紫外線による殺菌・ウイルス不活化の照明解析

紫外線の特徴

一般的に波長400nm以下の光を紫外線(ultraviolet radiation: 略名UV)と呼びます。太陽光にも一部含まれている紫外線に殺菌効果があることは古くから知られています。波長によって効果・用途が異なり、国際照明委員会(CIE)の定義※によって以下のように区分されています。

・UV-A(波長315〜400nm)
近紫外とも呼ばれます。太陽光に含まれる紫外線の90%以上を占め、長波長側はガラスを透過します。工業的には、センシング、リソグラフィ、樹脂硬化、印刷技術に使われています。

・UV-B(波長280〜315nm)
ガラスで吸収される波長帯であり、屋外での日焼けの原因となります。UV-Bも樹脂硬化に使われます。

・UV-C(波長100 nm〜280 nm)
深紫外線とも呼ばれます。殺菌やウイルス不活化に最も効果のある波長帯域であり、高効率なLED光源の開発などが進められています。人体への悪影響が小さい約200nm〜230nmの波長のものを特にfar UV-Cと呼ぶことがあります。なお、波長約200nm以下のものは空気による吸収が大きく真空中でしか伝搬できないため、真空紫外線(VUV)と呼ばれます。

紫外線による殺菌・ウイルス不活化技術の現状と課題

新型コロナウイルスの世界的な流行に伴い、紫外線による殺菌・ウイルス不活化(以下では便宜上「殺菌」とします)装置に再び注目が集まっています。紫外線殺菌技術は重症急性呼吸器症候群(SARS)や中東呼吸器症候群(MERS)が流行した際にも注目を集めました。消毒液散布と比べると、紫外線殺菌は実施後に有害な化学物質を残さず、また基本的に人が細かい作業をする必要が無いことが大きな利点となります。一方、紫外線自体は人体に有害なため、無人の状態で散布する必要があり、常に混雑している電車等の公共の場の殺菌が難しいです。また、照射時に影になる部分が十分殺菌できない可能性が残ります。前者は悪影響がほぼ出ないfar UV-C光源の開発、後者は光源や反射板の配置による対策が考えられます。

照明解析ツールを用いた紫外線殺菌ソリューション

本資料では、紫外線殺菌の効率を評価したり、効果を向上するための光源配置の検討をするための照明解析について紹介しています。一般的に紫外線による殺菌効果は対象物表面の照度[W/m^2 = J/s・m^2]に照射時間[s]を乗じることで得られる単位面積当たりのエネルギー[J/m^2]で評価されます。したがって、一般的な照度の解析と同様の手法で評価可能です。
今回はバスルームの3Dモデルに対し、初期状態での照度分布を基に殺菌に必要な紫外線光源のパワーやより良い光源配置を探る一連の流れをご紹介します。
照明解析ソフトウェアLightToolsの既存のユーザにとっては簡単なシミュレーションですが、家具などの複雑な形状を持つ物体表面の照度を手軽に評価できる点を今一度ご確認いただければ幸いです。また、LightToolsをはじめとする照明解析ツールに馴染みの無い方には、実機でテストする前にコンピュータによる解析で殺菌効果を評価できることを実感いただけます。


(1) 解析対象であるバスルームの3Dモデル

(2) 紫外線照度分布の解析例

使用したシミュレーションソフト:
照明設計解析ソフトウェア LightTools

資料サンプル


本資料をおすすめの方

  • UV-LEDなどの紫外線光源開発にかかわっている方
  • 紫外線殺菌装置の効率向上にご興味をお持ちの方

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参照元

※国際照明委員会(CIE)の定義


 


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