(57)【要約】【課題】多孔板に取り付けられたＵＶ光エミッタを使用する流体浄化のシステムを提供する。【解決手段】流体を浄化するためのシステムは、流体中に存在する微生物を不活性にするために紫外線（ＵＶ）光を用いる。システムは、多孔板上にＵＶ光エミッタの構成を有する。流体は、多孔板内の穿孔を通過する間に、ＵＶ光エミッタにより放出されたＵＶ光に露出される。流体中に存在する微生物は、ＵＶ光エミッタの非常に近くを通る。微生物に吸収されたＵＶ光は、遺伝子損傷と不活性化を引き起こす。システムは、ＵＶ光エミッタへ電力を供給する電力ユニットに流体の物理的特性に関するフィードバックを提供するフィードバックユニットを有する。電力ユニットは、フィードバックに基づいてＵＶ光エミッタへ供給される電力の量を変化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を浄化するためのシステムであって、
流体を通過させる１つ又はそれよりも多くの多孔板と、
前記１つ又はそれよりも多くの多孔板上に取り付けられた１つ又はそれよりも多くの紫外線光エミッタと、
前記流体に対する少なくとも１つの入口と少なくとも１つの出口とを有し、前記１つ又はそれよりも多くの多孔板を収容するチャンバと、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記１つ又はそれよりも多くの多孔板は、プリント基板（ＰＣＢ）であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記１つ又はそれよりも多くの紫外線光エミッタは、紫外線発光ダイオード（ＬＥＤ）であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記１つ又はそれよりも多くの紫外線光エミッタは、アレイの形に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記１つ又はそれよりも多くの紫外線光エミッタを前記流体から絶縁する１つ又はそれよりも多くの絶縁窓を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記１つ又はそれよりも多くの絶縁窓は、水晶、二酸化珪素、及びガラスから成る群から選択された材料で作られていることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記チャンバの壁は、１つ又はそれよりも多くの紫外線光反射スクリーンで覆われていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記１つ又はそれよりも多くの紫外線光エミッタに電力を供給するフィードバックベースの電力制御ユニットを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記チャンバ内の物理的状態に関する情報を前記フィードバックベースの電力制御ユニットに提供するフィードバックユニットを更に含むことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記フィードバックユニットは、前記フィードバックベースの電力制御ユニットに流量データを提供する１つ又はそれよりも多くの流量センサを含むことを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記１つ又はそれよりも多くの流量センサは、前記多孔板の温度変化を測定することを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記１つ又はそれよりも多くの流量センサは、前記多孔板内の歪を測定することを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記１つ又はそれよりも多くの流量センサは、前記多孔板上に取り付けられていることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記フィードバックユニットは、前記フィードバックベースの電力制御ユニットに紫外線光強度データを提供する１つ又はそれよりも多くの紫外線光センサを含むことを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１５】
流体を浄化するためのシステムであって、
流体を通過させる１つ又はそれよりも多くの多孔板と、
前記１つ又はそれよりも多くの多孔板上に取り付けられた１つ又はそれよりも多くの紫外線光エミッタと、
前記１つ又はそれよりも多くの紫外線光エミッタに電力を供給するフィードバックベースの電力制御ユニットと、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項１６】
前記１つ又はそれよりも多くの紫外線光エミッタを前記流体から絶縁する１つ又はそれよりも多くの絶縁窓を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記チャンバ内の物理的状態に関する情報を前記フィードバックベースの電力制御ユニットに提供するフィードバックユニットを更に含むことを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線（ＵＶ）光を使用した流体浄化のシステム、より詳細には、多孔板に取り付けられたＵＶ光エミッタを使用する流体浄化のシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水及び空気のような一部の流体は、毎日の生活で使用され、微生物により汚染される可能性がある。流体中、例えば飲料水中の微生物の存在は、消費者の健康に悪影響を与える場合がある。従って、流体中に存在する微生物は、流体が消費用に使用される前に不活性にすべきである。
流体を浄化する１つの方法は、ＵＶ光エミッタにより放出される紫外線（ＵＶ）光を使用する方法である。２６０から２８０ｎｍの範囲のＵＶ光は、例えば、バクテリアとウイルスなど微生物中のＤＮＡ，ＲＮＡ、及びタンパク質により吸収され、遺伝子の損傷と不活性化を引き起こす。
【０００３】
流体浄化にＵＶ光を使用するシステムは存在する。しかし、ＵＶ光を使った流体浄化の公知のシステムでは、流体の透過率が良いことが要求される。ＵＶ光での流体処理に関して透過率とは、流体を通って移動するＵＶ光の能力、又はより具体的には、所定の点において流体を通して測定することができる所定量のＵＶ光の割合である。現在、市販のＵＶ流体浄化システムでは、透過されたＵＶ光の少なくとも７５％が、ＵＶ光エミッタから１ｃｍの距離に到達することを必要とする。流体の濁度が増すにつれて、流体の透過率は低下する。流体の低い透過率は、微生物のＵＶ光への露出量を減少させ、それによって公知のシステムがこれらの微生物を不活性化する有効性を低下させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
必要なものは、低い透過率の流体に対してさえも効率的に機能することができる流体浄化のためのシステムである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、多孔板上に取り付けられたＵＶ光エミッタを使用した流体浄化に利用されるシステムを提供する。
実施形態では、ＵＶ光エミッタが取り付けられた多孔板が、チャンバの内側に収容される。浄化される流体は、多孔板内の穿孔を通過する。ＵＶ光エミッタは、穿孔の非常に近くに取り付けられる。多孔板内の穿孔の寸法は、流体中に存在する微生物がＵＶ光エミッタにより放出されるＵＶ光の近傍にくるような寸法である。ＵＶ光の透過率を低くする濁度が高い流体の場合には、微生物をＵＶ光エミッタに近接して露出することにより、微生物の不活性化に必要な十分な量のＵＶ光を微生物が吸収することが保証される。
【０００６】
別の実施形態では、本発明はまた、ＵＶ光エミッタに供給される電力を制御するためにフィードバックベースの電力制御ユニット及びフィードバックユニットを用いる。フィードバックユニットは、流体の物理的特性に関するデータをフィードバックベースの電力制御ユニットに提供する。受け取ったデータ、例えば、流体の流速及び流体内部のＵＶ光の強度に基づいて、フィードバックベースの電力制御ユニットは、ＵＶ光エミッタに供給される電力量を変化させる。
更に別の実施形態では、本発明は、チャンバ内のＵＶ光の密度を増すためにチャンバの壁上にＵＶ光反射スクリーンを用いる。
同じ数字で指定された様々な図の要素は、互いに類似するか又は同一とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、本発明の実施形態に沿った流体の浄化用のシステム１００を示す図である。２枚の多孔板１０４が、チャンバ１０２の内部に収容されている。多孔板１０４には、その表面上にＵＶ光エミッタが取り付けられている。本発明の実施形態では、多孔板１０４は、あらゆる他の容器に嵌め込めるように修正することができる。例えば、多孔板１０４は、水が入った円筒形のパイプに嵌め込むように修正することができる。チャンバ１０２は、入口１０６と出口１０８を有する。流体は、入口１０６を通ってチャンバ１０２に入り、多孔板１０４の穿孔を通過する。流体は、空気、水、又はあらゆる他の液体又は気体とすることができる。ＵＶ光エミッタは、「Ｓｅｎｓｏｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｃ．」により製造された「ＵＶＴＯＰ  ＬＥＤ」のような「紫外線発光ダイオード（ＬＥＤ）」とすることができる。
流体中に存在する微生物は、多孔板１０４の穿孔を通過する間に、ＵＶ光エミッタにより放出されたＵＶ光に露出される。ＵＶ光は、微生物中のＤＮＡ，ＲＮＡ、及びタンパク質により吸収される。ＵＶ光は、遺伝子の異常と微生物の不活性化を引き起こす。多孔板１０４は、微生物の前部と後部両方をＵＶ光に露出する。
【０００８】
本発明の実施形態では、ＵＶ光エミッタに供給される電力量を制御するのに、フィードバックベースの電力制御ユニット及びフィードバックユニットが用いられる（これは図１に示されていない）。フィードバックユニットは、フィードバックベースの電力制御ユニットに流体の物理的特性に関するデータを提供する。受信したデータに応じて、フィードバックベースの電力制御ユニットは、ＵＶ光エミッタに供給される電力量を変化させる。
システム１００はまた、ＵＶ反射スクリーン１１０を含む。ＵＶ反射スクリーン１１０は、チャンバ１０２の壁を覆っている。ＵＶ反射スクリーン１１０上に入射するあらゆるＵＶ光は、反射されてチャンバ１０２に戻され、チャンバ１０２内部のＵＶ光密度を高める。本発明の実施形態では、ＵＶ反射スクリーン１１０は、アルミニウムで作られる。
【０００９】
図２は、本発明の実施形態に沿って表面に取り付けられたＵＶ光エミッタ２０２を備えた多孔板１０４の正面図である。多孔板１０４は、その表面上にアレイの形に配置されたＵＶ光エミッタ２０２を有する。多孔板１０４は、流体を通過させる穿孔２０４を有する。本発明の実施形態では、多孔板１０４は、「プリント基板（ＰＣＢ）」とすることができる。別の実施形態では、多孔板１０４は、「メタルコアプリント基板（ＭＣＰＣＢ）」である。ＭＣＰＣＢのメタルコアは、それを良好な熱伝導体にする。メタルコアは、ＵＶ光エミッタ２０２により生成された熱をヒートシンクまで実質的に移送する。ヒートシンクへの熱の実質的な移送は、ＵＶ光エミッタ２０２を理想的な作動温度範囲に保ち、それによってシステム１００の効率を上げる。ＬＥＤの効率的作動には低温度であることが必要であり、２０度から６０度の範囲の温度が好ましい。
【００１０】
本発明の実施形態では、穿孔２０４は、正方形の形状である。穿孔２０４は、流体を通過させ、流体中に存在する微生物にＵＶ光を露出する。穿孔２０４の寸法は、微生物のＵＶ光エミッタ２０２に対する近接度を決める。穿孔２０４の寸法は、ＵＶ光エミッタ２０２のＵＶ光放出容量に基づいて決められる。穿孔２０４の寸法は、高電力ＵＶ光エミッタ２０２では大きいのに対して、低電力ＵＶ光エミッタ２０２では穿孔２０４の寸法は小さい。
【００１１】
本発明の実施形態では、以下ではピッチと呼ばれる２つの連続したＵＶ光エミッタ２０２間の距離は、１０ミリメートル（ｍｍ）である。ＵＶ光エミッタ２０２の１０ｍｍの小さなピッチは、微生物の近接度がＵＶ光により近いことを意味する。ＵＶ光エミッタ２０２のピッチは、ＵＶ光エミッタ２０２のＵＶ光放出容量に依存する。ピッチは、高電力ＵＶ光エミッタ２０２では大きく、低電力ＵＶ光エミッタ２０２では小さい。１０ｍｍのピッチは、あらゆる時点でどの微生物もＵＶ光エミッタ２０２から５ｍｍよりも大きく離れていないことを保証する。これは、微生物により十分な量のＵＶ光が吸収されることを保証するものである。多孔板１０４上のＵＶ光エミッタ２０２が高密度であると、微生物のＵＶ光に対する露出が更に増大する。
本発明の実施形態では、絶縁窓が、ＵＶ光エミッタ２０２を流体から絶縁するために使用される。絶縁窓は、流体による電気接点の短絡を防ぎ、かつ構造を汚染から守る。絶縁窓は、流体へのＵＶ光の伝達を容易にするものである。本発明の実施形態では、絶縁層が、多孔板１０４を覆っている。絶縁窓と絶縁層は、水晶、二酸化珪素、及びガラスのうちの１つから作ることができる。
【００１２】
図３は、本発明の実施形態に沿ったフィードバックベースの電力制御ユニット３０２、フィードバックユニット３０４ａ及び３０４ｂ、及びＵＶ光エミッタ２０２間の相互作用を説明したブロック図である。フィードバックベースの電力制御ユニット３０２は、ＵＶ光エミッタ２０２に供給される電力量を制御するのに用いられる。フィードバックベースの電力制御ユニット３０２は、フィードバックユニット３０４ａ及び３０４ｂから入力を取り、それに応じてＵＶ光エミッタ２０２への電力量供給を変える。フィードバックユニット３０４ａ及び３０４ｂは、フィードバックベースの電力制御ユニット３０２に流量データとＵＶ光強度データを提供する。
【００１３】
本発明の実施形態では、フィードバックユニット３０４ａは、多孔板１０４上に置かれた流量センサである。フィードバックユニット３０４ｂは、チャンバ１０２内部の流速を測定し、フィードバックベースの電力制御ユニット３０２に流量データを提供する。例えば、流体の流れが全くない場合、フィードバックベースの電力制御ユニット３０２は、ＵＶ光エミッタ２０２のスイッチを切る。流体が流れ始めると、フィードバックユニット３０４ａは、フィードバックベースの電力制御ユニット３０２にその流れに関して通知し、フィードバックベースの電力制御ユニット３０２は、ＵＶ光エミッタ２０２のスイッチを入れる。流体の流速に応じて、フィードバックベースの電力制御ユニット３０２は、ＵＶ光エミッタ２０２へ供給する電力量を調節する。流体の流速が増加する場合、流体がチャンバ１０２内部で費やす時間は減少する。これは、次に、微生物によって吸収されるＵＶ光の量を減少させる。従って、流体の流速が増加すると、ＵＶ光エミッタ２０２が生成するＵＶ光の強度は、より多くの電力をＵＶ光エミッタ２０２に供給することによって増大する。同様に、流体の流速が減少する場合、流体がチャンバ１０２内部で費やす時間は増加し、その結果、微生物は、必要以上のＵＶ光の量を吸収する。従って、流速が減少すると、ＵＶ光エミッタ２０２により生成されるＵＶ光の強度は、より少ない電力をＵＶ光エミッタ２０２に供給することによって低下し、従って電力を節約する。
【００１４】
本発明の実施形態では、フィードバックユニット３０４ａは、多孔板１０４の温度変化を測定することにより流体の流れに関する情報を蓄積する。ＵＶ光エミッタ２０２は、多孔板１０４を加熱する。流体中に流れが全くない場合、多孔板１０４の温度は一定に留まる。流体が流れ始めると、多孔板１０４の温度は下がる。流体の温度低下に基づいて、フィードバックユニット３０４ａは、流体の流れを測定し、フィードバックベースの電力制御ユニット３０２に流量データを提供する。
本発明の別の実施形態では、フィードバックユニット３０４ａは、多孔板１０４内の歪を測ることにより流量データを計算する。流体の流れは、多孔板１０４の異なる部分に異なる歪を発生させる。フィードバックユニット３０４ａは、この歪を測定し、その値を使用して流量データを計算する。
【００１５】
本発明の実施形態では、フィードバックユニット３０４ｂは、チャンバ１０２内のＵＶ光センサである。フィードバックユニット３０４ｂは、その位置におけるＵＶ光強度を測定し、フィードバックベースの電力制御ユニット３０２にＵＶ光強度データを提供する。ＵＶ光エミッタ２０２のＵＶ光出力は、経時的に変化する場合がある。フィードバックユニット３０４ｂは、ＵＶ光強度を測定することにより、システム１００が機能し、かつ望ましい性能要件を満たすことを保証する。流体の濁度が、チャンバ１０２の様々な部分において変化するために、ＵＶ光強度は、チャンバ１０２の様々な部分において異なっている。フィードバックユニット３０４ｂは、チャンバ１０２内のＵＶ光強度を測定することにより、流体の濁度を追跡する。フィードバックベースの電力制御ユニット３０２は、フィードバックユニット３０４ｂにより提供されたＵ光強度データに基づいて、ＵＶ光エミッタ２０２に供給される電力を調節する。それにより、ＵＶ光エミッタ２０２により生成されるＵＶ光の強度は、チャンバ１０２の異なる部分におけるＵＶ光の強度に従って調節される。
【００１６】
図４は、本発明の実施形態に沿って流体浄化のための多孔板を１枚のみ備えたシステム４００を示す図である。チャンバ４０２は、ＵＶ光エミッタが上に取り付けられた多孔板４０４を収容する。チャンバ４０２は、入口４０６と出口４０８を有する。流体は、入口４０６から入り、多孔板４０４上の穿孔を通過し、出口４０８からチャンバ４０２を出る。多孔板４０４上に取り付けられたＵＶ光エミッタから放出されるＵＶ光は、流体中に存在する微生物を殺菌する。ＵＶ光反射スクリーン４１０は、そこに入射するあらゆるＵＶ光を反射してチャンバ４０２に戻す。
【００１７】
図５は、本発明の実施形態に沿って流体浄化のための多孔板を４枚備えたシステム５００を示す図である。チャンバ５０２は、ＵＶ光エミッタを上に取り付けた多孔板を４枚収容する。チャンバ５０２は、入口５０６と出口５０８を有する。流体は、入口５０６から入り、多孔板５０４上の穿孔を通過し、出口５０４からチャンバ５０２を出る。多孔板５０４上に取り付けられたＵＶ光エミッタにより放出されたＵＶ光は、流体中に存在する微生物を殺菌する。ＵＶ光反射スクリーン５１０は、そこに入射するあらゆるＵＶ光を反射してチャンバ５０２に戻す。
【００１８】
ＵＶ光エミッタを使って流体を浄化するのに使用されるこのシステムの利点は、以下のものを含む。
微生物の前部と後部の両方がＵＶ光に均等に露出されるので、ＵＶ光エミッタに対する微生物の露出が大きい。
フィードバックユニットによりフィードバックベースの電力制御ユニットに供給される入力に基づいてＵＶ光エミッタへの電力供給を変化させることにより、電力の効率的な利用が達成される。
ＵＶ光の放出に使用される「ＵＶ  ＬＥＤ」の寿命が長い。
浄化される流体をＵＶ光エミッタの冷却剤として使用すること。流体は、ＵＶ光エミッタを理想的な作動温度範囲に保つ。
ＵＶ光エミッタからヒートシンクへの熱の伝導が、ＭＣＰＣＢのメタルコアによって効率的である。メタルコアは、ＵＶ光エミッタを理想的な作動温度範囲に保つ。
チャンバ内の流体の流れに関する情報が利用可能である。
チャンバ内のＵＶ光の強度に関する情報が利用可能である。
【００１９】
本発明の特定的な実施形態を示して説明したが、本発明のより広い態様において本発明から逸脱することなく変更及び修正を為し得ることは当業者には明白であろう。従って、特許請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲に該当する全てのそのような変更及び修正をその範囲に包含するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に沿った流体浄化のためのシステムを示す図である。
【図２】本発明の実施形態に沿って表面にＵＶ光エミッタが取り付けられた多孔板の正面図である。
【図３】本発明の実施形態に沿ったフィードバックベースの電力制御ユニット、フィードバックユニット、及びＵＶ光エミッタ間の相互作用を説明するブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に沿って流体浄化のための多孔板を１枚のみ備えたシステムのブロック図である。
【図５】本発明の実施形態に沿って流体浄化のための多孔板を４枚備えたシステムを示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
１００  流体浄化のためのシステム
１０２  チャンバ
１０４  多孔板
１０６  入口
１０８  出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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