(57)【要約】浄水装置は、１バッチとして所与の量の流体を収容する増幅チャンバ内で又は任意の所与の時間においてチャンバを流れる際に動作する１つ又は複数の殺菌性ＵＶ光源（16）を含む。増幅チャンバ（12）は高反射性内面（14）を有し、当該高反射性内面は、その高反射性内面に到達する殺菌性ＵＶ光を同時に及び実質的に全方向に流体の中を通って戻るように向け直す。電源は、所与の量の流体を浄化するために必要な全ＵＶエネルギーの一部を増幅チャンバ内に収容された流体に供給するために１つ又は複数のＵＶ光源を駆動する。増幅チャンバは、高反射性内面に到達するＵＶ光を流体へ戻るように繰り返し向け直して、流体の浄化に必要な線量を供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅チャンバに収容された所与の量の流体に殺菌性ＵＶ光を供給する１つ又は複数の紫外線（ＵＶ）光源と、
前記所与の量の流体を浄化するために必要な全ＵＶエネルギーの一部を流体に供給するために前記１つ又は複数のＵＶ光源を駆動する電源とを含み、
前記増幅チャンバが高反射性内面を有し、前記高反射性内面が、その高反射性内面に到達するＵＶ光を実質的に全方向に流体を通り抜けるように向け直して、流体を浄化するのに必要なＵＶ光の線量を流体に供給する、浄化装置。
【請求項２】
前記１つ又は複数のＵＶ光源が、ＵＶ・ＬＥＤ又はＵＶランプの一方である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記増幅チャンバに収容された前記所与の量の流体が、１バッチの流体であり、流体が所与の量の時間にわたって前記増幅チャンバの中を流れる、又は流体が所与の流速で前記増幅チャンバの中を流れる、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記１つ又は複数の光源は、前記増幅チャンバ内に吊されるか、チャンバ壁に取り付けられるか、前記チャンバ壁の１つ又は複数のＵＶ透過ウィンドウに対応する位置において前記チャンバ壁の背後に設けられるか、前記チャンバ壁に埋め込まれるか、前記チャンバの内部の長さに沿って延在するか、又はそれらの任意の組み合わせである、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
流体が前記増幅チャンバに出入りする、前記増幅チャンバの開口を更に含み、前記１つ又は複数のＵＶ光源が前記開口を介して前記チャンバ内へ吊されている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記電源が、ミリワットの出力でＵＶ光を生成するように前記１つ又は複数のＵＶ光源を駆動する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記高反射性内面が、しわくちゃにされるか、一様でないか、又は双方である、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記増幅チャンバが、フレキシブルな袋体内に包含される、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記袋体が使い捨てできる、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記増幅チャンバを含むウェアラブルな袋体を更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
ＵＶ光の強度を測定する１つ又は複数のＵＶセンサを、前記増幅チャンバ内に更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
１つ又は複数のＵＶ・ＬＥＤが、第１のモードでＵＶ光を生成し、第２のモードでＵＶ光の強度を測定するように動作する、請求項２に記載の装置。
【請求項１３】
前記チャンバの中を流れる流体の経路を提供する１つ又は複数の管を、前記増幅チャンバ内に更に含み、前記管は、ＵＶ光に透過性であり且つ流体と同様の光学密度または屈折率を有する材料からなる、請求項３に記載の装置。
【請求項１４】
前記増幅チャンバが、前記管を流れる流体と同じ流体または前記管を流れる流体と同様の屈折率を有する流体のリザーバを含み、前記管が前記リザーバの中を通って延在する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記高反射性内面が、前記増幅チャンバに適合する挿入物上に含まれる、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記挿入物が、
しぼんだ状態で開口を通って前記チャンバへ供給されて前記チャンバ内で膨張する膨張可能な袋体、
開口を通って前記チャンバへ供給されて前記チャンバ内で伸びる螺旋状に巻かれたシート、又は
１つ又は複数の着脱可能な端部キャップを通じて前記チャンバへ供給されるシートである、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
１つ又は複数の端部キャップが、反射性内面を備える端部キャップ挿入物を含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
殺菌性ＵＶ光に対する高反射性内面の反射率が、６０％に等しいか又は６０％を上回る、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
流体の入口と出口用の、増幅チャンバの開口と、
前記開口用のカバーと、
前記増幅チャンバに収容された流体をユーザが断続的に取り出すためのバルブ制御された出口とを更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記一部が、３０％に等しいか又は３０％未満である、請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
流体を浄化する方法であって、
殺菌性紫外線（ＵＶ）光に関して反射性である高反射性内面を含む増幅チャンバに１バッチとして所与の量の流体を供給する、又は前記増幅チャンバの中に所与の量の流体を流し、
前記チャンバ内の流体に対して、前記所与の量の流体を浄化するのに必要なＵＶエネルギーの一部に対応する出力で殺菌性ＵＶ光を供給し、
流体を浄化するのに必要な線量のＵＶ光を流体に供給するために、前記高反射性内面に到達するＵＶ光を、前記増幅チャンバの高反射性内面によって同時に及び本質的に全方向に流体へ繰り返し向け直すことを含む、方法。
【請求項２２】
前記チャンバを包含する袋体を交換することにより、前記高反射性内面を交換することを更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記高反射性内面が、殺菌性ＵＶ光に対して６０％に等しいか又は６０％を上回る反射率を有し、前記一部が、３０％に等しいか又は３０％未満である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記増幅チャンバを取り外す、清浄化する、及び交換することを更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記高反射性内面を挿入物として前記増幅チャンバに提供することを更に含む、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、可搬式浄水装置に関し、より具体的には殺菌有効範囲の紫外線光を利用する可搬式浄水装置に関する。
【０００２】
関連出願に対する相互参照
本出願は、以下の米国特許仮出願に関連する。即ち、Miles Maidenにより２０１３年８月２１日に出願され、PORTABLE WATER PURIFICATION SYSTEM USINGONE OR MORE LOW OUTPUT POWER UV LIGHT SOURCESと題する米国特許仮出願第６１／８６８２３５号、Miles Maidenにより２０１３年１２月３１日に出願され、PORTABLE WATER PURIFICATIONSYSTEM USING ONE OR MORE LOW OUTPUT POWER UV LIGHT SOURCES AND UV SENSORSと題する米国特許仮出願第６１／９２２１７２号、及びMiles Maidenにより２０１４年５月１日に出願され、FLOW-THROUGH UV WATER PURIFICATION SYSTEMWITH HIGHLY REFLECTIVE INSERTと題する米国特許仮出願第６１／９８７１９４号であり、それらの全ては、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
背景情報
殺菌性紫外線（ＵＶ）光、即ち殺菌有効範囲のＵＶ光を用いて少量の又は数バッチの水を消毒する可搬式浄水装置はよく知られており、非常に人気がある。米国特許第５９００２１２号、米国特許第７６４１７９０号、及び米国特許第８２２６８３１号は、係る装置の例である。袋体、ボトルなどに入れられた水に対してＵＶＣ光を供給するＵＶランプ又はＵＶ・ＬＥＤを用いる装置は、良好に機能する。しかしながら、水の中でＵＵＶＣ光を発生するように動作しているＵＶランプは、比較的非効率的であり、この場合、出力はＵＶランプに供給されている入力電力の約３０％である。ＵＶＣ光を発生するように動作する、現時点で利用可能なＵＶＣ・ＬＥＤは、さらにいっそう非効率的であり、この場合、出力は、ＵＶ・ＬＥＤに供給されている入力電力の約２％である。従って、ＵＶランプ及びＵＶ・ＬＥＤを使用する浄水装置には、所望量の水を浄化するのに必要な線量を発生するためにランプ及びＬＥＤを駆動するための比較的高い入力電力、即ちランプ及びＬＥＤにより生成される実際の出力よりも５〜５０倍大きい入力電力が供給されなければならない。
【０００４】
例えば、電源は、外部電源コンセント、バッテリ、太陽光発電ストリップ、光起電性繊維（布、織物）など、及び／又はそれらの様々な組み合わせとすることができる。可搬式浄水装置は、キャンプする人、ハイカー、旅行者、及び／又は交換用バッテリが手に入らない及び／又は電気・ガス・水道が制限されている又は利用できない地域に居住する人々により使用され得る。従って、バッテリを消耗させることを避けるために及び／又はより大きい太陽光発電を必要とすることを避けるためになど、入力電力の不足に起因した装置の停止時間を最小限にするために、必要な電力という観点からより効率的に動作する可搬式浄水装置を提供することが望ましい。また、より効率的な装置は、ユーザが交換用バッテリを携行する又は交換用バッテリの場所を見つけようとする必要性を低減する、及び／又は必要な能力をより少なくすることによって太陽光発電装置のコスト及び複雑性を低減する。また、より効率的な装置によって、必要なＵＶ光源の数はより少なくなり又は必要なＵＶ光源はより小さくなり、それによって装置のコストも更に低減される。
【０００５】
発明の概要
可搬式浄水装置は、殺菌性ＵＶ光を生成し且つ増幅チャンバに１バッチとして収容された所与の量の流体に当該ＵＶ光を供給する１つ又は複数のＵＶ光源を含む。増幅チャンバは反射性内面を有し、当該反射性内面は、その反射性内面に到達するＵＶ光を同時に及び実質的に全方向に１バッチの流体の中を通って戻るように向け直す。電源は、所与の量の流体を浄化するために必要な全ＵＶエネルギーの少量を１バッチの流体に供給するために１つ又は複数のＵＶ光源を駆動し、増幅チャンバは、反射性内面に到達するＵＶ光を１バッチの流体へ戻るように繰り返し向け直して、流体の浄化を容易にする。
【０００６】
本発明の以下の説明は、添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に従って構成された装置の断面図である。
【図２】本発明に従って構成された装置の代替構成の断面図である。
【図３】本発明に従って構成された装置の代替構成の断面図である。
【図４】図１〜図３の装置の動作に関する流れ図である。
【図５】本発明に従って構成された装置の代替構成の断面図である。
【図６】本発明に従って構成された装置の代替構成の断面図である。
【図７】本発明に従って構成された装置の代替構成の断面図である。
【図８Ａ】図１〜図３における装置のＵＶ光源の代替構成の断面図である。
【図８Ｂ】図１〜図３における装置のＵＶ光源の代替構成の断面図である。
【図９】本発明に従って構成された装置の代替の流水式構成の断面図である。
【図１０】本発明に従って構成された装置の代替の流水式構成の断面図である。
【図１１】図１〜図３及び図５〜図７の装置に含まれ得る着脱可能な袋体の断面図である。
【図１２】図１〜図３及び図５〜図７の装置に含まれ得る着脱可能な袋体の断面図である。
【図１３】高反射性挿入物を備える流水式構成の断面図である。
【図１４】着脱可能な端部キャップを備える図１３の構成を示す図である。
【図１５】膨張可能な挿入物を備える図１３の構成を示す図である。
【図１６】着脱可能な反射チャンバを備える流水式構成を示す図である。
【０００８】
例示的な実施形態の詳細な説明
さて、図１を参照すると、装置（システム）１００は、浄化されるべき流体を受容するための増幅チャンバ１２を有する袋体１０を含む。増幅チャンバ１２は、殺菌性ＵＶ光に関して高反射性である内面１４を有する。増幅チャンバ１２は更に、流体が増幅チャンバに入るための入口、及び流体が増幅チャンバから出るための出口の双方に使える開口１８を有する。必ずしも備える必要は無いけれども、ＵＶ反射性内面１９を備えることができるカバーは好適には、殺菌性ＵＶ光を発生するために１つ又は複数のＵＶ光源１６を動作させる前に開口１８を閉じて、１バッチとして流体を密封する。電源２０が１つ又は複数のＵＶ光源１６を駆動して、増幅チャンバに収容された１バッチの量の流体を浄化するのに必要な全ＵＶエネルギーの少量を、増幅チャンバに収容された１バッチの流体に供給する。増幅チャンバ１２の高反射性内面１４は、その内面に到達するＵＶ光を同時に及び本質的に全方向に流体を通り抜けて戻るように繰り返し向け直し、収容された流体の浄化をもたらす。
【０００９】
例えば、高反射性内面１４は、殺菌性ＵＶ光に対して約９８％の反射率を有する磨き上げられたアルミニウムから作成され得る。殺菌性ＵＶ光に対して、６０％又は約６０％、及び好適には７０％又は約７０％の反射率を有する任意の材料が、高反射性内面１４に利用され得る。
【００１０】
装置１００は、１つ又は複数のＵＶ光源をオンにするための、ユーザにより操作されるスイッチ２１又は水センサによりイネーブル／付勢されるスイッチ（図示せず）を含むことができる。ユーザにより操作されるスイッチ２１は、図面に示されたように電源２０に位置することができるか、或いはカバー１９に又は袋体１０に位置することができる。代案として、カバー１９はスイッチとして働くことができ、そのため、電源２０を１つ又は複数のＵＶ光源１６に接続する回路が、当該カバーが開口１８を閉じるように所定位置にある際に完成する。必要に応じて、タイマー２２を利用して、１つ又は複数のＵＶ光源１６がオンされてから所定時間後に当該ＵＶ光源１６をオフにしてもよい。
【００１１】
１つ又は複数のＵＶ光源１６は、ＵＶ光をチャンバ内に収容された流体に送るだけでなく、反射性内面１４により本質的に全方向から同時に流体を通り抜けて繰り返し向け直されるＵＶ光を阻止することを最小限にするように増幅チャンバ１２内に配置される。以下で詳述されるように、装置１００は、１つ又は複数のＵＶ光源１６を駆動して、増幅チャンバに収容された所与の量の流体を浄化するのに必要な全ＵＶエネルギーの少量のみを生成する。増幅チャンバ１２は、反射性内面１４に到達するＵＶ光を１バッチの流体内へ戻るように繰り返し向け直すことにより、流体の浄化を容易にする。従って、装置１００の電源２０は、対応する少量の入力電力を生成するだけで十分であり及び／又は１バッチの流体が例えば従来の袋体チャンバに収容されている場合に必要とされたものよりも短い時間期間だけ動作するだけで十分である。
【００１２】
図１に示されたように、１つ又は複数のＵＶ光源１６は、チャンバ１８に収容された流体へと広がり且つ反射性内面１４に対する光路の阻止を本質的に最小限するように、増幅チャンバ１２内の所望位置に、本質的には増幅チャンバの中心に吊される。１つ又は複数のＵＶ光源１６は、永久的にチャンバ１２内に配置されることができ、例えば電源２０に接続するために壁を貫通して延びるコード２４によりチャンバ壁から吊され得る。代わりに、１つ又は複数のＵＶ光源１６は、１バッチの流体を浄化するためにチャンバ１２内に配置され、その後チャンバから取り除かれてもよい。
【００１３】
図２に示されるように、１つ又は複数のＵＶ光源１６は、カバー１９の再び密閉できる通路２６を通って、又は代案としてチャンバ壁の再び密閉できる通路（図示せず）を通ってチャンバ１２に設けられ得る。１つ又は複数のＵＶ光源１６が着脱可能である場合、流体レベルセンサ（図示せず）が安全上の理由で装置に含められ、１つ又は複数のＵＶ光源１６が流体内に沈められていない限り、当該ＵＶ光源１６がオンされない又はオン状態を続けないことを保証することができる。
【００１４】
一般に、ＵＶランプ及びＵＶＣ・ＬＥＤはそれぞれ、約３０％及び２％の推定効率を有する。従って、ＵＶランプは、流体に必要とされる出力の約３．３倍の入力電力により駆動されなければならないが、ＵＶ・ＬＥＤは、必要な出力の約５０倍の入力電力を供給される必要がある。
【００１５】
１バッチの流体を浄化するために必要なＵＶエネルギーは、１５ｍＪ／ｃｍ２〜５０ｍＪ／ｃｍ２の範囲内である。ＮＳＦ（National Sanitation Foundation）は、微生物学的浄水に必要な線量を４０ｍＪ／ｃｍ２として規定している。一例として、従来の袋体（即ち、増幅チャンバ１２を備えていない袋体）に保持された１リットルの水に対する、ＵＶランプにより提供される約５０ｍＪ／ｃｍ２のＵＶエネルギーの浄化線量は、水の何らかの撹拌を前提として、ＵＶランプが水に対して約１５３ジュール又は１．７Ｗを９０秒間加えることを必要とする。ＵＶランプに供給される入力電力が、上述した３０％の効率とすれば、５Ｗで９０秒間である。照射後の流体の試験では、流体に９９％をはるかに上回って細菌が無かったことを確認している。９０秒間にわたって１．２５Ｗの入力電力により駆動される２つのＵＶ−Ｃ・ＬＥＤは、約２ジュール又は０．０２Ｗを９０秒にわたって１リットルの水に加えるだけである。従って、このように駆動される２つのＵＶ−Ｃ・ＬＥＤは、従来の袋体に収容された１リットルの水を浄化するのに必要な線量のＵＶ光を供給することができない。言及された入力電力レベルで必要な線量を供給するために、及び２％の推定効率に基づいて、従来の袋体において動作するＵＶ・ＬＥＤを駆動するための入力電力は、約８５Ｗである。
【００１６】
しかしながら、装置１００を用いることによって、反射表面に到達するＵＶ光を、水を通り抜けて戻るように繰り返し向け直す高反射性内面１４を有する増幅チャンバ内で動作する２つのＵＶ−Ｃ・ＬＥＤは、１．２５Ｗの入力電力により９０秒間駆動されて、１リットルの水を首尾よく浄化することができる。照射された水が、従来の袋体に収容された水に１５３ジュールを供給するＵＶランプにより達成されたものと本質的に同じレベルの浄化を達成していることが、試験により明らかになった。従って、装置１００を用いることにより、２つのＵＶ・ＬＥＤは、増幅チャンバ１２に収容されている１リットルの水に対して、従来の袋体に保持された１リットルの水にＵＶランプにより加えられる出力の約１．３％を加え、それにも関わらず装置１００は、収容された水を５０ｍＪ／ｃｍ２のＵＶエネルギーに関連した浄化レベルまで処理する。このように、装置１００は、従来の袋体において１つ又は複数のＵＶ光源１６を駆動するのに必要な入力電力のほんの約２５％、及び従来の袋体において所望の浄化に必要なＵＶエネルギーのほんの約１．３％でもって、所望の浄化をもたらす。
【００１７】
装置１００は、増幅チャンバ１２内に１バッチとして保持された１リットルの水を浄化するために、１リットルの水に約２０ｍＷを９０秒〜１２０秒にわたって加えるように１つ又は複数のＵＶ光源１６を動作させることができる。このように、装置１００は、少ない数のＶＵ・ＬＥＤ、例えば１つ又は２つのＵＣ−Ｃ・ＬＥＤでもって効率的に動作することができ、この場合、電源２０は、ミリワットの小さい数（例えば、５０ｍＷ）の入力電力を供給してＵＶ・ＬＥＤを駆動する。代案として、装置１００は、同様に低減された出力でＵＶランプを動作させることができ、この場合、電源２０は同様に、ミリワット又は小さい数のワット（例えば、１０Ｗ）の入力電力をＵＶランプに供給する。
【００１８】
装置１００は、増幅チャンバに収容された所与の量の流体を浄化するために必要とされる全ＵＶエネルギーの一部を増幅チャンバ１２内の流体に供給するために、１つ又は複数のＵＶ光源１６を駆動する。当該一部は、高反射性内面１４の反射率に依存して、３０％又は３０％未満とすることができる。高反射性内面１４が殺菌性ＵＶ光に対して９８％又は約９８％の反射率を有する磨き上げられたアルミニウムである例において、当該一部は、１％又は約１％である。７０％に近づくことができる反射率を有する別の材料またはそれほど磨き上げられていないアルミニウムの表面を用いると、当該一部は３０％に近づくかもしれない。
【００１９】
このように低減された入力電力で動作することができる装置１００は、太陽光発電を用いて効率的に動作することができる。ここで、図３及び図４も参照すると、電源２０は、１つ又は複数の太陽光発電ストリップ、又は図示されたような光起電性繊維（布、織物）２８からなることができる。太陽光発電ストリップ又は光起電性繊維は、袋体１０を保持するバックパック２００へ組み込まれ得る。バックパック２００へ組み込まれた袋体１０は、ユーザが浄化された流体を断続的に取り出すことができるように、増幅チャンバ１２からのバルブ制御された出口２０２を提供する。従って、ユーザは、既知の方法でライン２０４及びバルブ２０６を通じて、浄化された流体を取り出すことができる。装置１００は、袋体に収容された流体が浄化されたことをユーザに知らせるディスプレイ（図示せず）を含むことができる。代案として、装置は、袋体に収容された流体が浄化されない限り、バルブ及びラインを通じて流体を取り出すことを阻止してもよい。
【００２０】
バックパック２００に入れられた装置１００を使用するために、ユーザは、袋体１０の増幅チャンバ１２を、入口１８を介して所与の量の流体で満たし（ステップ４００）、装置１００をオンにする。装置は、例えば必要なワット又はミリワットの入力電力が太陽光発電の電源２０から利用可能である際に、収容された流体を浄化するように動作する。装置は、増幅チャンバに収容された１バッチの流体を浄化するのに必要なＵＶ出力の一部である出力に対応する入力電力でもって１つ又は複数のＵＶ光源１６を駆動する（ステップ４０２）。増幅チャンバの反射性内面が、内面に到達するＵＶ光を１バッチの流体へ同時に全方向に繰り返し向け直して、流体を浄化する（ステップ４０４）。次いで、装置又はユーザは、例えば光源がオンされてから所定時間後に、１つ又は複数のＵＶ光源をオフにする（ステップ４０６）。
【００２１】
必ずしも必要ではないが、袋体１０はフレキシブルとすることができる。チャンバ１２の反射性内面１４は、装置の動作に悪影響を与えずに、袋体が撓む際にしわくちゃになることができるか、又は折り目を付けられ得る。反射性内面１４は、アルミニウムから作成され得るか、又は反射性内面を酸化から守るためにテフロン（登録商標）のような高ＵＶ透過コーティングで被覆され得る。ＵＶＣ光に非透過性である、袋体材料の全て又は一部は、可視光に対して透過性とすることができ、そのためユーザは、例えば充填線まで袋体を再充填する際にどれぐらいの量の水が袋体の中にあるかを見て判断して、装置を動作させることができる。反射性袋体は、使い捨てできるように設計されることができ、ひいては高レベルのＵＶ反射率が時間と共に及び複数回の使用にわたって維持されることを保証するために、ユーザが袋体を交換することができる。
【００２２】
ここで、図５を参照すると、袋体１０は、フレキシブル又は剛性のボトル３００内に入れられることができる。上述したように、袋体１０は、以下に限定されないが、ボトル内でフレキシブルとすることができ、増幅チャンバ１２の反射性内面１４は、装置の動作に悪影響を与えずに、しわくちゃになることができる。剛性の容器３００は、１つ又は複数のＵＶ光源１６を駆動するのに必要な電力を供給する１つ又は複数の太陽光発電ストリップ５６を支持することができる。
【００２３】
電源２０は、例えば太陽光発電により再充電され得る、又は外部コンセントを通じて再充電され得る１つ又は複数のバッテリ（図示せず）からなることができる。代案として、電源は、太陽光発電または外部コンセントにより充電される超コンデンサ（図示せず）とすることができる。コンデンサは、流体を浄化するのに必要な全線量のＵＶエネルギー用の大きさになることができるか、又はコンデンサは代わりに多数回にわたって増幅チャンバ１２にＵＶエネルギーを供給するように１つ又は複数のＵＶ光源１６を繰り返し駆動するために何度も再充電され得る。マイクロプロセッサ（図示せず）が装置１００内に含められて、装置１００により必要なＵＶエネルギーが多数回にわたって何時供給されるかを判断することができる。説明されたように、ＵＶ光源１６を駆動するための電力は代わりに、電気コンセント、燃料電池、クランク発電機などのような様々な外部電源により供給されてもよい。
【００２４】
図６に示されるように、１つ又は複数のＵＶ光源１６は代わりに、増幅チャンバ１２の壁に埋め込まれる又は取り付けられることができ、この場合、光源の表面６０は、チャンバ壁から、増幅チャンバに収容された流体へＵＶ光を方向付ける。特に、１つ又は複数のＵＶ光源１６の表面６０は反射性内面１４の比較的小さい部分だけを費やし、ひいては表面６０は装置の動作に悪影響を及ぼさない。代案として、１つ又は複数のＵＶ光源１６は、チャンバ壁において１つ又は複数の対応する大きさのＵＶ透過ウィンドウ（図示せず）の背後に設けられてもよい。ＵＶ光源が水の中に配置される場合、水は、ヒートシンクとして働くことができ、それにより装置に追加されるべき大型の外部ヒートシンクの必要性がなくなる。更に、ＵＶ光を放射しないＵＶ光源の表面の領域は、装置の性能を高めるためにＵＶ反射性材料で覆われることができる。
【００２５】
図７に示されるように、装置１００は、より大きな微生物（細菌）を除去する及び／又は濁りを低減するために、袋体へ流入する水を事前フィルタリングするフィルタ７０を含むことができる。フィルタは、袋体の一部とするこができるか、又は使用後に袋体から取り外され得る。フィルタは例えば、米国特許第８１９７７７１号に記載されたようなフィルタとすることができる。
【００２６】
説明されたように、カバー１９は、以下に限定されないが、ＵＶ光を反射する内面を含むことができる。更に、空気／流体の境界は流体からＵＶ光が出ることを阻止するので、反射性内面１４は、装置の動作に悪影響を及ぼさずに、増幅チャンバ１２の所定の最大流体レベルよりもほんの僅かに上に延在することができ、非反射性内面（図示せず）が流体の線より上に延在することができる。代案として、反射性内面１４が増幅チャンバ１２の内部の全体にわたって延在してもよい。また、流体の充填線は、増幅チャンバの上端に又は上端の近くに位置して、浄化されるべき１バッチの流体がチャンバを本質的に満たすことを保証することができる。
【００２７】
電源２０は、パルス幅変調を用いて動作することができるか、又は電源で連続して動作することができる。増幅チャンバ１２は、１リットルより大きい容量（例えば１ガロン又は５ガロン）を有することができ、電源２０は、対応するより高い入力電力で（例えば大きい数のミリワット及び／又は２４０秒以上のようなより長い時間期間）１つ又は複数のＵＶ光源１６を駆動する。時には、増幅チャンバは、流体の定格容量よりも少なく充填されてもよく、ユーザが手動で又は装置が自動的に、それに応じて線量の持続時間を変更することができる。
【００２８】
浄化動作中に適切な線量を保証するために、増幅チャンバ内のＵＶ光の強度を測定することが望ましいかもしれない。ここで、図８Ａを参照すると、複数のＵＶ・ＬＥＤ８６が、クラスター（塊）８０で構成されることができ、この場合、個々のＵＶ・ＬＥＤ光源が様々な方向に向いている。１つ又は複数のＵＶ・ＬＥＤ８６は、デュアルモードで動作し、第１のモードにおいてＵＶ・ＬＥＤはＵＶ光の光源として動作し、第２のモードにおいてＵＶ・ＬＥＤはＵＶ光センサとして動作する。第１のモードの動作では、ＵＶ・ＬＥＤは、従来の通り、供給電圧に応答してＵＶ光を放出する。第２のモードの動作では、所与のＵＶ・ＬＥＤは、本質的にフォトダイオードとして機能し、ＵＶ光の受光に応じて、ＵＶ光の強度で変化する電流を生成する。
【００２９】
浄化動作中、１つ又は複数のデュアルモードのＵＶ・ＬＥＤは、短い時間期間の選択された時間（例えば、各１秒の動作の中から１ミリ秒）にＵＶセンサとして動作し、各秒の残りの部分の間に連続モード（ＣＷモード）又はパルス幅変調モードでＵＶ光放出器として動作する。例えば、装置は、所与の方向に向いている１つのＵＶ・ＬＥＤを第１のミリ秒間ＵＶセンサとして動作させ、必要に応じて異なる方向に向いている第２のＵＶ・ＬＥＤを次のミリ秒間ＵＶセンサとして動作させるなどすることができる。装置は、１つ又は複数のデュアルモードＵＶ・ＬＥＤにより生じた電流を測定し、測定結果に基づいてチャンバ内のＵＶ光の強度を求める。複数のＵＶ・ＬＥＤがＵＶセンサとして動作する場合、関連した強度測定値が平均化されて、増幅チャンバ内のＵＶ光の強度を求めることができる。
【００３０】
説明されたように、増幅チャンバのＵＶ光の強度は本質的に一様であり、それ故に強度は、チャンバ内のどこででも測定され得る。これは、ＵＶ光の強度が本質的に最悪の場合の線量を測定するためにＵＶ光源から流体の最も離れた所で測定される既知の従来の装置とは対照的である。
【００３１】
図８Ｂを参照すると、クラスター８０の代替の構成は、ＵＶ・ＬＥＤ８６の間に置かれたＰＩＮダイオード又はフォトトランジスタのような１つ又は複数の専用のフォトセンサ８８を含む。この構成において、ＵＶ・ＬＥＤ８６は常に従来の光放出器として動作し、フォトセンサはチャンバ内のＵＶ光の強度を測定するように動作する。複数のフォトセンサが利用される場合、フォトセンサは、異なる方向からのＵＶ光を検知するために、クラスターの周りの様々な位置関係において構成される。代案として、ＵＶセンサは、チャンバ１２内の他の場所に配置されてもよい。しかしながら、クラスター内にセンサを配置することの利点は、ＵＶ・ＬＥＤ及びＵＶセンサに関連する電子回路が同一場所に配置される点である。
【００３２】
ＵＶ・ＬＥＤ、デュアルモードＵＶ・ＬＥＤ及び／又はＵＶセンサの何れかの構成において、ＵＶ光の強度の測定値は、増幅チャンバ内の１つ又は複数の方向に関して提供される。強度値は、複数の方向からの測定値が利用可能である場合には平均化され得る。次いで、測定値は、浄化のための既知の必要なＵＶエネルギーレベルと比較され、必要に応じて、浄化動作は、適切な線量を保証するために或る時間期間にわたって延長され得る。例えば、収容された流体が比較的高いレベルの微粒子を有する場合に生じるかもしれない、センサの測定値が所定閾値未満のＵＶ強度レベルを示す状況において、装置は、浄化動作を中断して、ユーザに早期終了を通知する。
【００３３】
図９を参照すると、代替の実施形態において、処理されている液体がチャンバを通過する経路を提供する１つ又は複数の管９２（１つが示される）を、流水式増幅チャンバ９０が含む。薄肉で比較的小径の管は、ＵＶ光に対して透過性であり且つ処理されている液体と同様の光学密度または屈折率を有する材料から作成される。当該例において、液体は水であり、管はテフロン（登録商標）から作成される。
【００３４】
管９２は、処理されている液体（この例において、水）と本質的に同じタイプからなる液体を包含する永続的（流れない）リザーバ９４を通り抜けることができる。このように、リザーバは、処理されていない水、処理された水、蒸溜された水などを包含することができる。リザーバは、チャンバの長さを伸ばし、管９２を液体で覆うために十分に深い。１つ又は複数のＵＶ光源（当該例において、ＵＶ・ＬＥＤ９６（１つが示される））によりチャンバ９０に供給されるＵＶ光は、上述したように、流水式増幅チャンバの壁により全方向にリザーバ内へ反射される。リザーバ内の液体と同様の屈折率を有する管は本質的に、液体内に消滅する。その理由は、リザーバ内の管と液体の境界が、管上でのＵＶ光の入射角に関係なく、リザーバへ戻るようにＵＶ光を反射しないからである。代わりに、ＵＶ光は、管を通過して、管内を流れる水へ全方向で入る。
【００３５】
必要なＵＶ処理線量は、水がチャンバ９０内に留まらなければならない時間に左右され、ひいては管９２は、処理を保証するために適切な大きさになっている。また、各管は、管を流れる水の全てが本質的に同じ速度で流れ、ひいては同じレベルのＵＶ処理を受けることを保証するような大きさ及び形状（即ち、螺旋状に巻かれた）になっている。説明されたように、管は比較的小さい直径を有し、長さは所与の液体圧力において処理に必要な時間によって決定される。
【００３６】
また、図１０を参照すると、管９２は、流水式増幅チャンバ９０を通過する、より長い経路を提供するために、コイル状にすることができる。このように、流水式増幅チャンバは、水の処理に悪影響を及ぼさずに、それに応じてより短く作成され得る。
【００３７】
当該例において、リザーバ９４は水で満たされ、このため、リザーバ内の水は、流水式増幅チャンバ９０内のＵＶ光によりバッチモードで処理される。従って、１つ又は複数の処理サイクル後、リザーバ内の水は、飲水、料理などのようないかなる目的に対しても使用され得る。このように、リザーバは、最初の処理サイクルの開始時に、浄化されていない水で満たされることができ、必要に応じて、複数の処理サイクルにわたって同じ（今処理されている）水で満たされたままにすることができる。代案として、リザーバは、必要に応じて、管に使用されるテフロン（登録商標）の屈折率にいっそう良くマッチングする蒸留水で最初に満たされてもよい。
【００３８】
同様の大きさの装置又はより大型の装置（図示せず）において、チャンバ９０は必ずしも反射性でなくてもよい。管９２は、チャンバ内に保持された液体（ここでは水）の永続的リザーバ９４内において、チャンバを介して処理されるべき液体の流れを方向付けるために同じように動作する。説明されたように、必要なＵＶ線量は、水がチャンバ内に留まらなければならない時間量を決定し、本質的に水の中で消滅するＵＶ透過型の管は、チャンバを通過する水の全てが本質的に同じ量のＵＶ光で処理されることを保証するような大きさ及び形状になっている。チャンバが反射性でない場合、処理に必要な時間はより長くなり、流速はより遅くする必要があり、及び／又は管により画定される経路は、液体が必要な線量に関してチャンバ内に留まることを保証するために十分に長くなる必要がある。
【００３９】
説明されたように、管９２は、流れる液体（この例において水）のむらのある処理を防止する。従来の大型の又はさらにより小型の流水式装置において、処理されるべき流体の一部は一般に、流水式チャンバの中を迅速に進むが、残りの液体はチャンバに入って本質的に脇へ押しやられ、ひいてはチャンバの中をさらにゆっくりと進む。管は、チャンバを通る係る不均一な流れを防止し、管がリザーバ内に水没していることにより、９０°以外の角度で管に到達するＵＶ光の反射が防止される。このように、チャンバを通る経路を提供するためにリザーバの中を通って延在する適切な大きさの管を使用することにより、チャンバの中を流れる水の全てがＵＶ光の必要なＵＶ線量に対して処理されることが保証される。
【００４０】
リザーバ９４は必ずしもチャンバ９０を満たさなくてもよいかもしれない。リザーバ内の液体は好適には、ＵＶ光源と接触していない状態のままであり、当該例において、１つ又は複数のＵＶ光源は、ＵＶ・ＬＥＤ９６である。代案として、ＵＶ光源は防水型とすることができ、リザーバ内へ延在することができる。
【００４１】
ここで、図１１及び図１２を参照すると、図１〜図３、図５〜図７の何れか又は全てのバッチ装置は、ＵＶ光に透過性である材料から作成され且つ増幅チャンバ１２の内側に適合する薄肉の着脱可能な袋体１１０を含むことができる。当該例において、着脱可能な袋体は、テフロンから作成され、チャンバ壁に塗布されるテフロンのコーティングの代わりに又は当該コーティングに加えて使用され得る。着脱可能な袋体１１０は、次のバッチの液体が処理される前に、清浄にするためにチャンバから取り外され得る。また、着脱可能な袋体は、処理された水を貯蔵するためにも利用することができ、この場合、別の袋体が次のバッチを処理するために挿入されるなどである。
【００４２】
着脱可能な袋体１１０は、必ずしも必要ではないが、増幅チャンバ１２の壁に対してぴったり合うことができる。着脱可能な袋体がチャンバよりも小さい場合、壁と着脱可能な袋体との間の間隙１１２は、必ずしも必要ではないが、処理されている液体と同じ液体または処理されている液体と同様の屈折率を有する液体で満たされ得る。当該例において、処理されている液体は水であり、間隙は水または蒸留水で満たされ得る。
【００４３】
着脱可能な袋体１１０は、それに加えて又は代わりに、アルミニウムのボトル、水差しなどのような、水の処理に利用される剛性の容器において利用されることができ、これにより容器のアルミニウム壁からの保護を提供し、ひいては処理された水における偶発的なアルミニウムの摂取が防止される。また、着脱可能な袋体は、処理された水を貯蔵するためにも使用されることができ、この場合、別の着脱可能な袋体が次のバッチの水のために挿入されるなどである。説明されたように、着脱可能な袋体と容器の壁との間の何らかの間隙は、必ずしも必要ではないが、同じ液体または類似した屈折率の液体で満たされ得る。
【００４４】
ここで、図１３〜図１５を参照すると、高反射性内面を備える挿入物１３０が、浄水装置の従来の流水式チャンバ１３０２へ組み込まれて、流水式チャンバに反射性内面１３２を提供することができる。裏打ちしたチャンバは、図９〜図１０に関連して上述されたように、水が入口１３１８を介してチャンバへ流入し、出口１３２１を介してチャンバから出る際に、アップグレードされた性能および／または低電力ＵＶ光源の使用という観点から、大幅に増大した効率を提供する。
【００４５】
従来の流水式浄水装置は一般に、ステンレス鋼から作成された流水式チャンバ１３０２を利用し、それ故に壁１３０１は、ＵＶ光に対して約４０％の反射率を有する。従来の装置の効率を大幅に増大させるために、ユーザは、挿入物１３０を挿入して、高反射性内面１３２でチャンバを裏打ちする。次いで、裏打ちされたチャンバは、流水式増幅チャンバとして動作し、装置は低電力のＵＶ光源（図示せず）を利用して、元の装置の流速で水を浄化することができる。代案として、裏打ちされたチャンバを利用する装置は、元の装置と同じＵＶ光源１３０４を用いて動作し、裏打ちされたチャンバを通過する流速を増大することによって、より大量の水を浄化することができる。
【００４６】
図１４に示されるように、挿入物１３０は、ＵＶ光に対して高反射性であるアルミニウム又は他の材料からなる比較的薄いシートから形成された円筒体とすることができる。挿入物１３０は、チャンバ１３０２への挿入のために、挿入物１３０の外径が渦巻きにすることによってより小さくなることができるように、フレキシブルとすることができる。代案として、挿入物１３０は剛性とすることができ、チャンバの内径に合わせた大きさの開口を通じて挿入され得る。
【００４７】
更に図１４を参照すると、使用前に、挿入物１３０は、必要に応じて、開口端部１３０５のような開口を通じた流水式チャンバ１３０２への挿入に適した直径へと螺旋状に巻かれ（丸められ）得る。流水式チャンバ１３０２は例えば、円筒体１３１の清浄および導入のために取り外されることができる１つ又は複数の端部キャップ１３０６を含むことができる。従って、円筒体１３１は、必要に応じて、チャンバ１３０２の内径よりも僅かに小さい直径まで螺旋状に巻かれる。代案として、挿入物１３０は、水が流れるための開口１３０８を通じて導入されてもよく、そのため挿入物は、より小さい開口を通り抜けるために、より密に螺旋状に巻かれる。フレキシブルな挿入物１３０は、ひとたびシートが開口を通過するやいなや巻いている状態から伸びるように設計されており、そのため小さい開口端部１３０５又は必要に応じて水の流れる開口１３０８によって、もはや束縛されない。
【００４８】
説明されたように、チャンバの端部は、端部の取り外しによって、チャンバの内径と本質的に同じ直径を有する開口がもたらされるような大きさにすることができる。次いで、挿入物１３０が開口端部を通ってチャンバの中に滑り込むように、挿入物１３０は剛性またはフレキシブルの場合には伸びた状態のままとすることができる。
【００４９】
挿入物１３０は、ひとたびチャンバ１３０２内の所定位置につけば、チャンバを裏打ちして高反射性内面１３２を提供し、その結果、裏打ちされたチャンバが流水式増幅チャンバとして本質的に動作し、ひいては上述した効率を提供する。挿入物のシートは、テフロン又は別のＵＶ透過性材料の薄膜（図示せず）で被覆されて、水とアルミニウムとの接触を防止することができる。
【００５０】
代案として、図１５に示されたように、挿入物１３０は、ＵＶ光に対して高反射性である材料（例えばアルミニウムなど）から作成された薄肉の膨張可能な成形袋体１３３とすることができる。袋体１３３は、水が流れる開口１３０８のような開口を通じて、しぼんだ状態で流水式チャンバ１３０２内へ導入される。ひとたびチャンバの内部に位置すれば、袋体１３３は、膨張して本質的にチャンバに適合し、高反射性表面１３２でチャンバを裏打ちする。成形袋体は、例えば流水式チャンバの端部が取り外し可能でない装置において使用され得る。袋体１３３は、袋体が膨張後に所定位置に保持されるように、チャンバ壁に面する表面上に接着剤（図示せず）を含むことができる。代案として又はそれに加えて、袋体は、少なくとも高反射性内面１３２を形成する側においてテフロンのようなＵＶ透過性材料で被覆されて、水とアルミニウムとの接触を防止することができる。
【００５１】
ここで図１６を参照すると、流水式装置は、高反射性内部表面１６１１を備える交換可能な円筒体１６１２、及び例えばネジ式係合、圧力ばめ又は他の既知の取り付け機構により当該円筒体に取り付けられる着脱可能な端部キャップ１６１４からなる増幅チャンバ１６０２と共に構成され得る。着脱可能な端部キャップは、開口１６１６又はＵＶ光源用の透過性の窪み（図示せず）、及び水の入口と出口用の開口１６１８を含む。適切な時期に、端部キャップ１６１４は円筒体１６１２から取り外されて、次いで円筒体は、高反射性内部を有する別の本質的に同一の円筒体に置き換えられ得る。
【００５２】
例えば、円筒体１６１２は、内部表面が傷ついた又は損傷した場合に交換され得る。代案として、円筒体の内部表面が清浄化されることを必要とすることがあり、装置の休止時間を最小限にするために、当該円筒体が一時的に交換され得るか、又は使い捨てできる場合には、恒久的に交換され得る。
【００５３】
上述したように、円筒体１６１２の高反射性内面１６１１は、磨き上げられたアルミニウム、磨き上げられたアルミニウムで内側または外側を被覆された石英などとすることができる。交換円筒体の反射性内面は、必ずしも必要ではないが、装置から取り外された円筒体に使用されているものと同じ材料から構成され得る。
【００５４】
端部キャップ１６１４は、高反射性内部表面１６１１を備える交換可能な円筒体１６１２、及び例えばネジ式係合、圧力ばめ又は他の既知の取り付け機構により当該円筒体に取り付けられる着脱可能な端部キャップ１６１４からなる反射性増幅チャンバ１６０２を必ずしも備えていなくてもよい。着脱可能な端部キャップは、開口１６１６又はＵＶ光源用の透過性の窪み（図示せず）、及び水の入口と出口用の開口１６１８を含む。適切な時期に、端部キャップ１６１４は円筒体１６１２から取り外されて、次いで円筒体は、高反射性内部を有する別の本質的に同一の円筒体に置き換えられ得る。端部キャップ１６１４の内面１６２０は、反射性材料で被覆され得るか、及び／又は高反射性内面１６２４及び当該端部キャップの開口１６１６と１６１８に適合する切り欠き１６２６と１６２８を有する挿入物１６２２とすることができ、挿入物１６２２は各端部キャップに取り付けられ得る。挿入物１６２２は、永久的に又は着脱可能に端部キャップに取り付けられ得る。
【００５５】
代わりに、交換可能な円筒体は、入口および出口の管またはパイプが円筒体および端部キャップから取り外されるように水の入口と出口開口１６１８を含むことができ、端部キャップは、開口１６１８を備えないように再構成され、円筒体を交換するために取り外される。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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