JP7170193B2 - 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浄化装置 - Google Patents

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１７６６－０００２ＵＳ２を有しており、「Ｍｏｂｉｌｅ Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｈａｖｉｎｇ Ｈｅａｔｅｄ Ｆｉｌｔｅｒ ｆｏｒ Ｋｉｌｌｉｎｇ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｐｅｃｉｅｓ， Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ＣＯＶＩＤ－１９」と題する米国特許出願第１６／８８３，９８１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、世界中で知られているように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、現在の戦略は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ミクロン以上のサイズ）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（ビリオン、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、ウイルス、細菌、カビ、花粉、揮発性有機化合物、アレルゲン、及び汚染物質を破壊することを試みる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）光源を更に含む。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ける空気ハンドリングシステムの空気リターン部、ファーネスの吸気口や他の部分に直接結合されてよい。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。

ある実施形態では、装置は、施設の空気ハンドリングシステムにおける空気流を処理するための供給電力を用いて使用される。装置は、フレームと、フィルターと、紫外線光源と、ヒーターとを備えている。フレームは、吸気口及び排気口があるプレナムを有しており、空気流を通過させるために、空気ハンドリングシステムの空気流の中に配置されるように構成されている。

フィルターはプレナムの表面領域にわたって配置され、金属のような第１の材料を含んでいる。フィルターは、それを通る空気流を最大でろ過限界までろ過するように構成される。紫外線光源は、プレナムに配置される。紫外線光源は、供給電力と電気接続可能に接続されており、紫外線放射の作用場をプレナムに発生させるように構成される。ヒーターは、プレナム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ている。ヒーターの通気バリアは、それを通る空気流を最大でインピーダンス限界まで妨げるように構成される。更に、ヒーターの通気バリアは、供給電力に電気的に接続されて、表面温度に加熱される。

別の構成では、装置は、施設内の空気ハンドリングシステムの空気流を処理するために、空気フィルター及び供給電源と共に使用される。この装置は、フレームと、紫外線光源と、上記に開示されたものと同様なヒーターとを備えている。フィルターは、フレームに隣接して取り付けられてよく、又は、空気ハンドリングシステムに別個に取り付けられてよい。

更に別の構成では、施設内の空気ハンドリングシステムの空気流を処理するための方法が使用される。フレームは、空気ハンドリングシステム内に配置されて空気流を通過させる。空気流は、吸気口と排気口の間でフレームの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、最大で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生成される。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最大でインピーダンス限界まで妨げられる。ヒーターの通気バリアは、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、本開示に基づく浄化装置を有する空気ハンドリングシステムを有する施設を示す図である。

図２Ａは、空気ハンドリングシステムで使用される開示された浄化装置のその他の構成を図示している。 図２Ｂは、空気ハンドリングシステムで使用される開示された浄化装置のその他の構成を図示している。 図２Ｃは、空気ハンドリングシステムで使用される開示された浄化装置のその他の構成を図示している。 図２Ｄは、空気ハンドリングシステムで使用される開示された浄化装置のその他の構成を図示している。 図２Ｅは、空気ハンドリングシステムで使用される開示された浄化装置のその他の構成を図示している。

図３Ａは、本開示の浄化装置の正面図を示す。 図３Ｂは、本開示の浄化装置の側面図を示す。 図３Ｃは、本開示の浄化装置の端面図を示す。

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と共に別の浄化装置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を詳細に示すグラフである。 図５Ｂは、開示された浄化装置のバリアヒーターの特性を詳細に示すグラフである。 図５Ｃは、開示された浄化装置のバリアヒーターの特性を詳細に示すグラフである。

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別の配置を示す。 図６Ｃは、開示された浄化装置の別の配置を示す。 図６Ｄは、開示された浄化装置の別の配置を示す。

図７は、複数の浄化装置を有する空気ハンドリングシステムの構成の概要を示す図である。

図８Ａ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８Ｂは、マスター環境制御の対象となる環境構成要素及び複数の浄化装置を有する別の構成を示す図である。

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、本開示の浄化装置は、施設、乗物、又は他の任意の環境における空気ハンドリングシステムに組み込まれてよい。同じ技術を使用して、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。詳細は、代理人管理番号第１７６６－０００２ＵＳ２を有する同時係属中の米国特許出願第１６／８８３，９８１号、発明の名称「Ｍｏｂｉｌｅ 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１０は、空気ハンドリングシステム２０を有している。本図に示すように、システム２０は、加熱換気空調（ＨＶＡＣ）システムであるが、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。

このシステム２０に統合されて又は組み込まれて、１又は複数の浄化装置１００は、空気流を浄化するために施設で使用される。ある構成では、図示されているように、浄化装置１００は、ＨＶＡＣシステム２０の空気リターン部３０において使用される。環気は、空気リターン部３０を通って引き込まれて、ＨＶＡＣシステム２０の調節要素を通過する。施設内の各空気リターン部３０は浄化装置１００を有しており、環気が、ＨＶＡＣシステム２０の運転中に浄化装置１００を介して引き込まれてよい。ＨＶＡＣシステム２０は、サイズが様々である異なる複数のフィルターを使用することから、浄化装置１００は、様々なフィルターサイズに合った寸法を有してよい。

後述するように、浄化装置１００は、フラッシュ加熱で環気を加熱しようとする。このため、浄化装置１００は、冷却ユニット２６の環気上流側に配置されることが好ましい。これにより、冷却ユニット２６で冷却する前に熱の一部を空気流に放散させることができる。室内空間を加熱する場合、浄化装置１００は、単にシステム２０によって提供される熱を増加させてよい。空気を分配するシステム２０の通気口２８が、このような浄化装置１００を有することも考えられるであろう。しかしながら、浄化装置１００は空気流を拡散させる傾向があり、フィルターを介して空気流を押し出すことは効率が悪く、通気口に装置１００を使用することは可能ではあるが、あまり好ましくない。

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、空気の対流のために効果がないことを示している。

浄化装置１００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、空気流が浄化装置１００を通って導かれているか否かを独立に判定する。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５０と統合されてよく、システムコントローラ５０は、ＨＶＡＣシステム２０の起動を信号化し、空気流が浄化装置１００を通って導かれていることをローカルコントローラ２００に示してよい。更なる代替例では、浄化装置１００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５０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、ＨＶＡＣ構成要素などで任意の組合せで使用されてよい。

図１は、空気ハンドリングシステム２０の縦溝３２のリターン部３０に配置された浄化装置１００を示しているが、他の構成も使用されてよい。全般的に、浄化装置１００は、商業的に使用されている典型的なファーネスの開口（１４～２０インチ×２５インチ）で使用するための大きさにされてよい。複数のＨＶＡＣゾーンはその後、浄化装置の対象にされてよい。

例えば、図２Ａは、ブロア２２のすぐ上流側に配置された浄化装置１００と、ＨＶＡＣシステム２０のその他の構成要素とを示しており、ＨＶＡＣシステム２０には、水平ファーネス２４がある。図２Ｂは、ブロア２２に隣接して配置された浄化装置１００と、水平ファーネス等のシステム２０の他の構成要素とを示す。最後に、図２Ｃは、下降流ファーネスのブロアの上方に配置されている浄化装置１００を示す。これら及び他の構成が使用されてよい。ファーネスには、場合によってはガスバーナー又は電気加熱要素が使用されてよく、他の調節構成要素が更に下流側に設置されてよい。

図２Ｄは、本開示の浄化装置１００を有する飛行機７０における空気ハンドリングシステム８０を図示する。飛行機７０では、キャビン７４内の空気は１時間に２０乃至３０回交換されてよく、その約半分がフィルターを介して循環処理される。キャビン７４は加圧されているので、外気は、エンジン７２から高温高圧でシステム８０の吸気口８２に入る。高温圧縮空気は飛行機７０の空調ユニット８４に達し、そこで、空気はかなり冷却される。暖房用に、入った空気の一部は、頭上排気口７５を通ってキャビン７４に入ってよい。冷房用に、空調ユニット８４からの空気は混合マニホールド８６ａを通り、ここで、冷却外気は機内空気と組み合わされて、５０／５０の混合物が生成される。混合マニホールド８６ａからの混合空気は、その後、頭上排気口７５を介してキャビン７４内を循環してよい。吸気口７７からのキャビン７４内の空気の一部は、その後、バランスを維持するために、キャビン７４に入る外気と等量で排気口７９から排出され、バッファマニホールド８６ｂを介した機内空気の別の部分は、混合チャンバ８６ａで再循環される。外気は新たなものであるので、本開示の浄化装置１００は、空気ハンドリングシステム８０の混合マニホールド８６ａ及び／又はバッファマニホールド８６ｂに配置され、再循環された機内空気を処理する。

図２Ｅは、クルーズ船で使用される空気ハンドリングシステム９０を示しており、空気ハンドリングシステム９０は本開示の浄化装置１００を有する。図示されているように、戻りダクト９２ａを通って引き込まれた還気／リリーフ空気は、方向を変えられてブロワ９６ａの側のフィルター９４を通り、これによって空気はヒートホイール９８を通って流される。追加のブロワ９６ｂは、その後、排気口９３ａから大気に空気を出す。

一方、吸気口９２ｂに入った外気は、フィルター９４、そしてヒートホイール９８の他端を通過した後、冷却要素及びろ過要素に送られる。戻りダクト９２ａでは、還気／リリーフ空気も、冷却要素及びろ過要素に向けられる。これらの要素について、空気は、フィルター９４、冷却コイル９５、紫外線処理９７、更なるフィルター９４、及び蒸気加湿処理９９を通過して、供給空気ダクト９３ｂに抜ける。

図２Ｅに示すように、浄化装置１００は、システム９０を介して再利用される戻りダクト９２ａからの環気に使用されてよい。クルーズ船全体を通して、ダクトヒーター、軸流ファン、ダンパー等の様々な構成要素が空気を案内するために使用される。様々な埋め込み型ユニットヒーターも、クルーズ船の様々な場所で使用されてよい。クルーズ船は施設によく似ているので、船内全体で使用されている様々なリターン部、ダクト、ベント、スタンドアロンユニットに浄化装置を組み込むことができる。

理解されるように、空気ハンドリングシステムを有する他の乗物及び大量輸送システムは、飛行機及びクルーズ船と同様の方法で利益を得ることができる。例えば、大量輸送で使用されるバス、列車、及び地下鉄は通常、外気及び再生空気の両方を使用する空気ハンドリングシステムを有する。開示された浄化装置１００は、上述した方法と同様の方法で、これらの空気ハンドリングシステムに組み込むことができる。

浄化装置１００がどのように使用され、施設でどこに設置され得るかを理解した上で、次に、開示された浄化装置１００の具体的な詳細を解説する。図３Ａ、３Ｂ、及び３Ｃは、本開示の例示的な浄化装置１００の正面図、側面図、及び端面図である。浄化装置１００はフレーム１１０を含んでおり、フレーム１１０は、施設の既存の空気リターン部に挿入されるように、既存のリターン部を完全に取り替えるように、又はファーネスの吸気口で使用されるように構成されている。

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、リターン部３０（図１）のための壁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×深さ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、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を横切って配置された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１００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、浄化装置１００は、空気ハンドリングシステムのリターン部３０に使用できる。リターン部３０の壁開口は通常、内部構成要素を保護するための環気グリル３１を有してよい。浄化装置１００のフレーム１１０は、リターン部３０に収まって、ボルトやネジなどの固定具（図示せず）によって保持できる。既に述べたように、空気フィルター１２０は、フレーム１１０のレセプタクルに収まることができる。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、浄化装置１００はまず、フィルター１２０を介して最大で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浄化装置１００に引き込まれ、更にＨＶＡＣシステム２０（図１）に引き込まれることを防ぐことができる。

既に述べたように、浄化装置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。浄化装置１００のプレナムにおいて、空気流は、プレナム１１６に配置されたバリアヒーター１４０を介して最大で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。ヒーター１４０の金属メッシュ／発泡体１４２は、メッシュ／発泡体の両側に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からの照射は、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。浄化装置１００のフレーム１１０は、フィルター１２０、ＵＶ光源１３０、及びバリアヒーター１４０をプレナム１１６に保持するように示されている。浄化装置１００は、制御回路及び供給電力を用いて使用される。例えば、制御回路は、浄化装置１００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。

フレーム１１０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に面してレセプタクル１１５に保持される。フィルター１２０は、第１の材料で構成され、最大で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に面し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最大で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、前記したように、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の種類に依存してよく、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。

浄化装置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ナノメートルの短遠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１００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、開示された浄化装置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の金属製通気バリアは、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最大で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。

浄化装置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及びバリアヒーター１４０と電気的に接続して配置されたコントローラ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よく、通信インターフェース２１２を含んでおり、他の浄化装置と、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５０と通信してよい。ローカルコントローラ２００は、ＨＶＡＣシステム２０がオン／オフであることを示す信号を受信でき、当該信号は、装置１００を通る空気流の通過を示す。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。

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１００を通過する（ＨＶＡＣシステム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、ＨＶＡＣシステム２０が動作しており浄化装置１００を通る空気流を知らせていることが信号でコントローラ２００に通知されている間、バリアヒーター１４０を加熱する。ＨＶＡＣシステム２０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１００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５０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。ＨＶＡＣシステム２０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１００を通過する（ＨＶＡＣシステム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、ＨＶＡＣシステム２０が動作しており浄化装置１００を通る空気流を知らせていることを信号で通知されている場合、コントローラ２００は、光源１３０を照明する。目標照度に到達するために、空気が浄化装置１００を通って吸引される前に、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５０からのアドバンス信号を必要としてよい。ＨＶＡＣシステム２０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。

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、及び、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、遠隔から合図されないならば、浄化装置１００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。装置１００が、様々な流量レベルで動作可能なＨＶＡＣシステム２０と統合される場合、その後、流れセンサ２１７からのフィードバックは、装置１００を介して引き出された空気のレベルを制御又は示すために使用されてよい。空気流の速度はまた、適切な曝露レベルが達成されるように、ＵＶ光源１４０による空気流の目標照射を調整するために監視されてよい。

本明細書で述べられているように、浄化装置１００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１００は、環気用のＨＶＡＣグリルの背後にあるリターン部に配置されてよい。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１００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、その構成は、感染性空気粒子を低減するために、空港ターミナル、教会、病院、及び他の閉じた領域を含む、より大きな公共の場で使用するための移動式ハウジングに組み込まれてよい。

浄化装置１００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、浄化装置１００は、フィルターを既に収容して従来の空気リターン部３０の背後に設けられるフレーム１１０を含んでよい。或いは、浄化装置１００は、別個に保持された空気フィルター１２０の下流にてファーネスの吸気口に設けられるフレーム１１０を含んでよい。浄化装置１００は、商業用途用のファーネスの開口（例えば、１４乃至２０インチ×２５インチ）に合ったサイズにされてよい。ＨＶＡＣゾーンがその後、対象とされてよい。このタイプの構成では、浄化装置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、リターン部などのＨＶＡＣシステム内の別の場所に設置されてよい。

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、金属メッシュ／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６０Ａ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６０Ａ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６０Ｂ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、加熱は局在化されており、下流の空気流に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６０Ｃ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はニッケルを使用してよいが、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も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、ＨＶＡＣシステム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、開示された浄化装置１００は、空気ハンドリングシステムと他の浄化装置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装置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、空気ハンドリングシステムの既存のダクトに後付け又は追加されてよく、空気ハンドリングシステムの操作可能な構成要素の上流に配置することができ、又は空気流の他の場所に配置されてよい。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、本開示による浄化装置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、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内に収容されてもよい。例えば、ハウジング又はフレーム１１０は、空気ハンドリングシステムの既存のダクトに後付け又は追加されてよく、空気ハンドリングシステムの動作可能な構成要素の上流に配置されてよく、或いは、空気流の他の場所に配置されてよい。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装置１００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、空気ハンドリングシステムの空気流に適合す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、空気ハンドリングシステムの既存のダクトに後付け又は追加されてよく、空気ハンドリングシステムの動作可能な構成要素の上流に配置されてよい、或いは、空気流の他の場所に配置されてよい。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。

先に示唆したように、開示された浄化装置１００は、空気ハンドリングシステム及び他の浄化装置１００と別個に、又は、それらと組み合わされて使用されてよい。図７は、複数の浄化装置１００ａ－ｎを有する空気ハンドリングシステム２０の構成の概略を示す。上述したように、１又は複数の浄化装置１００ａ－ｎが施設内で使用されてよく、これらの浄化装置１００ａ－ｎ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、空気ハンドリングシステム２０（例えば、ＨＶＡＣシステム）は、そのシステムコントローラ５０を含んでよく、ユーザ／通信インターフェース５２を有してよい。システムコントローラ５０は、環境コントローラにおいて通常見られるような中央処理ユニット及びメモリを含む。ユーザ／通信インターフェース５０２は、環境コントローラにおいて通常見られるようなグラフィカルユーザインターフェース、制御パネル、有線通信、及び無線通信を含んでよい。前述したように、ＨＶＡＣシステム２０は、ブロア２２、ファーネス２４、圧縮機２７、サーモスタット２９のような構成要素と、他の任意の慣用構成要素とを含む。

システムコントローラ５０は、施設内に配置された１又は複数のスタンドアロン型浄化装置１１０ａ－１００ｎと有線又は無線通信を介して通信してよい。これらのスタンドアロン型浄化装置１１０ａ－１００ｎは、ローカルコントローラ２１０及びユーザ／通信インターフェース２１２を有する。ローカルコントローラ２１０は、環境コントローラにおいて通常見られるような中央処理ユニット及びメモリを含む。ユーザ／通信インターフェース２１２は、環境コントローラにおいて通常見られるようなグラフィカルユーザインターフェース、制御パネル、有線通信、及び無線通信を含んでよい。前述したように、スタンドアロン装置１００ａ－１００ｎは、開示された浄化構成要素、例えば、ＵＶ源ドライバ２１３、ヒーター回路２１４、センサ２１６等を含む。

更に図示されているように、システムコントローラ５０は、同様に、施設内に配置された１又は複数の統合浄化装置１１０ｂと有線又は無線通信を介して通信してよい。これらの統合浄化装置１１０ｂは、ローカル制御を持たず、システムコントローラ５０によって直接制御されてよい。前述のように、統合浄化装置１００ｂは、ＵＶ源ドライバ２１３、ヒーター回路２１４、センサ２１６などの開示された浄化構成要素を含む。

上記構成に基づいて、施設は、施設の異なるゾーン、部屋、エリア等のために複数のシステム構成要素を有するように構成できることが理解されるであろう。簡単に説明すると、図８Ａは、マスター制御ユニット２５０を示しており、マスター制御ユニット２５０は、施設構成１０２の異なるゾーン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の中央処理ユニット２５２及び通信インターフェース２４５を有する。各ローカルコントローラ２００ａ－ｎは、所与のゾーン１０４ａ－ｎの１又は複数の浄化装置１００ａ－ｎを制御することができる。

別の簡単な例として、図８Ｂは、施設構成１０２の複数のシステム構成要素と有線及び／又は無線通信５６を介して通信するための中央処理装置及び通信インターフェース５２ａ－ｂを有するマスター環境制御装置５０を示している。マスター環境制御装置５０は、施設構成１０２の異なるゾーン１０４ａ－ｎにあるローカルコントローラ２００ａ－ｎと通信してよい。ローカルコントローラ２００ａ－ｎの各々は、所定のゾーン１０４ａ－ｎ内の１又は複数の浄化装置１００ａ－ｎを制御してよい。更に、マスター制御装置５０は、施設の空気ハンドリングシステム２０のローカル環境システム２１ａ－ｎと通信してよい。これらのローカル環境システム２１ａ－ｎは、施設の異なるゾーン（例えば、フロア、部屋、建物など）に専用化されてよい。

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 (28)

1. 病原体について空気ハンドリングシステムの空気流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、
   吸気口及び排気口を有するプレナムを有するフレームであって、前記空気ハンドリングシステムの前記空気流を通過させるために、前記空気流中に配置されるように構成されているフレームと、
   前記プレナムにわたって配置されており、第１の材料で構成されているフィルターであって、前記プレナムを通過する前記空気流を最大でろ過限界までろ過するように構成されているフィルターと、
   前記プレナムにわたって配置されており、金属材料を有する通気バリアを備えるヒーターであって、前記通気バリアは、前記空気流が前記通気バリアを通るように前記吸気口と前記排気口の間に配置され、前記通気バリアは、前記空気流を最大で空隙率限界まで通すように構成されており、前記通気バリアの金属材料は、前記供給電力に電気的に接続されており、前記通気バリアは、前記通気バリアを通る前記病原体に作用するように構成された活性表面領域を有しており、前記活性表面領域は、前記病原体に少なくともダメージを与えるようにされた表面温度に前記供給電力によって加熱され、前記活性表面領域による前記空気流の加熱は前記通気バリアに局在化されている、ヒーターと、
   を備える装置。
2. 前記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に記載の装置。
3. 前記通気バリアの前記金属材料はニッケル、ニッケル系合金、鉄系合金、チタン、又は鋼合金である、請求項１又は請求項２に記載の装置。
4. 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乃至３の何れかに記載の装置。
5. 前記プレナムに配置された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、前記プレナム内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４の何れかに記載の装置。
6. 前記紫外線光源と電気的に接続して配置されたコントローラを更に含んでおり、前記コントローラは、（ｉ）前記供給電力による通気バリアの加熱と、（ii）前記供給電力による前記紫外線光源の放射とを制御するように構成されている、請求項５に記載の装置。
7. 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、前記供給電力で給電された前記駆動回路で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６に記載の装置。
8. 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６又は請求項７に記載の装置。
9. 最大で前記空隙率限界まで前記空気流を通すために、前記ヒーターの前記通気バリアは少なくとも８０％の前記空隙率限界を与えて、前記プレナムにわたって前記通気バリアが配置されていない前記装置を空気流が通るインピーダンスがない場合と比較して最大で２０％のインピーダンス限界まで前記通気バリア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８の何れかに記載の装置。
10. 前記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９の何れかに記載の装置。
11. 前記通気バリアの端部と前記フレームとの間に配置された電気絶縁体を更に備える、請求項１乃至１０の何れかに記載の装置。
12. 前記フィルターは前記吸気口に向いて前記プレナムに配置され、前記通気バリアは前記排気口に向いて前記プレナムに配置され、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る、請求項５に記載の装置。
13. 前記通気バリアと電気的に接続して配置され、前記供給電力によって前記通気バリアの加熱を制御するように構成されたコントローラを更に備える、請求項１乃至１２の何れかに記載の装置。
14. 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ており、前記コントローラは、前記ヒーター回路が前記供給電力によって給電されると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１３に記載の装置。
15. 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１４に記載の装置。
16. 前記コントローラは、前記空気ハンドリングシステムと通信可能な通信インターフェースを備えており、前記装置内の前記空気流の通過を示す信号を受信するように構成されており、前記コントローラは受信した前記信号に基づいて制御を構成する、請求項１３、請求項１４又は請求項１５に記載の装置。
17. 前記プレナム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流れセンサを更に備えており、前記流れセンサは、前記プレナムを通過する前記空気流を測定するように構成され、前記コントローラは、測定された前記空気流に基づいて制御を構成する、請求項１３乃至１６の何れかに記載の装置。
18. 前記フレームは、
    施設内の前記空気ハンドリングシステムのリターン部、
    施設内の前記空気ハンドリングシステムのファーネスの吸気口、
    施設内の前記空気ハンドリングシステムの排気口、及び
    乗物の前記空気ハンドリングシステムの混合チャンバ
    の少なくとも１つに配置されるように構成されている、請求項１乃至１７の何れかに記載の装置。
19. 前記プレナム内に配置された炭素媒体を更に含む、請求項１乃至１８の何れかに記載の装置。
20. 病原体について空気ハンドリングシステムの空気流を処理するために供給電力を用いて使用する装置において、
    金属材料を有する通気バリアを備えるヒーターと、
    吸気口と排気口の間に配置されたプレナムを有するフレームと、
    を備えており、
    前記通気バリアは前記空気流に曝されて最大で空隙率限界まで前記通気バリアに前記空気流を通すように構成されており、
    前記通気バリアの前記金属材料は、前記供給電力に電気的に接続されており、
    前記通気バリアは、前記通気バリアを通る前記病原体に作用するように構成されており、前記病原体に少なくともダメージを与えるようにされた表面温度に前記供給電力によって加熱される活性表面領域を有しており、前記活性表面領域による前記空気流の加熱は前記通気バリアに局在化されており、
    前記フレームは、前記空気ハンドリングシステムの前記空気流中に配置されるように構成され、前記ヒーターは前記プレナムに配置されており、
    前記プレナムには紫外線光源が配置されており、前記紫外線光源は、前記供給電力と電気的に接続され、前記プレナム内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、装置。
21. 前記病原体がウイルスであり、前記通気バリアの前記活性表面領域は、前記ウイルスに少なくともダメージを与えるようにされた２００℃までの表面温度に加熱される、請求項２０に記載の装置。
22. 前記通気バリアは、厚さを有する多孔質金属発泡体の１又は複数の層からなり、前記活性表面領域は、前記多孔質金属発泡体の厚さを通して規定された曲がりくねったチャネルの格子体を備える、請求項２０乃至２１の何れかに記載の装置。
23. 前記１又は複数の層は波形である、請求項２２に記載の装置。
24. 前記空気流が前記通気バリアを通過している場合に、及び／又は、前記空気流が前記通気バリアを通過していない場合に、前記通気バリアの前記活性表面領域の加熱を断続的に制御するように構成されているコントローラを更に備える、請求項２０乃至２３の何れかに記載の装置。
25. 前記表面温度に加熱された前記活性表面領域と前記通気バリアの前記空隙率限界とは、下流において前記空気流に局在化して散逸する加熱をもたらすように構成されている、請求項２０乃至２４の何れかに記載の装置。
26. 最大で前記空隙率限界まで前記空気流を通すために、前記ヒーターの前記通気バリアは少なくとも８０％の前記空隙率限界を与えて、前記プレナムにわたって前記通気バリアが配置されていない前記装置を空気流が通るインピーダンスがない場合と比較して最大で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２０乃至２５の何れかに記載の装置。
27. 病原体について空気ハンドリングシステムの空気流を処理するための方法であって、 前記空気流を通過させる前記空気ハンドリングシステムのフレームを配置する工程と、
    吸気口と排気口の間で前記フレームのプレナムにわたって配置されたフィルターを介して、前記空気流を最大でろ過限界までろ過する工程と、
    前記プレナムにわたって配置されたヒーターの通気バリアに前記空気流を最大で空隙率限界まで通す工程であって、前記通気バリアは活性表面領域を有しており、前記活性表面領域は、前記病原体に作用するように構成されている、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、前記病原体に少なくともダメージを与えるようにされた表面温度に前記通気バリアの前記活性表面領域を加熱する工程と、
    前記プレナム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と、
    を含む、方法。
28. 前記通気バリアに前記空気流を最大で空隙率限界まで通す工程は、前記通気バリアに少なくとも８０％の空隙率限界を与えて、前記プレナムにわたって前記通気バリアが配置されていない前記装置を空気流が通るインピーダンスがない場合と比較して最大で２０％のインピーダンス限界まで前記空気流を妨げる工程を含む、請求項２７に記載の方法。

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