(57)【要約】  紫外線（ＵＶ）流体浄化のための方法及び装置であって、流体が気体、液体又は固体状又はこれらの組み合わせであり、改善された光抽出効率を有するＵＶ−Ｃ  ＬＥＤモジュールを含む、紫外線（ＵＶ）流体浄化のための方法及び装置が提供される。ＵＶ−Ｃ  ＬＥＤは、１つ以上のＵＶ−Ｃ透過性窓要素と光学的に連絡している。
2019516514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＵＶ−Ｃ浄化装置であって、
気体、液体若しくは固体状又はこれらの組み合わせの流体にＵＶ−Ｃ光を当てるための１つ以上のＵＶ−Ｃ  ＬＥＤモジュールであって、各モジュールが、
底面及び上面を有するＰＣＢと、
前記ＰＣＢ上に配置された１つ以上のＵＶ−Ｃ  ＬＥＤと、
１つ以上のＵＶ−Ｃ透過性窓要素と、
を有し、
前記１つ以上のＵＶ−Ｃ  ＬＥＤが前記１つ以上のＵＶ−Ｃ透過性窓要素と光学的に連通しており、
前記１つ以上のＵＶ−Ｃ透過性窓要素は、更に、上面、側面、及び前記ＰＣＢをカプセル化するための中空中央部分を更に有する、
ＵＶ−Ｃ浄化装置。
【請求項２】
前記１つ以上のＵＶ−Ｃ透過性窓要素が、前記上面に対向する部分的な底部領域を更に含む、請求項１に記載のＵＶ−Ｃ浄化装置。
【請求項３】
前記部分的な底部領域は、前記ＵＶ−Ｃ透過性窓要素の側面からＵＶ−Ｃ透過性窓要素の上面の中心線に向かう方向に延びることができる、請求項１又は２に記載のＵＶ−Ｃ浄化装置。
【請求項４】
前記装置は、前記ＰＣＢを囲むＰＣＢハウジングを更に有する、請求項１乃至３の何れか一項に記載のＵＶ−Ｃ浄化装置。
【請求項５】
前記ＰＣＢハウジングは、前記ＰＣＢの外縁を囲んでいる、請求項４に記載のＵＶ−Ｃ浄化装置。
【請求項６】
前記ＰＣＢハウジングは、前記１つ以上のＵＶ−Ｃ透過性窓要素が封止する領域を更に有する、請求項４に記載のＵＶ−Ｃ浄化装置。
【請求項７】
前記ＰＣＢハウジングは、前記ＵＶ−Ｃ  ＬＥＤモジュールを所望の位置に固定するための固定部を更に含む、請求項４乃至６の何れか一項に記載のＵＶ−Ｃ浄化装置。
【請求項８】
前記流体の輸送又は貯蔵のための通路を更に有する、請求項１乃至７の何れか一項に記載のＵＶ−Ｃ浄化装置。
【請求項９】
前記１つ以上のＵＶ−Ｃ  ＬＥＤモジュールが前記通路の領域を照らすように配される、請求項８に記載のＵＶ−Ｃ浄化装置。
【請求項１０】
前記１つ以上のＵＶ−Ｃ透過性窓要素はシリコーン材料を含んでいる、請求項１乃至９の何れか一項に記載のＵＶ−Ｃ浄化装置。
【請求項１１】
冷蔵庫、冷凍庫、コーヒーマシン、アイスクリームマシン、製氷機、室内加湿器、冷飲料ディスペンサ、温かい飲料ディスペンサ、スラッシュドリンクマシン、氷貯蔵ビン、温水槽、空調装置、消火装置及びフードプロセッサーのグループから選択される何らかの消費者装置である、請求項１乃至１０の何れか一項に記載のＵＶ−Ｃ浄化装置を有する消費者装置。
【請求項１２】
冷蔵庫、冷凍庫、コーヒーマシン、アイスクリームマシン、製氷機、室内加湿器、冷飲料ディスペンサ、温かい飲料ディスペンサ、スラッシュドリンクマシン、氷貯蔵ビン、温水槽、空調装置、消火装置及びフードプロセッサのグループから選択される任意の産業用装置である、請求項１乃至１０の何れか一項に記載のＵＶ−Ｃ浄化装置を有する産業用装置。
【請求項１３】
流体浄化方法であって、
１つ以上のＵＶ−Ｃ  ＬＥＤモジュールによって生成されるＵＶ−Ｃ光を気体、液体若しくは固体状又はこれらの組み合わせの流体に当てるステップであって、各モジュールが、
底面及び上面を有するＰＣＢ、
前記ＰＣＢ上に配置された１つ以上のＵＶ−Ｃ  ＬＥＤ、及び
１つ以上のＵＶ−Ｃ透過性窓要素
を有し、
前記１つ以上のＵＶ−Ｃ  ＬＥＤが前記１つ以上のＵＶ−Ｃ透過性窓要素と光学的に連通しており、
前記１つ以上のＵＶ−Ｃ透過性窓要素は、上面、側面及び前記ＰＣＢをカプセル化するための中空中央部分を更に有する、
ステップを有する、流体浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消費者装置における紫外線発光モジュールの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の浄化、又はより正確には流体の消毒及び滅菌（以下、簡略化のために流体浄化又は流体の浄化と称する）のためにＵＶ光、特にＵＶ−Ｃ光を使用することは良く知られており、確立された技術的実践である。ＵＶ−Ｃを利用することは、化学薬品を添加又は頻繁な洗浄を伴うことなく流体リザーバを浄化するための効率的な方法である。十分に短い波長のＵＶ−Ｃ光は、細菌、ウイルス及び他の微生物に対する突然変異原である。約２６５nmの波長で、ＵＶは微生物の細胞中のDNAの分子結合を破壊し、DNA中にチミン二量体を生成し、それによって細胞を再生するのに必要なDNA構造を破壊又は無害化し、又は増殖及び複製を禁止する。ＵＶ−Ｃ不活性化のためのＵＶ−Ｃシステムを効率的に設計する際の主な考慮事項は、光源強度及び露光時間である。光源強度（ランプ強度としても知られている）は、光源の放射エネルギ及び照射される表面までの距離の関数である。ひとたび強度係数が確率されれば、どれだけ長く表面が露出される必要があるかを決定するのは簡単である。
【０００３】
より最近では、ＵＶ−Ｃ  ＬＥＤ浄化装置の需要が高まっており、ＵＶ−Ｃ  ＬＥＤ浄化装置は、急速に発展するＵＶ−Ｃ  ＬＥＤ光源の技術を利用することができる。例えば、ＩＩＩＡ族窒化物の半導体材料（ＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ，[０</＝X+Y</＝１]）が、紫外線（ＵＶ）の波長の電磁放射を生成する使用されることができる直接型のバンドギャップを有することがよく知られている。例えば、（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０<x<１）は、発光ダイオード（ＬＥＤ）の構成要素としてしばしば利用されており、３６５nm未満のＵＶ放射を生成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の流体精製に関して、ＵＶ−Ｃ  ＬＥＤの解決策は、例えば、高速スイッチング能力、小さい形状因子、長寿命、及びかなり「清浄な」材料組成を含むより伝統的な蛍光又は白熱ＵＶ−Ｃランプに比べて、危険又は有害な材料組成をほとんど含まず、多数の有利な点を与える。
【０００５】
従って、改善された光抽出効率を有するＵＶ−Ｃ  ＬＥＤパッケージを含むＵＶ−Ｃ  ＬＥＤ流体浄化装置が望まれており、これにより、当該装置に如何なる増大されたかさ又は重量を追わせることなく、かつ、全体の動作コストも著しく増大させることなく、増大された光強度の能力を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、添付の請求項によって規定される。
【０００７】
本発明の態様によれば、ＵＶ−Ｃ浄化装置であって、
気体、液体若しくは固体状又はこれらの組み合わせの流体にＵＶ−Ｃ光を施すための１つ以上のＵＶ−Ｃ  ＬＥＤ  モジュールであって、各モジュールが、
−  １つ以上のＵＶ−Ｃ  ＬＥＤ、及び
−  １つ以上のＵＶ−Ｃ透過性窓要素、
を有し、
前記１つ以上のＵＶ−Ｃ  ＬＥＤは、前記１つ以上のＵＶ−Ｃ透過性窓要素と光学的に連通している、ＵＶ−Ｃ浄化装置が提供される。
【０００８】
本発明の第２の態様によれば、流体の浄化方法であって、
【０００９】
１つ以上のＵＶ−Ｃ  ＬＥＤモジュールによって生成されるＵＶ−Ｃ光を気体、液体又は固体状又はこれらの組み合わせの流体に当てる（administering）ステップであって、各モジュールが、
−  １つ以上のＵＶ−Ｃ  ＬＥＤ、及び
−  １つ以上のＵＶ−Ｃ透過性窓要素を有し
前記１つ以上のＵＶ−Ｃ  ＬＥＤは、前記１つ以上のＵＶ−Ｃ透過性窓要素と光学的に連通している、流体浄化方法が提供される。
【００１０】
このようにして、気体、液体若しくは固体、又はこれらの混合の形態の流体にＵＶ−Ｃ光を適用するためのＵＶ−Ｃ  ＬＥＤモジュールを含むＵＶ−Ｃ浄化装置が提供され、各モジュールは、１つ又は複数のＵＶ-ＬＥＤと、前記ＬＥＤによって生成された光を透過させるための１つ又は複数のＵＶ−Ｃ透過性窓要素とを有する。ＵＶ−Ｃ透過性窓要素は、半透明性、透明性、又は可視波長を有する光に対して不透明でさえあり得る。ＵＶ−Ｃ透過性窓要素は、例えば、シリコーン、ポリ結晶性酸化アルミニウム（PCA）、ＵＶC透明ガラス、石英、合成石英（ＳｉＯ２）、フッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）を含むことができる。
【００１１】
幾つかの実施形態では、モジュールは、例えば、コーヒーマシン、室内加湿器、冷蔵庫の正面の冷飲料ディスペンサなどの消費者装置に配置又は一体化されても良い。ＵＶ−Ｃ  ＬＥＤは、コーヒーマシン内の液体状の流体にＵＶ−Ｃ光を当てるように配されることができ、このことは、流体が流れる内部配管であってもよく、又はＵＶ−Ｃ光を前記マシン内の流体（この場合、水）を含む貯蔵部に当てるように配されても良い。ＵＶ−Ｃ  ＬＥＤは、装置内に配置された氷貯蔵器内、例えば冷蔵冷凍庫内で固体状の流体にＵＶ−Ｃ光を当てるように構成することができる。好ましくは、氷貯蔵器又は氷バケツはカバーを有する。驚くべきことに、ＵＶ−Ｃ  ＬＥＤは、ＵＶ-ＬＥＤが水位より上方に位置されるときの空気−水の界面における反射による効率的な浄水の場合にほぼ常にあるように、流体状の水の水位よりも下になければならないのではなく、固体状の流体（即ち、氷）にＵＶ−Ｃ光を当てるためにどこにでも配されることができることが分かった。更に、ＵＶ−Ｃ  ＬＥＤは、冷蔵冷凍庫に組み込まれた冷飲料ディスペンサ内の液体状の流体にＵＶ−Ｃ光を当てるように構成されることができる。更に、ＵＶ−Ｃ  ＬＥＤは、液体と固体の両方の状態の流体にＵＶ−Ｃ光を同時に当てるように配置されてもよく、これは、氷のペレットがスラッシュを形成するように流体に混合される状況において有利であることを証明している。液体は、無炭酸ジュース又はコーヒーのような他の液体であっても良い。このようなスラッシュ飲料を作るための機械は、一般に、一定速度で回転し、水が凍結する前に結合するように砂糖と水分子とを混合する攪拌機又はオーガを有する。その結果、柔らかく湿ったスラリー混合物が得られる。
【００１２】
幾つかの実施形態では、モジュールは、例えば、レストラン、ホテル、公共スペース又はファストフード・アウトレットなどの製氷機のような産業機器に配置又は組み込まれることができる。幾つかの実施形態では、モジュールは、レストラン、スーパーマーケット、ファストフード・アウトレット、食品調理エリア、魚市場又は缶詰などの氷貯蔵ビンに配置又は組み込まれることができる。
【００１３】
本発明の実施形態は、ＵＶ−Ｃ光をコロイドに当てるように構成することができる。そのような懸濁液の例は、ホイップクリーム、ペイント、血液及び水霧である。
【００１４】
コロイドは、媒体中の微粒子の均一な分散物である。微粒子は、１〜１０００nmの直径を有し、固体、液体又は気体であり得る。これらが懸濁される媒体は、固体、液体又は気体であっても良い（しかしながら、気体コロイドは気体中に懸濁することができない）。
【００１５】
レジオネラ病は、主にレジオネラ属菌を含む霧状の呼吸によって広がる。細菌は真水内に自然に存在し、温水タンク、温水槽（hot tub）、空調システム（ＨＶＡＣ）、池、噴水などを汚染する可能性がある。これは、細菌を含む水が吸引によって吸い込まれるときにも拡散し得る。病原体疾患は世界中の肺炎症例の約２〜９％の原因であると推定されている。
【００１６】
主な関心事は、細菌を含む水がエアロゾル化されるとき、即ち水の液滴サイズが空気中に運ばれるほどに小さくなるときである。噴霧器は、適切な消毒剤（水源と混合したもの）がエアロゾル化される場合に部屋を消毒する非常に効果的な仕方であり、又は火災を消火するときに非常に効果的である。残念なことに、これらはまた、消火システム又は消毒剤のための水源が細菌によって汚染されている場合、レジオネラ細菌を広げる非常に有効な方法である。これは深刻な健康上のリスクを引き起こす可能性がある。レジオネラ菌、特にレジオネラ肺炎（レジオネラ病症例の９０％以上の原因）は、アメーバ内で共生関係で確立されている水系で繁殖する。建造された環境では、オフィスビル、ホテル、病院の中央空調システムが汚染された水の源である。それ以外の場所には、工業用冷却システムにおいて使用される冷却塔、蒸発クーラ、ネブライザ、加湿器、泡風呂（whirlpool spas）、温水システム、シャワー、フロントガラスウォッシャ、噴水、室内空気加湿器、製氷機、及び典型的には食料品店での製造セクション（grocery-store produce sections）において見られる噴霧システムを含むことができる。
【００１７】
この病気は、消毒及び維持プログラムが厳密に守られていない場合、温泉槽で発生した汚染されたエアロゾルからも伝染する可能性がある。淡水池、小川、及び装飾用噴水は、レジオネラの潜在的な発生源です。病気は、特に、複雑な携帯型の水システムと冷却システムを備えたホテル、噴水、クルーズ船、及び病院に関連する。汚染された水道水で使用される加湿器及びブライザのような呼吸治療装置（respiratory care devices）には、レジオネラ種が含まれる場合があるため、滅菌水を使用することが非常に重要である。
【００１８】
レジオネラ病の発症リスクの低減は、現在、複数の方法によって達成されており、
−  システム内の水温を２０℃以下又は５０℃以上に保持する、
−  出口を持たない如何なる配管も取り除くことによって停滞を防ぎ、予防が不可能な場合、使用前に徹底的に消毒する必要があり、
−  バイオフィルムの形成の防止であって、これは、バイオフィルムの成長を促進する建築材料を取り替えるか、又はシステムに入る細菌増殖のための栄養素の量を減らすことによって達成することができ、
−  必要に応じて高熱又は化学的殺生物剤又は塩素処理を使用することによるシステムの定期的な消毒、
−  エアロゾルの生成を減らすと共に人体への暴露を減らすインテリジェントなシステム設計、
によって達成されている。
【００１９】
このような方法は、水温又は化学的集約の絶え間ない維持の場合におけるエネルギ集約であることが分かる。システム出口付近のＵＶ−Ｃ浄化装置の使用は、病気を広げるリスクを軽減するのに役立つ。ＵＶ−Ｃ  ＬＥＤの形状因子が小さいため、これらを、使用前に流体を浄化するためにシャワーヘッド又はタップ内に配することも可能である。病院で得られたレジオネラ肺炎の根本的な源は、飲料水分配システムであり、現在死亡率は２５％を超えている。
【００２０】
本発明の実施形態は、ＵＶ−Ｃ光をエマルジョンに当てるように構成することができる。エマルジョンは、コロイド系の一種であり、不混和性である別の液体中の１つの液体の均一な分散液である。コロイドとエマルションという用語は区別なく使用されることがあるが、分散相と連続相の両方が液体である場合には、エマルジョンを使用する必要がある。そのようなエマルジョンの例は、油と水であり、一緒に振られると、濁った懸濁液を形成する。静置されると、油と水が分離する。更なる例は、バター、マーガリン、ハンドクリーム、マヨネーズ及びアイスクリームである。
【００２１】
アイスクリームは、空気、氷晶、脂肪小球及び液体シロップの組み合わせである。これらを組み合わせてコロイド系を作る。（コロイド分散液、コロイド懸濁液とも呼ばれる）。分散相（又はコロイド）と呼ばれる２つの物質の密接した混合物（an intimate mixture）は、分散媒体（又は分散する媒体）と呼ばれる第２の物質を介して微細に分散した状態で均一に分布している。凍結中、ほとんどの水は凍結して氷になる。滑らかなアイスクリームには小さな氷結晶が必要である。小さな気泡が形成されるように、凍結と同時に叩解と曝気が行われる。これらの小さな泡は、脱乳化脂肪によって安定化される。アイスクリームの最終量の３０〜５０％を空気が占めている。アイスクリームは、ソフトアイスマシンのような使用時点の解決法を用いて分注されることができる。これらの機械のノズルは、汚染を防ぐために頻繁な洗浄及び滅菌を必要とする。アイスクリームの分注と次の分注との間に時間が生じると、微生物が増殖し始め、次のアイスクリームにこれらの微生物が含まれる可能性がある。従って、本発明の実施形態は、ＵＶ−Ｃ光を、ノズルの出口付近のアイスクリームに当てるように構成することができる。ＵＶ−Ｃ浄化装置は、浄化されるべき流体が通過する、例えば、アイスクリームが混合される機械の領域と分配ノズルとの間をアイスクリームが通過するパイプ又は通路の隣に配置され得る。通路はＵＶ−Ｃ浄化装置を通過してもよく、又はＵＶ−Ｃ装置は通路に近接して配置され、通路を通過する流体を照射するように構成されても良い。微生物は肉眼で見るには小さすぎる生物であり、細菌、真菌、古細菌又は原生生物及びウイルスを含む。
【００２２】
本発明の実施形態は、懸濁液にＵＶ−Ｃ光を当てるように構成することができる。懸濁液は、沈殿のために十分に大きい固体粒子を含有する不均一混合物である。通常、これらは１マイクロメートルより大きくなければならない。これは、粒子が溶媒中で自由に浮遊しているときである。内部相（固体）は、特定の添加剤又は懸濁剤を用いて、機械的攪拌によって外相（流体）全体に分散され、コロイドとは異なり、懸濁液は、乱されずに置かれていると時間とともに安定する。
本発明の実施形態は、温度が最も低いシステム内の点で、ガス、液体若しくは固体状又はこれらの組み合わせの流体にＵＶ−Ｃ光を当てるように構成することができる。これは、微生物の運動行動が温度の影響を受けるので有利であり得る。運動性細菌は、環境温度が１０℃〜５０℃の間で変化すると、平均並進速度が５倍と７倍との間で増加する。氷の中では、微生物は効果的に捕捉され、移動することができない。このことは、ＵＶ−Ｃ光が微生物に照射する可能性が高いことを意味する。ＵＶ−Ｃ光は、氷によって効果的に反射され、これは、微細な表面を有する氷によるものであっても良く、又はリザーバ内に保持されている複数の氷のブロック（飲料に適した場合には立方体として知られている）が、光が空気と氷の境界で反射し、ある割合のみが前記ブロック内で伝播するように、ブロック間に空隙を有するという事実によるものであっても良い。これは、適切な長さの滞留時間が与えられると、ＵＶ−Ｃ光は、リザーバの内部容積全体を照射するのに十分な回数、反射することを意味する。この効果は、リザーバがミスト（霧）又は泡を含んでいる場合、これらの両方が同じリザーバ内に保持されている水の本体よりも効率的に光を反射するので、更に拡大される。これは、幾つかの実施形態では、ＵＶ−Ｃ浄化装置が、システム内の温度が最も低い箇所に配されることを意味する。これは、例えば、製氷機の蒸発器の表面、又は氷の立方体が貯蔵される製氷機の収穫ビンであっても良い。
【００２３】
他の実施形態では、これは、アイスクリーム混合区画とアイスクリーム機械の分配ノズルとの間の通路であっても良い。
【００２４】
以下の表１は、０.１mlあたりの溶融氷中の微生物濃度の実験データを示す。
【表１】
2019516514.tif 000003
【００２５】
５５日間の試験期間にわたって、ＵＶ−Ｃ光が氷に当てられた日に微生物の数が著しく低くなったことが分かる。
【００２６】
以下の表２は、ＵＶ−Ｃを氷に当てなかった場合と、ＵＶ−Ｃを水及び氷に当てた場合の微生物の数の比較を示している。
【表２】
2019516514.tif 000004
【００２７】
表２から明らかなように、ＵＶ−Ｃ光を水及び氷に当てると、試験試料中に存在する微生物の数が大幅に減少する。
【００２８】
本発明の実施形態は、ＵＶ−Ｃ  ＬＥＤチップが上に配置されるＰＣＢを更に備える。ＬＥＤチップは、ＬＥＤマウント及びＬＥＤダイを含むことができる。ＬＥＤマウントは、ＬＥＤダイが上に配置されるプラットフォームであっても良い。ＰＣＢは上面と下面を有し、ＵＶ−Ｃ  ＬＥＤチップは前記上面に取り付けられている。追加の電気部品、例えば、センサ、キャパシタ、抵抗器は、ＵＶ−Ｃ  ＬＥＤチップによって上面に位置付けられてもよく、又はＰＣＢの底面に配置されても良い。追加の構成要素のこの底面の位置は、ＰＣＢの上面に多くのＵＶCＬＥＤチップを位置させることを容易にすることができ、より小さなＰＣＢ、従ってより小さいモジュール及び/又はＰＣＢの背面が空気に露出される場合の改善された空冷を可能にし得る。
幾つかの実施形態では、モジュールは、単一の窓要素に結合された複数のチップを含むことができる。複数のチップは、例えば窓が単一の広い光放射面を形成するように、アレイを形成するように配置されても良い。しかしながら、他の実施例では、単一の窓要素が個々のチップに結合されても良い。幾つかの実施形態によれば、各モジュールはただ１つのＬＥＤ−窓アセンブリを備えることができ、他の実施形態においては、モジュールは複数のＬＥＤ−窓アセンブリの配置を含むことができる。
【００２９】
幾つかの実施形態では、１つ以上のＵＶ−Ｃ透過性窓要素は、ＰＣＢをカプセル化するための上面及び側面並びに中空中央部分を有してもよく、側面は、更に、溝を含むことができる。当該溝は、気体、液体若しくは固体状又はこれらの組み合わせの流体を収容するリザーバの側壁内へのモジュールの簡単な適合を可能にするためのものである。リザーバ内の孔は、溝の内径よりわずかに大きくされるが、ＵＶ−Ｃ透過性窓要素の外径よりも小さくされる。溝の上面及び下面は、水体又は氷体を含むリザーバの内壁及び外壁に対するフランジとして機能する。これは、適切な封止を依然として提供しながら、追加の工具を使用することなくモジュールを所望の位置に簡単に適合させることができるので有利である。幾つかの実施形態では、１つ以上のＵＶ−Ｃ透過性窓要素をオーバーモールドとして追加することができる。即ち、前記ＵＶ−Ｃ透過性窓要素は、ＰＣＢを部分的又は完全にカプセル化することができる。完全なオーバーモールディングは、結果的に得られるモジュールが、部分的にオーバーモールドされたモジュールと比較して向上した堅牢性及び/又は耐水性を有し得るので、有利であると判明する可能性がある。用語「カプセル化」とは、液状エポキシがＬＥＤダイ上に注がれ、ＬＥＤモールドチャンバ内にサブマウントされ、ＬＥＤモジュール全体又はその部品の部分的又は全体的なカプセル化が行われる周知のＬＥＤカプセル化を意味することを広く意図している。部分的なカプセル化は、モジュールの最上部の全てがカプセル化され、下部がカプセル化されずに固定されることを意味しても良い。カプセル化は、永久的であっても、取り外し可能に固定されていても、又は実際には完全に取り外し可能で交換可能であっても良い。
【００３０】
ＬＥＤモジュールは湿気の多い状態でも水中でも作動可能でなければならないので、ＵＶ−Ｃ透過性要素は２つの重要な機能を果たす。第１に、これはＬＥＤからのＵＶCの放出を可能にし、第２にこれは封止機能を提供する。この封止は、モジュールと固定位置（例えば消毒される空間を含むリザーバ壁）との間の漏れ止め密封（a leak tight seal）であってもよく、及び/又は封止はＬＥＤ、ＰＣＢ及び浄化されるべき流体の間にあっても良い。
【００３１】
幾つかの実施形態では、ＰＣＢは追加のハウジング内に配置されてもよく、このハウジングは有利であると思われる任意の形状であっても良い。例えば、ＰＣＢハウジングは、ＰＣＢの外縁を囲むことができる。ＰＣＢハウジングは、例えば、モジュールが使用される最終位置にモジュールを配置することを容易にする形状であっても良い。幾つかの実施形態では、ＰＣＢハウジングは、ＵＶモジュールを所定の位置に機械的に固定するためにナットを使用できるようにするための雄ねじ部分を備えることができる。幾つかの実施形態では、ＰＣＢハウジングは、固定位置（例えばリザーバの側壁）における適切な寸法の孔に圧入されるテーパ付き管スタブを有する。スタブ部分の先細りにより、前記孔が正確に寸法決めされていれば、スタブと孔との間の嵌合はクリアランス嵌合（a clearance fit）として始まり、スタブの前記孔をより通過するように遷移的な嵌合（a transitional fit）を通過し、締り嵌合（an interference fit）において終了する。
【００３２】
幾つかの実施形態では、ＰＣＢハウジングは、固定位置の適切な寸法の孔に圧入される直線状スタブ（即ち、テーパされていない）を有する。
【００３３】
幾つかの実施形態では、ＰＣＢハウジングは、固定位置の表面に当接する環状フランジを有する。フランジは、スタブ部分の長さに沿った任意の位置に配置することができるように、ＰＣＢハウジングの反対側の端部に配置することができる。フランジは固定位置における表面フィーチャに対応するように設計されることができ、これは、例えば、固定位置がリザーバ壁であり、リザーバ壁が湾曲している場合、フランジは、良好な封止を可能とするように当該壁の曲率に対応するように設計され得ることを意味する。
【００３４】
幾つかの実施形態では、フランジは平坦であり、更に別の実施形態では、封止は、照射されるべき媒体の適切な封止を容易にするためにフランジと前記固定位置との間で使用されることができる。
【００３５】
フランジは、前記固定位置の適所に、接着される、ねじ止めされる、ボルト締めされる、溶接される、又は他の何らかの既知の固定手段によって固定されることができる。
【００３６】
幾つかの実施形態では、１つ以上のＵＶ−Ｃ透過性窓要素は、上面、側面、ＰＣＢ及びＰＣＢハウジングをカプセル化するための中空中央部分、及び部分的な底部領域を有することができる。部分的な底部領域は、ＵＶ−Ｃ透過性窓要素の上面に対向し、即ち上面からＵＶ−Ｃ透過性窓要素の他端に対向していても良い。部分底部領域は、ＵＶ−Ｃモジュールの外径からＰＣＢの中心線に向かって延びることができる。一例として、これはＵＶ−Ｃ透過性窓要素の側面から上面の中心線に向かうことを意味することができる。
【００３７】
幾つかの実施形態では、部分底部領域は内面及び外面を有する。内面は、ＰＣＢハウジングのフィーチャに当接しても良い一方で、外面は、最終位置に封止を提供するために使用されても良い。このＰＣＢハウジングのフィーチャは、溝、フランジ、平坦領域、環状領域、アンダーカット戻り（undercut return）、又はこの上にＵＶ−Ｃ透過性窓要素が封止することができる領域を提供する何らかの他のフィーチャであっても良い。
【００３８】
幾つかの実施形態では、ＵＶ−Ｃ透過性窓はシリコーンから製造されても良い。シリコーンの使用は、弾性、ゴム様特性（３００％を超える伸び）及び中程度のショアA硬度のために、封止に対する利点を証明し得る。更なる利点は、材料の順応性のために負の抜き勾配を有する型を利用することが可能であることである。これは、アンダーカットのような型ツールに通常含まれないフィーチャが、成形材料がツールから解放されないために、含まれるようになったことを意味する。これにより、型ツールが簡素化され、成形プロセスにコスト上のメリットがもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
以下、本発明の実施例を添付の図面を参照して詳細に説明する。
【図１】気体状、液体状、又は固体状の流体又はこれらの組み合わせ中の流体にＵＶ−Ｃ光を当てるための第１の例示的なＵＶ−Ｃ  ＬＥＤモジュールを示す。
【図２】ＵＶ−Ｃ光の照射後に０.１mlの水中に存在する微生物の数を示すグラフである。
【図３】ＵＶ−Ｃ光の照射後に０．１ｍｌの氷中に存在する微生物の数を示す第２のグラフである。
【図４】ＵＶ−Ｃ光を照射しなかった後の０．１ｍｌの氷中に存在する微生物の数を示す第３のグラフである。
【図５】ＵＶ−Ｃ光を気体、液体若しくは固体状又はこれらの組み合わせで流体に当てるためのＵＶ−Ｃ  ＬＥＤモジュールの第２の例を示している。
【図６】気体、液体若しくは固体状又はこれらの組み合わせの流体にＵＶ−Ｃ光を当てるためのＵＶ−Ｃ  ＬＥＤモジュールの第３の例を示している。
【図７】気体、液体若しくは固体状又はこれらの組み合わせの流体にＵＶ−Ｃ光を当てるためのＵＶ−Ｃ  ＬＥＤモジュールの第４の例を示している。
【図８】気体、液体若しくは固体状又はこれらの組み合わせの流体にＵＶ−Ｃ光を当てるためのＵＶ−Ｃ  ＬＥＤモジュールの第４の例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１は、本発明の実施形態に含まれる第１のＵＶ−Ｃ  ＬＥＤモジュール１０を示す。ＵＶ−Ｃ  ＬＥＤチップ１２は、半透明窓エレメント１４と光学的に連通しており、ＵＶ−Ｃ  ＬＥＤを電源（図示略）に接続するためにワイヤ２０が設けられている。このモジュールは、気体、液体若しくは固体状又はこれらの組み合わせの流体にＵＶ−Ｃ光を当てるのに適した場所に配置することができる。モジュール１０の例は、例えば、パイプ、リザーバ、貯蔵ビン、ダクト、容器、シャワーヘッド又はタップ内に配置することができる。モジュールは、消費者の家庭内で使用されることが意図された消費者装置に一体化されてもよく、又は例えば、産業、レストラン若しくは魚市場などのビジネス環境で使用されることが意図された専門装置に一体化されても良い。更なる例によれば、ＵＶ−Ｃ  ＬＥＤモジュール１０は、一体化された装置の構造内に部分的又は完全に埋め込まれてもよく、他の例は単に装置内の適切な表面に配置されても良い。
【００４１】
図２は、ＵＶ−Ｃ光の照射後に０.１ｍｌ存在する微生物の数を示すグラフを示す。軸２２は微生物の数を表し、軸２４は時間数を表す。線２６は微生物の数を表している。このグラフから分かるように、１６ｍＪ／ｃｍ２のＵＶ−Ｃを当てた後の微生物数は著しく減少した。この実施例における線量は、１６mJ/cm２の線量に達するまで一気に適用された。当該システムは、環境から封止されていなかった。
【００４２】
図３は、ＵＶ−Ｃ光の照射後に０.１mlの氷中に存在する微生物の数を示すグラフを示す。軸２２は微生物の数を表し、軸２４は時間数を表す。線２７は微生物の数を表している。グラフから分かるように、１６mJ/cm２ＵＶ−Ｃを当てた後に微生物の数が著しく減少したが、最初の急激な降下は部分的に試料の凍結に起因する可能性がある。温度の影響は、微生物の生育及び生存に影響を及ぼす物理的因子の１つである。温度を最適値よりも下げると、細菌の生存プロセスが遅くなる又は完全に阻害される。温度は、とりわけ、代謝の変化及び細胞構造の改変（細胞膜の透過性など）によって細菌の活性を決定する。０℃より数度低い温度は、水の凍結中に氷結晶の形成を伴う細胞質構造の機械的損傷のために、多くの細菌の集団を死滅させる。しかしながら、非常に低い温度は細菌に別の仕方で影響を与えることは注目に値する。細菌は、停止された活性の状態、蘇生（anabiosis）（即ち自身の活力を維持する）の状態に入ることができる。約-７０℃よりも低くまで急に温度を低下させても細胞組成は破壊されず、プラズマ構造（plasma structures）に影響はない。この例における線量は、１６mJ/cm２の線量に達するまで一気に適用された。{/２システムは周囲環境から封止されていなかった。
【００４３】
図４は、ＵＶ−Ｃ光を照射せずに氷０.１ml中に存在する微生物の数を示すグラフである。軸２２は微生物の数を表し、軸２４は時間数を表す。線２８は微生物の数を表す。グラフからわかるように、微生物の数は当初の数の約５０％に減少した。試験開始時の急激な降下は、試料の凍結に起因する可能性がある。システムは周囲環境から封止されていなかった。
【００４４】
図５は、気体、液体若しくは固体状又はこれらの組み合わせの流体にＵＶ−Ｃ光を当てるためのＵＶ−Ｃ  ＬＥＤモジュール１０の第２の例を示す。ＵＶ−Ｃチップ１２は、ＰＣＢ１８上に配置され、半透明窓要素１４と光学的に連通している。ＰＣＢ１８は、底面２０と上面２１とを有する。この例では、追加の電子部品は図示されていないが、有利であると判明したＰＣＢ１８の上面２１又は底面２０に配置されても良い。追加の電子部品を底面２０上に配置し、これらの内部で発生した熱を周囲環境に放散することができるようにすることが望ましくあり得る。ＰＣＢ１８の底面２０上の任意の付加的な電子部品の位置は、ＬＥＤチップ１２の真下に位置されることができるので、より小さいＵＶ−Ｃ  ＬＥＤ１０を可能にすることができ、そのため、ＰＣＢ１８のサイズを縮小することができる。
【００４５】
図６は、気体、液体若しくは固体状又はこれらの組み合わせの流体にＵＶ−Ｃ光を当てるためのＵＶ−Ｃ  ＬＥＤモジュール１０の第３の例を示す。ＵＶ−Ｃチップ１２は、ＰＣＢ１８上に配置され、半透明窓要素１４と光学的に連通している。更に、この例では、半透明窓要素１４は、ＵＶ−Ｃチップ１２と、ＰＣＢ１８の上面２１及び側面３２を囲み、カプセル化している。このカプセル化により、ＵＶ−Ｃモジュール１０を流体と直接的に接触させることができる。半透明窓要素１４によって提供されるこのカプセル化は、ＵＶ−Ｃモジュール１０を装置に容易に組み込むことを可能にするように、ＵＶ−Ｃモジュール１０の側面２３に設けられた溝３１などの設計フィーチャを有し得る。この器具は、流体の漏れを防止するための良好な封止を保証しながら、追加の工具を使用することなく達成されることができる。半透明窓要素１４は、幾つかの例ではＵＶ−Ｃ  ＬＥＤ１２によって放射されるＵＶ−Ｃ光の混合チャンバとして働く中空の中央部分２５（図示略）を有してもよく、又は他の例では、半透明窓要素１４は、ＵＶ−Ｃ  ＬＥＤダイ１２に実質的に一致するように構成されている。
【００４６】
図７は、気体、液体又は固体状又はこれらの組み合わせの流体にＵＶ−Ｃ光を当てるためのＵＶ−Ｃ  ＬＥＤモジュールの第４の例を示す。ＵＶ−Ｃチップ１２は、ＰＣＢ１８上に配置され、半透明窓要素１４と光学的に連通している。更に、この例では、半透明窓要素１４は、ＵＶ−Ｃチップ１２、ＰＣＢ１８の上面２１、側面３２及び底面３３を囲み、カプセル化する。このカプセル化により、ＵＶ−Ｃモジュール１０を流体と直接接触させることができる。半透明窓要素１４によって提供されるこのカプセル化は、部分的な底部領域３４などの設計フィーチャを有することもできる。この部分的な底部領域は、内面３５及び外面３６を有することができる。内面３５は、ＰＣＢ１８の底面３３に対して良好な封止を提供し、外面３６は、ＵＶ−Ｃモジュール１０の装置内への容易な組み込みを可能にするように、最終位置の表面、例えばリザーバ（図示略）の壁に対して良好な封止を提供する。半透明窓要素１４は、幾つかの例ではＵＶ−Ｃ  ＬＥＤチップ１２によって放出されたＵＶ−Ｃ光の混合室として働く中空中央部分２５（図示略）を有してもよく、又は他の例では、半透明窓要素１４は、ＵＶ−Ｃ  ＬＥＤチップ１２に実質的に一致するように構成することができる。
【００４７】
図８は、気体、液体若しくは固体状又はこれらの組み合わせの流体にＵＶ−Ｃ光を当てるためのＵＶ−Ｃ  ＬＥＤモジュールの第５の例を示す。ＵＶ−Ｃチップ１２は、ＰＣＢ１８上に配置され、ＵＶ−Ｃ透過性窓要素１４と光学的に連通している。更に、この例では、ＵＶ−Ｃ透過性窓要素１４は、ＵＶ−Ｃチップ１２と、ＰＣＢ１８の上面２１と、ＰＣＢハウジング３７の上面３８、及び側面３８の少なくとも一部とを囲みカプセル化する。このカプセル化により、ＵＶ−Ｃモジュール１０を流体と直接的に接触させることができる。ＵＶ−Ｃ透過性窓要素１４によって提供されるこのカプセル化はまた、部分的な底部領域３４などの設計フィーチャを有することができる。この部分的な底部領域は、内面３５及び外面３６を有することができる。内面３５は、ＰＣＢハウジング３７の段付き面４０に対して良好な封止を提供し、外面３６は、ＵＶ−Ｃモジュール１０の装置内への容易な組み込みを可能にするように、最終位置の表面、例えばリザーバ（図示略）の壁に対しての良好な封止を提供する。ＵＶ−Ｃ透過性窓要素１４は、幾つかの例ではＵＶ−Ｃ  ＬＥＤ１２によって放出されたＵＶ−Ｃ光のための混合チャンバとして働くための中空の中央部分２５（図示略）を有してもよく、又は他の例では、半透明窓要素１４は、ＵＶ−Ｃ  ＬＥＤチップ１２に実質的に一致するように構成することができる。好ましい実施形態では、ＵＶＣ透過性窓要素１４は、その適合する材料特性のためにシリコーンで作られる。
【００４８】
幾つかの実施形態では、ＵＶＣ透過性窓要素１４は、取り外し可能かつ交換可能であっても良い。これは、ＵＶＣ透過性要素がモジュールの残りの部分とは別個に製造される場合に可能である。ＵＶＣ透過性要素は成形されてもよく、この場合、モジュールが組み立てられるとき、ＵＶＣ透過性窓要素は、少なくとも部分的に他の要素の上に取り付けられても良い。
【００４９】
典型的な例では、ＵＶＣ透過性要素はシリコーン材料を用いて成形される。ＵＶＣ透過性窓要素１４は、上面１９、側面２３及び中空の中央部分２５を有する。ＬＥＤチップ１２はＰＣＢ１８上に取り付けられ、ＰＣＢはＰＣＢハウジング３６内に配される。ＵＶC透過性窓１４は、次に、ＬＥＤチップ、ＰＣＢ及びＰＣＢハウジングの上部に取り付けられる。前述のシリコーンの弾性のために、ＬＥＤチップ１２がＵＶＣ透過性窓要素の中空中央部分内に位置するように、ＵＶＣ透過性窓要素をＰＣＢハウジングにわたって引き伸ばすことができる。伸縮力がＵＶＣ透過性窓要素から除去されると、ＵＶＣ透過性窓要素は非変形状態に戻ろうとする。これは、ＵＶC窓要素が他の構成要素上でほぼ収縮するので、モジュールの水密性を増加させる可能性がある。好ましくは、幾つかの実施形態では、ＰＣＢハウジングの寸法は、ＵＶC透過要素１４の非変形寸法よりわずかに大きい。中空中央部分２５の利点は、ＬＥＤチップ１２とＵＶ−Ｃ透過性窓要素１４との下面との間に空気空間を形成することを可能にすることであり、この空気空間は、例えば、光の混合又はビームパターンの調整を可能にすることができる。他の実施形態では、中空中央部分２５は、モジュールの残りの部分に取り付けられたときにＬＥＤチップ１２と接触するように設計される。更に別の実施形態では、中空中央部分２５は、モジュール１０が組み立てられたときにＬＥＤチップ１２の周りに一致するように設計される。
【００５０】
更に、別個の要素を別々の場所で製造することができるならば、モジュールの製造は安価になる可能性がある。専用の半導体工場がＬＥＤチップ１２を製造してもよく、その後チップを組立施設に出荷しても良い。ＰＣＢ１８はＰＣＢ製造工場で製造することができ、ＰＣＢハウジング及びＵＶＣ透過性窓要素１４は成形工場で成形することができる。これらの部品は、最終組立てのために組立施設に出荷することができる。コスト削減の理由は、規模の経済及び/又は工場及び施設の位置にある。
【００５１】
ＰＣＢ製造設備は大量のＰＣＢを製造することができており、わずかな部分のみが切断されて本モジュールのＰＣＢ１８になる。同様に、成形工場は、同じ成形機械上の他の製品を走行する間に、ＰＣＢハウジング３６及びＵＶＣ透過性窓要素１４を成形することができる。
【００５２】
幾つかの実施形態では、ＵＶＣ透過性窓要素の上面１９は、ビーム整形フィーチャを更に備えることができる。これらは、レンズ、ドーム形突出部、表面フィーチャなどの形態であっても良い。レンズは、コリメートレンズ、フレネルレンズ、発散レンズ又はそれらの任意の組合せであっても良い。表面フィーチャは、プリズム、ドーム、くぼみ、又はそれらの任意の組み合わせであっても良い。
本発明者らによれば、例えば、シリコーン、ポリ結晶性酸化アルミニウム（PCA）、ＵＶC透過性ガラス、石英、合成石英（ＳｉＯ２）、フッ素化エチレンプロピレン（FEP）のような材料がＵＶ−Ｃ透過性窓要素に適していると分かった。好ましい材料は弾性特性を有し、ＵＶ−Ｃ波長を透過することができ、ＵＶ−Ｃ波長放射に曝露されたときに促進された老化及び劣化の影響を受けない。
開示された実施例に対する他の変更は、添付の図面、本開示及び添付の特許請求の範囲の研究から、請求項に記載の発明を実施する際に当業者によって理解され、達成されることができる。特許請求の範囲において、「有する」なる語は他の要素又はステップを排除するものではなく、単数形の記載は複数であることを除外するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。特許請求の範囲内の如何なる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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