(57)【要約】  例示的な流体殺菌装置及び方法の態様を説明する。一態様は、反射チャンバと、流体を反射チャンバ内に導入する流体チャネルと、殺菌放射線を前記チャンバ内に出力するように配置された放射線源と、を備える殺菌装置である。前記本体は、入口及び出口を含み得る。例えば、入口は、第１速度の流体を受容するように前記本体を通過して延び得る。前記反射チャンバは、前記流体を前記本体から排出するように、前記反射チャンバの端部を通過して延び得る。本例において、流体チャネルは、前記入口からの前記流体を、前記第１速度より遅い第２速度で前記反射チャンバ内に導入し得る。放射線源は、前記反射チャンバ内に前記殺菌放射線を前記出口に向けて出力するように配置され得る。
2020521556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口と、反射チャンバと、出口とを含む本体と、
前記本体内の流体チャネルと、
前記反射チャンバ内に殺菌放射線を前記出口に向けて出力するように配置された放射線源と、
を備える流体殺菌装置であって、
前記入口は、第１速度の流体を受容するように前記本体を通過して延び、
前記反射チャンバは、前記本体の軸に沿って延び、
前記出口は、前記流体を前記本体から排出するように、前記反射チャンバの端部を通過して延び、
前記流体チャネルは、前記入口からの流体を、前記第１速度より遅い第２速度で前記反射チャンバ内に導入する、
流体殺菌装置。
【請求項２】
前記入口の少なくとも開口部は、前記軸に対して略横方向に延びる、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記出口の少なくとも開口部は、前記軸と略平行である、
請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記出口の少なくとも開口部は、前記軸と同軸である、
請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記放射線源は前記軸と同軸であることにより、殺菌放射線の一部が前記流体とともに前記出口から排出される、
請求項３又４はに記載の装置。
【請求項６】
前記排出された殺菌放射線の一部は、前記装置の下流において前記流体を更に殺菌する、
請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記軸を横切る前記反射チャンバの断面は、円形である、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記本体及び前記反射チャンバは、前記軸に沿って類似の形状部又は容積部を含む、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記類似の形状部又は容積部は、円筒状、円錐状、多角形、ピラミッド状、球状、又はプリズム状である、
請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記反射チャンバ及び前記放射線源の寸法は、前記殺菌放射線が前記反射チャンバ内の全体にくまなく分布するように構成される、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記軸は、前記本体の第１端部と前記本体の第２端部との間で延び、
前記放射線源は、前記第１端部に配置され、
前記反射チャンバは、前記第１端部と前記第２端部との間に配置され、
前記出口は、前記第１端部を通過して延びる、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記入口は、前記第１端部に隣接する、
請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記反射チャンバの内面は、紫外線反射材料を含む、
請求項１乃至１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
前記反射チャンバは、長さ及び直径を有し、
前記直径で割った前記長さは、およそ０．５乃至およそ２に等しい、
請求項１乃至１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
前記直径で割った前記長さは、およそ０．５乃至およそ３に等しい、
請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記流体チャネルは、少なくとも部分的に前記反射チャンバを包囲する、
請求項１乃至１５のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
前記反射チャンバは、前記軸に沿って前記本体内で延びる内部構造体により規定される、
請求項１乃至１６のいずれかに記載の装置。
【請求項１８】
前記放射線源は、単数又は複数の点光源を含む、
請求項１乃至１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
前記単数又は複数の点光源は、殺菌放射線を、全体的に前記軸と平行な方向において放出する、
請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記装置は、前記放射線源と前記反射チャンバとの間に配置された窓を更に備え、
前記殺菌放射線は、前記窓を通過する、
請求項１乃至１９のいずれかに記載の装置。
【請求項２１】
前記窓は、前記放射線源を前記流体からシールする、
請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記殺菌放射線は、およそ２００ｎｍ乃至およそ３２０ｎｍの波長を有する、
請求項１乃至２１のいずれかに記載の装置。
【請求項２３】
前記殺菌放射線は、およそ２３０ｎｍ乃至およそ３００ｎｍのピーク波長を有する、
請求項１乃至２１のいずれかに記載の装置。
【請求項２４】
前記放射線源は、紫外線ＬＥＤである、
請求項１乃至２３のいずれかに記載の装置。
【請求項２５】
前記放射線源は、レンズを有する、
請求項１乃至２４のいずれかに記載の装置。
【請求項２６】
本体の入口からの第１速度の第１流体を、前記第１速度より遅い第２速度で反射チャンバ内に導入するステップと、
前記反射チャンバ内に出口に向けて出力された殺菌放射線で、前記流体を露光するステップと、
前記反射チャンバの端部を貫通して延びる前記出口を介して、前記流体を前記本体から排出するステップと、
を備える流体殺菌方法。
【請求項２７】
前記本体は、流体チャネルを備え、
前記流体を導入する前記ステップは、前記流体を前記流体チャネルを介して導入するステップを備える、
請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記反射チャンバは、長さ及び直径を有し、
前記直径で割った前記長さは、およそ０．５乃至およそ２に等しい、
請求項２６又は２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記直径で割った前記長さは、およそ０．５乃至およそ３に等しい、
請求項２６又は２７に記載の装置。
【請求項３０】
前記入口及び前記出口は、前記本体の一端部に配置され、
前記流体を導入する前記ステップは、前記入口からの前記流体を軸に沿った第１方向において導くステップと、前記流体を前記軸に沿った第２方向において前記反射チャンバに導くステップと、を更に備え、
前記第１方向は、前記第２方向と異なる、
請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記流体を導入する前記ステップは、前記流体を前記第１方向から前記第２方向に導くステップを更に備える、
請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記流体を前記流体チャネルを介して導入する前記ステップは、前記流体が少なくとも部分的に前記反射チャンバを包囲するようにさせるステップを備える、
請求項２７乃至３１のいずれかに記載の方法。
【請求項３３】
前記流体を前記チャネルを介して導入する前記ステップは、前記流体を、前記本体の内面と前記反射チャンバの外面との間に導入するステップを備える、
請求項２７乃至３２のいずれかに記載の方法。
【請求項３４】
前記第２速度は、前記第１速度の５０％未満である、
請求項２７乃至３３のいずれかに記載の方法。
【請求項３５】
前記流体を前記殺菌放射線で露光する前記ステップは、前記本体に配置された放射線源から前記殺菌放射線を出力するステップを備える、
請求項２６乃至３４のいずれかに記載の方法。
【請求項３６】
前記流体を前記流体チャネルから前記反射チャンバ内へ方向転換させるステップであって、前記本体の内面が前記放射線源に隣接して配置されるステップを更に備える、
請求項２６乃至３５のいずれかに記載の方法。
【請求項３７】
前記殺菌放射線を前記出口に向けて出力するステップを更に備える、
請求項２６乃至３６のいずれかに記載の方法。
【請求項３８】
前記殺菌放射線を、前記放射線源の単数又は複数の点光源から出力するステップを更に備える、
請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記入口は、前記出口に対して略横方向に延び、
前記方法は、前記殺菌放射線の少なくとも一部を流体とともに前記出口から排出するステップを更に備える、
請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
前記殺菌放射線を前記反射チャンバの反射面で反射させるステップを更に備える、
請求項２６乃至３９のいずれかに記載の方法。
【請求項４１】
前記流体を前記殺菌放射線で露光する前記ステップは、前記放射線源と前記反射チャンバとの間に配置された窓を介して、前記殺菌放射線を出力するステップを備える、
請求項２６乃至４０のいずれかに記載の方法。
【請求項４２】
前記殺菌法放射線が、およそ２００ｎｍ乃至およそ３２０ｎｍの波長を有するようにさせるステップを更に備える、
請求項２６乃至４１のいずれかに記載の方法。
【請求項４３】
前記殺菌放射線が、およそ２３０ｎｍ乃至およそ３００ｎｍのピーク波長を有するようにさせるステップを更に備える、
請求項２６乃至４１のいずれかに記載の方法。
【請求項４４】
前記流体を前記殺菌放射線で露光する前記ステップは、紫外線を出力するステップを備える、
請求項２６乃至４３のいずれかに記載の方法。
【請求項４５】
入口と、反射手段と、出口とを含む本体と、
前記本体内の流れ手段と、
前記反射手段内に殺菌放射線を前記出口に向けて出力するための放射線手段と、
を備える流体殺菌装置であって、
前記入口は、第１速度の流体を受容するように前記本体を通過して延び、
前記反射手段は、前記本体の軸に沿って延び、
前記出口は、前記流体を前記本体から排出するように、前記反射手段の端部を通過して延び、
前記流れ手段は、前記入口からの前記流体を、前記第１速度より遅い第２速度で前記反射手段内に導入する、
流体殺菌装置。
【請求項４６】
前記入口の少なくとも開口部は、前記軸に対して略横方向に延びる、
請求項４５に記載の装置。
【請求項４７】
前記出口の少なくとも開口部は、前記軸と略平行である、
請求項４６に記載の装置。
【請求項４８】
前記出口の少なくとも開口部は、前記軸と同軸である、
請求項４６に記載の装置。
【請求項４９】
前記放射線手段は前記軸と同軸であることにより、殺菌放射線の一部が前記流体とともに前記出口から排出される、
請求項４７又は４８に記載の装置。
【請求項５０】
前記排出された放射線の一部は、前記装置の下流において前記流体を更に殺菌する、
請求項４９に記載の装置。
【請求項５１】
前記軸を横切る前記反射手段の断面は、円形である、
請求項４５乃至５０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５２】
前記本体及び前記反射手段は、前記軸に沿って類似の形状部又は容積部を含む、
請求項４５乃至５１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５３】
前記類似の形状部又は容積部は、円筒状、円錐状、多角形、ピラミッド状、又は球状である、
請求項５２に記載の装置。
【請求項５４】
前記反射手段及び前記放射線手段の寸法は、前記殺菌放射線が前記反射手段内の全体にくまなく分布するように構成される、
請求項４５乃至５３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５５】
前記軸は、前記本体の第１端部と前記本体の第２端部との間で延び、
前記放射線手段は、前記第１端部に配置され、
前記反射手段は、前記第１端部と前記第２端部との間に配置され、
前記出口は、前記第１端部を通過して延びる、
請求４５乃至５４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５６】
前記入口は、前記第１端部に隣接する、
請求項５５に記載の装置。
【請求項５７】
前記反射手段の内面は、紫外線反射材料を含む、
請求項４５乃至５６のいずれかに記載の装置。
【請求項５８】
前記反射手段は、長さ及び直径を有し、
前記直径で割った前記長さは、およそ０．５乃至およそ２に等しい、
請求項４５乃至５７のいずれかに記載の装置。
【請求項５９】
前記直径で割った前記長さは、およそ０．５乃至およそ３に等しい、
請求項５８に記載の装置。
【請求項６０】
前記流れ手段は、少なくとも部分的に前記反射手段を包囲する、
請求項４５乃至５９のいずれかに記載の装置。
【請求項６１】
前記反射手段は、前記軸に沿って前記本体内で延びる内部構造体により規定される、
請求項４５乃至６０のいずれかに記載の装置。
【請求項６２】
前記放射線手段は、単数又は複数の点光源を含む、
請求項４５乃至６１のいずれかに記載の装置。
【請求項６３】
前記単数又は複数の点光源は、殺菌放射線を、全体的に前記軸と平行な方向において放出する、
請求項６２に記載の装置。
【請求項６４】
前記装置は、前記放射線手段と前記反射手段との間に配置された透過手段を更に備え、
前記殺菌放射線は、前記透過手段を通過する、
請求項４５乃至６３のいずれかに記載の装置。
【請求項６５】
前記透過手段は、前記放射線手段を前記流体からシールする、
請求項６４に記載の装置。
【請求項６６】
前記殺菌放射線は、およそ２００ｎｍ乃至およそ３２０ｎｍの波長を有する、
請求項４５乃至６５のいずれかに記載の装置。
【請求項６７】
前記殺菌放射線は、およそ２３０ｎｍ乃至およそ３００ｎｍのピーク波長を有する、
請求項４５乃至６６のいずれかに記載の装置。
【請求項６８】
前記放射線手段は、紫外線ＬＥＤを備える、
請求項４５乃至６７のいずれかに記載の装置。
【請求項６９】
前記放射線手段は、レンズを備える、
請求項４５乃至６８のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、流体殺菌装置及び方法に関する。特定の態様には、紫外線（「ＵＶ」）光反応器を含む。
【背景技術】
【０００２】
空気や水等の流体を、微生物を殺し且つ有機汚染物質を分解するように、一定放射線量の殺菌放射線で露光する場合がある。例えば、流体がチャンバ内に導かれ、紫外線がチャンバ内の紫外線ＬＥＤ等の点光源や同様の放射線源から出力され得る。放射線量は、流体が殺菌放射線で露光されるエネルギー量（「Ｑ」（ｍＪ／ｃｍ２））として定義され、放射照度「Ｉ」（ｍＷ／ｃｍ２）に流体滞留時間「ι」（ｓ）を乗じた積として算出される。放射線量Ｑのアスペクトは調整され得る。例えば、紫外線放射照度を増加させることで紫外線の放射線量Ｑを得るように、より強力な紫外線の点光源を使用することができる。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の一態様は、例示的な流体殺菌装置である。本装置は、入口と、反射チャンバと出口と、を含む本体を備え得る。入口は、第１速度の流体を受容するように本体を通過して延び、反射チャンバは、本体の軸に沿って延び、出口は、流体を本体から排出するように、反射チャンバの端部を通過して延びる。装置は、本体内の流体チャネルであって、入口からの流体を反射チャンバ内に導入する流体チャネルを備え得る。例えば、流体は、反射チャンバ内に、流体チャネルによって、第１速度より遅い第２速度で導入され得る。また、装置は、反射チャンバ内に殺菌放射線を出口に向けて出力するように配置された放射線源を備え得る。例えば、源は紫外線ＬＥＤであり得る。
【０００４】
入口は、全体的に軸に対して横方向であり得る。出口は、全体的に軸と平行であり得る。或る態様において、出口は軸と同軸であり得る。放射線源は、軸と同軸であり得る。これにより、殺菌放射線の一部が流体とともに出口から排出される。例えば、排出された放射線の一部が、装置の下流において流体を更に殺菌し得る。軸を横切る反射チャンバの断面は、円形であり得る。本体及び反射チャンバは、軸に沿って類似の形状部又は容積部を含み得る。任意の形状部又は容積部が使用され得る。例えば、類似の形状部又は容積部は、円筒状、円錐状、多角形、ピラミッド状、球状、又はプリズム状であり得る。
【０００５】
反射チャンバ及び放射線源の寸法は、殺菌放射線が反射チャンバ内の全体にくまなく分布するように構成され得る。例えば、反射チャンバは、長さ及び直径を有し得る；直径で割った長さは、およそ０．５乃至およそ２、又はおよそ０．５乃至およそ３に等しくてもよい。或る態様において、軸は、本体の第１端部と本体の第２端部との間で延び得る；放射線源は、第１端部に配置され得る；反射チャンバは、第１端部と第２端部との間に配置され得る；出口は、第１端部を通過して延び得る；入口は第１端部に隣接し得る。
【０００６】
反射チャンバの内面は、紫外線反射材料を含み得る。紫外線反射材料を含む任意のタイプの反射材料が使用され得る。例えば、流体チャネルは、少なくとも部分的に反射チャンバを包囲し得る；反射チャンバは、軸に沿って本体内で延びる内部構造体により規定され得る。別の例として、放射線源は、単数又は複数の点光源を含み得る；単数又は複数の点光源は、殺菌放射線を、全体的に軸と平行な方向において放出し得る。
【０００７】
装置は、放射線源と反射チャンバとの間に配置された窓を備え得る。殺菌放射線は、窓を通過し得る。また、窓は、放射線源を流体からシールし得る。例えば、殺菌放射線は、およそ２００ｎｍ乃至およそ３２０ｎｍの波長を有し得る；又は、およそ２３０ｎｍ乃至およそ３００ｎｍのピーク波長を有し得る。放射線源は、紫外線ＬＥＤであり得るとともに、レンズ等の種々の光学部品を含み得る。
【０００８】
本開示の別の態様は、例示的な流体殺菌方法である。本方法は、本体の入口からの第１速度の第１流体を、第１速度より遅い第２速度で反射チャンバ内に導入するステップと、反射チャンバ内に出口に向けて出力された殺菌放射線で、流体を露光するステップと、反射チャンバの端部を貫通して延びる出口を介して、流体を本体から排出するステップと、を備え得る。或る態様において、第２速度は、第１速度の５０％未満であり得る。
【０００９】
本体は、流体チャネルを備え得る；流体を導入するステップは、流体を流体チャネルを介して導入するステップを備え得る。反射チャンバは、長さ及び直径を有し得る；直径で割った長さは、およそ０．５乃至およそ２、又はおよそ０．５乃至およそ３に等しくてもよい。入口及び出口は、本体の一端部に配置され得る；流体を導入するステップは、入口からの流体を軸に沿った第１方向において導くステップと、流体を軸に沿った第２方向において反射チャンバに導くステップと、を備え得る；第１方向は、第２方向と異なる。例えば、流体を導入するステップは、流体を第１方向から第２方向に導くステップを備え得る。別の例として、流体を流体チャネルを介して導入するステップは、流体が少なくとも部分的に反射チャンバを包囲するようにさせるステップも備え得る。例えば、流体は、本体の内面と反射チャンバの外面との間に導入され得る。
【００１０】
流体を殺菌放射線で露光するステップは、本体に配置された放射線源から殺菌放射線を出力するステップを備え得る。例えば、本方法は、流体を流体チャネルから反射チャンバ内へ方向転換させるステップであって、本体の内面が放射線源に隣接して配置されるステップを備え得る。本方法は、殺菌放射線を出口に向けて、例えば放射線源の単数又は複数の点光源から出力するステップを備え得る。入口は、全体的に出口に対して横方向であり得る。また、本方法は、殺菌放射線の少なくとも一部を流体とともに出口から排出するステップも備え得る。また、本方法は、殺菌放射線を反射チャンバの反射面で反射させるステップを備え得る。或る態様において、流体を殺菌放射線で露光するステップは、放射線源と反射チャンバとの間に配置された窓を介して、殺菌放射線を出力するステップを備え得る。例えば、殺菌放射線は、およそ２００ｎｍ乃至およそ３２０ｎｍ、又はおよそ２３０ｎｍ乃至およそ３００ｎｍの波長を有し得る。これにより、流体を殺菌放射線で露光するステップは、紫外線を出力するステップを備え得る。
【００１１】
本開示の更に別の態様は、別の流体殺菌装置である。本装置は、入口と反射手段と出口とを含む本体を備え得る。入口は、第１速度の流体を受容するように本体を通過して延び、反射手段は、本体の軸に沿って延び、出口は、流体を本体から排出するように、反射手段の端部を通過して延びる。装置は、本体内の流れ手段であって、流体を入口から反射手段内に導入する流れ手段を備え得る。流体は、流れ手段によって、第１速度より遅い第２速度で反射手段内に導入され得る。また、装置は、反射手段内に殺菌放射線を出口に向けて出力するための放射線手段を備え得る。
【００１２】
入口は、全体的に軸に対して横方向であり得る。出口は、全体的に軸と平行であり得る。或る態様において、出口は軸と同軸であり得る；放射線手段は、軸と同軸であり得る。これにより、殺菌放射線の一部が流体とともに出口から排出される。例えば、排出された放射線の一部が、装置の下流において流体を更に殺菌し得る。軸を横切る反射手段の断面は、円形であり得る。本体及び反射手段は、軸に沿って類似の形状部又は容積部を含み得る。任意の形状部又は容積部が使用され得る。例えば、類似の形状部又は容積部は、円筒状、円錐状、多角形、ピラミッド状、球状、又はプリズム状であり得る。
【００１３】
反射手段及び放射線手段の寸法は、殺菌放射線が反射手段内の全体にくまなく分布するように構成され得る。例えば、反射手段は、長さ及び直径を有し得る；直径で割った長さは、およそ０．５乃至およそ２、又はおよそ０．５乃至およそ３に等しくてもよい。或る態様において、軸は、本体の第１端部と本体の第２端部との間で延び得る；放射線手段は、第１端部に配置され得る；反射手段は、第１端部と第２端部との間に配置され得る；出口は、第１端部を通過して延び得る；入口は第１端部に隣接し得る。
【００１４】
反射手段の内面は、紫外線反射材料を含み得る。紫外線反射材料を含む任意のタイプの反射材料が使用され得る。例えば、流れ手段は、少なくとも部分的に反射手段を包囲し得る；反射手段は、軸に沿って本体内で延びる内部構造体により規定され得る。別の例として、放射線手段は、単数又は複数の点光源を含み得る；単数又は複数の点光源は、殺菌放射線を、全体的に軸と平行な方向において放出し得る。
【００１５】
また、装置は、放射線手段と反射手段との間に配置された塚手段を備え得る。殺菌放射線は、透過手段を通過する。そして、透過手段は、放射線手段を流体からシールし得る。例えば、殺菌放射線は、およそ２００ｎｍ乃至およそ３２０ｎｍの波長を有し得る；又は、およそ２３０ｎｍ乃至およそ３００ｎｍのピーク波長を有し得る。放射線手段は、紫外線ＬＥＤを備え得るとともに、レンズ等の光学手段を備え得る。
【００１６】
本開示の更に別の態様は、別の流体殺菌装置である。本装置は、本体に取り付けられたキャップと、流体を受容するように本体を通過して延びる入口と、本体の軸に沿って延びる反射チャンバと、流体を本体から排出するように反射チャンバを通過して延びる出口と、を備え得る。キャップは、放射線源を備え得る。放射線源は、キャップが本体に取り付けられると、反射チャンバ内に殺菌放射線を出口に向けて出力するように配置される。本体及び／又はキャップは、熱伝導性材料から構成される。例えば、キャップが本体及び放射線源に熱的に連結されることにより、源からの熱がキャップを介して本体に伝達され得る。別の例として、本体及び／又はキャップは、流体に熱的に（例えば、接触することで）連結され得ることにより、熱の少なくとも一部が流体に伝達されて放射線源が冷却され得る。
【００１７】
関連するキット及びシステムの態様も開示される。上述の概要及び下記の詳細な説明は、両者とも例示的且つ説明的なものに過ぎず、特許請求の範囲に記載された発明を限定するものではないことを理解されたい。
【００１８】
本明細書に組み込まれるとともにその一部を構成する添付図面は、詳細な説明とともに本開示の原理を説明する助けとなる例示的な態様を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】例示的な流体殺菌装置を示す図。
【図２】図１の切断線Ａ‐Ａに沿った図１の装置の断面図。
【図３】図２の切断線Ｂ‐Ｂに沿った図１の装置の上面図。
【図４】他の例示的な流体殺菌装置の上面図。
【図５】他の例示的な流体殺菌装置の上面図。
【図６】例示的な流体速度等高線を示す図。
【図７】例示的な放射照度分布を示す図。
【図８】例示的な絶対インコヒーレント放射照度を示す図。
【図９】総電力の例示的な図。
【図１０】例示的な平均放射線量を示す図。
【図１１】他の例示的な流体殺菌装置を示す図。
【図１２】他の例示的な流体殺菌装置を示す図。
【図１３】他の例示的な放射照度分布を示す図。
【図１４】他の例示的な放射照度分布を示す図。
【図１５】他の例示的な絶対インコヒーレント放射照度を示す図。
【図１６】他の例示的な流体殺菌装置を示す図。
【図１７】他の例示的な放射照度分布を示す図。
【図１８】他の例示的な流体殺菌装置を示す図。
【図１９】例示的な流体殺菌方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
例示的な流体殺菌装置及び方法を参照して、本開示の態様を説明する。反射チャンバと、流体を反射チャンバ内に導入する流体チャネルと、放射線量Ｑ（ｍＪ／ｃｍ２）の殺菌放射線を反射チャンバに出力する放射線源とを備える本体を参照して、いくつかの態様を説明する。放射線量Ｑは、放射照度「Ｉ」（ｍＷ／ｃｍ２）に流体滞留時間「ι」（ｓ）を乗じた積（「式１」）として算出され得る。例えば、反射チャンバ及び流体チャネルは、本体において相互接続容積部を含み得る。放射線源は、紫外線ＬＥＤ等の紫外線点光源であり得る。殺菌放射線は、紫外線を含み得る。これらの例は便宜上提供されたものであり、特に断りのない限り本開示を限定することを意図するものではない。したがって、本開示において説明される概念は、任意のタイプの殺菌放射線を使用する類似の装置又は方法において利用され得る。
【００２１】
多数の軸が記述される。特に、Ｘ‐Ｘ軸、Ｙ‐Ｙ軸、及びＺ‐Ｚ軸を含む３つの方向軸のセットが記述され得る。各軸は、次の軸に対して横方向であり、座標系を確立し得る。「横方向」という用語は、横になっている、又は横切っている、斜めになっている、又は或る軸に対して直角であることを意味し、垂直又は非垂直配置を含む。「長手方向」という用語は、相対的な部品や特徴を説明するために使用され得る。例えば、長手方向とは、第２寸法すなわち幅に対して、これより長い第１寸法すなわち長さを有する物体について参照され得る。これらの方向を指す用語は、便宜上提供されるものであり、特に断りのない限り本開示を限定することを意図するものではない。
【００２２】
本明細書で使用する、「備える」、「備えている」という用語、又はその他の変形例は、非網羅的な包含をカバーすることが意図されている。すなわち、一連の要素を備える装置、方法、又はその要素は、それら以外の要素を含まないばかりでなく、明示的に挙げられていないか、本装置や方法に固有の他の要素をも含み得る。特に明記しない限り、「例示的」という用語は、「理想的」ではなく「例としての」という意味で使用される。本開示において、「およそ」及び「全体的に」を含む種々の近似を意味する用語が使用される。およそとは、記載された数値のプラス又はマイナス１０％内を意味する。
【００２３】
例示的な殺菌装置１０の態様について説明する。図１に示すように、殺菌装置１０は、放射線源９０と動作可能な流体力学的及び光学的な態様を備えることにより、最適放射線量Ｑの殺菌放射線を第１流体Ｆ１に送り得る。装置１０の多数の流体力学的及び光学的アスペクトを、図１に示す軸Ｙ‐Ｙに沿って延びる例示的な本体２０を参照して説明する。図示のように、本体２０は、流体チャンバ４０への入口３０と、キャップ５０と、流体チャンバ４０内の反射チャンバ７０と、チャンバ７０からの出口８０と、を備え得る。
【００２４】
入口３０は、第１流体Ｆ１が投入されるように、本体２０の任意の部分を通って延び得る。図１に示すように、入口３０は、本体２０から外方に軸Ｘ‐Ｘに沿って延びる入口構造体３２と、軸Ｘ‐Ｘに沿って本体２０を通過して延びて流体チャンバ４０と連通する管腔３４と、を備え得る。例えば、第１流体Ｆ１が、入口構造体３２と係合可能な第１ホース又はチューブから、管腔３４に投入され得る。
【００２５】
流体チャンバ４０は、単数又は複数の内部形状部又は容積部を備え得る。内部形状部容積部の少なくとも２つが相互接続し得る。図２に示すように、例えば、内部構造体４２が、流体チャンバ４０内に配置されて、流体チャネル４４及び反射チャンバ７０を含む２つの相互接続された内部形状部又は容積部を規定し得る。例えば、流体チャネル４４は、構造体４２の外側の第１相互接続形状部又は容積部であり得る。また、反射チャンバ７０は、構造体４２の内側の第２相互接続形状部又は容積部であり得る。本例において、第１流体Ｆ１は、（ｉ）入口３０を通って流入し得る、（ｉｉ）管腔３４において本体２０を通過し得る、（ｉｉｉ）流体チャネル４４に流入し得る、（ｉｖ）チャネル４４により反射チャンバ７０内に導入され得る、（ｖ）チャンバ７０内で殺菌放射線で露光され得る、（ｖ）第２流体Ｆ２として出口８０を通って流出し得る。殺菌放射線により、第２流体Ｆ２は第１流体Ｆ１と異なり得る。例えば、第１流体Ｆ１は、第１の量の汚染物質（例えば、微生物及び有機汚染物質）を含有し得る。第２流体Ｆ２は、第２の量の汚染物質（例えば、微生物及び有機汚染物質）を含有し得る。この第２の量は第１の量より少なくてもよく、これにより、流体Ｆ２は流体Ｆ１に対して殺菌されている。下記のように、第２流体Ｆ２の他の特性、例えば速度や温度が、第１流体Ｆ１と異なり得る。
【００２６】
流体チャンバ４０の単数又は複数の内部形状部又は容積部は、同一又は異なる断面を有し得る。円形、四角形、多角形等を含むあらゆる規則的又は不規則的な形状の領域が利用可能である、図３に示すように、流体チャネル４４及び反射チャンバ７０は、軸Ｙ‐Ｙと同軸の円形断面を有し得る。例えば、流体チャネル４４は、管腔３４に連通する第１端部と、反射チャンバ７０に連通する第２端部との間において軸Ｙ‐Ｙに沿って延びる開放円筒状容積部を備え得る。本例において、開放円筒状容積部は、（ｉ）本体２０の内面２３と本体２０内の内部隆起部４３との間の軸Ｙ‐Ｙに沿った距離と、（ｉｉ）本体２０の内面２８と構造体４２の外面４１との間の前記距離に沿った軸Ｙ‐Ｙを中心とした断面と、により規定され得る。別の例として、流体チャネル４４は、その第１端部と第２端部とを接続する導管を含み得る。この導管は、軸Ｙ‐Ｙに沿って延び得る、軸Ｙ‐Ｙを中心として内部構造体４２を包囲し得る、又は流体チャンバ４０内で他の経路を取り得る。
【００２７】
流体チャネル４４の第２端部は、第１流体Ｆ１を反射チャンバ７０内に導入するように構成され得る。例えば、チャネル４４の第２端部は、第１流体Ｆ１を、本体２０の内面２７に向けて導き得る。本体２０は、流体Ｆ１の向きを変えて、流体Ｆ１が軸Ｙ‐Ｙに向かい、内部構造体４２を内部隆起部４３において超えて反射チャンバ７０内に導入されるように構成される。図２に示すように、流体Ｆ１を軸Ｙ‐Ｙに向けてチャンバ７０内に導入するように、内面２７は軸Ｙ‐Ｙを全体的に横切るように配置され得る。内面２７は、湾曲部、凸部、突起等を含む、第１流体Ｆ１の流れを導く及び／又は修正するように構成された任意の個数の特徴部を含み得る。
【００２８】
キャップ５０は、本体２０の任意の部分に取り付けられ得るとともに、流体チャンバ４０をシールするように構成され得る。図２に示すように、キャップ５０は、本体２０の第１端部２２に、接着剤、熱処理部、ねじ山等を含む任意のタイプのシール要素により取り付けられ得る。放射線源９０は、キャップ５０に取り付けられ得るとともに、流体チャンバ４０内に殺菌放射線を出力するように構成され得る。例えば、源９０は、キャップ５０の下方の内部室５４に装着された単数又は複数の点光源及び関連する電子部品を含み得る。点光源は、紫外線ＬＥＤを含み得る。また、殺菌放射線は、紫外線Ａ波、紫外線Ｂ波及び紫外線Ｃ波の任意の組み合わせを含む紫外線放射線を含み得る。或る態様において、図２に示すように、放射線源９０及び内部室５４は、軸Ｙ‐Ｙと同軸であり得る。放射線源９０は、殺菌放射線を反射チャンバ７０内に出口８０に向けて出力するように配置されることにより、放射線の一部がチャンバ７０から出口８０を介して第１流体Ｆ１と共に排出される。例えば、このような配置により、単数又は複数の紫外線ＬＥＤが、反射チャンバ７０に第１の放射線量Ｑの紫外線を照射するとともに、チャンバ７０の下流に第２放射線量の紫外線を照射することができる。
【００２９】
キャップ５０又は本体２０の第１端部２２の少なくとも一方は、キャップ５０の室５４内の放射線源９０をシールするように構成された窓５６を備え得る。図２に示すように室５４は、キャップ５０の下面に延び得る。また、窓５６はこの下面に取り付けられ得る。例えば、窓５６は、（ｉ）キャップ５０が第１端部２２に取り付けられると放射線源９０を内部室５４内にシールする、及び（ｉｉ）殺菌放射線がチャンバ４０内に入ることを許容する、ように構成された放射線透過材料から構成され得る。例えば、窓５６は、紫外線を通過させるように構成された石英又は石英に類似した材料を含み得る。
【００３０】
図１及び２に示すように、キャップ５０は、熱伝導性材料（例えばアルミニウム）から構成され得る。また、キャップ５０は、放射線源９０を第１流体Ｆ１で冷却するように構成され得る。例えば、キャップ５０は、本体２０に取り付けられた場合に、第１流体Ｆ１及び放射線源９０と伝導的に連通し得る。これにより、流体Ｆ１の熱で放射線源９０の点光源が冷却され得る。別の例として、キャップ５０の熱伝導性材料が同様に本体２０の熱伝導性部分に伝導的に連通し得る。これにより、本体２０の全体又は一部が、更なるヒートシンクとなり得る。
【００３１】
流体チャンバ４０のいずれかの内面は、反射性であってもよい。例えば、反射チャンバ７０の内面が、内部構造体４２により規定され得る。そして、少なくとも当該表面が反射性材料から構成され得る、又は反射性材料で被覆され得る。図２に示すように、例えば、チャンバ７０の内面は、円筒形の表面領域を有し、流体チャンバ４０の内側の少なくとも当該表面領域が反射性であり得る。紫外線反射材料を含むあらゆるタイプの反射材料が使用され得る。例えば、紫外線反射材料は、ポリテトラフルオロエチレン（「ＰＴＦＥ」）、低密度ＰＴＦＥ、アルミニウム、及び高レベルの拡散反射率を提供するように構成されたテフロン又はテフロンに類似した材料のうちの１つ以上を含み得る。或る態様において、構造体４２の内面は、半導体光触媒材料を含み得る。例えば、光触媒材料は、紫外線（例えば紫外線Ｃ波）により活性化され、有機化合物を分解するとともに、空気及び／又は水を媒介とする病原体を不活性化するように利用され得る。本体２０の内面、及び／又は内部構造体４２の外面４１も反射性であり得る。或いは、内部構造体４２は殺菌放射線を透過させ得る。また、本体２０の少なくとも内面２７は反射性であり得る。例えば、本体２０は、アルミニウムから構成され得る、内面２７は紫外線反射性材料で被覆され得る、内部構造体４２は紫外線透過材料から構成され得る。
【００３２】
或る態様において、入口３０、流体チャネル４４、反射チャンバ７０、及び／又は出口８０は、流体チャンバ４０内で第１流体Ｆ１の流体力学性を更に調節するように構成されたバッフル等の混合要素を含み得る。また、追加の加熱要素（例えば電気コイル）も含まれ得る。例えば、混合要素及び／又は出口８０は、第１流体Ｆ１を所望の使用温度まで加熱するように構成され得る。別の例として、内部構造体４２の表面が、混合及び／又は加熱要素として構成され得る。
【００３３】
出口８０は、本体２０の任意の部分を通過して延び、第２流体Ｆ２を本体２０から排出する。図１に示すように、出口８０は、軸Ｙ‐Ｙに沿って本体２０から外方に延びる出口構造体８２と、軸Ｙ‐Ｙに沿って本体２０を通過して延びて第２流体Ｆ２を本体２０の内面２３及び／又はチャンバ７０を通過させて排出する管腔８４と、を備え得る。例えば、第２流体Ｆ２は、本体２０を出て管腔８４から排出され、出口構造体８２と係合可能な第２ホース又はチューブに流入し得る。出口８０の一部は、第１流体Ｆ１の特性を変更するように使用され得る。図２に示すように、例えば、管腔８４は、軸Ｙ‐Ｙに沿って一定の直径を有し得る。出口８０は、任意選択的な絞り部８６を有し得る。第１流体Ｆ１が第２流体Ｆ２として本体２０から排出される前にその速度を変更する（例えば、わずかに増加させる）ように、絞り部８６の直径は、軸Ｙ‐Ｙに沿って変化する。
【００３４】
図２に示すように、管腔８４の少なくとも開口部が軸Ｙ‐Ｙに対して同軸であり得ることにより、軸Ｙ‐Ｙに沿って放射線源９０と整列し得る。このように整列していることにより、殺菌放射線の大部分が反射チャンバ７０から管腔８４を通って第２流体Ｆ２とともに排出され得ることで、装置１０の下流において更なる殺菌が可能とされる。例えば、管腔８４及び／又は第２ホース又はチューブの内面は、上記と同様の反射性材料から構成され得る、又は反射性材料で被覆され得る。同じく図２に示すように、任意選択的な絞り部８６は、管腔８４より大きい開口部を有し、更に多くの殺菌放射線が排出され得る。
【００３５】
図２に示すように、入口３０は全体的に出口８０に対して横方向であるため、流体チャネル４４及び内部構造体４２の相互接続容積部を使用して第１流体Ｆ１の特性が変更され得る。例えば、入口構造体３２の管腔３４は、軸Ｘ‐Ｘに沿って延びる断面形状を有し得る。また、出口構造体８２の管腔８４は、軸Ｙ‐Ｙに沿って延びる断面形状を有し得る。そして、軸Ｘ‐Ｘは、全体的に軸Ｙ‐Ｙに対して横方向であり得る。図３に示すように、管腔８４及び／又は出口構造体８２の断面形状は、軸Ｙ‐Ｙと同軸であり得る。図３に示す円形を含む任意の形状が利用され得る。特性には、第１流体Ｆ１の速度が含まれ得る。例えば、流体チャンバ４０は、第１流体Ｆ１を入口３０において第１速度で受容し、第１流体Ｆ１を第１速度より遅い第２速度で反射チャンバ７０内に導入するように構成され得る。少なくとも第１速度はジェット流速度であり得る。内部構造体４２は、チャンバ７０内で第１流体Ｆ１を第２速度に移行させるように構成され得る。本例において、チャンバ７０内での第１流体Ｆ１の比較的遅い第２速度により、流体Ｆ１の滞留時間が長くなり、最適放射線量Ｑの殺菌放射線を、本体２０を通過する流体Ｆ１に供給することが可能となる。
【００３６】
或る態様において、殺菌装置１０は、流体チャンバ７０内又はその全体に亘る速度低下を実現するとともに、反射チャンバ７０内の全体にくまなく殺菌光が分散するように構成される。これにより、殺菌装置１０の全体に亘って、式（１）で表される最適放射線量Ｑが得られる。
【００３７】
図６に、例示的なコンピュータによる流体力学（ＣＦＤ）シミュレーションの結果を示す。図示のように、流体チャンバ４０の上述の構成（例えば、内部構造体４２を含む）により、入口３０での第１流体Ｆ１の第１速度が、反射チャンバ７０の内部において、第１流体Ｆ１より遅い第２速度へと大幅に低減され得る。これにより、殺菌の大部分が実施されるチャンバ７０において、減速した速度分布が得られる。
【００３８】
図７に示すように、放射線源９０は、殺菌放射線を反射チャンバ７０内に出力し得る。チャンバ７０の少なくとも内面７４が、放射線をチャンバ７０内で反射することによりその有効性を最大とするように構成され得る。図示のように、放射線源９０から殺菌放射線の一部が放出され、窓５６を通過し、チャンバ７０の内面７４同士の間で反射する。反射チャンバ７０の断面は、機能性に影響を及ぼすことなく変更可能である。例えば、図示の装置１０は円形の形状を有しているが、図７は、図４の四角形の装置１１０、又は図５の多角形の装置２１０にも同様に適用可能である。装置１０の対応する要素と同様に、図４の装置１１０は、入口１３０と、流体チャンバ１４０と、流体チャネル１４４と、反射チャンバ１７０と、出口１８０と、を備える。装置１０の対応する要素と同様に、図５の装置２１０は、入口２３０と、流体チャンバ２４０と、流体チャネル２４４と、反射チャンバ２７０と、出口２８０と、を備える。反射チャンバ７０における殺菌放射線の例示的な放射照度分布を図８に示す。図示のように、反射チャンバ７０、１７０及び２７０のほぼ大部分において同様の放射照度が達成され得る。
【００３９】
殺菌装置１０の性能は、アスペクト比等の反射チャンバ７０の寸法に関連し得る。図２に示すように、アスペクト比「ＡＲ」は、軸Ｙ‐Ｙに沿った反射チャンバ７０の第１寸法すなわち長さ「Ｌ」を、軸Ｘ‐Ｘに沿った反射チャンバ７０の第２寸法すなわち深さ「Ｄ」で割った商として定義され得る。例えば、反射チャンバ７０が円形の断面形状を有する図２及び３において、第２寸法すなわち深さＤは、円形形状の直径であり得る。水力直径の定義を利用して、非円形の形状、例えば、図４の四角形の反射チャンバ１７０や図５の多角形の反射チャンバ２７０のＡＲを決定することができる。ここで、ＡＲは、４を形状の面積「Ａ」及び断面「Ｐ」の濡れ外周で乗じた積に等しくてもよい。
【００４０】
図８に示すように、反射チャンバ７０のＡＲは、チャンバ７０の長さＬに沿った電力保存に著しく影響を及ぼし得る。例えば、図８に示すように、チャンバ７０の容積を維持しながら、軸Ｙ‐Ｙに沿ったチャンバ７０の長さを延長すると、総紫外線出力が、長さＬに沿って著しく減少し、特定の長さＬを過ぎると供給される放射線量が最小になる。この最小の放射線量では殺菌に十分でない場合があるため、図８は、例示的な幾何学的構成のＡＲを最適化して反射チャンバ７０内に供給される放射線量Ｑを最大化する利点も示す。
【００４１】
反射チャンバ７０の全体に亘る放射線量Ｑの例示的な平均分布を図９に示す。図９は、どのようにして、殺菌装置１０の光学的及び流体力学的アスペクトが放射線量Ｑの最適な分布を実現するかを示す。
【００４２】
次に、連続プロセス及びバッチプロセスを含む例示的なプロセスを参照して、殺菌装置１０の追加態様を説明する。第１流体Ｆ１が本体２０を連続的に通過する連続プロセスの場合、ＡＲを反射チャンバ７０の含む寸法は、チャンバ７０内で流体Ｆ１の減速が達成されるように最適化され得る。或る態様において、１以上のＡＲが利用され得る。
【００４３】
第１流体Ｆ１が同様に本体２０を連続的に通過する他の連続プロセスの場合、反射チャンバ７０の寸法が更に最適化されて、本体２０での電力が節約され得るとともに、第１流体Ｆ１に供給される放射線量Ｑが最大化され得る。例えば、チャンバ７０の寸法は、殺菌放射線が本体２０内の全体にくまなく提供されるように最適化され得る。本体２０の特定の形状又は容積部について、例えば図１‐３に示す円筒状の容積部の場合、本体２０における電力損失を最小とするようにおよそ１のＡＲが利用され得る。
【００４４】
連続プロセスについて、図７は、反射チャンバ７０のＡＲを最適化することでどのように放射照度が影響を受けるかを示す。また、図８は、容積を一定にした場合に、ＡＲの増加によりどのようにチャンバ７０内で全出力が減少し得るかを示す。反射チャンバ７０の或る容積について、０．５以下２以上のＡＲを利用することで、チャンバ７０を使用して本体２０を通る放射線量Ｑを最大化させ得る。例えば、図９は、反射チャンバ７０の断面における放射線量Ｑの平均総分布を示す。
【００４５】
これに対し、反射チャンバ７０内に一時的に一定量の第１流体Ｆ１が貯蔵されるバッチプロセスでは、反射チャンバ７０に沿ったより強い放射照度が望まれる場合、より低いＡＲが利用され得る。例えば、放射線源９０の出力を増加させる場合、１未満のＡＲが利用され得る。
【００４６】
次に、図１１に概念的に示す殺菌装置３１０、図１２に概念的に示す殺菌装置４１０、図１６に概念的に示す殺菌装置５１０、及び図１８に概念的に示す殺菌装置６１０を参照して、追加態様について説明する。装置１１０、２１０、３１０、４１０、５１０及び６１０等の装置１０の各変形例は、装置１０の要素と同様の要素を含み得るが、これらの要素をそれらが図示されているか否かに関わらず各１００、２００、３００、４００、５００、または６００の一連の番号で示す。
【００４７】
図１１に示すように、殺菌装置３１０は、本体３２０と、入口３３０と、流体チャンバ３４０と、流体チャネル３４４と、反射チャンバ３７０と、出口３８０と、放射線源３９０と、を備え得る。本体３２０は、円錐形状であり得る。例えば、図１１の本体３２０は、截頭円錐形状を有する。入口３３０及び出口３８０は、本体３２０の第１端部すなわち基端部にあり、放射線源３９０は、本体３２０の第２端部すなわち截頭端部３２２にある。上記と同様に、装置３１０は、流体チャンバ３４０内に内部構造体３４２を備え得る。流体チャネル３４４及び反射チャンバ３７０を含む少なくとも２つの相互接続内側形状部又は、容積部を規定し得る。例えば、流体チャネル３４４及び反射チャンバ３７０も、本体３２０の形状と同様の截頭円錐形状を軸Ｙ‐Ｙに沿って有し得る。
【００４８】
また、図１１に示すように、放射線源３９０に隣接する反射チャンバ３７０の第１寸法は、出口３８０に隣接するチャンバ３７０の第２寸法より小さくてもよい。第１及び第２寸法は、直径であり得る。或る態様において、第１及び第２寸法は、第１流体Ｆ１の特性をチャンバ３７０において変更するように構成され得る。例えば、第２寸法を大きくすると、出口３８０の管腔３８４に隣接して渦及び／又は他の乱流状態が形成され、且つ軸Ｙ‐Ｙに沿った第１流体Ｆ１の速度が遅くなるため、流体Ｆ１のチャンバ３７０における滞留時間が長くなり得る。
【００４９】
図１２に示すように、殺菌装置４１０は、本体４２０と、入口４３０と、流体チャンバ４４０と、流体チャネル４４４と、反射チャンバ４７０と、出口４８０と、放射線源４９０と、を備え得る。本体４２０は、円錐形状であり得る。例えば、図１３の本体４２０は、截頭円錐形状を同様に有する。入口４３０及び出口４８０は、本体４２０の第１端部すなわち截頭端部４２２にあり、放射線源４９０は、本体４２０の第２端部すなわち基端部にある。上記と同様に、装置４１０は、流体チャンバ４４０内に内部構造体４４２を備え、流体チャネル４４４及び反射チャンバ４７０を含む少なくとも２つの相互接続内側形状部又は容積部を規定し得る。例えば、流体チャネル４４４及び反射チャンバ４７０も、本体４２０の形状と同様の截頭円錐形状を軸Ｙ‐Ｙに沿って有し得る。
【００５０】
また、図１２に示すように、放射線源４９０に隣接する反射チャンバ４７０の第１寸法は、出口４８０に隣接するチャンバ４７０の第２寸法より大きくてもよい。第１及び第２寸法は、直径であり得るとともに、第１流体Ｆ１の特性をチャンバ４７０において同様に変更し得る。例えば、小さい方の第１寸法は、チャンバ４７０において流体Ｆ１を絞ることで、Ｙ‐Ｙ軸に沿ったその速度が出口４８０の管腔４８４から排出される前に増加し得る。別の例として、装置４１０は、入口４３０において第１速度の第１流体Ｆ１を受容し、チャンバ４７０の第１部分において第１速度をより遅い第２速度に減速させ、そして、定速システムでの必要に応じて、チャンバ４７０の第２部分において第２速度を第１速度に徐々に戻すように移行させるように構成され得る。
【００５１】
図１３及び１４に示すように、放射線源３９０、４９０は、殺菌放射線を反射チャンバ３７０、４７０内に出力し得る。また、チャンバ３７０、４８０の内面３７４、４７４及びチャンバ３７０、４７０の幾何学的構成は、放射線をチャンバ２７０、４７０内で反射することによりその有効性を最大化するように構成され得る。例えば図１３及び１４において、殺菌放射線の第１部分が、放射線源３９０、４９０から放出され、反射チャンバ３７０、４７０の内面３７４、４７４同士の間で反射してチャンバ３７０、４７０内の第１流体Ｆ１に照射される。そして、放射線の第２部分が、管腔３８４、４８４において、及びその下流において第２流体Ｆ２に更に照射される。図１５に同様に示すように、チャンバ３７０、４７０のほぼ全体に亘って第１照射照度が達成されるとともに、管腔３８４、４８４において第２照射照度が達成され得る。
【００５２】
図１６に示すように、殺菌装置５１０は、本体５２０と、入口５３０と、流体チャンバ５４０と、流体チャネル５４４と、反射チャンバ５７０と、出口５８０と、放射線源５９０と、を備え得る。本体５２０は球形状であり得る。例えば、図１６の本体５２０は、球形状を有し、入口５３０及び出口５８０は、本体５２０の第１端部に隣接して配置され、放射線源５９０は、本体５２０の反対側の第２端部に隣接して配置される。上記と同様に、装置５１０は、流体チャンバ５４０内に内部構造体５４２を備え、流体チャネル５４４及び反射チャンバ５７０を含む少なくとも２つの相互接続内側形状部又は容積部を規定し得る。例えば、流体チャネル５４４及び反射チャンバ５７０も、本体５２０の形状と同様の球形状を有し得る。
【００５３】
殺菌装置５１０の態様は、球形状の本体５２０と、流体チャネル５４４と、及び／又は反射チャンバ５７０と、を収容するように変更され得る。例えば、放射線源５９０は、本体５２０の内面から距離を置いてもよい。図１６に示すように、反射チャンバ５７０は、流体チャネル５４４と連通する開口部５７８を含み、放射線源５９０はこの開口部５７８に配置され得る。例えば、突起５５４が、本体５２０の第１端部から開口部５７８の第２端部に向かって内方に延び得る。本例において、放射線源５９０は、突起５５４の内部に配置され得るとともに、殺菌放射線を、突起５５４の第２端部における窓５５６を介して出力するように構成され得る。或る態様において、突起５５４は、第１流体Ｆ１との干渉を最小限にしつつこれを更に導くように、湾曲した外面、及び／又は本体５２０への湾曲した移行部を有し得る。
【００５４】
球形状の本体５２０と、流体チャネル５４４と、及び／又は反射チャンバ５７０とにより、流体力学的利点が提供され得る。例えば、流体チャネル５４４は、本体５２０の内面及び内部構造体５４２の外面により規定され得る。これらの面は、その球形状を理由として、装置１０、１１０、２１０、３１０又は４１０の対応する面より大きい表面積を有し得る。したがって、本体５２０は、本体１０、１１０、２１０、３１０又は４１０より小型であり得る。なぜならば、入口５３０での第１流体Ｆ１の第１速度を、より効率的により遅い第２速度に移行させ得るからである。装置５１０の球形状により、光学利点も提供され得る。図１７に示すように、反射チャンバ５７０の球形の内面５７４は、放射線を本体５２０及び／又はチャンバ５７０内で反射して、反射した放射線をチャンバ５７０の中心の第１流体Ｆ１の容積部に集中させることにより、放射線の有効性を最大化するように構成され得る。また、図１７に示すように、殺菌放射線の少なくとも一部は、第２流体Ｆ２とともに出口５８０を介して排出され得る。
【００５５】
図１８に示すように、殺菌装置６１０は、本体６２０と、入口６３０と、流体チャネル６４４と、反射チャンバ６７０と、出口６８０と、放射線源６９０と、を備え得る。以下に説明する差異点を除き、装置６１０のこれらの要素は、装置１０の対応する要素と同様であり得る。例えば、放射線源６９０は、放射線源９０より強力であり、更なる熱を生じ得る。装置６１０の態様は、熱を奪うように変更され得る。例えば図１８に示すように、装置６１０は、断熱層６５２と、熱伝導層６５３と、冷却装置６５７と、を備えるキャップ６５０を備え得る。
【００５６】
断熱層６５２は、本体６２０の一端部６２２に取り付けられ得るとともに、流体チャンバ６４０をシールするように構成され得る。図１８に示すように、放射線源６９０は、断熱層６５２の内部室６５４に装着され得る。また、窓６５６が、室６５４内に源６９０をシールし、且つ殺菌放射線を通過させて上方のチャンバ６７０内に入るように使用され得る。熱伝導層６５３は、放射線源６９０及び断熱層６５２の両方に取り付けられ得る。したがって、放射線源６９０により生成された更なる熱は層６５３に伝達され得るが、断熱層６５２があるため、本体６２０と熱伝導層６５３との間の熱破壊をもたらす本体６２０への伝達は制限される、又はゼロである。
【００５７】
冷却装置６５７は、更なる熱を排出するように構成され得る。図１８に示すように、装置６５７は、ファン６５８及びヒートシンク６５９を備え得る。ヒートシンク６５９は、熱伝導層６５３に取り付けられ得るか、又はこれと一体化され得るとともに、複数のフィンを含み得る。ファン６５８は、電動ファンを含み得る。電動ファンは、装置６１０に取り付けられるか又はこれに隣接配置され、ヒートシンク６５９上に空気流を導くことにより、更なる熱を周囲環境に排出するように動作可能である。
【００５８】
本明細書に記載のように、殺菌装置１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０及び６１０のいずれも殺菌放射線を同様に利用して、対応する反射チャンバ７０、１７０、２７０、３７０、４７０、５７０又は６７０において第１流体Ｆ１を殺菌し得る。これらのチャンバの流体力学的アスペクトにより、特に流量が大きく（例えば１ｇｐｍを超える）、チャンバの容積が小さい（例えば５００ｍＬ未満）である場合に、流体Ｆ１を短絡させ得るジェット速度が実質的に排除され得る。したがって、チャンバ７０、１７０、２７０、３７０、４７０、５７０又は６７０のいずれも、流体Ｆ１が最適放射線量Ｑの殺菌放射線を受けるように構成され得る。例えば、各チャンバ７０、１７０、２７０、３７０、４７０、５７０、６７０の寸法は、水及び表面吸収による紫外線電力損失を最小とするように、容積に基づいて同様に最適化され得る。
【００５９】
装置１０の多数の変形例を、同様に装置１１０、２１０、３１０、４１０、５１０及び６１０を参照して説明する。装置１０のあらゆる変形例は、任意に配置された任意の個数の点光源を含む任意の放射線源９０を含み得る。これらの変形例の態様も組み合わせることができる。各組合せや反復は、本開示の一部である。例えば、アルミニウム、銅、ステンレス鋼等の任意の熱伝導性材料、及び又は他の材料から構成された本体２０及び／又はキャップ５０のあらゆる変形例のいずれもが、第１流体Ｆ１とともに放射線源９０を冷却するように互いに結合され得る。別の例として、装置１０のあらゆる変形例は、装置６１０の熱破壊及び／又は冷却装置と同様のものを同じく含み得る。
【００６０】
また、殺菌装置１０の任意の変形例は、第１流体Ｆ１及び／又は第２流体Ｆ２の流れを制御するように放射線源９０とともに動作可能な制御要素を備え得る。例えば、装置１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０又は６１０は、殺菌流体の必要性を検出するとともに放射線源９０、１９０、２９０、３９０、４９０、５９０又は６９０を作動させてこの必要に応えるように構成された上流センサを備え得る。別の例として、装置１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０又は６１０は、第２流体Ｆ２の殺菌レベルを測定し、この殺菌レベルが不十分な場合には、出口８０、１８０、２８０、３８０、４８０、５８０又は６９０における作動バルブを閉鎖するように構成された下流センサを同様に備え得る。
【００６１】
本開示の更なる態様を、例示的な殺菌方法７００を参照して説明する。説明を簡単にするために、方法７００の態様を殺菌装置１０を参照して説明するが、同様の態様は装置１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０及び／又は６１０を参照して同じように説明され得る。図１９に示すように、方法７００は、本体２０の入口３０からの第１速度の第１流体Ｆ１を、第１速度より遅い第２速度で反射チャンバ７０内に導入するステップ（「導入ステップ７２０）と、反射チャンバ７０内に出口８０に向けて出力された殺菌放射線で流体Ｆ１を露光するステップ（「露光ステップ７４０）と、反射チャンバの端部を貫通して延びる出口８０を介して、流体Ｆ１を本体２０から排出するステップ（「排出ステップ７６０」）と、を備え得る。ステップ７２０、７４０及び７６０の例示的な態様を説明する。
【００６２】
導入ステップ７２０は、第１流体Ｆ１を受容する、及び／又は導入するための任意の中間ステップを備え得る。例えば、本体２０は、流体チャネル４４（例えば図２）を備え得る。そして、導入ステップ７２０は、第１流体Ｆ１を、流体チャネル４４を介して反射チャンバ７０内に導入するステップを備え得る。或る態様において、反射チャンバ７０は、長さ及び直径を有し得る。直径で割った長さは、およそ０．５乃至およそ２、又はおよそ０．５乃至およそ３に等しくてよい。図２に示すように、入口３０及び出口８０は、本体２０の一端部に配置され得る。そして、ステップ７２０は、第１流体Ｆ１を入口３０から軸Ｙ‐Ｙに沿った第１方向に導くステップと、流体Ｆ１を第１方向と異なる第２方向において反射チャンバ７０内に導入するステップと、を備え得る。例えば、流体Ｆ１を流体チャネル４４から反射チャンバ７０内に導入するステップは、流体Ｆ１を第１方向から第２方向に導くステップを備え得る。或る態様において、第１流体Ｆ１を流体チャネル４４を介して導くステップは、流体１が少なくとも部分的にチャンバ７０を包囲するようにさせるステップを備え得る。また、流体Ｆ１を流体チャネル４４を介して導くステップは、第１流体Ｆ１を、本体２０の内面２８と反射チャンバ７０の外面４１との間に導入するステップを備え得る。或る態様において、ステップ７２０は、上流センサに応答して放射線源９０を作動させるステップを更に備え得る。
【００６３】
露光ステップ７４０は、第１流体Ｆ１を殺菌するための任意の中間ステップを備え得る。例えば、ステップ７４０は、殺菌放射線を、本体２０の端部２２に配置され得る放射線源９０から出力するステップを備え得る。ステップ７２０及び／又は７４０は、流体Ｆ１を流体チャネル４４から反射チャンバ７０内へ方向転換させるステップであって、本体２０の内面２７が放射線源９０に隣接して配置されたステップを備え得る。ステップ７４０は、放射線を出口８０に向けて、例えば放射線源９０の単数又は複数の点光源から出力するステップを更に備え得る。或る態様において、入口３０は、出口８０に対して実質的に横方向であり得る。そして、本方法は、放射線の少なくとも一部を、第２流体Ｆ２とともに出口８０から排出するステップを更に備え得る。また、ステップ７４０は、殺菌放射線を反射チャンバ７０の反射面で反射させるステップを備え得る。
【００６４】
別の例として、露光ステップ７４０は、殺菌放射線を、放射線源９０と反射チャンバ７０との間に配置され得る窓５６を介して出力するステップを備え得る。ステップ７４０において、殺菌放射線は、およそ２００ｎｍ乃至およそ３２０ｎｍ、又はおよそ２３０ｎｍ乃至およそ３００ｎｍの波長を有し得る。これにより、ステップ７４０は、流体Ｆ１を紫外線で露光するステップを備え得る。別の例として、殺菌放射線は、放射線の光学品質を変更するように構成されたレンズ等の光学部品を介して出力され得る。
【００６５】
排出ステップ７６０は、本体２０から第１流体Ｆ１を第２流体Ｆ２として排出するための任意の中間ステップを備え得る。例えば、ステップ７６０は、流体Ｆ１の速度又は温度等の特性を変更するステップ、及び／又は下流センサに応答して出口８０の制御バルブを操作するステップを備え得る。
【００６６】
本開示の原理を、特定の用途の例示的な態様を参照して本明細書において説明したが、本開示はこれに限定されない。通常の知識を有し本明細書が提供する教示にアクセスできる当業者には、更なる変更、適用、態様、同等物の置換は全て本明細書で説明した対応の範囲にあることが認識される。したがって、本開示は、上記説明により限定されるとみな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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【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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