外線を室内に直接照射せずに、ウイルスを不活性化させることができる抗ウイルス空調機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る抗ウイルス空調機は、送風ファンと、熱交換器と、フィルターと、ウイルスを不活性化する波長の紫外線を含む光を放射する紫外線光源とを収容する筐体と、この筐体のフィルターの前側に対応する位置に設けられた空気吸込口を備える抗ウイルス空調機であって、紫外線光源は、フィルターの後側に設けられることを特徴とする。
【0008】
また、本発明に係る他の抗ウイルス空調機は、上述した発明において、紫外線光源は、後側に向けて光を放射することを特徴とする。
【0009】
また、本発明に係る他の抗ウイルス空調機は、上述した発明において、紫外線光源は、フィルターの後側に配置したチャンバーに設けられることを特徴とする。
【0010】
また、本発明に係る他の抗ウイルス空調機は、上述した発明において、紫外線光源は、光を遮蔽する空気通路内に光を放射することを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明に係る抗ウイルス空調機によれば、送風ファンと、熱交換器と、フィルターと、ウイルスを不活性化する波長の紫外線を含む光を放射する紫外線光源とを収容する筐体と、この筐体のフィルターの前側に対応する位置に設けられた空気吸込口を備える抗ウイルス空調機であって、紫外線光源は、フィルターの後側に設けられるので、ウイルスを不活性化させる波長の紫外線を室内に直接照射せずに、ウイルスを不活性化させることができるという効果を奏する。
【0012】
また、本発明に係る他の抗ウイルス空調機によれば、紫外線光源は、後側に向けて光を放射するので、筐体内の空気に含まれるウイルスを効率よく不活性化させるとともに、紫外線を含む光が室内に漏れ出ることを防げるという効果を奏する。
【0013】
また、本発明に係る他の抗ウイルス空調機によれば、紫外線光源は、フィルターの後側に配置したチャンバーに設けられるので、チャンバー内の空気に含まれるウイルスを効率よく不活性化させることができるという効果を奏する。
【0014】
また、本発明に係る他の抗ウイルス空調機によれば、紫外線光源は、光を遮蔽する空気通路内に光を放射するので、空気通路外の構成部材に紫外線が当たることによる劣化を防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下に、本発明に係る抗ウイルス空調機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【0017】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１について説明する。
図１に示すように、本実施の形態１に係る抗ウイルス空調機１０は、略箱状の筐体１２と、筐体１２内に設けられた送風ファン１４と、コイル１６と、フィルター１８とを備えるファンコイルユニット（以下、ＦＣＵという。）に適用したものである。フィルター１８の後側には、ＵＶ－Ｃランプ２０が近接して設けられる。ＵＶ－Ｃランプ２０は、チャンバー２２内に設けられる。
まず、本発明の実施の形態１について説明する。
図１に示すように、本実施の形態１に係る抗ウイルス空調機１０は、略箱状の筐体１２と、筐体１２内に設けられた送風ファン１４と、コイル１６と、フィルター１８とを備えるファンコイルユニット（以下、ＦＣＵという。）に適用したものである。フィルター１８の後側には、ＵＶ－Ｃランプ２０が近接して設けられる。ＵＶ－Ｃランプ２０は、チャンバー２２内に設けられる。
【0018】
送風ファン１４は、筐体１２内の上側の側部に設けられ、側方に向けて空気を吹き出すものである。コイル１６は、送風ファン１４の前面に設けられた熱交換器である。
【0019】
フィルター１８は、筐体１２内の下面の中央側に設けられる。フィルター１８は、例えば標準フィルター、中性能フィルター、ＨＥＰＡフィルターなどを用いてもよく、中でも中性能フィルター（例えば、ＪＩＳ Ｂ ９９０８：２００１に記載の比色法による捕集効率９０％程度以上）やＨＥＰＡフィルターがウイルスの不活性化率を高める上で望ましい。なお、本発明はフィルターの仕様を限定するものではなく、任意のフィルターを適宜選択可能である。
【0020】
ＣＯＶＩＤ－１９ウイルスを不活性化させるためには、一定量以上のＵＶ－Ｃ照射量が必要である。そこで、フィルター１８の上側（後側）の空間にかさ上げ用のチャンバー２２を設けることによって、ＦＣＵ内の空気中のＣＯＶＩＤ－１９ウイルスに対してＵＶ－Ｃランプ２０の照射時間を長く確保できるようにしている。これにより、チャンバー２２内の空気に含まれるＣＯＶＩＤ－１９ウイルスを効率よく不活性化させることができる。チャンバー２２の上下方向長さＬは、目標とする不活性化率などに応じて適宜設定可能であるが、例えばフィルター１８通過後の平均風速１．２ｍ／ｓ程度の場合には、２００ｍｍ程度に設定してもよい。
【0021】
ＵＶ－Ｃランプ２０は、ＣＯＶＩＤ－１９ウイルスを不活性化する波長の紫外線を含む光（ＵＶ－Ｃ）を放射する紫外線光源である。このＵＶ－Ｃランプ２０は、フィルター１８の劣化を避けるために、水平から上向き部分（後側）にＵＶ－Ｃを照射する。こうすることで、筐体１２内の空気に含まれるＣＯＶＩＤ－１９ウイルスを効率よく不活性化させるとともに、ＵＶ－Ｃが室内に漏れ出ることを防げる。ＵＶ－Ｃランプ２０の形状は、筐体１２内の空気に含まれるＣＯＶＩＤ－１９ウイルスを不活性化させるものであればいかなる形状でもよく、例えば点状や棒状でもよい。なお、図の例では、紙面に垂直な棒状のＵＶ－Ｃランプ２０をフィルター１８の左右方向中央の上部に配置した場合を示している。
【0022】
筐体１２の下面には、空気吸込口２４と、空気吹出口２６が設けられる。空気吸込口２４は、フィルター１８の下側（前側）に配置され、空気吹出口２６は、筐体１２の縁側に配置される。送風ファン１４と、コイル１６、フィルター１８、チャンバー２２は、それぞれ図示しない仕切り板に固定され、図示しない空気通路を介して連通している。
【0023】
上記の構成において、送風ファン１４が稼働すると、室内の空気が空気吸込口２４から筐体１２内に入り込む。この空気は、フィルター１８を通過してチャンバー２２に入り、ＵＶ－Ｃランプ２０から照射されるＵＶ－Ｃを浴びて、空気に含まれるＣＯＶＩＤ－１９ウイルスが不活性化される。チャンバー２２でウイルスが不活性化された空気は、図示しない空気通路を通って送風ファン１４からコイル１６側に吹き出される。コイル１６を通過することで空気の温度が調整される。空調された空気は、筐体１２の側面側に沿って下側に流れ、空気吹出口２６から室内に吹き出される。
【0024】
本実施の形態によれば、ＣＯＶＩＤ－１９ウイルスを不活性化させるＵＶ－Ｃを室内に直接照射せずに、ＣＯＶＩＤ－１９ウイルスを不活性化させることができる。室内におけるＣＯＶＩＤ－１９ウイルスを不活性化することができるので、コロナ禍およびポストコロナ時代における感染症予防に有効である。
【0025】
＜本発明の効果の検証＞
本発明の効果を検証するために、非定常計算による数値シミュレーション解析を用いて、ＣＯＶＩＤ－１９ウイルスを最も不活性化させるＵＶ－Ｃデバイスの設置位置を比較検討した。検討ケースは、ケースＡ（フィルター後側に設置）、ケースＢ（ファンセクション内に設置）、ケースＣ（コイル後側に設置）の３ケースとした。図２に解析モデル図を示す。
本発明の効果を検証するために、非定常計算による数値シミュレーション解析を用いて、ＣＯＶＩＤ－１９ウイルスを最も不活性化させるＵＶ－Ｃデバイスの設置位置を比較検討した。検討ケースは、ケースＡ（フィルター後側に設置）、ケースＢ（ファンセクション内に設置）、ケースＣ（コイル後側に設置）の３ケースとした。図２に解析モデル図を示す。
【0026】
ＦＣＵに組み込むＵＶ－Ｃデバイスは、米国のＳｔｅｒｉｌ－Ａｉｒｅ社製のＵＶ－Ｃランプを使用し、ランプ１本あたりの照射量は３６０Ｊ／ｓ・ｍ２とした。ＵＶ－Ｃランプはフィルター劣化を考慮して、上向き照射とした。ＦＣＵ内の空気中のＣＯＶＩＤ－１９ウイルスに対してＵＶ－Ｃランプの照射時間を長くするために、フィルター後側にかさ上げチャンバーを設置した。
【0027】
米国ボストン大学の報告によれば（下記の参考文献１を参照）、波長２５４ｎｍの殺菌灯を使用した実験において、照射量３．９ｍＪ／ｓ程度でＣＯＶＩＤ－１９ウイルスを９９．９％まで不活性化するという知見が得られている。本発明では、この内容をＵＶ－ＣランプによるＣＯＶＩＤ－１９ウイルス不活性化の根拠としている。
【0028】
［参考文献１］ 「Boston University validates Signify UV-C for coronavirus deactivation」、［online］、２０２０年６月1６日、［令和３年７月１０日検索］、インターネット＜URL：https://www.ledsmagazine.com/lighting-health-wellbeing/article/14177977/boston-university-validates-signify-uvc-for-coronavirus-deactivation＞
【0029】
図３に、各ケースの解析動画の代表的な静止画像を示す。この図は、図２のＸ方向から見た断面図である。表１に、各ケースの不活性化率の計算結果を示す。各ケースを比較したところ、フィルター通過後の位置にＵＶ－Ｃランプを設置するケースＡがウイルス不活性化率７０％となり、最も効率が良い結果となった。ファンセクション内に設置するケースＢは、ファンが障害物となり効果が低下した。コイル通過後に設置するケースＣは、風速が早く、効果が低下した。この結果、最も不活性化率の高いＵＶ－Ｃランプの設置位置は、フィルター後側であることがわかる。
【0030】
【表1】
【0031】
更なる検討として、フィルター通過後の位置にＵＶ－Ｃランプを設置するケースＡをベースにして、フィルター仕様を変更した場合、風速を変更した場合のシミュレーション解析を行った。フィルターは標準フィルターと、中性能フィルター（ＪＩＳ Ｂ ９９０８：２００１に記載の比色法による捕集効率９０％）を用いた。風速は、室内熱負荷に応じて自動的に切り替わるものとし、参考として比較している。風速は、空調機の風量９２０ｍ３／ｈ（風量強運転）、４４５ｍ３／ｈ（風量弱運転）に対応する風速を想定し、風量強運転はケース１～４、風量弱運転はケース５～８とした。また、比較のために、ＵＶ－Ｃランプが有る場合と無い場合とに分けてそれぞれ解析した。
【0032】
表２に、ケース毎の条件設定と不活性化率の解析結果を示す。図４に、ケース毎の解析動画の代表的な静止画像を示す。風量強運転において、ＵＶ－Ｃランプを設置し、中性能フィルターを併用すると９９％程度の不活性化率が得られた。風量弱運転は参考として不活性化率を算出しているが、風量を少なくすることで不活性化率が向上する結果となった。これらの検討結果により、フィルター仕様は中性能フィルターが望ましいことがわかる。
【0033】
【表2】
【0034】
表３に、ケース毎の維持管理費の算出例を示す。算出に際し、標準フィルターは定期的な水洗い、中性能フィルターは１回／年交換、ＨＥＰＡフィルターは２回／年交換とした。また、空調機の運転時間、ＵＶ－Ｃランプの運転時間は、共に８７６０時間／年とした。電気料金は東京電力株式会社の業務用電力（契約電力５００ｋＷ未満）の従量料金を使用した。
【0035】
【表3】
【0036】
この表によれば、ＵＶ－Ｃランプの年間ランニングコストは、交換費用を除き１２，０００円程度であり、維持管理費全体に対して大きくない結果となった。参考としてＨＥＰＡフィルターの場合を試算すると、ＵＶ－ＣランプとＨＥＰＡフィルターを用いた構成で１９８，０００円／年となる。
【0037】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
図５に示すように、本実施の形態２に係る抗ウイルス空調機１００は、略箱状の筐体１２と、筐体１２内に設けられた送風ファン１４と、コイル１６と、フィルター１８とを備えるパッケージユニット（以下、ＰＡＣという。）に適用したものである。フィルター１８は多機能ケースメントに配置され、フィルター１８の上側（後側）には、ＵＶ－Ｃランプ２０が設けられる。
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
図５に示すように、本実施の形態２に係る抗ウイルス空調機１００は、略箱状の筐体１２と、筐体１２内に設けられた送風ファン１４と、コイル１６と、フィルター１８とを備えるパッケージユニット（以下、ＰＡＣという。）に適用したものである。フィルター１８は多機能ケースメントに配置され、フィルター１８の上側（後側）には、ＵＶ－Ｃランプ２０が設けられる。
【0038】
ＵＶ－Ｃランプ２０は、フィルター１８の上側に配置されたコンパートメント２８内に設けられる。コンパートメント２８の上には、送風ファン１４を保護するためのファンガード３０が設けられる。コンパートメント２８の内部には、上下方向に間隔をあけて３枚の水平な遮蔽板３２が配置されている。この３枚の遮蔽板３２は、光を遮蔽する機能を有し、左右方向で互い違いに配置されている。これによってコンパートメント２８内に光を遮蔽する縦横ジグザグ状の空気通路が形成される。なお、一般的なＰＡＣの内部構造は主に樹脂製である。遮蔽板３２を設置することで、ＵＶ－Ｃを照射することによる樹脂製の内部構造の劣化を避けることが可能となる。遮蔽板３２の設置段数やコンパートメント２８の上下方向長さなどの仕様は、目標とするウイルスの不活性化率などに応じて適宜設定可能である。
【0039】
ＵＶ－Ｃランプ２０は、上下方向中央の遮蔽板３２の延長線上の近傍の左側面に固定される。ＵＶ－Ｃランプ２０は、ＣＯＶＩＤ－１９ウイルスを不活性化する波長の紫外線を含む光（ＵＶ－Ｃ）を、右方向に向けて照射する。こうすることで、コンパートメント２８内に空気通路内に効率よくＵＶ－Ｃを照射することができる。これにより、ＰＡＣ内を通過する空気中のＣＯＶＩＤ－１９ウイルスを不活性化する。
【0040】
本実施の形態によれば、ＣＯＶＩＤ－１９ウイルスを不活性化させるＵＶ－Ｃを室内に直接照射せずに、ＣＯＶＩＤ－１９ウイルスを不活性化させることができる。室内におけるＣＯＶＩＤ－１９ウイルスを不活性化することができるので、コロナ禍およびポストコロナ時代における感染症予防に有効である。また、空気通路外のＰＡＣの構成部材にＵＶ－Ｃが当たることによる劣化を防止することができる。
【0041】
以上説明したように、本発明に係る抗ウイルス空調機によれば、送風ファンと、熱交換器と、フィルターと、ウイルスを不活性化する波長の紫外線を含む光を放射する紫外線光源とを収容する筐体と、この筐体のフィルターの前側に対応する位置に設けられた空気吸込口を備える抗ウイルス空調機であって、紫外線光源は、フィルターの後側に設けられるので、ウイルスを不活性化させる波長の紫外線を室内に直接照射せずに、ウイルスを不活性化させることができる。
【0042】
また、本発明に係る他の抗ウイルス空調機によれば、紫外線光源は、後側に向けて光を放射するので、筐体内の空気に含まれるウイルスを効率よく不活性化させるとともに、紫外線を含む光が室内に漏れ出ることを防げる。
【0043】
また、本発明に係る他の抗ウイルス空調機によれば、紫外線光源は、フィルターの後側に配置したチャンバーに設けられるので、チャンバー内の空気に含まれるウイルスを効率よく不活性化させることができる。
【0044】
また、本発明に係る他の抗ウイルス空調機によれば、紫外線光源は、光を遮蔽する空気通路内に光を放射するので、空気通路外の構成部材に紫外線が当たることによる劣化を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【0045】
以上のように、本発明に係る抗ウイルス空調機は、空調機に有用であり、特に、ウイルスを不活性化させる波長の紫外線を室内に直接照射せずに、ウイルスを不活性化させるのに適している。
【符号の説明】
【0046】
１０，１００ 抗ウイルス空調機
１２ 筐体
１４ 送風ファン
１６ コイル（熱交換器）
１８ フィルター
２０ ＵＶ－Ｃランプ（紫外線光源）
２２ チャンバー
２４ 空気吸込口
２６ 空気吹出口
２８ コンパートメント
３０ ファンガード
３２ 遮蔽板
１２ 筐体
１４ 送風ファン
１６ コイル（熱交換器）
１８ フィルター
２０ ＵＶ－Ｃランプ（紫外線光源）
２２ チャンバー
２４ 空気吸込口
２６ 空気吹出口
２８ コンパートメント
３０ ファンガード
３２ 遮蔽板
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】