殺菌および消毒アプリケーションにおける UV-C LED アプリケーションの急速な成長に伴い、特定の UV-C ランプまたはセットアップが消毒の目的を達成するかどうかを定量化し、判断する必要性が高まっています。 「十分な明るさ」を視覚的に確認できる通常の照明製品とは異なり、UV-C は肉眼では見えないため、測定の観点から特に困難になる可能性があります。 この記事では、主要な測定方法と原理について説明し、特定のセットアップの放射照度要件を決定するために必要な手順を実行するのに役立ついくつかの例を紹介します。
照射量＝紫外線量＋時間
UV-C 消毒を設計する場合、最終的な目標は病原体を不活性化するために必要な特定の UV-C 線量を達成することであるため、UV-C 線量から始める必要があります。 しかし、最初に、投与量とは正確には何で、どのように測定されるのでしょうか?
UV-C 照射量は、露光量またはフルエンスとも呼ばれ、特定の表面に放射された総 UV-C エネルギーの量を測定する方法です。 これは、UV-C システムの設計において最も重要な要素です。なぜなら、UV-C の投与量は、病原体の不活性化に成功したかどうかの主要な決定要因だからです。
線量は、表面に当たる UV-C の強度だけでなく、その表面が UV-C 放射にさらされる時間によっても決定されます。 言い換えれば、他のすべてが等しい場合、半分の強度の UV-C ランプは、2 倍の時間使用すれば、同じ量の UV-C 線量を達成できます。
表面に当たる UV-C の強度は放射照度と呼ばれ、W/m² (または表面積あたりの出力の変形) で測定されます。 露光時間は秒単位で測定されます。
式の単純な形式を以下に示します。
露光量 (J/m²) = UV 放射照度 (W/m²) x 時間 (秒)
ここで単位が一致していることを確認することで、これを確認することもできます (1 ジュール = 1 ワット秒)。
UV-C放射照度とは正確には何ですか?
この方程式で最も扱いにくく、おそらく最も重要な要素は、放射照度の値です。 放射照度は、特定の表面にどれだけのエネルギーが当たるかの尺度です。 放射照度は、(1) UV ランプの強度、(2) ランプからの距離、および (3) ランプに対する角度の 3 つの主な要因によって影響を受ける可能性があります。 通常の電球の動作について考えると役立つ場合があります。たとえば、非常に明るい電球を表面から遠く離れた角度に配置すると、テーブルの表面を十分に照らすことができません。
注意: 放射照度のワット数と電力のワット数を混同しないでください!魅力的ではありますが、UV ランプの電気定格に頼るのは 2 つの理由から十分ではありません。 まず、電気ランプのワット数定格は、それが消費する電気エネルギーの量を指します。 これは、生成される UV エネルギーの量 (「放射量ワット」) とは異なります。 たとえば、20 ワットの UV ランプは、実際の UV-C エネルギーを 2 ワットしか生成しない場合があります (つまり、効率値は 10% です)。 第 2 に、UV ランプが生成する放射ワット数が分かっていても、UV エネルギーがどこにどのように分布しているかはわかりません。 放射照度は厳密には、特定の位置と UV ランプからの距離における UV-C の尺度です。
メーカーの UV-C 放射照度チャートの解釈方法
UV-C 放射照度の値が何を表しているかを考えると、さまざまなメーカーの UV-C 製品を比較することが非常に難しいことがわかります。 正確な比較を行う最善の方法は、UV-C 製品の放射照度チャートを見て、期待できる UV-C 放射照度のレベルを判断することです。 メーカーが放射照度チャートを公開していない場合、または何を求めているかを知らない場合、メーカーが製品や UV-C 消毒の原理を理解していない可能性が高くなります。
以下は、当社の cleanUV™ LED ストリップ ライトについて公開されている放射照度チャートのスクリーンショットで、注釈は赤で示されています。 各四角の値は、UV-C 光源に対する特定の位置で期待できる放射照度値 (W/m²) を表しています。 以下は、UV-C LED ストリップ ライトに対するチャートの向きを仮想的に表したものです。
たとえば、このチャートを使用して、約 6 インチの距離と 45 度の角度での放射照度値は 0.13 W/m² であり、12 インチ離れているが UV-C LED ストリップに垂直な点は、 放射照度値は 0.19 W/m² です。
非常に直感的に、UV-C 光源に近いほど放射照度の値が高く、垂直軸に近いほど放射照度の値が高いことがわかります。 さらに、放射照度チャートを使用することで、特定の距離と角度で UV-C 光源から期待できる UV 放射照度の量をより効果的に見積もることができます。 これらの値を計算するための厳格なルールや式はありません。そのため、通常は放射照度チャートが最善の策です。
例 1: 50 J/m² の線量を達成する
目標線量が 50 J/m² の UV-C システムを設計する任務を負っているとします。 どうやってこれを行うのですか？
幸いなことに、それ以上の制約は与えられていないため、さまざまな方法でこれを実現できます
まず、以下の式をとります。
露光量 (J/m²) = UV 放射照度 (W/m²) x 時間 (秒)
...そして、UV 放射照度に時間を掛けると 50 J/m² が得られる限り、ここでの要件を満たしていることがわかります。 たとえば、1 秒間 50 W/m²、2 秒間 25 W/m²、または 50 秒間 1 W/m² はすべて 50 J/m² となり、必要な線量に到達するための許容可能な方法になります。
例 2: 25 秒以内に 50 J/m² の線量を達成する
この例では、同じ投与目標が与えられていますが、時間の制約があります。
値を同じ式に代入し、UV 放射照度を解きます。
50 J/m² = 紫外線放射照度 x 25 秒
...2 W/m² という答えが得られます。
放射照度チャートを使用して、2 W/m² 以上を提供する場所を検索し、これらのエリアが 25 秒の制限時間内に 50 J/m² の目標線量に到達するのに十分な UV-C 放射を受けると確信できます。
例 3: 1 分後に 6 インチ離れたところから 9 平方インチの表面にある cleanUV™ LED ストリップ ライトの照射範囲を決定する
対処しなければならない条件の数が多いため、最後の例は最も困難に思えるかもしれません。 しかし、それを分解した後、被ばく線量チャートを調べると、実際には非常に単純であることがわかります。これは、上記の放射照度チャートと概念が似ていますが、特定の時間枠に基づいた被ばく線量値で示されています。
質問の例では、1 分間の暴露後の線量を求めているため、最初に 1 分後の暴露線量を示すグラフを表示します (PDF の 2 ページ)。 次に、LED ストリップの断面を見ているので、9 平方インチの領域も断面として表されるため、幅 3 インチとして表されます。 各正方形は 1 インチを表すため、UV-C 光源から 6 インチ離れた位置にある 9 平方インチの領域の 1 つの側面を表す 3 つの正方形を探します。
数値は 23.6、24.3、および 23.6 であることがわかります。これは、この表面積での被ばく線量の範囲が 23.6 J/m² から 24.3 J/m² の範囲であることを意味します。
