小型で軽量のウイルス不活化装置の開発
名古屋大学 未来材料・システム研究所
教授 内山知実研究室HP https://www.is.nagoya-u.ac.jp/dep-cs/uchiyama/
Email uchiyama@is.nagoya-u.ac.jp

2024年2月6日
1背 景新型コロナなどのRNAウイルスは，増殖や感染を繰り返しながら変異
一部の変異は，感染性や重症化リスクなどに影響
医療機関などでは，コロナ終息後もウイルス対策は変わらず重要「空間遮断」 と 「ウイルス不活化」 の融合技術の開発の重要性

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これまでの研究成果➢ ウイルス不活化機能をもつエアカーテン装置の開発（2022年3月）
エアカーテン装置
・ ノズルを工夫して高い強度を持つ エアカーテンを発生
気流

・ エアロゾル粒子の遮断に成功

ウイルス不活化装置
・ LEDから深紫外線を照射し，ウイルス を不活化
・ 検出限界（99.91%）の不活化に成功
・ フィルタは不要
エアカーテン装置とウイルス不活化装置

名古屋大学 医学部附属病院における実証実験
・ 採血室で実証実験を実施
・ 医療従事者と患者から，概ね良好な感想が寄せられた・ 不活化装置の小型化が要望された

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これまでの研究成果➢ ウイルス不活化機能をもつエアカーテン装置の開発（2022年3月）
上部ノズルの断面図

切断翼の作用
空気

空気

切断翼
切断翼
ノズル

ノズル出口

後縁が切断された翼

エアカーテン停止時

切断翼の下流で流れが合流

気流（エアカーテン）

切断

エアカーテン装置

切断翼の角部から渦が放出

シャープな二次元気流（空間遮断に優れたエアカーテン）

エアカーテン動作時

エアロゾル粒子の遮断の可視化実験
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解決すべき課題
ウイルスの不活化には気流への深紫外線の照射時間が必要

気流

ウイルス
不活化装置

Uターンを繰り返す流路＋ 折り返し部にDUV-LEDを内蔵
装置内部

不活化装置の大型化・重量化
清浄な気流装置の実用化の障害
ウイルスを含む気流

Uターンを繰り返す
流路

解決すべき課題・ 小型・軽量のウイルス不活化装置の開発
・ エアカーテン装置への不活化装置の搭載・一体化
5新技術の内容と特徴➢ 静電気力と遠心力を利用したエアロゾル粒子の捕集技術

静電気力による捕集• コロナ放電で粒子にプラスイオンを付与

遠心力による捕集• 気流に旋回成分を付与• 遠心力を受けた粒子が壁面上の捕集電極に向けて移動⇒ 直径2μm以上の大径粒子の捕集に有効⊕ ⊖⊖⊕⊕ ⊖⊖ ⊕ ⊕⊖⊖⊕ ⊖⊖
⊕⊕ ⊖⊖
⊖⊕⊕⊖
⊕ ⊕ ⊖⊖⊕⊕ ⊖空気⊖捕集電極• マイナス極の捕集電極で捕集⇒ 直径2μm以下の小径粒子の捕集に有効旋回流⊖ ⊖プラス ⊕⊕ ⊕ ⊕⊕
電荷を帯びた⊕ ⊕⊕
⊕
粒子
⊖ ⊖
コロナ放電

ウイルス
空気放電線

静電気力と遠心力を利用した新たなウイルス捕集装置

6新技術の内容と特徴➢ 新たな捕集技術と深紫外線LEDの融合による不活化装置の小型化⊕⊖ ⊖⊕ ⊕ ⊕⊕⊕ ⊕⊕⊕⊖ ⊖空気

エアカーテン装置への搭載の組込深紫外線 LED⊕ ⊖⊖⊕⊕ ⊖⊖ ⊕ ⊕⊖⊖⊕ ⊖⊖⊕⊕⊖⊖⊖⊕⊕⊖⊕⊕ ⊖⊖⊕⊕ ⊖⊖深紫外線LEDノズル

清浄なエアカーテン気流

送風機
空気

深紫外線LED

ウイルス不活化装置を搭載した
エアカーテン装置

ウイルス捕集装置
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新技術の内容と特徴➢ 旋回流の効果の検証（シミュレーション）
出口【旋回流なし】【旋回流あり】

捕集電極

入口

スリットなしシミュレーション条件
入口0.75 m3/min

出口

静圧

電位差

10 kV

粒子流入
速度

4.3 m/s

粒子直径0.1～10 µm

粒子荷電量

4.5×10-16 C

粒子
境界条件

完全弾性衝突

負電極
境界条件

付着

壁面
境界条件

ノースリップ

オフセットされたスリットあり
8新技術の内容と特徴➢ 旋回流の効果の検証（シミュレーション）
スリットなし旋回流なし

スリットあり

旋回流あり

捕集電極

捕集電極

Uin = 4.3 m/s

Uin = 4.3 m/s

スリットありの場合，捕集電極部で旋回流が生起する
9新技術の内容と特徴➢ 旋回流の効果の検証（シミュレーション）
スリットなし旋回流なし

スリットあり

捕集電極

旋回流あり

捕集電極

Uin = 4.3 m/s

Uin = 4.3 m/s

スリットなしの場合，捕集電極の周囲方向に均一に付着するスリットありの場合，不均一かつ集中的に粒子が付着する
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新技術の内容と特徴➢ 旋回流の効果の検証（シミュレーション）： 粒子直径１μm
1.0

捕集率

0.80.60.4

旋回流なし
旋回流あり

0.20.012345

流入速度 [m/s]• 旋回流なしの場合，流入速度の増加に伴い捕集率が低下• 旋回流ありの場合，いずれの流入流速においても高捕集率を維持
11新技術の内容と特徴➢ 旋回流の効果の検証（シミュレーション）： 気流速度4.3 m/s
1.0

捕集率

0.80.60.4

旋回流なし
旋回流あり

0.20.00.1

110

粒子直径 [µm]捕集率は粒子直径に依存せず，旋回流がある場合，常に高捕集率を維持
12新技術の内容と特徴➢ 新しい捕集技術による装置の概要

放電縮流部

捕集流路
流出部
接続部

空気深紫外線LED
アルミパイプ（16kV）

放電線(15kV)

送風機
流出部
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新技術の内容と特徴➢ 新しい捕集技術による装置の試作
装置の写真

粒子捕集実験
水霧粒子

ネブライザ

パーティクルカウンタ• ネブライザで粒子を生成し，装置内部に噴霧• パーティクルカウンターを用いて，装置出口部の粒子数をカウント
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新技術の内容と特徴➢ 粒子捕集性能の評価
106105

捕集電極 OFF

104
102
101
100
10−1

捕集電極 ON+1 [個数]

通過粒子数

103

0 .3-0.5

0 .5-11-33-55-

10>10

粒子帯 [μm]• 捕集電極ONの場合，OFFの場合と比べ，通過粒子数は全ての粒子帯において10-3のオーダーで減少• 捕集電極ONの場合，3μm以上の粒子はほぼ全て捕集• 粒子捕集率は99.91%に相当

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新技術の内容と特徴➢ ウイルス不活化実験

ウイルス不活化実験に用いる実験装置• ウイルス実験の実験系を製作• SARS-CoV-2を用いた試験を名古屋医療センターで実施予定

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発表者の既存技術との比較
既存技術

新技術

捕集・不活化方式

深紫外線LED

深紫外線LED

装置ｻｲｽﾞ[mm](重量)700W×1100D×800H（80 kg）

60W×100D×500H（1.4 kg）

流量 [m3/min]
圧力損失 [Pa]騒音 [dB]
ウイルス不活化率
ウイルス捕集率
メンテナンス間隔
[時間]

1.5
210
48
60%
99.91%
20,000(深紫外線LEDの寿命)

1.5
40
35
99.9%以上
99.9%以上
20,000(深紫外線LEDの寿命)• 新技術では，体積1/205, 重量 1/57, 騒音35dBまで抑制に成功
17競合技術との比較
新技術

競合技術A 競合技術B

競合技術C

捕集・不活化方式

深紫外線LED（静電気力＋遠心力）

フィルタ捕集式

深紫外線LED

装置ｻｲｽﾞ[mm](重量)60W×100D×500H（1.4 kg）

流量 [m3/min]
1.5
圧力損失 [Pa]40
騒音 [dB]35
ウイルス不活化率
99.9%
ウイルス捕集率
99.9%以上
メンテナンス
20,000(深紫外線LEDの寿命)
間隔 [時間]

270W×270D
φ270×30 187W×129D×268H
×500H
(5kg)
(1.4 kg)
（7kg）
1.1～5
1.1～ 5.7
0.2～0.4
約245
約245
非公表
21～51
30～60
22～40
非公表
直径0.3µmのウイルス粒子に対して99.9％
5,000～10,000(フィルタ寿命)

20,000(深紫外線LEDの寿命)• 競合技術に比べ，サイズと重量が小さい• 深紫外線LEDを用いる競合技術Cに比べ，流量が大きい• HEPAフィルタを用いる競合技術BおよびCに比べ，フィルタ交換が不要，圧力損失が小さい• 競合技術に比べ，騒音が低い

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新技術の特徴および従来技術との比較• 新技術は，静電気力と遠心力を併用することで，捕集装置の小型化を実現した．
• 新技術は，捕集電極で捕集したウイルスに深紫外線を照射することで，高い不活化率が実現されるこを期待できる．

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想定される用途
不活化装置

不活化装置

エアカーテン装置

不活化装置

空気清浄機

汚染空気

清浄空気

外部換気が困難な
内部循環換気システム（大型商用施設や手術室など）• エアカーテン装置との一体化や空気清浄機の高性能化・高流量化を実現• 外部換気や外部排気が困難な商業施設や病院，ウイルス実験室などの空気浄化に有効20実用化に向けた課題• 電気捕集部の安全性を確保するため，設計上の工夫• 高電圧装置の小型軽量化，形状の最適化• 商品化に向けて、電気捕集部のメンテナンス性向上と捕集塵（ウイルス）の処理方法の検討• ウイルスの不活化特性に関する実験データの収集，および十分な不活化性能が得られる流量の同定

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企業への期待• メンテナンス性の改善に向けた，空調分野を得意とする企業との協働• 電気捕集技術の取り扱いに実績を持つ企業との共同
研究• 空気清浄機を開発中の企業，空調分野への展開を考えている企業との協働

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企業への貢献、PRポイント• 本技術は形状自由度が高く，圧力損失が少ないため，汎用性に優れ，既存の空調技術との組み合わせにより従来装置を高度化できる• 本技術の導入にあたり，必要な追加実験により科学的な裏付けを獲得できる• 事業化に向けた予備調査（病院や福祉施設などでの調査）にも積極的に協力できる

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本技術に関する知的財産権••••

発明の名称： 流体浄化装置
出願番号： 特願2023-176313
出願人：
国立大学法人東海国立大学機構
発明者：
内山知実，高牟礼光太郎

24産学連携の経歴• 2020年-2021年 JST A-STEP トライアウトに採択• 2022年-2025年 JST A-STEP 育成型に採択

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お問い合わせ先

名古屋大学
研究協力部 研究事業課 外部資金第2グループ
加島 明子
ＴＥＬ
０５２－７４７ － ６４７４
E-mail shikin2g3@adm.nagoya-u.ac.jp

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