JP2021171621A - Ｃｏｖｉｄ−１９を含む生物学的種を殺すための加熱フィルターを有する移動式浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生物学的種を殺すための加熱フィルターを有する移動式浄化装置を提供する。【解決手段】移動式浄化装置は、環境において移動可能であり且つ吸気口６２及び排気口６６を有するハウジング６０を含み、１又は複数の浄化エレメント若しくはカートリッジ１００と、主ムーバー１５０とを有し、吸気口６２に向かって配置された浄化エレメント１００は、少なくとも１又は複数の紫外線光源１３０と、１又は複数の通気バリアと１又は複数のフィルター１２０を吸気口６２に含み、可動性のために、移動式ハウジング６０は、キャスターホイール６１、牽引ヒッチ６３、及びハンドル６５を有する構成とする。【選択図】図７Ａ

Description

＜関連出願の参照＞
本願は、２０２０年４月３０に出願された米国仮出願第６３／０１８，４４２及び第６３／０１８，４４８の優先権を主張する。これら米国仮出願は、参照により本明細書の一部となる。本願は、代理人管理番号１７６６−０００２ＵＳ１を有しており、「Ｐｕｒｉｆｉｌｉｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｋｉｌｌｉｎｇ Ｂｉｏｌｏｇｉａｌ Ｓｐｅｅｃｉｅｓ，Ｉｎｔｒｕｃｔｉｏｎ ＣＯＶＩＤ−１９」と題する米国特許出願第１６／８８３，９７７と同時継続しており、当該米国特許出願は、全体として、参照により本明細書の一部となる。

細菌、ウイルス、その他の微生物を含む様々な感染性病原体は、ヒトに病気を引き起こす可能性がある。致死的なヒトＳＡＲＳ−ＣｏＶ−２株（ＣＯＶＩＤ−１９）のパンデミックは、世界中で生活のあらゆるレベルで人間に影響を与えている。ＣＯＶＩＤ−１９感染は、主要な伝染機構である循環気流によって持続的に広がる。ＣＯＶＩＤ−１９から公衆を守るための有効な戦略はほとんどなく、現在、戦略が広く検討されているがコストがかかり、非効率的である。エアロゾル化したＣＯＶＩＤ−１９に直ちに対抗するためには、全ての環境において循環空気を調整して浄化するための受動的アプローチが必要とされる。これは、現在のフィルター及び空気浄化技術では、サイズが小さい（０．０５乃至０．２ミクロン）のＣＯＶＩＤ−１９ウイルスを殺すことに成功していないからである。

一般的に、空気ろ過は、暖房システム、換気システム、及び空調（ＨＶＡＣ）システムにおいて使用されており、システムによって、塵、花粉、カビ、微粒子等を施設を通って移動している空気から除去する。ろ過に使用されるフィルターには幾つかの形態があり、所定の大きさの粒子を所定の効率でろ過するように構成することができる。

例えば、高効率微粒子空気（ＨＥＰＡ）フィルターは、クリーンルーム、手術室、薬局、家庭等で一般的に使用されている。これらのフィルターは、グラスファイバー媒体、ｅＰＴＦＥ媒体等の様々な種類の媒体で作られてよく、活性炭ベースの材料を有してよい。一般に、ＨＥＰＡフィルターは、所定のサイズ（例えば、０．３ミクロン又はサイズ）の直径を有する粒子の９９％超をろ過することができる。その効率をもってしても、ＨＥＰＡフィルターは、サイズが非常に小さい病原体（バイロン、細菌等）を阻止できないことがある。

紫外線（ＵＶ）殺菌灯は、細菌、ウイルス、カビ等の病原体を殺すことができる。紫外線殺菌灯は紫外線を発生し、紫外線は、微生物の遺伝物質にダメージを与える。そのダメージは病原体を殺すか、増殖できなくする。紫外線に長時間曝すことで、照射された表面に付着した病原体を分解することもできる。

紫外線システムの一例として、上側室内空気紫外線殺菌照射（ＵＶＧＩ）システムがある。ＵＶＧＩシステムでは、紫外線殺菌灯が、使用される部屋の天井付近に設置される。そして、空間上部において、天井付近で対流により循環する空気は、紫外線殺菌灯の活性領域内で照射を受ける。ＵＶＧＩシステムは、ＨＶＡＣシステムのダクトに設置することもでき、空気がダクトを通って流れる際に、微生物を含む浮遊微小粒子に照射できる。

ろ過及び殺菌照射用の既存のシステムは、空気を処理して微粒子を除去したり、病原体にダメージを与えたりすることには有効であるが、細菌、ウイルス、カビ等の病原体の拡散を更に抑えるために、施設、家庭、作業場、病院、老人ホーム、スポーツ会場などの人口密集地の空気を浄化することが引き続き必要とされている。

特に、２０１９年の新型コロナウイルス感染症（ＣＯＶＩＤ−１９）は、世界的な健康に重要な新規ウイルスであって、重症急性呼吸器症候群コロナウイルス２（ＳＡＲＳ−ＣｏＶ−２）の感染によって引き起こされる。ＣＯＶＩＤ−１９は、密接に接触している人から人へと、呼吸の飛沫を介して広がると考えられている。研究によると、このウイルスは一度に数時間生き延びることができ、空気流によって持続的に運ばれ得る。このため、人々が部屋の中で長時間一緒に過ごす状況では、単に空気流によって伝染するので、定常的な６フィートの分離は効果がないと考えられている。

例えば、ＣＯＶＩＤ−１９（Ｓａｒｓ−ＣｏＶ−２）は、空気中で咳をした後に液滴中で最大３時間生存することができ、空気の対流が感染拡大の主なメカニズムであると考えられている。従って、液滴飛沫及び対流は空気中の直接感染を促進する可能性があり、人々が長時間一緒に過ごす密閉された環境では、ソーシャルディスタンスは効果を発揮しない可能性がある。

現在、ＣＯＶＩＤ−１９の治療法はないので、環境浄化戦略は、ウイルスの拡散を遅らせるのに役立つ。残念ながら、循環空気を処理する現在のシステムは高価であって、主にＵＶ殺菌光を使用している。これらの製品は専門家による設置を必要とし、それ自体に一般人がアクセスすることはできず、ＣＯＶＩＤ−１９を殺すためには使用されていない。更に、ＨＶＡＣシステムでのろ過には効果がないことがある。ＣＯＶＩＤ−１９の大きさは０．０５乃至０．２ミクロンであるが、ＨＥＰＡフィルターがろ過できるのは０．３ミクロンよりも大きな微粒子なので、ＣＯＶＩＤ−１９の拡散に対しては更なる保護を要する。

これらの理由から、本開示の主題は、上述した問題の１又は複数を克服すること、或いは、少なくともその影響を軽減することに向けられている。

本開示の主題は、空気をろ過して、病原体（ウイルス、細菌、カビ、及び花粉など）やその他の要素、例えば、揮発性有機化合物、アレルゲンや汚染物質を破壊することを試みる移動式浄化装置に向けられている。その浄化装置は、価格が手頃であり、設置が容易であり、アクセス可能であり、住宅及び商業的な設定の両方で使用可能であることが意図されている。浄化装置は、循環空気中のＣＯＶＩＤ−１９等のウイルスや他の病原体を最も効果的に低減するために現実世界の解決策に適用することができ、浄化装置は、商業、住宅、大量輸送、及び公共の場で使用するための特別な加熱フィルターとして配備できる。

例えば、以下で説明されるように、浄化装置は、バリアヒーター又は加熱フィルターを含んでおり、バリアヒーター又は加熱フィルターは、高効率ニッケル発泡体／メッシュについて目標を定めた熱伝導を利用しており、コロナウイルス（例えば、ＣＯＶＩＤ−１９）のような病原体を殺すことが証明されている温度まで昇温される。浄化装置は、ＵＶ−Ｃ光を使用してウイルスを破壊する紫外線（ＵＶ）光源を更に含んでよい。紫外線光源及びバリアヒーターは、難燃性及び耐燃性のあるろ過システムにて一緒に組み合わされており、空港ターミナル、教会、病院、ワークショップ、オフィススペース、住宅、輸送車両、学校、ホテル、クルーズ船、レクリエーション会場のような施設又は人口密集環境において所望により移動して配置されてよい。現在、ＣＯＶＩＤ−１９及び他の多くの病原体に対する治療法がないので、環境浄化戦略は、ウイルスの拡散を遅らせるのに役立ち、開示された装置によって提供される空気浄化は、感染に対する最初の防御をもたらし得る。

ある実施形態によれば、装置は、施設で空気流を処理するための供給電力を用いて使用される。ハウジングと、少なくとも１つの主ムーバー（prime mover）と、少なくとも１つの紫外線光源と、少なくとも１つのヒーターとを備えている。

ハウジングは、環境において移動可能である。ハウジングはまた、環境において移動するための動力付き車輪を有するロボットであってよい。ハウジングは吸気口及び排気口を有する。少なくとも１つの主ムーバーは、吸気口と排気口の間でハウジング内に配置されており、環境中の空気を吸気口から排気口へとハウジング内で移動させるために動作可能である。ハウジング内に配置された少なくとも１つの紫外線光源は、供給電力と電気的に接続されており、移動空気が吸気口から排気口へと通過するハウジングの少なくとも１つの部分において紫外線の作用場を発生させるように構成されている。少なくとも１つのヒーターはハウジングの表面領域にわたって配置され、金属材料の通気バリアを備えている。通気バリアは、移動空気流をインピーダンス限界まで妨げるように構成されており、通気バリアは供給電力と電気的に接続されて、表面温度まで加熱される。

別の構成では、環境中の空気を処理するための方法が使用される。空気流は、移動式ハウジングのプレナム内に配置された主ムーバーに給電することにより、プレナムを通って吸気口から排気口へと移動する。空気流は、プレナムの表面領域にわたって配置されたフィルターを介して、ろ過限界までろ過される。プレナム内の紫外線放射の作用場は、プレナム内に配置された紫外線光源に給電することでハウジング内で生成される。一方、空気流は、プレナムの表面領域にわたって配置されており、且つ金属材料を有するヒーターの通気バリアを介してインピーダンス限界まで妨げられる。通気バリアは、通気バリアに電位を印加することで表面温度まで加熱される。

上記の概要は、本開示の潜在的な実施形態の各々を又は本開示の全ての態様を要約することを意図したものではない。

図１は、本開示に従った移動式浄化装置を有する空気ハンドリングシステムを有する環境を示す図である。

図２Ａは、本開示に従った移動式浄化装置の正面図を示す。 図２Ｂは、本開示に従った移動式浄化装置の側面図を示す。 図２Ｃは、本開示に従った移動式浄化装置の平面図を示す。

図３Ａは、本開示の浄化装置用の浄化カートリッジの正面図を示す。 図３Ｂは、本開示の浄化装置用の浄化カートリッジの側面図を示す。 図３Ｃは、本開示の浄化装置用の浄化カートリッジの端面図を示す。

図４Ａは、浄化装置の構成要素の構成と共に浄化装置の一部の概要を示す側面図である。 図４Ｂは、浄化装置の構成要素の構成と共に浄化装置の一部の概要を示す側面図である。

図４Ｃは、別の浄化装置の構成要素の構成の概要を示す側面図である。

図５Ａは、開示された浄化装置のバリアヒーターの特性のグラフである。 図５Ｂは、開示された浄化装置のバリアヒーターの特性のグラフである。 図５Ｃは、開示された浄化装置のバリアヒーターの特性のグラフである。

図６Ａは、フレームのプレナムに配置されており、電源制御部に接続された複数の電気素子を有する別の加熱構成を示す。

図６Ｂは、開示された浄化装置のカートリッジの別の配置を示す。 図６Ｃは、開示された浄化装置のカートリッジの別の配置を示す。 図６Ｄは、開示された浄化装置のカートリッジの別の配置を示す。

図７Ａは、移動式浄化装置が施設環境でどのように移動するかを示す。

図７Ｂは、開示されている浄化装置の主ムーバー用に配置された複数の電動ファンを有する構成を示す。

図８は、マスター制御ユニットの対象となる複数の浄化装置を有する構成を説明する図である。

図９Ａは、平面配置である開示されたヒーター用の通気バリアの側面図を示す。 図９Ｂは、波形配置である開示されたヒーター用の通気バリアの側面図を示す。

図１０Ａは、平面配置を有するバリアヒーターについてのグラフである。 図１０Ｂは、平面配置を有するバリアヒーターについてのグラフである。

図１１Ａは、波形配置を有するバリアヒーターについてのグラフである。 図１１Ｂは、波形配置を有するバリアヒーターについてのグラフである。

図１２は、暴露時間と温度のグラフを示す。

本開示の主題は、ＣＯＶＩＤ−１９ウイルスのような病原体をろ過し、高温（２００℃以上）（３９２°Ｆ以上）に曝すことにより、循環空気から病原体を瞬時に消し去るための浄化装置に向けられている。そのようにすることで、本開示の主題は、将来のパンデミックを引き起こし得るウイルスや他の生物学的種の感染伝播を減少させる一方で、ＣＯＶＩＤ−１９後の世界において、公衆が仕事、学校、生活、レクリエーション、及び医療に復帰するための安心感及び心の平安をもたらし得る。

浄化装置の第１の作用機構は特殊な加熱フィルター又はバリアヒーターであって、これは、難燃性フレームに入れられており、高性能で高耐性の多孔質金属発泡体の低エネルギーで目標を定めた熱伝導を利用している。開示された加熱フィルター又はバリアヒーターは、高効率のＨＶＡＣフィルターと組み合わせられてよい。更に、紫外線（ＵＶ−Ｃ）が、殺傷効果を付加するためにシステム環境に加えられてよい。研究によれば、熱及び短波長光は、暴露の経過と共にＣＯＶＩＤ−１９を正常に不活性化することが証明されている。

以下に説明されるように、移動式／ロボットＣＯＶＩＤ−１９浄化装置が、公共の場、医療施設、介護施設、学校、飛行機、列車、クルーズ船、催し会場、劇場、教会、食料品店及び小売店、刑務所などで使用するために配備されてよい。同じ技術を用いて、本開示の浄化装置は、施設、車両、又は他の環境の空気ハンドリングシステムに組み込まれてよい。詳細は、代理人管理番号第１７６６−０００２ＵＳ１を有する同時係属中の米国特許出願第１６／８８３，９７７号、発明の名称「Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｈａｖｉｎｇ Ｈｅａｔｅｄ Ｆｉｌｔｅｒ ｆｏｒ Ｋｉｌｌｉｎｇ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｐｅｃｉｅｓ， Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ＣＯＶＩＤ−１９」に記載されており、その全体は、参照により本明細書の一部となる。

図１に示すように、家、病院、オフィス空間、空港ターミナル、教会、又はその他の密閉環境などの施設環境１０は、加熱換気空調（ＨＶＡＣ）システムのような空気ハンドリングシステム２０を有しているが、他の空気ハンドリングシステムが使用されてよい。典型的には、ＨＶＡＣシステム２０は、室内空間から引き出された還気をシステム２０のブロア２２、熱交換器２４、及び冷却コイル２６に向けるためのリターン部３０、縦溝３２、戻りダクト３４等を含む。そして、システム２０は、供給ダクト３６、通気口３８等を介して、調整された供給空気を空間に供給する。熱交換器２４は、空気を加熱するための電気ファーネス又はガスファーネスを含んでよい。冷却コイル２６は、凝縮器、圧縮器、膨張弁等の施設外における他の従来の構成要素に冷却回路で接続された蒸発器であってよい。

１又は複数の移動式浄化装置５０は、施設環境において空気を浄化するために使用される。本図に示すように、移動式浄化装置５０は、施設環境の空間で使用されてよい。施設環境の幾つかの空間が、このような移動式浄化装置５０を有してよい。

簡単に述べると、移動式浄化装置５０は、環境において移動可能であり且つ吸気口６２及び排気口６６を有するハウジング６０を含む。移動式浄化装置５０は、１又は複数の浄化エレメント若しくはカートリッジ１００と、主ムーバー１５０とを有する。吸気口６２に向かって配置された浄化エレメント１００は、少なくとも１又は複数の紫外線光源と、１又は複数の通気バリアとを含んでよい。移動式浄化装置５０はまた、１又は複数のフィルターを吸気口６２に含んでよい。可動性のために、移動式ハウジング６０は、キャスターホイール６１、牽引ヒッチ６３、及びハンドル６５を有してよい。

会議室とオフィス空間の空気流の研究は、会議テーブルの椅子の間やオープンなオフィス空間のキュービクル（cubicles）の間で対流パターンが持続的に感染媒体を運ぶことを示している。このことは、人と人の分離への依存は、人が多い環境では空気の対流のために効果がないことを示している。

移動式浄化装置５０の制御は、ローカルコントローラ２００によって完全に処理されてよく、ローカルコントローラ２００は、装置の動作を独立に決定する。或いは、ローカルコントローラ２００は、ＨＶＡＣシステム２０用のシステムコントローラ２５と統合されてよく、システムコントローラ２５は、ＨＶＡＣシステム２０の起動を信号化してよい。更なる代替例では、移動式浄化装置５０は、ローカル制御を欠いていてよく、システムコントローラ２５によって集中的に制御されてよい。理解されるように、これらの制御構成は、施設１０、複数の浄化装置１００、調節ゾーン等で任意の組合せで使用されてよい。

図２Ａ、２Ｂ、及び２Ｃは、環境中の空気を処理する本開示に従った移動式浄化装置５０の正面図、側面図、及び平面図を示す。上述したように、装置５０は、主ムーバー１５０を有するハウジング６０を含む。装置５０は、１又は複数の透過性バリアヒーター１４０を含んでよく、また、１又は複数のＵＶ光源１３０を含んでよい。上述したように、バリアヒーター１４０は、装置のハウジング６０に装着された１又は複数のエレメント又はカートリッジ１００に収容されてよい。ＵＶ光源１３０もまた、カートリッジ１００に収容されてよい。吸気口６２に配置するフィルター１２０は、符号を付されているが、図示されていない。

図示されているように、吸気口６２は、大きな表面積にわたって環境空気を取り込むためのハウジング６０の開放側であってよく、一方、排気口６６は、ハウジング６０の頂部から出るポートであって、処理された空気の向きを環境の上側領域に変える。ハウジング６０は、吸気口６２から排気口６６への空気流を通過させるための内部プレナム又は主プレナム６４を囲む側壁を有する。少なくとも１つの主ムーバー１５０が、吸気口６２と排気口６６の間でハウジング６０内に配置されており、吸気口６２を介して環境から空気を取り込み、処理された空気を排気口６６を介して環境に排気するように動作可能である。

本明細書に概ね記載されているように、装置５０は、ハウジング６０内に配置された少なくとも１つのフィルター１２０を含むことが好ましく、当該フィルター１２０は、吸気口６２に配置されることが好ましい。少なくとも１つのフィルター１２０は、移動空気をろ過限界までろ過するように構成されている。１又は複数のバリアヒーター１４０は、それを通る移動空気流をインピーダンス限界まで妨げるようにハウジング６０内に配置されている。１又は複数のバリアヒーター１４０は、供給電力と電気的に接続されて、目標表面温度まで加熱される。

使用される場合には、１又は複数の紫外線光源１３０がハウジング６０内に配置されて、供給電力と電気的に接続され、移動空気が吸気口６２から排気口６６へと通過するハウジング６０の少なくとも一部において紫外線放射を発生させるように構成されている。

図２Ａ乃至２Ｃに特に示されているように、装置５０は、ハウジング６０の吸気口６２に交換可能に配置されるように構成された少なくとも１つの浄化エレメント又はカートリッジ１００を有する（図には２つのカートリッジ１００が示されている）。カートリッジ１００は入口と出口の間にプレナムを有しており、紫外線光源１３０及び通気バリアヒーター１４０がカートリッジ１００に収容されている。カートリッジ１００は吸気口に専用のフィルター１２０を含んでよく、複数のカートリッジ１００上の複数のフィルター１２０は、装置のハウジング６０の吸気口６２を覆うことができる。或いは、ハウジング６０は、カートリッジ１００とは別個に吸気口６２を覆う一体型フィルター（図示せず）を有してよい。

本開示の利点と共に理解されるように、ハウジング６０のプレナム６４に１又は複数のＵＶ光源１３０及びバリアヒーター１４０が装着されて維持されてもよいので、カートリッジ１００の使用は厳密には必須ではない。しかしながら、カートリッジ１００の使用は浄化装置５０をよりモジュール化して、メンテナンス及び交換を容易にする。例えば、カートリッジ１００は、ハウジング６０内の取り外し交換可能な構成要素であってよく、それによって、浄化装置５０は、異なる要素を用いて所与の実施形態について構成されてよく、従って、使用する構成要素を交換することができる。１又は複数のカートリッジ１００は、ハウジングの吸気口６２の表面積にわたって配置されているように示されているが、他の構成が使用されてよい。例えば、カートリッジ１００は、空気流を直列に処理するために直列に配置されてよく、また、並列に配置されてもよい。

環境中の空気を処理するために、空気流は、主プレナム６４に配置された主ムーバー１５０に給電することにより、吸気口６２から排気口６６へと移動式ハウジング６０の主プレナム６４を通って移動する。図示されているように、主ムーバー１５０は、空気が装置５０を通って引き込まれるように、フィルター１２０、紫外線光源１３０、及びバリアヒーター１４０の下流側に配置されてよく、これは、ろ過目的に適している。通常、主ムーバー１５０は、１又は複数の送風機、ファン等から構成される。例えば、主ムーバー１５０の複数の送風機が使用されて、ハウジング６０の表面積を覆ってよい。

電力は、従来のＡＣコンセントのような環境下で利用可能な電源から移動式浄化装置５０に供給されてよい。ここに示すように、装置５０は、設備電源に接続するための電源コードを含んでよい。装置５０は、供給電力を供給するために、ハウジングに配置されたそれ自身の電源４０を含んでよい。例えば、充電式電池が電源４０に使用されてよい。

空気流は、プレナム６４に配置された（即ち、吸気口６２に配置された、或いは、吸気口６２又はその一部にわたって配置された）１又は複数のフィルター１２０を介して、ろ過限界までろ過される。紫外線放射は、プレナム６４内に配置された紫外線光源１３０に給電することで、ハウジング６０内で生成される。更に、空気流は、プレナム６４に配置された１又は複数のバリアヒーター１４０を通ってインピーダンス限界まで妨げられる。バリアヒーター１４０は、それらにわたって電圧電位を印加することにより、表面温度まで加熱される。引き出された空気はその後、ハウジング６０の頂部に向かって排気口６６を通過し、加熱された流れと最近処理された空気とが周囲の人々及び物体から離れるように排気される。

移動式浄化装置５０はまた、ＵＶ光源１３０、バリアヒーター１４０及び主ムーバー１５０と電気的に接続して配置されたコントローラ２００を含む。以下に更に詳細に説明するように、コントローラ２００は、（ｉ）供給電力で給電されるＵＶ光源１３０の放射と、（ii）供給電力で給電されるバリアヒーター１４０の加熱と、（iii）吸気口６２から排気口６８へとハウジング６０を通って主ムーバー１５０によって引き出される空気流とを制御するように構成されている。

移動式浄化装置５０がどのように使用され、どこに設置できるかを理解した上で、説明は次に、開示された浄化装置５０の特定の詳細に向かう。上述したように、移動式浄化装置５０は、フィルター１２０、ＵＶ光源１３０及びバリアヒーター１４０を一体化した１又は複数のカートリッジ１００を使用してよい。例えば、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは、本開示の例示的な浄化カートリッジ１００の正面図、側面図、及び端面図を図示する。カートリッジ１００は、移動式装置のハウジング６０の吸気口６２に取り付けられるように構成されたフレーム１１０を含む。

全般的に、フレーム１１０は、プレナム内部１１６を囲む４つの側壁を有しており、対向する開放面（１つは吸気口１１２用であり、もう１つはプレナム１１６の排気口１１８用である）で露出している。必要に応じて、吸気口１１２はリム１１４を含んでよく、このリム１１４は、典型的には、吸気口６２（図２Ａ乃至２Ｃ）の開口周りに係合するであろう。ファスナー（図示せず）が、リムを周囲の構造物に固定してよい。特定の実施形態のために構成されているものの、フレーム１１０の典型的なサイズは、幅２０インチ×高さ３０インチ×奥行き７インチの全体的な寸法を含んでよい。

図３Ａに最もよく示されているように、吸気口１１２又はリム１１４は、フレームのプレナム１１６に入る空気流をろ過するためのフィルター（図示せず）を保持するためのレセプタクルを形成してよい。プレナム１１６の内側で、フレーム１１０はバリアヒーター１４０を保持する。ここに簡略的に示されているように、バリアヒーター１４０は通気バリア１４２を含んでおり、通気バリア１４２は金属で構成され、また、メッシュ、発泡体、スクリーン、又は蛇行状（tortuous）媒体を備えており、プレナム１１６にわたって配置されることで、後述するように空気流を処理するための通気表面領域を提供する。

また、プレナム１１６の内側には、フレームは、バリアヒーター１４０に加えて付加的な処理としてのＵＶ光源１３０を保持できる。（本明細書に開示される他の実施形態は、ＵＶ光源１３０を含まなくてもよい。）ここで簡単に図示されているように、ＵＶ光源１３０は、プレナム１１６にわたって配置された２つのＵＶ−Ｃ発光ダイオード（ＬＥＤ）ストリップを含んでおり、後述するように、空気流を処理するための作用場を提供する。より多くの又はより少ない光源１３０が使用されてもよく、タイプが異なる光源１３０が設けられてよい。

図４Ａに目を向けると、浄化装置５０の側面図が示されており、その構成要素の配置を有する。前述したように、浄化カートリッジ１００は、移動装置のハウジング６０の吸気口６２にて使用されてよい。浄化カートリッジ１００のフレーム１１０は、吸気口６２の窓、即ちレセプタクルに収まって、プレナム６４への開口の表面積の少なくとも一部を覆う。ここで、吸気口６２は、カートリッジ１００を支持するために、ハウジング６０内に棚６１を含む。フィルター１２０はフレーム１１０のレセプタクルに収まってよく、又は、フィルター１２０はフレーム１１０の吸気口に当接してよい。典型的には、フィルター１２０は単にレセプタクルにぴったりと収まるが、留め具が使用できるであろう。

好ましくは、カートリッジ１００のフィルター１２０はまず、フィルター１２０を介してろ過限界まで空気流をろ過する。このようにして、フィルター１２０は、塵埃や他の微粒子がカートリッジ１００に引き込まれて、更に装置のハウジング６０に引き込まれることを防ぐ。

既に述べたように、カートリッジ１００のプレナム１１６に配置されたＵＶ光源１３０に給電することにより、プレナム１１６内に紫外線放射の作用場を生成できる。カートリッジのプレナム１１６において、空気流は、プレナム１１６に配置されたバリアヒーター１４０を介してインピーダンス限界まで妨げられる。バリアヒーター１４０は、ニッケル、ニッケル合金、チタン、鋼合金のような金属材料の通気バリア１４２（例えば、メッシュ、発泡体、スクリーン、蛇行状媒体）を含む。通気バリア１４２は、平ら、波形、湾曲状、ひだ状などであってよく、１又は複数の層で配置されてよい。バリアヒーター１４０の金属メッシュ／発泡体１４２は、メッシュ／発泡体１４２にわたって電圧電位を印加することにより表面温度まで加熱される。好ましくは、ＵＶ光源１３０は、プレナム１１６内にて、フィルター１２０とバリアヒーター１４０の間に配置されており、光源１３０からの放射は通過する空気流を処理でき、更に、フィルター１２０とバリアヒーター１４０の露出面も処理できる。

次に図４Ｂを見ると、浄化装置１００の概略を示す別の側面図が示されており、その構成要素の配置を有する。カートリッジ１００のフレーム１１０は、そのプレナム１１６内にフィルター１２０、紫外線光源１３０及びバリアヒーター１４０を保持しているように示されており、カートリッジ１００は、ハウジングの吸気口６２の主プレナム６４に取り付けられているように示されている。カートリッジ１００は、制御回路及び電力を用いて使用される。例えば、制御回路は、浄化装置５０及びカートリッジエレメント１３０，１４０に電力を供給して制御するための適切な電源回路及び処理回路を有するコントローラ２００を含む。コントローラ２００は、施設の利用可能なＡＣ電源、バッテリ電源、又はその他の電源のような１又は複数の種類の電源４０に接続されてよい。コントローラ２００の電源回路は、必要に応じて供給電力を変換して、直流電力及び電圧レベルが生成されてよい。

カートリッジ１００を見ると、フィルター１２０は、フレーム１１０のプレナム１１６に配置され、吸気口１１２に向いてレセプタクル１１５に保持される。フィルター１２０は、第１の材料で構成され、ろ過限界までそこを通る空気流をろ過するように構成されている。好ましくは、フィルター１２０は、ステンレス鋼、アルミニウム等からなる金属フィルター媒体１２２であって、空気流の量と必要とされるろ過のレベルとに応じて１又は複数の層でメッシュ化されている。フィルター１２０はケース１２５を有しており、ケース１２５も金属で構成されており、金属フィルター媒体を嵌め込んでいる。概して、金属フィルター１２０は、耐火性及び難燃性、そして、高効率等級を有しており、金属製で厚さ１インチのＨＶＡＣフィルターであってよい。

バリアヒーター１４０はまた、プレナム１１６に配置され、排気口１１８に向いて据え付けられてよい。熱及び電気の両方のための絶縁材１４５が、フレーム１１０からバリアヒーター１４０を隔ててよい。バリアヒーター１４０は、金属材料のメッシュ／発泡体を含んでおり、そこを通る空気流をインピーダンス限界まで妨げるように構成されている。

ＵＶ光源１３０は、プレナム１１６内に配置されてよく、上述したように、好ましくは金属フィルター１２０とバリアヒーター１４０の間に配置されてよい。ＵＶ光源１３０は、プレナム１１６内にＵＶ−Ｃ光の作用場を生成し、通過する空気流を処理する。本明細書に記載されているように、ウイルスなどの病原体は、投与量の紫外線に曝して除去することができる。例えば、大きさが０．１１μｍまでのｓＲＮＡコロナウイルスは、約６１１μｊ／ｃｍ^２のＵＶＧＩ線量だけで＞９９％除去することができる。

ＵＶ光源１３０とバリアヒーター１４０の両方は、コントローラ２００を介して電源４０と電気的に接続されており、コントローラ２００は、光源１３０の照明とプレナム１１６内でのバリアヒーター１４０の加熱とを制御する。

ＵＶ光源１３０は、プレナム１１６に配置された１又は複数のＵＶ−Ｃランプ、複数の発光ダイオードなどを含んでよい。例えば、光源１３０は、水銀蒸気ランプなどの１又は複数の紫外線殺菌ランプを使用してよい。光源１３０はまた、ＵＶ−Ｃ放射を放出する半導体を有する発光ダイオードを使用してよい。

１又は複数の構造物が、フレーム１１０に配置されてＵＶ光源１４０を支持してよい。使用される構造物は使用される光源１４０の種類によって異なってよく、ランプ用の固定具とＵＶ−Ｃ発光ダイオード用のストリップとを含んでよい。例えば、ＵＶ光源１３０は、プレナム１１６にわたって延びるＵＶ−Ｃ発光ダイオードの複数のストリップを使用してよい。

空気流の中でのＵＶＧＩ処理の効果は、対象の微生物学的種、曝露強度、曝露時間、空気の湿度量などの多くの要因に依存する。十分な放射量は、ＤＮＡベースの微生物を殺すことができる。従って、ＵＶＧＩ処理の強度、曝露時間及びその他の因子は、所望の有効性に達するように浄化装置１００及びＨＶＡＣシステムにおいて構成、更には制御されてよい。

浄化カートリッジ１００が提供するＵＶＧＩ処理は、ＣＯＶＩＤ−１９のような病原体を破壊するのに有効であり得る。ＵＶ光源で発生される、波長が１００乃至２８０ナノメートルのＵＶ−Ｃ光又は短波長光は、実証された殺菌効果を有してよい。特に、２２２ナノメートルの少量遠ＵＶＣ光は、曝露の時間の経過と共にエアロゾル化したウイルスを死滅させ、不活性化させるのに有効である。

ＨＶＡＣシステムにおけるＵＶＧＩの従来の使用とは対照的に、開示された浄化装置は、高額な費用と、空気還流システム又はダクトシステムへの特別な据え付けとを必要としない。それどころか、開示された浄化カートリッジ１００は、家庭内で１乃至３ヶ月ごとにＨＶＡＣフィルターを交換するのと同じくらい簡単で実用的な設置及び操作を提供する。

以下でより詳細に説明するように、バリアヒーター１４０の金属材料は、ニッケルメッシュ／発泡体を含んでよい。バリアヒーター１４０は、発泡体に少なくとも８０％の空隙率を与えて、そこを通る空気流を２０％のインピーダンス限界まで妨げるように構成されている。

浄化カートリッジ１００は、１又は複数の表面に抗微生物コーティングを含んでおり、生きた細菌及びウイルスを排除してよい。例えば、フィルター１２０は、フィルター媒体によって捕捉された病原体を排除するために、抗微生物コーティングを有してよい。フレームのプレナム１１６の内壁も、抗微生物コーティングを有してよい。加熱条件下で実用的であれば、バリアヒーター１４０のメッシュ／発泡体は、抗菌コーティングを有してよい。

図４Ｂに更に示すように、ＵＶ光源１３０、バリアヒーター１４０及び主ムーバー１５０と電気的に接続して配置された浄化装置５０のコントローラ２００は、（ｉ）電源４０によって給電されたＵＶ光源１３０の放射と、（ii）電源４０によるバリアヒーター１４０の加熱と、（iii）電源４０によって給電された主ムーバー１５０によって生成された空気流とを制御するように構成されている。このコントローラ２００はローカルコントローラであって、通信インターフェース２１２を含んでおり、他の浄化装置５０と、施設内の空気ハンドリングシステム２０（図１）の他の構成要素、例えばシステムコントローラ２５と通信してよい。ローカルコントローラ２００は、浄化装置５０がオン／オフにされることを示す信号をＨＶＡＣシステム２０から受信してよい。コントローラ２００はその後、受信した信号に基づいて、バリアヒーター１４０の加熱及びＵＶ光源１３０の照明を制御してよい。制御装置２００はその後、受信した信号に基づいて、照明、暖房、空気流の動きを制御してよい。

これを行うために、コントローラ２００は、バリアヒーター１４０に接続されたヒーター回路２１４と電気接続して配置される。少なくとも、空気が浄化装置５０を通過する（主ムーバー１５０によって引き込まれる）期間、コントローラ２００は、電源４０によって給電されたヒーター回路２１４によってバリアヒーター１４０の加熱を制御してよい。理解されるように、コントローラ２００及びヒーター回路２１４は、バリアヒーター１４０に供給される電力を調整及び制御するために必要とされる任意のスイッチ、リレー、タイマー、電源トランスなどを含む。

コントローラ２００は、少なくとも、コントローラ２００が、装置５０を通して空気を流すために主ムーバー１５０を作動させている場合に、バリアヒーター１４０を加熱する。主ムーバー１４５０が環気を引き込む前の予備加熱は、目標温度に予め到達できるように、空気が浄化装置５０を介して引き込まれる前に起こってよい。これは、システムコントローラ２００からのアドバンス信号を必要とするか、又は、ある程度の基準温度を維持するためにバリアヒーター１４０の断続的な加熱を伴ってよい。主ムーバー１５０がオフになった後の後加熱も、幾つかの理由から有益であるかもしれない。

また、コントローラ２００は、ＵＶ光源１３０に接続された駆動回路２１３と電気接続されて配置されている。少なくとも、空気が浄化装置５０を通過する（主ムーバー１５０によって引き込まれる）期間、コントローラ２００は、電源４０によって給電される駆動回路２１３を用いて、ＵＶ光源１３０の照明を制御してよい。理解されるように、コントローラ２００及び駆動回路２１３は、光源１３０に供給される電力を調整及び制御するために必要な任意のスイッチ、リレー、タイマー、電源トランス、電子バラストなどを含む。

少なくとも、コントローラ２００が主ムーバー１５０に給電している場合に、コントローラ２００は光源１３０を明るくする。目標照度に到達するために、空気が浄化装置１００を通って引き込まれる前にＵＶ光源１３０のランプ等が完全な照度に到達するために幾つかの予備照明が必要とされてよい。これは、システムコントローラ２００からのアドバンス信号を必要としてよい。主ムーバー１５０がオフになった後の光源１３０の後照明も、幾つかの理由から有益であるかもしれない。

コントローラ２００はまた、主ムーバー１５０に接続されたモータ駆動回路２１５と電気的に接続して配置されている。環境空気を処理するために、モータ駆動回路２１５は、主ムーバー１５０を作動させ、これにより、装置５０を通して空気を移動させることができる。図示されているように、主ムーバー１５０は、ろ過の構成に適した方法で装置５０を通して空気を引き込むために使用されてよい。もちろん、他の構成も使用できるであろう。制御装置２００は、ＵＶ光源１３０が明るくされて且つバリアヒーター１４０が目標温度に加熱されるまで、主ムーバー１５０を作動させなくてよい。

監視及び制御のために、コントローラ２００は、１又は複数のセンサ２１６、２１７、及び２１８を含んでよい。例えば、コントローラ２００は温度センサ２１６を含んでよく、温度センサ２１６は、プレナム１１６内にてバリアヒーター１４０に隣接して配置され、コントローラ２００と電気接続して配置される。温度センサ２１６は、コントローラ２００が目標温度に到達できるように、バリアヒーター１４０の加熱に関連した温度を測定するように構成される。実施形態と影響を受ける病原体とに応じて、バリアヒーター１４０は、約５４℃（１３０°Ｆ）以上の表面温度に加熱されてよい。実際、約５６℃又は約５６乃至６７℃（１３３乃至１５２°Ｆ）を超える温度での加熱はＳＡＲＳコロナウイルスを殺すことができること、そして、２２２ナノメートルの遠ＵＶＣ光はエアロゾル化されたウイルスを殺して不活性化させるのに有効であることが、研究によって示されている。

コントローラ２００は、ＵＶ光源１３０の照度、強度、波長、動作などを監視するために、フォトセルやその他の光検知素子のような光センサ２１８に接続されてよい。例えば、ＵＶ光源１３０は、プレナム１１６内の作用場において、少なくとも６１１μＪ／ｃｍ^２の線量の紫外線殺菌照射を生成するように構成されてよく、光センサ２１８からの測定値は放射線を監視してよい。

コントローラ２００は、更に別のセンサ２１７、例えば、プレナム１１６を通過する流れ、速度等を検知するための流れセンサに接続されてよい。流れセンサ２１７での空気流の検知は、既に合図されていないならば、ＵＶ光源１３０及びヒーターバリア１４０の動作を開始するためにコントローラ２００によって利用されてよい。空気流の速度が流れセンサ２１７によって測定されて、バリアヒーター１４０による空気流の加熱が検出された流速と目標加熱レベルとに調整されるように、浄化装置１００を通過する目標流速が調整されてよい。また、流れの速度が、ＵＶ光源１４０による空気流の照射の目標照射量を調整するために監視されて、適切な曝露レベルが達成されてよい。

流れセンサ２１７は、装置５０を通過する空気流及び速度を監視してよい。次に、この検知された情報は、コントローラ２００によるフィードバックとして使用されて、主ムーバー１５０の動作が調整されてよい。このようにして、コントローラ１５０は、ＵＶ光源１３０のＵＶ照明とバリアヒーター１４０の熱とに曝されてプレナム１１６を通過する空気を処理するのに最適なレベルに流量及び速度を調節できる。実施形態又は環境状態に応じて、空気を効果的に処理する目標照射量及び温度に最も適した空気流の目標速度が達成されてよい。

本明細書で述べられているように、浄化装置５０は、熱エネルギーをＵＶ−Ｃ光と組み合わせており、そして、難燃性及び耐燃性のあるろ過システム内に構築される。浄化装置５０は、環境に配置されてよい。本明細書に開示されるように、浄化装置１００の実施形態はバリアヒーター１４０を含んでおり、それによって、バリアヒーター１４０に関して上述したコントローラ２００、センサ等の様々な特徴を含んでよい。幾つかの実施形態はＵＶ光源１３０を含まなくてよいが、他の実施形態は、ＵＶ光源１３０に関して上述したコントローラ２００、センサ等の様々な特徴と共にＵＶ光源１３０を含んでよい。特に、図４Ｃは、ＵＶ光源のない構成要素の配置を有する浄化装置１００の概略の別の側面図を示す。同様の構成要素には、他の実施形態と同じ符号が付与されており、ここでは再度説明しない。

提案されているように、開示された浄化装置５００は、粒子の９９．９７％（ＡＳＭＥ，Ｕ．Ｓ．ＤＯＥ）まで空気をろ過する一方で、ＣＯＶＩＤ−１９のような病原体を排除することができる。本明細書の一部となる同時継続出願に開示されているように、この構成は、施設の空気ハンドリングシステム２０に統合されてよい。

浄化カートリッジ５０は、フレーム１１０に空気フィルターを収容するフレーム１１０を含むとして説明されているが、カートリッジ５０は、フィルターを既に収容しているハウジング６０に設けられるフレーム１１０を含んでよい。このタイプの構成では、浄化カートリッジ１００は、先と同様に、フレーム１１０、ＵＶ光源１３０、及びバリアヒーター１４０を含んでよいが、フレーム１１０は、必ずしも空気フィルター１２０を保持しなくて又は受け入れなくてよい。代わりに、別個の空気フィルターがハウジング６０の吸気口６２に設置されてよい。

説明は、次に、開示された浄化装置１００のバリアヒーター１４０の詳細に向かう。バリアヒーター１４０の金属メッシュ／発泡体は、材料の１又は複数の層を有してよく、また、適切な厚さを有してよい。一例として、メッシュ／発泡体は、０．５ｍｍ乃至２．０ｍｍの厚さを有してよい。ニッケル（Ｎｉ）から構成される場合、メッシュ／発泡体は、１．４３×１０^７Ｃ／ｍ^２の表面電荷密度（σ）を有してよい。Ｎｉメッシュ／発泡体は導電性を有しており、高多孔質であって、ランダムな三次元チャネルが規定されている。メッシュ／発泡体は約００．１７８Ωの抵抗を示し、例示的なＮｉ発泡体の電気抵抗率は約１．５１×１０^−５Ωｍであると計算される。

例えば、図５Ａは、単位供給電力（Ｗ）当たりのバリアヒーター用の例示的なＮｉ発泡体材料によって生じる温度（℃）の第１のグラフ９０Ａを示す。１．６５ｍｍ×１９５ｍｍ×１０ｍｍの大きさを有する発泡体のサンプルが調べられた。電圧を印加した後、温度が安定するまで温度は測定された。グラフ９０Ａに示すように、温度は、約７ワットで約１２０℃の温度が得られるように、単位供給電力当たり概ね線形に上昇することが示されている。

図５Ｂは、ある温度に加熱された例示的なバリアヒーター用Ｎｉ発泡体材料を通って流れた後のガス（例えば、Ｎ_２）の測定温度の第２のグラフ９０Ｂを示す。室温が約２１．７℃である間、測定用ガスは、加熱されたＮｉ発泡体材料から約３．５ｃｍの上流側の距離にて送られた。温度測定は、約１１５℃（２３９°Ｆ）の初期温度に加熱された例示的なＮｉ発泡体材料に対して様々な下流側距離で行われた。見られるように、ガスの測定温度は、例示的なＮｉ発泡体材料から１ｃｍから４ｃｍまでの範囲の下流側距離について、約２９℃から約２３℃（８４°Ｆから７３°Ｆ）まで低下した。このことは、このような例示的なＮｉ発泡体材料で構成されたバリアヒーター１４０によって生じる加熱は、空気流及び任意の病原体が当たり得る複雑な加熱表面積をもたらすが、加熱は下流の空気流に局在化して散逸することを示している。

図５Ｃは、別の初期温度の例示的なＮｉ発泡体材料に対する様々な下流側距離で行われた測定温度の別のグラフ９０Ｃを示す。ここでは、Ｎｉ発泡体材料は、約５４℃の初期温度にある。ガスの測定温度は、例示的なＮｉ発泡体材料から１ｃｍから４ｃｍまで範囲の距離に対して、約２４．５℃から２１．７℃（７６°Ｆから７１°Ｆ）まで低下した。

本明細書に記載されているように、バリアヒーター１４０は、ニッケル、或いは、高いサービス温度と腐食性環境での用途のために開発されたニッケル系合金又は鉄系合金を使用できるであろう。ニッケルは、室温で空気によってゆっくりと酸化され、耐腐食性を有していると考えられている。ニッケルは、周囲や通過する空気分子への熱伝達が最小限であって、高温に到達するように簡単に調整することができる高性能金属である。例えば、ニッケル製メッシュ／発泡体（１．４３×１０^７σ）に電圧を印加すると、その金属は、接触時にＣＯＶＩＤ−１９を含む病原体を殺すのに十分に熱い目標温度までエネルギーを伝導する。目標温度は、５６℃乃至６６℃以上、更には９３℃以上（１３３°Ｆ乃至１５０°Ｆ以上、更には２００°Ｆ以上）であってよい。このようにして、Ｎｉメッシュ／発泡体（０．５ｍｍ乃至２．０ｍｍ）は、加熱された格子体によって、病原体が当たって排除されるための加熱帯電した表面領域を提供する。一方、バリアヒーター１４０の発泡体／メッシュの空隙率（８０乃至９０％）は、空気流を過度に妨げず、また、主ムーバー１５０を動作させるために浄化装置５０から必要とされるエネルギーをひどく増加させない。

既に開示されているように、プレナム１１６の加熱は、メッシュ／発泡体を有するバリアヒーター１４０によって達成されてよく、メッシュ／発泡体は、目標温度に加熱されて、メッシュ／発泡体を通過する環気のための曲がりくねった経路を提供する。他の形態の加熱が利用されてよい。既に開示されているように、プレナム１１６のＵＶ照明は、ＵＶ光ストリップを用いて達成されてよい。他の形態のＵＶ照明が使用されてよい。

例えば、図６Ａは、フレーム１１０のプレナム１１６に配置されると共に、電源制御装置２０１に接続された複数の電気素子（ＵＶ光源１３０及びバリアヒーター１４０）を有する浄化カートリッジ１００の別の構成を示す。プレナム１１６は、吸収及び浄化のために１又は複数の側壁に炭素媒体１５２を含んでいる。プレナム１１６はまた、吸気口に配置されたフィルター１２０を含んでよい。

上述したように、開示された浄化カートリッジ１００は、他の浄化カートリッジ１００とは別個に、又は、それらと組み合わせて使用されてよい。一例として、図６Ｂは、制御／電源回路２０２によって制御されるＵＶ光源１３０及びバリアヒーター１４０を含む、本開示に基づく浄化カートリッジ１００の構成を示す。ＵＶ光源１３０及びバリアヒーター１４０は、本明細書に開示されたものと同様であってよく、空気ハンドリングシステムの空気流に適合するようにハウジング又はフレーム１１０内に一緒に収容されてよい。例えば、ハウジング又はフレーム１１０は、吸気口又は他の場所を通って装置のハウジング６０内に収納されてよい。ろ過は、ハウジング６０の他の場所で実現されてよい。その部分では、制御／電源回路２０１は、ＵＶ光源１３０及びバリアヒーター１４０を制御するために、本明細書に開示されている必要な構成要素を有していてよい。

別の例では、図６Ｃは、本開示による浄化カートリッジ１００の別の構成を示しており、制御／電源回路２０３によって制御されるバリアヒーター１４０を含んでいる。図示されているこの装置１００はＵＶ光源を含まなくてよいが、そのような光源は、施設又は他の環境における別の場所で使用できるであろう。バリアヒーター１４０は、本明細書に開示されたものと同様であってよく、装置のハウジング６０に収まるようにハウジング又はフレーム１１０内に収容されてよい。例えば、ハウジング又はフレーム１１０は、装置のハウジング６０の吸気口に収められてよく、或いは、空気流の他の場所に収められてよい。ろ過は、空気ハンドリングシステムの他の場所で実現されてよく、又は、本明細書の他の場所で開示されるようなフィルター（図示せず）を使用してフレーム１１０に組み込まれてよい。その部分では、制御／電源回路２０３は、バリアヒーター１４０を制御するために本明細書に開示されている必要な構成要素を有してよい。

更に別の例として、図６Ｄは、本開示に基づく浄化カートリッジ１００ａ−ｂの更に別の構成を示しており、当該構成は、制御／電源回路２０４によって制御されるＵＶ光源１３０を含み、制御／電源回路２０３によって制御されるバリアヒーター１４０を含む。ＵＶ光源１３０及びバリアヒーター１４０は、本明細書に開示されたものと同様であってよく、装置のハウジング６０に収まるように別個のハウジング又はフレーム１１０ａ-ｂに収容されてよい。例えば、ハウジング又はフレーム１１０ａ−ｂは、ハウジング６０の吸気口に収められてよく、又は、空気流の他の場所に配置されてよい。ろ過は、他の場所で実現されてよく、又は、本明細書の他の場所で開示されているフィルター（図示せず）を使用して、フレーム１１０ａ−ｂの一方又は両方に組み込まれてよい。その部分について、制御／電源回路２０３，２０４は夫々、ＵＶ光源１３０及びバリアヒーター１４０を制御するために、本明細書に開示されている必要な構成要素を有してよい。

図７Ａは、浄化装置５０が施設環境においてどのように動き回るかを示している。キャスターホイール６１、牽引ヒッチ６３、及びハンドル６５は、装置５０を所望のように配置することを可能にする。特定の実施形態のために設定されているが、ハウジング６０の典型的なサイズには、幅２０乃至４０インチ×高さ６０インチ×奥行き２４インチの全体的な寸法が挙げられる。カートリッジ１００が使用される場合、カートリッジ１００の寸法はハウジング６０の全体的な寸法に合わせられてよい。カートリッジ１００の典型的な寸法には、幅２０乃至４０インチ×高さ３０乃至６０インチ×奥行き７乃至１４インチの全体的な寸法が挙げられる。これらの値は、例示的な実施形態のためだけに与えられている。

上述したように、ハウジング６０内の空気を移動させるための浄化装置５０の主ムーバー１５０は、１又は複数の送風機又はファンを使用してよい。図７Ｂは、空気を移動させるためにハウジング６０に配置され得る一組のファン１５２の一例を示している。本図では、６つのファン１５２が単に例として示されている。各ファン１５２の大きさに応じて、より多くの又はより少ないファンが使用されてハウジング６０にわたる表面領域を覆ってよい。複数のファン１５２が表面領域にわたって使用されて、ハウジング６０の吸気口６２を通って安定して空気が引き込まれることが好ましい。このような配置に適したファン１５２には、キャビネット設置や聴視覚筐体等用に冷却ファンとして一般的に使用されているような、可変速度制御を有する電動ファンが挙げられる。

上述したように、１又は複数の浄化装置５０が施設環境で使用されてよく、これらの浄化装置５０は、遠隔制御又は局所制御のための制御構成を有してよい。例えば、図８は、施設環境の様々なゾーンに配置された複数の異なる移動式浄化装置５０を示している。マスター制御ユニット２５０は、中央処理ユニット２５２を有しており、また、施設環境１０２における異なるゾーン１０４ａ−ｎの複数のローカルコントローラ２００ａ−ｎと有線及び／又は無線通信２５６を介して通信するために使用される通信インターフェース２４５を有している。ローカルコントローラ２００ａ−ｎの各々は、装置５０の１又は複数の浄化カートリッジ１００ａ−ｎを制御してよい。

前述したように、本明細書に開示されたバリアヒーター１４０の通気バリア１４２は、種々な層及び構成を有してよい。図９Ａでは、バリアヒーター１４０ａの一部が示されており、通気バリア１４２は平らであって、規定の厚さＴ１を有する。そのような１又は複数の平らなバリア１４２は直列に互いに隣接して使用されて、衝突する空気流を妨げて相互作用してよい。表面積及び相互作用を増加させるために、図９Ｂに示されているように、バリアヒーター１４０ｂの一部は、通気バリア１４２に折り目、波形、又はひだ１４２を有する。通気バリア１４２のメッシュ材料は、その元の厚さＴ１を有してよいが、波形バリアヒーター１４０ｂは、衝突する空気流について厚さＴ２を示す。このような１又は複数の波形バリア１４２は、衝突する空気流を妨げて相互作用するために直列に隣接されて使用されてよい。

Ｎｉ発泡体の可撓性を考慮すると、波形バリアヒーター１４０ｂは、幾つかの利点をもたらす。第１に、Ｎｉ発泡体の抵抗は曲げ１４４によってはるかに大きくなり、このことは、住宅用電圧（１１０Ｖ）で使用される場合にバリアヒーター１４０のためになる。第２に、図９Ｂに図示されているように、曲げ１４４は厚さＴ１の数倍であって、衝突する空気と相互作用する有効距離Ｔ２を生じる。熱いＮｉ発泡体の曲げ１４４間の隙間は、病原体を損傷させるのに有効な高温を生じる。屈曲数、屈曲長さ等は容易に制御でき、屈曲長さが長いほどより高温に達することに留意すべきである。第３に、２つの主面が空気に露出している平らなＮｉ発泡体に比べて、図９Ｂの折り曲げられたＮｉ発泡体バリア１４０ｂは、出入りする空気に露出している面積がはるかに小さく、熱損失が最小限に抑えられるので、バリアヒーター１４０の温度をより急速に上昇させることができ、同じ電力消費ではるかに高い値に達することができる。

例えば、図１０Ａは、平らなＮｉ発泡体構成を有するバリアヒーター１４０ａに生じる電流に対する入力電圧のグラフを示す。図１０Ｂは、平らなＮｉ発泡体構成を有するバリアヒーター１４０に生じる温度レベルに対する電流のグラフを示す。一方、図１１Ａは、波形Ｎｉ発泡体構成を有するバリアヒーター１４０ｂに生じる電流に対する入力電圧のグラフを示す。図１１Ｂは、波形Ｎｉ発泡体構成を有するバリアヒーター１４０ｂに生じる温度レベルに対する電流のグラフを示す。図１０Ｂ及び図１１Ｂから分かるように、同じ電圧１．０Ｖでは、波形バリアヒーター１４０ｂの温度は、平らなバリアヒーター１４０ａの温度の２倍以上になる。

理解されるように、ＵＶ光源１３０及びバリアヒーター１４０を有する開示された浄化装置１００の様々な特徴は、特定の実施形態に適合して特定の病原体のために空気を処理するように構成されてよい。実際の病原体を用いた試験は慎重な管理を必要とし、実験室環境で実施されている。

ＵＶ光源１３０に関しては、ＵＶ光源１３０からの紫外線の強度、活性領域、波長、及び他の変数は、特定の病原体について空気を処理するように構成されてよく、それら変数は、制御された実験室の設定で実際の病原体を用いた直接的な試験によって最も良く決定される。

バリアヒーター１４０に関しては、バリアヒーター１４０の通気バリア１４２の厚さ、材料、活性表面積、通右記性、波形、温度、及び他の変数は、特定の病原体のために空気を処理するように構成されてよく、それら変数は、制御された実験室の設定で実際の病原体を用いた直接的な試験によって最も良く決定される。

ＳＡＲＳ−ＣｏＶ及びＭＥＲＳ−ＣｏＶを用いた以前の研究で、コロナウイルスを熱によって不活化できることが確立されている。例えば、Ｌｅｃｌｅｒｃａ，２０１４年；Ｄａｒｎｅｌｌ，２００４年；Ｐａｓｔｏｒｉｎｏ，２０２０年を参照のこと。ＢＳＬ３施設での予備研究の結果は、ＳＡＲＳ−ＣｏＶ−２がエンベロープされたＲＮＡウイルスに対して著しく耐熱性を有することを示した。１００℃（２１２°Ｆ）で１０分間のプロトコルのみがウイルスを完全に不活化させた。

特に、ヒトＳＡＲＳ−ＣｏＶ−２株（ＣＯＶＩＤ−１９）の耐熱性は、ＢＳＬ３施設で研究されている。研究のためのプロトコルは、水及び生理食塩水を室温又は沸騰温度の何れかで使用することを含んでいた（図１２）。後者については、１０ＬのＳＡＲＳ−ＣｏＶ−２を、１００℃（２１２°Ｆ）で予熱した９０Ｌの水又は生理食塩水に加えた。これらの溶液は、１００℃で３０秒又は１０分間インキュベートされたが、対照群では室温でインキュベートされた。

インキュベーション後、９００Ｌの室温培地が加えられて、滴定された。室温で１０分３０秒インキュベーションした対照群は、ウイルス負荷の低減には効果がないままであった。対照的に、１００℃−３０秒のプロトコルは傾向を示した。しかしながら、明らかに暴露は、効果的にウイルス負荷を減少させるには十分な時間ではなかったが、水中のウイルス負荷は生理食塩水に比べて相対的に低かった。水又は生理食塩水の何れかの１００℃−１０分だけがウイルスを完全に不活化させることができた（＞５Ｌｏｇ_１０の減少）。

生成されたデータから、ウイルスはエンベロープされたＲＮＡウイルスとして非常に耐熱性が高いことが確認された。熱不活化に関する更なる研究は、可変温度（５０℃、１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、及び３００℃）及び暴露持続時間（１秒、５秒、１５秒、３０秒、１分、３分、及び５分）について曲線を図示でき、これは次に、通気性Ｎｉ発泡体を有するような、本明細書に開示されるバリアヒーターによって引き起こされると予想される熱損傷と相関させることができる。

最近の研究によれば、しかしながら、開示されたバリアヒーター１４０の加熱フィルターは、ＣＯＶＩＤ−１９を殺すために、高温［（２００〜２５０℃）（３９２〜４８２°Ｆ）］で安全に使用できる。特に、研究は、ガルベストン国立研究所／ＮＩＡＩＤバイオディフェンス研究所ネットワーク（バイオセーフティレベル４）で行われており、対照実験の知見を含んでいる。この研究は、本開示の特殊な加熱フィルターシステム（即ち、開示されたバリアヒーター１４０）と接触すると、ＣＯＶＩＤ−１９がエアロゾル化された空気中で蒸発することを発見した。この結果は、加熱されたバリアヒーター１４０によるＣＯＶＩＤ−１９の活性ウイルスの１００倍の減少と、１００％の殺傷率とを示している。この研究は、ＣＯＶＩＤ−１９を空気中から排除できることを示している。

開示された浄化装置１００は、約２５０℃（４８２°Ｆ）の高温で循環空気中のウイルス及び細菌を効率的に殺すことができる。本明細書に開示されているように、ニッケル（Ｎｉ）発泡体のようなバリアヒーター１４０は、低コストであり、電気伝導性を有しており、ランダムなチャネルがある多孔質であり、機械的に強く、良好な可撓性を有しているので、ＨＶＡＣシステム又は他の環境における殺菌及び消毒のための良好なフィルターとして作用する。また、曲げられたＮｉ発泡体は、高抵抗、低電圧の構造をもたらし、殺菌のための表面積を増加させる。温度を利用した機械的破壊と、加圧された高性能金属とが、ＣＯＶＩＤ−１９の設定に適用されてよい。

本明細書に開示されている他の関連する研究は、高い性能及び設計を踏まえると、開示されている加熱フィルターを通過する空気には際だった温度上昇がないことを発見している。このフィルター及びその伝導性の主たる研究は、ヒューストン大学のテキサス超伝導センターで行われた。研究パートナーには、テキサスＡ＆Ｍ大学の工学部及び工学実験ステーションと、テキサス大学医学部とが含まれている。図示されているように、Ｎｉ発泡体のバリアヒーター１４０の温度は非常に速く上昇し、ワット数が低い電力で高温に加熱できる。バリアヒーター１４０の加熱Ｎｉ発泡体を通過した後、空気の温度は非常に速く低下し、１００℃を超える温度であっても、４ｃｍ離れると室温になる。

好ましい実施形態及び他の実施形態の上記の説明は、出願人によって考え出された発明概念の範囲又は適用可能性を制限することを意図するものではない。開示された主題の任意の実施形態又は態様に基づいて上述した特徴が、開示された主題の任意の他の実施形態又は態様において、単独で又は他の記載された特徴と組み合わされて利用できることは、本開示の利益によって理解されるであろう。

出願人は、本明細書に述べられた発明概念を開示することと引き換えに、添付の特許請求の範囲によって与えられる全ての特許権を希望する。従って、添付の特許請求の範囲には、以下の特許請求の範囲又はその均等物の範囲に収まる限りにおいて、全ての修正及び変更が含まれることが意図される。

Claims (30)

1. 環境の空気を処理するために供給電力を用いて使用される装置において、
   前記環境で移動可能であって、吸気口及び排気口を有するハウジングと、
   前記吸気口と前記排気口の間で前記ハウジングに配置されて、前記環境の空気を前記吸気口から前記排気口へと前記ハウジングを通して移動させるように動作する少なくとも１つの主ムーバーと、
   前記ハウジングの表面領域にわたって配置されており、金属材料の通気バリアを備える少なくとも１つのヒーターであって、前記少なくとも１つのヒーターの前記通気バリアは、インピーダンス限界まで移動空気流を妨げるように構成されており、前記少なくとも１つのヒーターの前記通気バリアは、前記供給電力に電気的に接続されて表面温度に加熱される、少なくとも１つのヒーターと、
   を備える装置。
2. 前記ハウジングの前記表面領域にわたって配置されて且つ第１の材料を含む少なくとも１つのフィルターを更に備えており、前記フィルターは、それを通る前記移動空気をろ過限界までろ過するように構成されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記フィルターの前記第１の材料は金属材料である、請求項１又は請求項２に記載の装置。
4. 前記少なくとも１つのカートリッジは前記ハウジングの吸気口にて交換可能であり、前記少なくとも１つのカートリッジは入口及び出口を有するプレナムを有し、前記少なくとも１つのカートリッジは前記少なくとも１つの通気バリアを有する、請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の装置。
5. 前記少なくとも１つのカートリッジは、前記プレナムにわたって配置されて且つ第１の材料を含む少なくとも１つのフィルターを更に備えており、前記フィルターは、それを通る前記移動空気をろ過限界までろ過するように構成されている、請求項４に記載の装置。
6. 前記少なくとも１つのカートリッジは、前記少なくとも１つのフィルターを保持するように構成されたレセプタクルを備えている、請求項５に記載の装置。
7. 前記フィルターは前記入口に向いて前記プレナムに配置されており、前記通気バリアは前記出口に向いて前記プレナムに配置されている、請求項５又は請求項６に記載の装置。
8. 前記ハウジングに配置された少なくとも１つの紫外線光源を更に備えており、前記紫外線光源は、前記供給電力と電気的に接続されて、前記移動空気が前記吸気口から前記排気口へと通過する前記ハウジングの少なくとも１つの部分に紫外線放射の作用場を生成するように構成されている、請求項１乃至７の何れかに記載の装置。
9. 前記紫外線光源は前記フィルターと前記バリアヒーターの間に配置されている、又は、前記装置は、前記ハウジングの前記吸気口にて交換可能な少なくとも１つのカートリッジを更に備えており、前記少なくとも１つのカートリッジは、入口と出口を有するプレナムを有しており、前記少なくとも１つのカートリッジは、前記少なくとも１つの紫外線光源と前記少なくとも１つの通気バリアとを有する、請求項８に記載の装置。
10. 前記紫外線光源が、前記プレナムに配置されている１又は複数のＵＶ−Ｃ灯、或いは複数のＵＶ−Ｃ発光ダイオードを備えている、請求項８又は請求項９に記載の装置。
11. 前記少なくとも１つのカートリッジは、前記入口の開放側と反対側にある前記出口の開放側との間で前記プレナムを囲む複数の側壁を備えている、請求項１乃至１０の何れかに記載の装置。
12. 前記通気バリアの端部と前記少なくとも１つのカートリッジの前記複数の側壁との間に配置された電気絶縁体を更に備える、請求項１１に記載の装置。
13. 前記主ムーバーは、１又は複数の送風機若しくはファンを備えている、請求項１乃至１２の何れかに記載の装置。
14. 前記ハウジングに配置されて前記供給電力を供給する電源装置を備えている、請求項１乃至１３の何れかに記載の装置。
15. 前記少なくとも１つのヒーターの前記通気バリアは、メッシュ、発泡体、スクリーン、又は蛇行状媒体を備える、請求項１乃至１４の何れかに記載の装置。
16. 前記通気バリアの前記金属材料はニッケルである、請求項１乃至１５の何れかに記載の装置。
17. 前記少なくとも１つのヒーターの前記通気バリアは少なくとも８０％の空隙率を与えて、２０％のインピーダンス限界までそれを通る前記空気流を妨げるように構成されている、請求項１乃至１６の何れかに記載の装置。
18. 前記少なくとも１つのヒーターの前記通気バリアは、少なくとも約５６℃（１３３°Ｆ）よりも高い表面温度に加熱される、請求項１乃至１７の何れかに記載の装置。
19. 前記少なくとも１つのヒーター及び前記少なくとも１つの主ムーバーと電気的に接続して配置されたコントローラを更に備えており、前記コントローラは、（ｉ）前記供給電力による前記少なくとも１つのヒーターの前記通気バリアの加熱と、（ii）前記供給電力を用いて前記少なくとも１つの主ムーバーによって生成された前記吸気口から前記排気口へと前記ハウジングを通る前記空気流とを制御するように構成されている、請求項１乃至１８の何れかに記載の装置。
20. 前記コントローラは、前記通気バリアに接続されたヒーター回路と電気的に接続して配置され、前記コントローラは、前記供給電力によって給電された前記ヒーター回路で前記通気バリアの加熱を制御するように構成されている、請求項１９に記載の装置。
21. 前記通気バリアに隣接して配置され、前記コントローラと電気的に接続して配置された温度センサを更に備えており、前記温度センサは、前記通気バリアの加熱に関する温度を測定するように構成されている、請求項２０に記載の装置。
22. 前記ハウジングに配置された少なくとも１つの紫外線光源を更に備えており、前記紫外線光源は、前記供給電力と電気的に接続され、前記移動空気が前記吸気口から前記排気口へと通過する前記ハウジングの少なくとも１つの部分に紫外線放射の作用場を発生させるように構成されており、
    前記コントローラは、前記紫外線光源に接続された駆動回路と電気的に接続されて配置されており、前記コントローラは、前記供給電力によって給電された前記駆動回路を用いて前記紫外線光源の紫外線放射を制御するように構成されている、請求項１９、請求項２０、又は請求項２１に記載の装置。
23. 前記紫外線光源に隣接して配置され、前記コントローラと電気的に接続して配置された光センサを更に備えており、前記光センサは、前記紫外線光源の紫外線放射を測定するように構成されている、請求項２２に記載の装置。
24. 前記コントローラは、前記主ムーバーに接続されたモータ駆動回路と電気的に接続して配置されており、前記コントローラは、前記供給電力で駆動された前記モータ駆動回路を用いて前記主ムーバーを制御するように構成されている、請求項１９乃至２３の何れかに記載の装置。
25. 前記ハウジングに配置され、前記コントローラと電気的に接続されて配置された流れセンサを更に備えており、前記流れセンサは、前記ハウジングを通過する空気流を測定するように構成され、前記コントローラは、測定された空気流に基づいて制御を構成する、請求項２４に記載の装置。
26. 病原体について環境の空気を処理するために供給電力を用いて使用される装置において、
    前記環境で移動可能であって、吸気口及び排気口を有するハウジングと、
    前記吸気口と前記排気口の間で前記ハウジングに配置されて、前記環境の空気を前記吸気口から前記排気口へと前記ハウジングを通して移動させるように動作する少なくとも１つの主ムーバーと、
    前記ハウジングの表面領域にわたって配置されており、金属材料の通気バリアを備える少なくとも１つのヒーターであって、前記少なくとも１つのヒーターの前記通気バリアは、インピーダンス限界まで移動空気流を妨げるように構成されており、前記少なくとも１つのヒーターの前記通気バリアは、前記供給電力に電気的に接続されており、前記病原体を対象とする表面温度に加熱される、少なくとも１つのヒーターと、
    を備える装置。
27. 前記ハウジングに配置された少なくとも１つの紫外線光源を更に備えており、前記紫外線光源は、前記供給電力と電気的に接続され、移動空気が前記吸気口から前記排気口へと通過する前記ハウジングの少なくとも１つの部分に紫外線放射の作用場を生成するように構成されている、請求項２６に記載の装置。
28. 前記病原体はウイルスであって、前記通気バリアが、前記ウイルスを対象とする少なくとも２５０℃よりも高い表面温度に加熱される、請求項２６又は請求項２７に記載の装置。
29. 病原体について環境の空気を処理するための方法であって、
    移動式ハウジング内のプレナムを通る空気流を、前記プレナムに配置された主ムーバーに給電して吸気口から排気口へと移動させる工程と、
    前記プレナムの表面領域にわたって配置されたフィルターを介して、前記空気流をろ過限界までろ過する工程と、
    前記プレナムの前記表面領域にわたって配置され、金属材料を有するヒーターの通気バリアを介して、前記空気流をインピーダンス限界まで妨げる工程と、
    前記ヒーターの前記通気バリアにわたって電圧電位を印加することにより、前記病原体を対象とした表面温度に前記通気バリアを加熱する工程と、
    を含む、方法。
30. 前記ハウジングに配置された紫外線光源に給電することで、前記プレナム内に紫外線放射の作用場を生成する工程を更に含む、請求項２９に記載の方法。

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