JP2004508163A - フィルタ組立体およびフィルタ媒体を殺菌する方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明は、フィルタ媒体を殺菌する手段が設けられた、フィルタ媒体を保持するフィルタ組立体に関する。本発明はさらにフィルタ媒体を水蒸気および／またはラジカルの圧力の下で加熱することによってフィルタ媒体を殺菌する方法に関する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
［発明の分野］
本発明は、フィルタ媒体を殺菌する手段が設けられた、フィルタ媒体を保持するフィルタ組立体に関する。本発明はさらにフィルタ媒体を殺菌する方法に関する。
【０００２】
［発明の背景］
病原菌、ウイルス、菌類、または細菌のような空中浮遊微生物によって、疾患が生じることが知られている。また、最近の研究では、屋内空気汚染によって健康が著しく損なわれることが判明している。多くの場合、屋内空気汚染は望ましくない粒子、望ましくない化学物質、および／または望ましくない微生物の存在によって生じる。
【０００３】
望ましくない粒子や化学物質は、多くの場合、ろ過や換気のような従来技術によって回避することができる。しかし、微生物による汚染をそのようなろ過などによって回避しようと試みた場合、より深刻な問題が生じる。
【０００４】
例えば、ＨＥＰＡ（高効率粒子捕獲）（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ａｒｒｅｓｔｉｎｇ）フィルタを用いることによって、進入する空気をろ過して、粒子や細菌のような望ましくない微生物を捕獲することができる。
しかし、フィルタ媒体の状態、例えば、ろ過温度やろ過湿度によっては、フィルタ媒体の全厚みおよび全表面にわたって病原菌が増殖し、かつ拡散しやすい環境が生じてしまう。フィルタが作動してから数時間も経過すると、フィルタはすでに微生物によって汚染されることとなる。
汚染された集中式空気システムは、生物学的汚染物の繁殖源になり、その空気システムから流出する空気がそれらの汚染物を建物内にばらまくおそれがある。
【０００５】
病原菌の増殖かつ拡散を避けるためには、フィルタ媒体を定期的に殺菌する必要がある。この殺菌は、例えば、化学的処理または熱的処理によって行うことができる。
【０００６】
現在、フィルタ媒体を殺菌する方法としては、二酸化チタンを光触媒とする紫外線を用いた光触媒プロセス（ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓ）が知られている。しかし、この方法はろ過表面にのみ適した技術である。
【０００７】
［発明の要約］
本発明の目的は、フィルタ媒体を殺菌する手段が設けられた、フィルタ媒体を保持するフィルタ組立体を提供することにある。本発明の他の目的は、効率的かつ経済的にフィルタ媒体を殺菌する方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の第１態様によれば、フィルタ組立体が提供されることとなる。このフィルタ組立体は、フィルタ媒体、少なくとも１つの容器、およびフィルタ媒体を加熱するための加熱システムが備えられている。
フィルタ媒体は、金属繊維で構成され、容器内に設置されている。
好ましくは、フィルタ媒体は、互いに隣接して配置された多数の容器内に設置されるとよい。
１つまたは多数の容器は、少なくとも１つの空気入口および少なくとも１つの空気出口と、フィルタ媒体の周囲および内部の空気ならびに空きスペースを排除する手段とを備えている。
【０００９】
本発明の好ましい一つの具体例としては、容器は、少なくとも２つの変形可能な壁を備えている。この壁は、フィルタ媒体の周囲および内部の空気ならびに空きスペースを排除するためのものである。
「変形可能」という用語は、壁が弾性的に変形可能であること、すなわち、可逆的に変形可能であることを意味している。
変形可能な壁の１つは、フィルタ媒体の上面に対向して配置可能であり、他の壁は、フィルタ媒体の下面に対向して配置可能である。
変形可能な壁は、例えば、重合体またはエラストマーの膜で形成されている。変形可能な壁は、フィルタ媒体の加熱中の温度に耐えることが可能となっている。
【００１０】
変形可能な壁は、好ましくは、シリコン、またはフッ素系エラストマーで作られている。このタイプの壁は、バイトン（Ｖｉｔｏｎ、登録商標）として知られている。
【００１１】
フィルタ媒体は、好ましくは、焼結された金属繊維不織布あるいは多数の金属繊維不織布の層構造で形成されている。
本発明によるフィルタ媒体に用いられる金属繊維は、従来の金属または金属合金で形成することもできる。
好ましい金属合金としては、３１６Ｌステンレス鋼などのステンレス鋼、フェクラロイ（Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ、登録商標）、ハステロイ（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ、登録商標）、インコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ，登録商標）、ニクロム（Ｎｉｃｈｒｏｍｅ、登録商標）、およびＨＲ合金（Ａｌｌｏｙ ＨＲ）などが挙げられる。
【００１２】
フィルタ媒体の繊維は、好ましくは、０．５μｍから３０μｍの範囲内の直径を有している。さらに好ましくは、金属繊維は、０．５μｍから７μｍの範囲内、例えば、１．５μｍの直径を有しているとよい。
【００１３】
一つの具体例としては、フィルタ媒体は、少なくとも２つの層を有している。各層は、金属繊維不織布で形成されている。
空気の流入側の第１層の金属繊維は、４μｍから８μｍの範囲内の直径を有しており、第２層の繊維は、１μｍから３μｍの範囲内の直径を有している。第２層を第１層の空気流出側と接触させ、そのように積層されたフィルタ媒体を焼結によって一体化している。
【００１４】
他の具体例としては、フィルタ媒体は、３つの層を有している。各層は、金属繊維不織布で形成されている。
第１層の繊維は、８μｍから１４μｍの範囲内の直径を有しており、第２層の繊維は４μｍから１４μｍの範囲内の直径を有している。第３層の繊維は１μｍから３μｍの範囲内の直径を有している。
【００１５】
フィルタ媒体の空気に対するろ過精度は、好ましくは、少なくとも０．３μｍであるとよい。ろ過精度はフィルタ媒体の粒子の捕獲率が９９．９７％である粒子の大きさによって決定されている。細菌、ウイルス、および菌類は、０．０１μｍから２０μｍの範囲内の寸法を有している。従って、細菌、ウイルス、および菌類の大部分は、本発明によるフィルタ媒体によって捕獲されることになる。
【００１６】
フィルタ媒体は、さらに高多孔率（ｐｏｒｏｓｉｔｙ）によって特徴付けられている。多孔率は、好ましくは、７０％よりも高い値、さらに好ましくは、８０％よりも高い値、例えば、８５％であるとよい。
【００１７】
容器には、加熱するための加熱システムがさらに設けられている。加熱システムは、フィルタ媒体が１００℃よりも高く、好ましくは、２５０℃よりも低い温度になるようにしている。
さらに好ましくは、加熱温度は、１３４℃から１５０℃の範囲内、例えば、１３８℃であるとよい。
加熱は、当業者にとって公知のどのような方法であってもよく、例えば、１つ以上の電気抵抗器、流体熱交換器、高周波ヒータ、またはそれらの組合せによって加熱を行うことができる。
加熱は、間接加熱または直接加熱のいずれでも行うことができる。具体的には、容器を加熱することによってフィルタ媒体を間接的に加熱してもよいし、電気伝導加熱、誘導加熱、または高周波加熱によってフィルタ媒体を直接的に加熱してもよい。
【００１８】
本発明によるフィルタ媒体は、特に病院施設、手術室、無菌実験室、および電子部品用製造空間のような製造空間に適している。
また、フィルタ媒体は、また居住建物の空調システムのような空調システムにも適している。
【００１９】
本発明の第２態様によれば、金属繊維で形成されたフィルタ媒体を殺菌する方法が提供されることとなる。
フィルタ媒体は、焼結された金属繊維不織布、または多数の焼結された金属繊維不織布で形成された層構造を有している。
【００２０】
本方法は、水蒸気および／またはラジカルの圧力の下でフィルタ媒体を加熱することによって、フィルタ媒体を殺菌するようになっている。
水蒸気および／またはラジカルの圧力は、フィルタ媒体の表面および／または多孔性構造内に自然発生的に吸着または生成される水分およびラジカルを加熱中に蒸発させることによって得られるようになっている。
水蒸気および／またはラジカルの圧力は、好ましくは１バールよりも高い圧力、例えば、２バールまたは３．４バールである。
ラジカルは、好ましくはヒドロキシル（水酸）基、すなわち、ＯＨ基である。ＯＨ基は、著しく活性な遊離基として、また種々の微生物を殺菌し、種々の揮発性有機化合物を分解する強い酸化剤として知られている。
ラジカルは、ＣＯ基であってもよい。
【００２１】
水蒸気およびラジカルの圧力を得るための方法としては、フィルタ媒体の周囲および内部の全てまたは実質的に全ての空気、および空きスペースを加熱前に排除することが好ましい。フィルタ媒体を加熱している間に、飽和または実質的に飽和した水蒸気圧を得るのに十分な量の水分およびラジカルを、フィルタ媒体の表面および／または多孔性構造内に自然発生的に吸着および／または生成させるためである。
【００２２】
「実質的に飽和した水蒸気圧」という用語は、飽和した水蒸気圧の少なくとも９０％の圧力を意味している。
「フィルタ媒体の周囲および内部の実質的に全ての空気、ならびに空きスペースを排除する」という用語は実質的に飽和した水蒸気が得られるように空気および空きスペースを排除することを意味している。
【００２３】
大気中の材料は、その表面にわずかな量の水分が吸着され、その水分は材料との相互反応によって部分的にラジカルの形態で存在していることが知られている。
金属繊維からなるフィルタ媒体のような金属材料は、容易に水分およびラジカルを吸着することになる。
フィルタ媒体は多孔性なので、水分およびラジカルは、フィルタ媒体の外面のみならず、その多孔性構造内においても凝縮することとなる。
【００２４】
水分とＯＨ基のようなラジカルをフィルタ媒体の表面および多孔性構造内では、体系的に蒸気の形態で確実に存在させるために、好ましくは、フィルタ媒体の周囲および内部の実質的に全ての空気、ならびに空きスペースを排除するとよい。
このようにフィルタ媒体の表面および／または多孔性構造内に水分およびラジカルを自然発生的に吸着または生成させることによって、フィルタ媒体が１００℃よりも高い温度に加熱されたときに、飽和または実質的に飽和した水蒸気を得ることができる。
【００２５】
フィルタ媒体の内部および周囲の空気ならびに空きスペースを排除するか、または実質的に排除することによって、フィルタ媒体の表面および／または多孔性構造内に自然発生的に吸着または生成された水分およびＯＨ基は、１００℃よりも高い温度で加熱中に、完全にまたは部分的に蒸発し、最終的に著しく小さい容積部分内に集中し、その小さい容積部分において、水蒸気またはラジカルが病原菌と接触するようになる。
【００２６】
このようなラジカルを含む水蒸気によって、著しく効率的に病原菌を殺菌することとなる。
【００２７】
本方法は、好ましくは、以下のステップを含んでいる。
（１）上述のフィルタ組立体を準備するステップ。
（２）フィルタ媒体の周囲および内部の空気ならびに空きスペースを全てまたは実質的に全て排除するステップ。
（３）気密状態にするステップ。
（４）フィルタ媒体を加熱することによって飽和状態または実質的に飽和状態の水蒸気および／またはラジカルの圧力を生成するステップ。
【００２８】
フィルタ媒体の周囲および内部の空気ならびに空きスペースは、フィルタ媒体を保持する１つ以上の容器の容積を減少させることによって排除されるようになっている。１つ以上の容器の容積を低減させるには、フィルタ媒体の上下面に対向して容器の変形可能な壁を配置することによって実現することができる。
【００２９】
次のステップでは、例えば、容器を気密に密閉することによって、気密状態が得られる。
【００３０】
好ましくは、加熱前に圧力をわずかに減少させて、実質的に低真空状態を得るとよい。この圧力を減少させる作業は、吸引によって、またはフィルタ媒体の周囲および内部の残留空きスペースの容積をわずかに増加させることによって行う。
低真空状態によって、次の加熱中に飽和または実質的に飽和蒸気圧をより容易に得ることができる。
【００３１】
次いで、フィルタ媒体を１００℃よりも高い温度に加熱する。好ましくは、加熱温度は１００℃から２５０℃の範囲内、さらに好ましくは、１３４℃から１５０℃の範囲内、例えば、１３８℃であるとよい。
【００３２】
加熱は、公知のどのような方法によって行ってもよい。
【００３３】
加熱処理の時間は好ましくは１分から６０分の範囲内であるとよい。加熱処理の時間が温度に依存することは明らかである。好ましくは、加熱処理を１３８℃において２０分行うとよい。
【００３４】
以下、本発明を添付の図面に基づいてさらに詳細に説明する。
【００３５】
［発明の好適な実施例の説明］
図１に示すように、フィルタ組立体１００は、フィルタ媒体１０２とフィルタボックス１０４で構成されている。このフィルタ媒体１０２は、焼結された金属繊維膜で形成されている。金属繊維は、１．５μｍの直径を有するステンレス鋼繊維で形成されている。空気に対するフィルタ媒体のろ過精度は、０．３μｍとなっている。
【００３６】
フィルタボックス１０４は、多数の互いに隣接する区画室としての容器１０６に分割されている。
【００３７】
各区画室、すなわち各容器１０６は、例えば、離間リング１１４とガスケット１１６によって、気密に密閉されている。この構成によって、１つ以上の区画室にろ過の対象となる空気を透過させず、他の区画室をろ過ユニットとして機能させることができる。
【００３８】
各容器１０６は、少なくとも１つの空気入口、少なくとも１つの空気出口、およびフッ素系エラストマー（バイトン、Ｖｉｔｏｎ（登録商標））で形成された２つの薄膜１０８を備えている。
【００３９】
通常のろ過において、これらの薄膜は緩んだ状態にあり、ろ過される空気が面Ａから面Ｂに向かって通過するようになっている。
【００４０】
変形可能な１つの容器の容積は、定期的に、例えば６時間ごとに、他の区画室をろ過ユニットとして機能させながら、減少するようになっている。
２つの薄膜１０８は、フィルタ媒体１０２の上下面側に密着するように引き伸ばされることによって、容器の容積を減少させることができる。具体的には、開口１１０内に圧縮空気を導入することによって、２つの薄膜を引き伸ばすことができる。圧縮空気の導入による加圧によって減圧され、低真空状態が生じる。この真空状態によって、望ましい飽和した蒸気圧を得ることができる。
【００４１】
低真空状態が得られたあと、フィルタ媒体を１３８℃において２０分間加熱する。
２つの離間リング１１４には、電源１１２によって制御された電流が印加され、このフィルタ媒体の該当箇所が加熱される。フィルタ媒体の周囲および内部の自由空気がほぼ排除されると、フィルタ内に自然発生的に吸着または生成された水分とＯＨラジカルが望ましい殺菌作用を発揮する。
加熱処理によって、病原菌は根絶し、フィルタ媒体は殺菌される。病原菌はもはや繁殖かつ伝播することがない。
【００４２】
この操作をすべての容器に対して連続的に繰り返すことができる。
【００４３】
図２は、本発明によるフィルタ組立体２００の他の実施例を示している。
【００４４】
フィルタ区画室２０６は、管状のフィルタ媒体と２つの薄膜２０８を備えている。
【００４５】
フィルタ媒体の周囲および内部の空気の容積は、２つの薄膜２０８がフィルタ媒体の２つの面に密着するように引き伸ばされることによって、減少することが可能となっている。例えば、開口２１０と開口２１０´に圧縮空気を導く。
次いで、電源２１２で制御される電流を付加することによって、フィルタ媒体を加熱すればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明によるフィルタ組立体の１つの実施例を示す図である。
【図２】
本発明によるフィルタ組立体の１つの実施例を示す図である。
【符号の説明】
１００　フィルタ組立体
１０２　フィルタ媒体
１０４　フィルタボックス
１０６　容器
１０８　薄膜
１１０　開口
１１２　電源
１１４　離間リング
１１６　ガスケット
２００　フィルタ組立体
２０６　フィルタ区画室
２０８　薄膜
２１０，２１０´　開口
２１２　電源

Claims (13)

1. フィルタ媒体と、少なくとも１つの容器と、前記フィルタ媒体を加熱する加熱システムを備えたフィルタ組立体において、前記フィルタ媒体は、金属繊維で形成され前記１つまたは多数の容器内に設置されており、前記１つまたは多数の容器は、少なくとも１つの空気入口と、少なくとも１つの空気出口と、前記フィルタ媒体の周囲および内部の空気ならびに空きスペースを排除する手段とを備えているフィルタ組立体。
2. 前記容器は、少なくとも２つの変形可能な壁を備えている請求項１に記載のフィルタ組立体。
3. 前記変形可能な壁は、ポリマーまたはエラストマー材料で形成された薄膜である請求項１または請求項２のいずれか１つに記載のフィルタ組立体。
4. 前記フィルタ媒体は、少なくとも１つの焼結された金属繊維不織布で形成されている請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のフィルタ組立体。
5. 前記金属繊維は、１μｍから２２μｍの範囲内の直径を有するステンレス鋼繊維で形成されている請求項１から請求項４のいずれか１つに記載のフィルタ組立体。
6. 前記フィルタ媒体は、空気に対するろ過精度が少なくとも０．３μｍである請求項１から請求項５のいずれか１つに記載のフィルタ組立体。
7. 水蒸気および／またはラジカルの圧力の下で加熱することによって金属繊維で形成されたフィルタ媒体を殺菌する、フィルタ媒体を殺菌する方法。
8. 前記水蒸気および／またはラジカルの圧力は、飽和または実質的に飽和した水蒸気圧である請求項７に記載の方法。
9. 前記水蒸気および／またはラジカルの圧力は、加熱前に前記フィルタ媒体の周囲および内部の全てまたは実質的に全ての空気と空きスペースを排除することによって得られる請求項７または請求項８のいずれか１つに記載の方法。
10. 前記フィルタ媒体は、少なくとも１つの焼結された金属繊維不織布で形成されている請求項７から請求項９のいずれか１つに記載の方法。
11. 請求項１から請求項６に記載のフィルタ組立体を準備するステップと、
    前記フィルタ媒体の周囲および内部の全てまたは実質的に全ての空気および空きスペースを排除するステップと、
    気密状態を成立させるステップと、
    前記フィルタ媒体を加熱することによって飽和状態または実質的に飽和状態の水蒸気および／またはラジカルの圧力を生成するステップと、
    を含む請求項７から請求項１０のいずれか１つに記載する方法。
12. 気密状態が成立したあと、吸引または前記フィルタ媒体の周囲および内部の残留空きスペースの容積をわずかに増加させることによって、低真空状態を生成するステップをさらに含む請求項１１に記載の方法。
13. 前記フィルタ媒体は、少なくとも１００℃の温度に加熱される請求７から請求項１０のいずれか１つに記載の方法。