(57)【要約】  少なくとも１つの入口ポートおよび出口ポートを有する、少なくとも１つの照射チャンバと、少なくとも１つの入口ポートおよび出口ポートを有する少なくとも１つの流体冷却チャンバと、照射チャンバ（単数または複数）に結合された１つまたは複数のＵＶ放射源と、照射源（単数または複数）および冷却チャンバ（単数または複数）に熱結合された少なくとも１つの熱交換機構と、を備える、照射対象の物質を含有する流体を照射するための装置および方法。冷却チャンバ（単数または複数）の内部表面の少なくとも一部分は、照射チャンバ（単数または複数）の外部表面の少なくとも一部分を含んでもよく、それにより、冷却チャンバ（単数または複数）は、照射チャンバ（単数または複数）と流体連通している。
2020530384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射装置であって、
照射対象の物質を含有する流体のための少なくとも１つの照射チャンバであって、当該照射チャンバが、前記照射チャンバに流入する流体流のための少なくとも１つの入口ポート、および前記照射チャンバから流出する流体流のための少なくとも１つの出口ポートを有する、照射チャンバと、
少なくとも１つの冷却チャンバであって、前記冷却チャンバは、前記冷却チャンバに流入する流体流のための少なくとも１つの入口ポート、および前記冷却チャンバから流出する流体流のための少なくとも１つの出口ポートを有する、冷却チャンバと、
前記少なくとも１つの照射チャンバに結合された１つまたは複数のＵＶ放射源と、
前記１つまたは複数の放射源および前記少なくとも１つの冷却チャンバに熱結合された少なくとも１つの熱交換機構と、
を備え、
前記少なくとも１つの冷却チャンバの内部表面の少なくとも一部分は、前記少なくとも１つの照射チャンバの外部表面の少なくとも一部分を含み、前記少なくとも１つの冷却チャンバは、前記少なくとも１つの照射チャンバと流体連通しているものである、
照射装置。
【請求項２】
前記熱交換機構が、熱電冷却デバイス、蒸気チャンバ、ヒートシンク、放熱構造、ファン、熱転写材料、流体に熱結合される材料、および冷却コーティングのうちの１つまたは複数を備える、請求項１に記載の照射装置。
【請求項３】
前記熱交換機構が、ヒートシンクまたは熱転写材料、あるいはそれらの組み合わせである、請求項２に記載の照射装置。
【請求項４】
前記１つまたは複数の放射源に隣接して配置された防湿乾燥剤をさらに備える、請求項１に記載の照射装置。
【請求項５】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源が、１つまたは複数のＵＶ−Ｃ放射源、あるいはそれらの組み合わせを備える、請求項１に記載の照射装置。
【請求項６】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源が、アレイに配列された複数の放射源を備える、請求項１に記載の照射装置。
【請求項７】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源の１つまたは複数の波長が、動的に調整可能である、請求項１に記載の照射装置。
【請求項８】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源の１つまたは複数の波長が、前記照射対象の物質中の汚染物質の同定に基づいて選択される、請求項１に記載の照射装置。
【請求項９】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源が、前記照射対象の物質に、前記照射対象の物質中で蛍光を誘発する１つまたは複数の波長を送達し、それによって、前記照射対象の物質中の前記汚染物質の前記同定を可能にする、請求項８に記載の照射装置。
【請求項１０】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源が、前記照射対象の物質に、波長の組み合わせを送達する、請求項１に記載の照射装置。
【請求項１１】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源が、マイクロプラズマランプを含む、請求項１に記載の照射装置。
【請求項１２】
複数のＵＶ放射源と、少なくとも１つの入口ポートおよび少なくとも１つの出口ポートを各々が有する複数の照射チャンバとを備え、前記ＵＶ放射源のすべてが、単一の冷却チャンバに熱結合されている、請求項１に記載の照射装置。
【請求項１３】
前記１つまたは複数の放射源からの前記放射の一部分を１つまたは複数の２次チャンバの表面へと透過して、前記表面でのバイオフィルム形成を抑制する、請求項１に記載の照射装置。
【請求項１４】
照射チャンバ内に配置された照射対象の物質を含有している流体の照射方法であって、前記照射方法が、
（１）照射装置を用意する工程であって、前記照射装置が、
照射対象の物質を含有する流体のための少なくとも１つの照射チャンバであって、前記照射チャンバは、前記照射チャンバに流入する流体流のための少なくとも１つの入口ポート、および前記照射チャンバから流出する流体流のための少なくとも１つの出口ポートを有する、照射チャンバと、
少なくとも１つの冷却チャンバであって、前記冷却チャンバは、前記冷却チャンバに流入する流体流のための少なくとも１つの入口ポート、および前記冷却チャンバから流出する流体流のための少なくとも１つの出口ポートを有する、冷却チャンバと、
前記少なくとも１つの照射チャンバに結合された１つまたは複数のＵＶ放射源と、
前記１つまたは複数の放射源および前記少なくとも１つの冷却チャンバに熱結合された少なくとも１つの熱交換機構とを備え、
前記少なくとも１つの冷却チャンバの内部表面の少なくとも一部分は、前記少なくとも１つの照射チャンバの外部表面の少なくとも一部分を含み、前記少なくとも１つの冷却チャンバは、前記少なくとも１つの照射チャンバと流体連通しているものである工程と、
（２）前記照射装置を使用して、前記照射対象の物質を含有している流体を照射する工程と、
を含む、流体の照射方法。
【請求項１５】
前記熱交換機構が、熱電冷却デバイス、蒸気チャンバ、ヒートシンク、放熱構造、ファン、熱転写材料、流体に熱結合される材料、および冷却コーティングのうちの１つまたは複数を備える、請求項１４に記載の照射方法。
【請求項１６】
前記熱交換機構が、ヒートシンクまたは熱転写材料、あるいはそれらの組み合わせである、請求項１５に記載の照射方法。
【請求項１７】
前記１つまたは複数の放射源に隣接して配置された防湿乾燥剤を用意することをさらに含む、請求項１４に記載の照射方法。
【請求項１８】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源が、１つまたは複数のＵＶ−Ｃ放射源、あるいはそれらの組み合わせを備える、請求項１４に記載の照射方法。
【請求項１９】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源が、アレイに配列された複数の放射源を備える、請求項１４に記載の照射方法。
【請求項２０】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源の１つまたは複数の波長が、動的に調整可能である、請求項１４に記載の照射方法。
【請求項２１】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源の１つまたは複数の波長が、前記照射対象の物質中の汚染物質の同定に基づいて選択される、請求項１４に記載の照射方法。
【請求項２２】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源が、前記照射対象の物質に、前記照射対象の物質中で蛍光を誘発する１つまたは複数の波長を送達し、それによって、前記照射対象の物質中の前記汚染物質の前記同定を可能にする、請求項２１に記載の照射方法。
【請求項２３】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源が、前記照射対象の物質に、波長の組み合わせを送達する、請求項１４に記載の照射方法。
【請求項２４】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源が、マイクロプラズマランプを含む、請求項１４に記載の照射方法。
【請求項２５】
複数のＵＶ放射源と、少なくとも１つの入口ポートおよび少なくとも１つの出口ポートを各々が有する複数の照射チャンバとを備え、前記ＵＶ放射源のすべてが、単一の冷却チャンバに熱結合されている、請求項１４に記載の照射方法。
【請求項２６】
前記１つまたは複数の放射源からの前記放射の一部分を１つまたは複数の２次チャンバの表面へと透過して、前記表面でのバイオフィルム形成を抑制する、請求項１４に記載の照射方法。
【請求項２７】
照射装置であって、
照射対象の物質を含有する流体のための少なくとも１つの照射チャンバであって、前記照射チャンバは、前記照射チャンバに流入する流体流のための少なくとも１つの入口ポート、および前記照射チャンバから流出する流体流のための少なくとも１つの出口ポートを有する、照射チャンバと、
少なくとも１つの冷却チャンバであって、前記冷却チャンバは、前記冷却チャンバに流入する流体流のための少なくとも１つの入口ポート、および前記冷却チャンバから流出する流体流のための少なくとも１つの出口ポートを有する、冷却チャンバと、
前記少なくとも１つの照射チャンバに結合された１つまたは複数のＵＶ放射源と、
前記１つまたは複数の放射源および前記少なくとも１つの冷却チャンバに熱結合された少なくとも１つの熱交換機構と
を備える、照射装置。
【請求項２８】
前記熱交換機構が、熱電冷却デバイス、蒸気チャンバ、ヒートシンク、放熱構造、ファン、熱転写材料、流体に熱結合される材料、および冷却コーティングのうちの１つまたは複数を備える、請求項２７に記載の照射装置。
【請求項２９】
前記熱交換機構が、ヒートシンクまたは熱転写材料、あるいはそれらの組み合わせである、請求項２８に記載の照射装置。
【請求項３０】
前記１つまたは複数の放射源に隣接して配置された防湿乾燥剤をさらに備える、請求項２７に記載の照射装置。
【請求項３１】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源が、１つまたは複数のＵＶ−Ｃ放射源、あるいはそれらの組み合わせを備える、請求項２７に記載の照射装置。
【請求項３２】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源が、アレイに配列された複数の放射源を備える、請求項２７に記載の照射装置。
【請求項３３】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源の１つまたは複数の波長が、動的に調整可能である、請求項２７に記載の照射装置。
【請求項３４】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源の１つまたは複数の波長が、前記照射対象の物質中の汚染物質の同定に基づいて選択される、請求項２７に記載の照射装置。
【請求項３５】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源は、前記照射対象の物質に、前記照射対象の物質中で蛍光を誘発する１つまたは複数の波長を送達し、それによって、前記照射対象の物質中の前記汚染物質の前記同定を可能にする、請求項３４に記載の照射装置。
【請求項３６】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源が、前記照射対象の物質に、波長の組み合わせを送達する、請求項２７に記載の照射装置。
【請求項３７】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源が、マイクロプラズマランプを含む、請求項２７に記載の照射装置。
【請求項３８】
複数のＵＶ放射源と、少なくとも１つの入口ポートおよび少なくとも１つの出口ポートを各々が有する複数の照射チャンバとを備え、前記ＵＶ放射源のすべてが、単一の冷却チャンバに熱結合されている、請求項２７に記載の照射装置。
【請求項３９】
前記１つまたは複数の放射源からの前記放射の一部分を１つまたは複数の２次チャンバの表面に伝達して、前記表面でのバイオフィルム形成を抑制する、請求項２７に記載の照射装置。
【請求項４０】
照射チャンバ内に配置された照射対象の物質含有する流体の照射方法であって、前記照射方法が、
（１）照射装置を用意する工程であって、前記照射装置が、
照射対象の物質を含有する流体のための少なくとも１つの照射チャンバであって、前記照射チャンバは、前記照射チャンバに流入する流体流のための少なくとも１つの入口ポート、および前記照射チャンバから流出する流体流のための少なくとも１つの出口ポートを有する、照射チャンバと、
少なくとも１つの冷却チャンバであって、前記冷却チャンバは、前記冷却チャンバに流入する流体流のための少なくとも１つの入口ポート、および前記冷却チャンバから流出する流体流のための少なくとも１つの出口ポートを有する、冷却チャンバと、
前記少なくとも１つの照射チャンバに結合された１つまたは複数のＵＶ放射源と、
前記１つまたは複数の放射源および前記少なくとも１つの冷却チャンバに熱結合された少なくとも１つの熱交換機構と、
を備えるものである工程と、
（２）前記照射装置を使用して、前記照射対象物質を含有する流体を照射する工程と
を含む、流体の照射方法。
【請求項４１】
前記熱交換機構が、熱電冷却デバイス、蒸気チャンバ、ヒートシンク、放熱構造、ファン、熱転写材料、流体に熱結合される材料、および冷却コーティングのうちの１つまたは複数を備える、請求項４０に記載の照射方法。
【請求項４２】
前記熱交換機構が、ヒートシンクまたは熱転写材料、あるいはそれらの組み合わせである、請求項４１に記載の照射方法。
【請求項４３】
前記１つまたは複数の放射源に隣接して配置された防湿乾燥剤を用意することをさらに含む、請求項４０に記載の照射方法。
【請求項４４】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源が、１つまたは複数のＵＶ−Ｃ放射源、あるいはそれらの組み合わせを備える、請求項４０に記載の照射方法。
【請求項４５】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源が、アレイに配列された複数の放射源を備える、請求項４０に記載の照射方法。
【請求項４６】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源の１つまたは複数の波長は、動的に調整可能である、請求項４０に記載の照射方法。
【請求項４７】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源の１つまたは複数の波長は、前記照射対象の物質中の汚染物質の同定に基づいて選択される、請求項４０に記載の照射方法。
【請求項４８】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源が、前記照射対象の物質に、前記照射対象の物質中で蛍光を誘発する１つまたは複数の波長を送達し、それによって、前記照射対象の物質中の前記汚染物質の前記同定を可能にする、請求項４７に記載の照射方法。
【請求項４９】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源が、前記照射対象の物質に、波長の組み合わせを送達する、請求項４０に記載の照射方法。
【請求項５０】
前記１つまたは複数のＵＶ放射源が、マイクロプラズマランプを含む、請求項４０に記載の照射方法。
【請求項５１】
複数のＵＶ放射源と、少なくとも１つの入口ポートおよび少なくとも１つの出口ポートを各々が有する複数の照射チャンバとを備え、前記ＵＶ放射源のすべてが、単一の冷却チャンバに熱結合されている、請求項４０に記載の照射方法。
【請求項５２】
前記１つまたは複数の放射源からの前記放射の一部分を１つまたは複数の２次チャンバの表面へと透過して、前記表面でのバイオフィルム形成を抑制する、請求項４０に記載の照射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般化すれば、照射による流体の消毒のためのシステム、装置、および方法に関する。具体的には、本発明は、照射対象の物質を含有する流体の消毒のための装置、システム、および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体および気体を含む流体の消毒のため紫外線（ＵＶ）照射を使用することはよく知られている。流体中の微生物汚染物質を不活化するために紫外線放射を用いるプロセスは、紫外線殺菌照射（Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  Ｇｅｒｍｉｃｉｄａｌ  Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ：ＵＶＧＩ）と呼ばれている。また、紫外線放射は、流体中の有機物質および無機物質の酸化（促進酸化処理（Ａｄｖａｎｃｅ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ：ＡＯＰ）と呼ばれる）にも使用されており、現在、多くの市販のＡＯＰシステムが使用されている。ＵＶＧＩ法およびＡＯＰ法を採用するシステムは、予測可能な方法によりＵＶ放射を流体に透過することに依拠している。ＵＶＧＩシステムの線量（単位：Ｊ／ｃｍ２）は単純に、ＵＶ照射（単位：Ｗ／ｃｍ２）と暴露時間（単位：秒）との積として記述することができる。
【０００３】
ＡＯＰにもＵＶＧＩにもＵＶ源が必要である。実用的な目的には、ＵＶ源の出力照射は維持され、ＵＶ源の使用寿命にわたって予測可能に減衰すべきである。これにより、ＵＶ源の交換サイクル並びにシステムの全体的な性能について予測することが可能になる。ＵＶ消毒システムは、典型的には、換算等価紫外線照射量（Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  Ｄｏｓｅ：ＲＥＤ）、ランプ寿命（Ｅｎｄ  ｏｆ  Ｌａｍｐ  Ｌｉｆｅ：ＥＯＬＬ）、流体の紫外線透過率（Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ：ＵＶＴ）、およびファウリング（ランプ窓および反応器）を含む、様々な因子を使用して、特定の性能レベルについて指定される。
【０００４】
いくつかのＮＳＦ規制およびＥＰＡ規制は、予測されるＥＯＬＬ光出力パワーで動作しているＵＶ源を用いてＵＶ消毒システムを試験することを求めている。ＵＶ消毒システムの性能仕様を予測された期間にわたって順守するために、ＵＶ源は、予測可能に減衰しなければならない。また、ＥＯＬＬを長くすることには商業的な利点があり、システム寿命および／またはＵＶ源の交換間隔を延ばすことにつながる。
【０００５】
多くのタイプのＵＶ源がある。従来は、低圧水銀蒸気ランプ、中圧水銀蒸気ランプ、およびアマルガムランプが消毒用途のＵＶ源として使用されてきた。他のＵＶ源としては、重水素ランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ、マイクロプラズマ源、固体電界効果蛍光体デバイスが挙げられる。マイクロプラズマランプは、大型の放電ランプと同じ原理で動作するが、小さな局所的なＵＶ射出ポケットを生成する平面電極を有する。ＬＥＤなどの固体光源は、半導体ヘテロ構造のアノードとカソードに電荷注入を適用するアクティブ層における電荷再結合によって、半導体物質中に光を生成する。これらの全ＵＶ源の最適な動作温度（ＵＶ出力光束および／または寿命が最大になる）は異なる。ほとんどの放電ランプは、水銀蒸気圧がより低いことを理由に、周囲条件が極めて低温であると動作することが困難である。逆に、固体光源の出力は、より低い周囲温度で最大になる。たとえば、低圧水銀ランプの出力パワーは周囲温度４０℃でピークになり得るが、２６５ｎｍのＬＥＤの光出力パワーは、周囲温度と線形関係を示す。ＬＥＤ曲線の傾きはデバイス設計によって変動し得るが、この傾向は、周囲温度がより低いときにより大きな光出力パワーが見られることと同じである。
【０００６】
多くのＬＥＤ製造業者は、最大ジャンクション温度を指定し、この温度を超えてはならない。ＬＥＤのジャンクション温度は、ＬＥＤのｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に挟まれたアクティブ層の温度である。最大定格ジャンクション温度を超えると、その結果、ＬＥＤの寿命または他の特性が低下することがある。簡略化されたモデルでは、ＬＥＤを一連の熱抵抗として表すことができる。たとえば、ＵＶ  ＬＥＤパッケージは、回路基板に実装された表面実装デバイス（ＳＭＤ）であってもよく、それ自体がヒートシンクまたは他の冷却デバイスに実装されている。ヒートシンクは、パッシブヒートシンク、ペルチェ素子、アクティブエアフロー、ヒートパイプなど、任意の熱交換器又は冷却方法であり得る。ＬＥＤは、プリント回路基板（ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）、金属コアプリント回路基板（ｍｅｔａｌ  ｃｏｒｅ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｂｏａｒｄ：ＭＣＰＣＢ）、チップオンボード（ｃｈｉｐ  ｏｎ  ｂｏａｒｄ：ＣＯＢ）など、様々な電気および熱伝導回路基板に実装され得る。ＬＥＤ自体のジャンクションから周囲環境への各接続点は、それに関連付けられた温度を有している。これらの温度は、ＬＥＤのジャンクション温度、回路基板のＬＥＤパッケージ間の温度、回路基板とヒートシンクとの間の温度、および周囲温度を含む。各接続点について、ＲＪＳが、パッケージ化された表面実装ＬＥＤの熱抵抗であり、ＲＳＢが、回路基板の熱抵抗であり、ＲＢＡが、ヒートシンクまたは冷却方法の熱抵抗であるように、熱抵抗をモデル化することができる。ＬＥＤのジャンクション温度は、（周囲温度）＋（（各熱抵抗）×（デバイス内の熱に対して損失したパワー）の合計）としてモデル化することができる。この関係は、式１に示される。
【数１】
2020530384.tif 000003
【０００７】
ＬＥＤは、ＵＶ射出のほとんどを行う側ではなく、電気接続されたチップの側を通じて熱が除去されるという点で、多くのＵＶ源の中でも独特のものである。これは、アーク放電管としても機能する石英スリーブを介した発光と同じ方向において優勢に放熱する水銀蒸気ランプとは対照的である。ＬＥＤは、半導体のアクティブ層から直接発光するので、石英窓を必要とせず、光は、半導体の後続層を透過して、周囲に放出される。しかしながら、ＬＥＤは、静電気放電、湿気、および酸素または窒素のような周囲の気体に敏感であることがあり、これらは、ＬＥＤの電気接点および半導体の性能を劣化させることがある。このため、たいてい、ＬＥＤのＳＭＤパッケージには、石英窓が配置されている。ＬＥＤが窓によって流体から保護されるＵＶＧＩシステムでは、上記の環境の影響を緩和できる場合に、ＳＭＤの窓は不要になる。１つまたは複数のＬＥＤを含んでいる基板上の単一の窓は、消毒システムのための圧力容器の一部分として窓が機能して、流体からＬＥＤを分離することができるように、ＬＥＤが基板と窓の間に封止されている場合に、流体消毒システムの光学窓として使用することができる。このことを達成するために、エポキシまたはシリコンのようなポッティング化合物を基板と窓の間で使用することができる。ポッティングは、ＬＥＤと窓の間の空間にいかなる隙間にも望ましくない湿気又は気体がないことを保証するために、低相対湿度環境で行われてもよく、あるいは、乾燥空気または不活性ガスでパージしてもよい。また、これは、２つではなく１つの石英窓に光を通すので、ＬＥＤの出力パワーも増大させる。このタイプの単一の窓ランプパッケージへの追加の利点は、ＬＥＤが、窓に多量の熱を伝達する水銀蒸気源とは対照的に、窓にほとんど熱を与えないことである。窓の温度の低下は、窓のファウリングの減少と相関する。窓のファウリングは、窓の全体的なＵＶ透過率を低下させ、それにより、ＵＶＧＩシステムおよびＡＯＰシステムの性能を低下させる。したがって、ＵＶ源を利用する堅牢な製品設計は、熱転写を考慮することにより、動作中のＵＶ源の温度に関与する。かかる方法によって、ＵＶ源の寿命および出力パワーをより良好に制御することができる。さらに、ＵＶ源を２次パッケージに組み付ける方法を使用して、ＵＶ源の出力パワーおよび寿命を向上させることができる。
【０００８】
ＵＶ源はＵＶＧＩシステム内の重要な構成要素であるが、システム効率全体における１つの構成要素にすぎない。システム効率は、反応器効率とＵＶ源効率との積で表すことができる。ＵＶＧＩシステムの設計では、ＵＶ照射への流体の暴露時間（「滞留時間」と呼ばれることもある）を最大にし、それによって、流体が認識する線量を最大にすることが実践的に優れている。反応器効率とは、滞留時間効率と光学効率との組み合わせである。反応器の光学効率は、反応器が、流体中の微生物汚染物質が光子を吸収する可能性を高めるためにどのくらい効率的にＵＶ源からの光子を使用するかの測度である。この可能性を高める１つの方法は、ＵＶ源からの光子が、反応器内部を最初に通過する際に吸収されなかった場合に反射し得るように、反応器内で反射材料を使用することである。流体中に吸収材がほとんどなく、反応器内の材料の反射率が高い場合、光子は、反応器内部で複数回反射され得る。
【０００９】
参照することにより本明細書の開示の一部とされる、ＵＳ２０１２／０３１８７４９Ａ１、同２０１４／０１６１６６４Ａ１、および同２０１４／０２４０６９５Ａ１は、明細書中に、照射による流体の消毒に有用な様々な装置、材料、および方法を開示する。しかしながら、当技術において、コンパクトな設置面積を完全に維持しつつ、良好なシステム効率を提供し、適切な熱管理を組み込んでおり、様々なハウジングまたはフローセルと共に使用できる、照射用装置および照射方法の改良が依然として必要である。
【発明の概要】
【００１０】
一つの実施形態によれば、本発明は、照射装置であって、照射対象の物質を含有する流体のための少なくとも１つの照射チャンバであって、当該照射チャンバは、照射チャンバに流入する流体流のための少なくとも１つの入口ポート、および照射チャンバから流出する流体流のための少なくとも１つの出口ポートを有する、照射チャンバと、少なくとも１つの冷却チャンバであって、冷却チャンバは、冷却チャンバに流入する流体流のための少なくとも１つの入口ポート、および冷却チャンバから流出する流体流のための少なくとも１つの出口ポートを有する、冷却チャンバと、少なくとも１つの照射チャンバに結合された１つまたは複数のＵＶ放射源と、１つまたは複数の放射源および少なくとも１つの冷却チャンバに熱結合された少なくとも１つの熱交換機構とを備え、少なくとも１つの冷却チャンバの内部表面の少なくとも一部分は、少なくとも１つの照射チャンバの外部表面の少なくとも一部分を含み、少なくとも１つの冷却チャンバは、少なくとも１つの照射チャンバと流体連通している、照射装置に関する。
【００１１】
別の実施形態によれば、本発明は、照射チャンバ内に配置された照射対象の物質を含有している流体の照射方法であって、照射方法は、（１）照射装置を用意する工程であって、照射装置は、照射対象の物質を含有する流体のための少なくとも１つの照射チャンバであって、前記照射チャンバは、照射チャンバに流入する流体流のための少なくとも１つの入口ポート、および照射チャンバから流出する流体流のための少なくとも１つの出口ポートを有する、照射チャンバと、少なくとも１つの冷却チャンバであって、冷却チャンバは、冷却チャンバに流入する流体流のための少なくとも１つの入口ポート、および冷却チャンバから流出する流体流のための少なくとも１つの出口ポートを有する、冷却チャンバと、少なくとも１つの照射チャンバに結合された１つまたは複数のＵＶ放射源と、１つまたは複数の放射源および少なくとも１つの冷却チャンバに熱結合された少なくとも１つの熱交換機構と、を備え、少なくとも１つの冷却チャンバの内部表面の少なくとも一部分は、少なくとも１つの照射チャンバの外部表面の少なくとも一部分を含み、少なくとも１つの冷却チャンバは、少なくとも１つの照射チャンバと流体連通している、照射装置を用意する工程と、（２）前記照射装置を使用して、照射対象の物質を含有している流体を照射する工程とを含む、流体の照射方法に関する。
【００１２】
別の実施形態によれば、本発明は、照射装置及び方法であって、照射対象の物質を含有する流体のための少なくとも１つの照射チャンバであって、前記照射チャンバは、照射チャンバに流入する流体流のための少なくとも１つの入口ポート、および照射チャンバから流出する流体流のための少なくとも１つの出口ポートを有する、照射チャンバと、少なくとも１つの冷却チャンバであって、冷却チャンバは、冷却チャンバに流入する流体流のための少なくとも１つの入口ポート、および冷却チャンバから流出する流体流のための少なくとも１つの出口ポートを有する、冷却チャンバと、少なくとも１つの照射チャンバに結合された１つまたは複数のＵＶ放射源と、１つまたは複数の放射源および少なくとも１つの冷却チャンバに熱結合された少なくとも１つの熱交換機構と、を備える、照射装置及び方法に関する。
【００１３】
本発明は、同様の参照番号が同様の装置構成要素を適宜示している様々な図面を参照して本明細書に例示および記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の照射装置の１つの例示的実施形態を示す平面側面図である。
【図２】線２−２に沿った、図１の装置の断面図である。
【図３】本発明の別の装置を示す平面側面図である。
【図４】線４−４に沿った、図３の装置の断面図である。
【図５】本発明の別の装置の一部分を示す平面側面図である。
【図６】線６−６に沿った、図５の装置の一部分の断面図である。
【図７】本発明の別の装置を示す平面側面図である。
【図８】線８−８に沿った、図７の装置の断面図である。
【図９】本発明の別の装置を示す平面側面図である。
【図１０】線１０−１０に沿った、図９の装置の断面図である。
【図１１】本発明の別の装置を示す平面側面図である。
【図１２】線１２−１２に沿った、図１１の装置の断面図である。
【図１３】本発明の別の装置を示す平面側面図である。
【図１４】線１４−１４に沿った、図１３の装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、２次反応器チャンバを利用してＵＶ源を冷却し、一つの実施形態によれば、システム内部における照射対象の物質を含有している流体の暴露時間も延ばす、改良されたＵＶ照射装置、消毒システムおよび方法を提供する。ＵＶ源は、ＵＶ放射を原則的に反射し、最小限のＵＶ放射を透過させる材料で内部表面が通常作製されている１次反応器チャンバを直接照射する。一つの実施形態によれば、２次反応器の内部表面の少なくとも一部分は、１次反応器チャンバの外部表面の少なくとも一部分を含む。したがって、２次反応器チャンバは、１次反応器の材料を透過するＵＶ放射の一部を受ける。一つの実施形態によれば、２次冷却チャンバは、１次照射チャンバと流体連通している。ＵＶ源の冷却は、ＵＶ源および２次冷却チャンバ内の流体に熱結合される少なくとも１つの熱交換機構によって達成される。
【００１６】
別の実施形態によれば、ＵＶ照射装置、消毒システム、および方法は、１つまたは複数の放射源からの放射の一部分が、照射チャンバから、１つまたは複数の２次チャンバ（冷却チャンバまたは出口導管を含むが、これらには限定されない）へと透過され、それによって、１つまたは複数の２次チャンバの表面に配置された放射が、微生物学的汚染の伝播を抑制する消毒効果を提供するように設計される。照射装置の表面への微生物の付着（以下「バイオフィルム」形成と呼ぶ）により、かかる汚染物質が上記表面を流れている流体に移る可能性があることに起因して、健康へのリスクが高まることがある。ＵＶ照射のプロセスは、処理された流体には残留殺生物成分を与えないので、消毒システム内におけるバイオフィルムを抑制することが望ましい。照射装置および消毒システムのファウリングは、装置およびシステムの下流領域（主要な照射チャンバよりも後のプロセスチェーンである「最終段階」を含むがそれに限定されない）において最も重度に回避される。一つの実施形態によれば、ＵＶ源により射出される放射のわずかな部分が、処理装置およびシステムの照射面に方向転換され得る。反応器の流体接触面は静止しているので、任意のセグメントの照射期間は、ＵＶ源の総照射期間と等しい。したがって、バイオフィルムの抑制を実現するために必要な照射は、反応器チャンバを通過する流体に対するものなど、一時的な照射に必要な量よりもはるかに少ない。低い照射と比較的低いＵＶパワーを必要とすることにより、反応器の流体消毒性能に著しい影響を与えることなく、バイオフィルムを抑制するために、放射源から射出されるパワーのごく一部を除去することができる。したがって、１つまたは複数の放射源からの放射の一部分を１つまたは複数の２次チャンバの表面へと透過して、その上でのバイオフィルム形成を抑制することができる。
【００１７】
本発明の一つの実施形態によれば、装置は２つの３次元チャンバを有し、各々が、チャンバに出入りする流体の流れのための少なくとも１つの入口ポートと少なくとも１つの出口ポートとを有している。ＵＶ放射源は、チャンバのうちの一方、照射チャンバの内部に放射を提供する。放射源は、他方のチャンバ、冷却チャンバへの熱接続を有している。この熱接続は、ＵＶ源に接続された熱交換機構の背面および／または前面と冷却チャンバ内の流体との間にある。２つのチャンバは流体接続しており、チャンバのうちの一方の入口が、他方のチャンバの出口となる。照射チャンバは、典型的には、ＵＶ源からのＵＶ放射を原則的に反射し、ＵＶ放射の透過を最小限に抑える材料で構築される。冷却チャンバの内部の少なくとも一部分は、照射チャンバの外部で構成されている。したがって、照射チャンバの材料を透過するＵＶ放射は、冷却チャンバのＵＶ源として機能する。これにより、ＵＶ放射への流体の暴露時間が長くなり、流体が認識する線量が増大する。さらに、冷却チャンバの表面へと透過される放射により、その上でのバイオフィルム形成が抑制される。
【００１８】
ＵＶ放射源（単数または複数）は、１つまたは複数のＵＶ−Ｃ放射源、あるいはそれらの組み合わせを備えてもよい。典型的には、ＵＶ放射源（単数または複数）は、照射チャンバまたは冷却チャンバの壁の中／上の支持構造に結合される。支持構造は、ＵＶ放射源（単数または複数）（ＵＶ−Ｃ放射源であってもよい）を保持しており、それにより、支持構造はＵＶ放射を選択的に、照射対象の物質が選択的に配置される照射チャンバの内部に向ける。ピーク波長は（動的に）選択および／または調整することができ、所与の有機体の作用スペクトルを標的にし、それにより、消毒効率を向上させるように、複数の波長を利用することができる。たとえば、１つまたは複数のＵＶ放射源の１つまたは複数の波長は、照射対象の物質中の汚染物質の同定に基づいて選択され得る。１つまたは複数のＵＶ放射源は、照射対象の物質に１つまたは複数の波長あるいは波長の組み合わせを送達することができる。波長は、照射対象の物質中で蛍光を誘発することがあり、それにより、照射対象の物質中の汚染物質の同定が可能になる。任意選択的に、照射対象の物質は、バンドギャップ電気光励起により半導体表面で過酸化水素を生成させて消毒するために、ｎ型単結晶半導体に隣接して配置されてもよい。熱は、熱交換機構（熱電冷却デバイス、蒸気チャンバ、ヒートシンク、放熱構造、ファン、熱転写材料、流体に熱結合される材料、およびＵＶ放射源（単数または複数）に実質的に隣接して配置される冷却コーティングのうちの１つまたは複数など）を使用して管理され、任意選択的には回復される。一つの実施形態によれば、熱交換機構は、ヒートシンクまたは熱転写材料、あるいはそれらの組み合わせである。照射装置は、支持構造に結合された、および／またはその中に配置された防湿乾燥剤を使用して、耐湿性にすることができる。照射アセンブリは、流量、水質、ユーザ入力、または他の動作条件に基づいて、照射対象の物質へのＵＶ放射の送達を動的に制御するための監視／検出機構および制御回路を含むことができる。最終的には、関連する性能データを搭載型のまたは外部のデータ記憶ユニットに記憶することができる。
【００１９】
本発明の様々な実施形態によれば、単一のＬＥＤ「ダイ」あるいはマトリックスまたはアレイに配列された複数のＬＥＤ「ダイ」を含む、ＵＶ放射源パッケージを含む、モジュール半導体ＵＶ  ＬＥＤ実装構成が提供され得る。約２００ｎｍから約８００ｎｍまで、ＵＶ放射スペクトルと可視放射スペクトルの両方の複数の波長を提供するようにＬＥＤダイを選択することができる。１つの例示的実施形態によれば、マトリックスまたはアレイは、ヌクレオカプシドの吸収メカニズム（ピーク発光の中心が２８０ｎｍ付近である）を飽和させ、同時に、ピーク発光波長が約２５０〜２８０ｎｍに及ぶ核酸のピーク吸収を標的とするために、約２００〜３２０ｎｍの範囲のＬＥＤダイ発光波長を含む。別の例示的実施形態によれば、様々な細菌やウイルスを標的とするために使用される低圧または中圧のＨｇベースのＵＶランプの光出力スペクトルを模倣することを意図して、ＬＥＤダイのマトリックスまたはアレイは、約２４０〜２６０ｎｍ、約２６０〜３４４ｎｍ、約３５０〜３８０ｎｍ、約４００〜４５０ｎｍ、または約５００〜６００ｎｍのうち少なくとも１つを含む複数の波長を利用する。さらなる例示的実施形態は、ＴｉＯ２、ＮｉＯ、ＳｎＯ２などのｎ型半導体の結晶膜の近位で水中の病原体または汚染物質の光触媒酸化を可能にするために、約３５０ｎｍ〜４００ｎｍのＬＥＤダイ発光波長と組み合わせた、約２５０ｎｍ〜３００ｎｍの殺菌波長を射出するＬＥＤダイのマトリックスまたはアレイである。さらなる例示的実施形態は、生物由来の粒子のＮＡＤＨ、およびトリプトファンの蛍光スペクトルを可能にするために、マトリックスまたはアレイに配列された約２５０〜３２０ｎｍおよび約３２０〜４００ｎｍの波長を射出する複数のＬＥＤダイを含むモジュール式実装構成である。別の例示的実施形態によれば、市販のＳＥＴＩ  ＵＶ  Ｃｌｅａｎ（商標）ＬＥＤパッケージが使用される。Ｂｅｒｇｑｕｉｓｔ  Ｃｏｍｐａｎｙ（商標）から入手できるものなど、熱伝導性の金属コア回路基板（ＭＣＰＣＢ）に接合された個別のＬＥＤダイスまたは単一のダイを使用してもよい。
【００２０】
ＬＥＤパッケージを、照射チャンバの窓ポートに実装するように構成された放熱シンクに接続してもよい。モジュールの実装面には、ＬＥＤパッケージを乾燥剤と共に封入するシールまたはガスケットを設けてもよく、それにより、湿気の凝結が低減される。ヒートシンクは、円形、正方形、または別の適切な形状であってもよい。任意選択的には、ＬＥＤからの熱は、強制空気によって冷却されるヒートシンクに対する熱電冷却器または他の手段の助けによって伝導される。ＬＥＤパッケージは、交換可能モジュールの一部として含まれる制御および電力回路に電気接続され得る。動作温度や運転時間など、遠隔測定データおよび追跡情報を提供するために、交換可能なモジュール内に回路が含まれる。
【００２１】
パッケージ化されたＵＶ  ＬＥＤ、または複数のＵＶ  ＬＥＤのマトリックスまたはアレイをヒートシンクに取り付けてもよい。複数のＵＶ波長を使用して、特定の微生物への影響を最適化することができる。裏面熱抽出は、熱電冷却（ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｏｏｌｉｎｇ：ＴＥＣ）チャンバおよび／または蒸気チャンバにより支援してもよい。さらに、ＵＶ  ＬＥＤパッケージは、ダイヤモンドナノ粒子を含浸したシリコンポリマーなどの熱伝導性の高い被覆層（ＵＶ  ＬＥＤパッケージは、単結晶構造を有し得る）を介した伝導によって上面冷却され得る。
【００２２】
ヒートシンクおよびＵＶ放射射出ハウジングの金属部分の表面は、ＬＥＤおよびアクセサリのダイまたはパッケージを実装するために平坦にしてもよく、あるいは任意選択的に、ＬＥＤの凹面反射構造を提供するために、および／または、取り付け手段を提供するために凹んでいてもよい。ヒートシンクは、内部にねじ切りされた丸形ベゼルを有するヒートシンクの例示的実施形態でねじ留めすることによって、あるいは、バヨネットコネクタを用いて接続された丸形ベゼルを有するヒートシンクの例示的実施形態で捻ることによって、接触接着、スプリングピン、クランプ、回転するクリップ、ねじなどを含むがそれらには限定にされない様々な方法によって、照射装置に取り付けてもよい。
【００２３】
任意選択的に、ＵＶ放射源の電気制御および／または電子制御用の構成要素を、前述のような密封ユニットに含めてもよく、それにより、それらの構成要素は、前述のように、エルミート性、乾燥剤の使用、またはそれらの組み合わせを通じて外部環境からの保護を維持しながら、ＵＶ放射源に対して作用することがある。さらに、これらの構成要素をＭＣＰＣＢ上へのコロケーション、他の場合には、熱交換機構への後続の熱ユニオンを使用して、たとえば電力変換構成要素などが発生する熱を抽出してよい。加えて、これらの電気および／または電子構成要素は、ＵＶ放射源（フォトダイオード、熱電対、サーミスタ、音響センサ、ホールプローブ、電流プローブなどを含むがこれらには限定されない）の動作条件およびステータスを判定するセンサを含んでもよい。
【００２４】
放射エミッタモジュールは、任意選択的に湿気や湿度に対処するために取り付けられた電子機器および乾燥物質を含む、ユーザ交換可能なユニットであってもよい。取り付けられた電子機器は、個々の識別番号およびテレメトリートラッキング、並びに大型システムから簡単に接続解除するための相互接続を含むことができる。
【００２５】
ＬＥＤパッケージの冷却は、ＬＥＤパッケージとヒートシンクとの間に位置するＴＥＣチャンバまたは蒸気チャンバによって支援され得る。ＴＥＣは、貫通孔設計などの不規則なパッケージ形状の周囲に接触させるように位置する単一のＴＥＣまたは複数のモジュールの形態をとってもよい。さらに、生成された廃熱からエネルギーを回収するために、電熱モジュールを含んでもよい。
【００２６】
ＵＶ放射は、ＬＥＤダイから、透過性窓、ポリマー、空気、および／またはアパーチュアを通して、照射チャンバへと透過され得る。透過性窓には、使用されるＬＥＤの選択に適した透過スペクトル、たとえばＵＶ−Ｃ範囲を有する。
【００２７】
ここで図１および図２を参照すると、本発明の１つの例示的実施形態によれば、照射装置Ａは２つの３次元チャンバ１および２を含み、各々が、チャンバに出入りする流体の流れのための入口ポートと出口ポートとを有している。照射チャンバ１は、チャンバに流入する流体流のための入口ポート４と、チャンバから流出する流体流のための出口ポート５とを有する。冷却チャンバ２は、チャンバに流入する流体流のための入口ポート３と、チャンバから流出する流体流のための出口ポート４とを有する。冷却チャンバ２と照射チャンバ１とは、流体接続および流体連通しており、ポート４は、冷却チャンバの出口ポートとしても、照射チャンバの入口ポートとしても機能する。ＵＶ放射源６は、照射チャンバ１の内部に放射を提供する。放射源は、冷却チャンバ２に熱接続している。この熱接続は、少なくとも１つの熱交換機構の背面および／または前面の間にあり、放射源と冷却チャンバ内の流体とに熱接続または熱結合されている。一つの実施形態によれば、熱交換機構は、ヒートシンク８である。単一の石英光学窓７は、照射チャンバ１内の流体から石英光学窓を保護するように、ＵＶ放射源６の上に配置される。ＵＶ放射源は、熱交換機構と窓との間に封止されており、それにより、窓は、消毒システムのための圧力容器の一部分として、かつ、ＵＶ放射源を照射チャンバ内の流体から分離するために機能する。
【００２８】
照射チャンバ１は、典型的には、ＵＶ源からのＵＶ放射を原則的に反射し、ＵＶ放射の透過を最小限に抑える材料で構築される。冷却チャンバ２の内部表面の少なくとも一部分は、照射チャンバ１の外部表面の少なくとも一部分を含む。冷却チャンバ（単数または複数）の内部表面は、典型的には、照射チャンバ（単数または複数）の外部表面の少なくとも実質的部分を、より典型的には、照射チャンバ（単数または複数）の外部表面の実質的にすべてを含み、それにより、冷却チャンバ（単数または複数）は、照射チャンバ（単数または複数）を実質的または完全に封入する。一つの実施形態によれば、照射装置内の１つまたは複数の照射チャンバの外部表面全体は、照射装置内の１つまたは複数の冷却チャンバの内部表面全体の、少なくとも約２０％、典型的には少なくとも約３０％、より典型的には少なくとも約４０％である。照射チャンバ１の材料を透過するＵＶ放射は、冷却チャンバ２のＵＶ源として機能する。したがって、記載した２チャンバシステムを通過する任意の粒子が受ける線量Ｄｍは、次の式で表すことができる。
【数２】
2020530384.tif 000004
式中、ｔＡおよびｔＢはそれぞれ、チャンバ１および２内の粒子の滞留時間であり、φＡおよびφＢはそれぞれ、チャンバ１および２内の粒子が認識する放射束である。
【００２９】
別の実施形態によれば、ＵＶ源は、金属コアプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ）、プリント回路基板（ＰＣＢ）、または他の誘電体材料などの熱転写材料に電気接続および熱接続しているＬＥＤである。熱転写材料は、冷却チャンバ２内の流体と直接接触しており、ＬＥＤと流体との間に熱経路が提供される。この場合、流体、たとえば水の温度がジャンクション温度よりも低い場合に流体がＬＥＤを冷却する。熱転写材料は、放射源と冷却チャンバ内の流体とに熱接続または熱結合された熱交換機構として機能する。
【００３０】
別個の実施形態によれば、ＵＶ源は、金属コアプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ）、プリント回路基板（ＰＣＢ）、または他の誘電体材料などの熱転写材料に電気接続および熱接続しているＬＥＤであり、かかる熱転写材料は、照射チャンバ１内の流体と直接接触している別の第２の熱転写材料と接触しており、ＬＥＤと流体と間の熱経路が提供される。この場合、流体、たとえば水の温度がジャンクション温度よりも低い場合に流体がＬＥＤを冷却する。第２の熱転写材料は、金属、誘電体、半導体、プラスチック、または任意の他の熱伝導材料であり得る。熱転写材料は、放射源と冷却チャンバ内の流体とに熱接続または熱結合された熱交換機構として機能する。
【００３１】
別の実施形態によれば、冷却チャンバ２はまた、図１〜図２に示した複合型システムの構造的完全性を高める機能も果たし、それによって、システム全体（チャンバ１および２）の圧力定格が増大する。たとえば、冷却チャンバを、照射チャンバの作製に使用される材料よりも引張強度が高い材料で作製してもよい。
【００３２】
別の実施形態によれば、照射チャンバと１つまたは複数の冷却チャンバもしくは他の２次チャンバと間の光学結合は、ＵＶ放射が照射チャンバから冷却チャンバまたは他の２次チャンバに入射することを可能にするために照射チャンバの内部を通る１つまたは複数の丸穴を介して実現され得る。また、丸穴（単数または複数）が冷却チャンバ（単数または複数）と流体接続していてもよく、照射チャンバと２次チャンバと間の流体連通を高めることがある。丸穴を透過して冷却チャンバまたは他の２次チャンバの表面に達する放射は、それらの表面でのバイオフィルム形成、および装置の下流領域において起こり得る微生物汚染を抑制する。したがって、照射装置の流体出口構造の一部分は、照射チャンバの１つまたは複数の丸穴または他の開口部を通る直接照射、あるいはチャンバの材料を通る部分的透過のいずれかによって、照射チャンバに光学結合することができ、それによって、出口構造の表面を照射し、バイオフィルム形成を抑制する。ＵＶ放射を統合型ＵＶ消毒用の装置、システム、および方法においてバイオフィルム抑制材として使用することができる。これは、使用していない期間における周期的な「オンサイクル」での装置、システム、および方法のインテリジェント制御を含んでもよく、それにより、一定の静菌効果が与えられ得る。一つの実施形態によれば、照射チャンバ１と冷却チャンバ２との間の光学的結合は、ＵＶ放射がチャンバ１からチャンバ２に入射することを可能にするためにチャンバ１の内部を通る少なくとも１つの小さな丸穴を介して実現され得る。丸穴（単数または複数）は、チャンバ２と流体接続していてもよく、チャンバ１とチャンバ２と間の流体連通を高めることができる。また、少なくとも１つの小さな丸穴を透過し、チャンバ１の材料を通る部分透過によってチャンバ２の表面に達する放射は、チャンバ２の表面でのバイオフィルム形成、および装置の下流領域において起こり得る微生物汚染を抑制する。
【００３３】
本発明の別の実施形態によれば、ＵＶ源は、放射を照射チャンバへと透過し、照射チャンバとは構造的に異なる冷却チャンバに熱的結合されている。図３および図４に示す実施形態によれば、照射装置Ｂは２つの３次元チャンバ９および１０を含み、各々が、チャンバに出入りする流体の流れのための入口ポートと出口ポートとを有している。照射チャンバ９は、チャンバに流入する流体流のための入口ポート１２と、チャンバから流出する流体流のための出口ポート１３とを有する。冷却チャンバ１０は、チャンバに流入する流体流のための入口ポート１１と、チャンバから流出する流体流のための出口ポート１７とを有する。しかしながら、冷却チャンバ１０と照射チャンバ９とは構造的に異なり、流体接続または流体連通していない。ＵＶ放射源１４は、照射チャンバ９の内部に放射を提供する。放射源は、冷却チャンバ１０に熱接続している。この熱接続は、少なくとも１つの熱交換機構の背面および／または前面の間にあり、放射源と冷却チャンバ内の流体とに熱接続または熱結合されている。一つの実施形態によれば、熱交換機構は、ヒートシンク１６である。単一の石英光学窓１５は、照射チャンバ９内の流体から石英光学窓を保護するように、ＵＶ放射源１４の上に配置される。ＵＶ放射源は、熱交換機構と窓との間に封止されており、それにより、窓は、消毒システムのための圧力容器の一部分として、かつ、ＵＶ放射源を照射チャンバ内の流体から分離するために機能する。照射チャンバ９は、ＵＶ源からのＵＶ放射を原則的に反射し、ＵＶ放射の透過を最小限に抑える材料で構築される。
【００３４】
別の実施形態によれば、照射チャンバ９および冷却チャンバ１０は、構造安定性のために単一の硬質フレームに依存している。チャンバ同士の仕切りは、主に非構造的である材料で実現される。別の実施形態によれば、チャンバ同士の仕切りは半透性であり、チャンバ間における流体束が可能になる。
【００３５】
別の実施形態によれば、ＵＶ放射源は、照射チャンバの内側に部分的または全体的に結合または実装されている熱転写材料に熱接続されている。熱転写材料は、ＵＶ源から照射チャンバ内の流体へのチャンバの内部を介した伝導熱転写を行う。一つの実施形態によれば、ＵＶ源は、金属コアプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ）、プリント回路基板（ＰＣＢ）、または他の誘電体材料などの熱転写材料に電気接続および熱接続しているＬＥＤである。熱転写材料は、照射チャンバ内の流体と直接接触しており、ＬＥＤと流体との間に熱経路が提供される。この場合、流体、たとえば水の温度がジャンクション温度よりも低い場合に流体がＬＥＤを冷却する。熱転写材料は、放射源と冷却チャンバ内の流体とに熱接続または熱結合された熱交換機構として機能する。
【００３６】
別の実施形態によれば、ＵＶ源は、金属コアプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ）、プリント回路基板（ＰＣＢ）、または他の誘電体材料などの熱転写材料に電気接続および熱接続しているＬＥＤであり、かかる熱転写材料は、照射チャンバ内の流体と直接接触している別の熱転写材料と接触しており、ＬＥＤと流体と間の熱経路が提供される。この場合、流体、たとえば水の温度がジャンクション温度よりも低い場合に流体がＬＥＤを冷却する。熱転写材料は、金属、誘電体、半導体、プラスチック、または任意の他の熱伝導材料であり得る。熱転写材料は、放射源と冷却チャンバ内の流体とに熱接続または熱結合された熱交換機構として機能する。図５および図６は、本発明の１つのかかる装置の一部分を示している。一つの実施形態によれば、図３および図４に示す装置Ｂを、図３および図４の冷却チャンバ、ＵＶ放射源、および熱交換機構の代わりに、図５および図６に示す冷却チャンバ２１、ＵＶ放射源１８、並びに熱交換機構１９および２０装置Ｃを含むように修正してもよい。冷却チャンバ２１は、チャンバに流入する流体流のための入口ポート２２と、チャンバから流出する流体流のための出口ポート２３とを有する。ＵＶ放射源１８は、照射チャンバの内部に放射を提供する。ＵＶ源は、金属、誘電体、半導体、プラスチック、または任意の他の熱伝導材料（たとえば、金属コアプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ）、プリント回路基板（ＰＣＢ）、または他の誘電体材料）などの熱転写材料１９に電気接続および熱接続している。熱転写材料１９は、ヒートシンクまたは上述のような別個の熱転写材料など、別の熱交換機構２０と接触しており、かかる熱交換機構は、照射チャンバ内の流体と直接接触しており、ＵＶ放射源と流体との間に熱経路が提供される。この場合、流体、たとえば水の温度がジャンクション温度よりも低い場合に流体がＵＶ放射源を冷却する。また、放射源は、放射源と冷却チャンバ内の流体とに熱接続または熱結合された熱交換機構１９および２０を介して、冷却チャンバ２１に熱接続している。別の実施形態によれば、ＵＶ源１８はまた、熱転写材料１９にＵＶ放射を提供する。
【００３７】
別の実施形態によれば、ＵＶ源は、反応器照射チャンバ内の流体と直接接触しているマイクロプラズマランプであり、ランプと流体との間に直接熱経路が提供される。この場合、流体がランプを冷却する。図７および図８に示す実施形態では、照射装置Ｄは、チャンバに出入りする流体の流れのための入口ポート２４と出口ポート２５とを有する３次元照射チャンバ２３を含む。マイクロプラズマランプのＵＶ放射源２６は、照射チャンバ２３の内部に放射を提供する。マイクロプラズマランプは、チャンバ２３内の流体と直接接触しているので、ランプと流体との間に直接熱経路を提供し、それによって、ランプを冷却する。一つの実施形態によれば、マイクロプラズマランプは、照射チャンバ内の流体と直接接触している熱転写材料と熱接続しており、ランプと流体との間に直接熱経路が提供される。熱転写材料は、金属、誘電体、半導体、プラスチック、または任意の他の熱伝導材料であり得る。熱転写材料は、ランプからのＵＶ放射の一部分を反射してもよい。別の実施形態によれば、熱転写材料は、照射チャンバ内の流体と直接接触している別個の熱転写材料と接触しており、ランプと流体との間に熱経路が提供される。これらの場合、流体がランプを冷却する。したがって、図７および図８に示す実施形態を、本明細書で図示および記載されている他の照射装置の照射チャンバとして使用してもよい。
【００３８】
別の実施形態によれば、本発明は、複数のＵＶ放射源と、少なくとも１つの入口ポートおよび１つの出口ポートを各々が有する複数の照射チャンバとを提供する。各ＵＶ放射源は、主に、単一の照射チャンバに光学結合される。すべての照射チャンバは、任意の照射チャンバを通過するすべての流体が冷却チャンバも通過するように、単一の冷却チャンバに流体結合される。このようにすると、冷却チャンバを通過する流体束は、すべての照射チャンバを通る流体流の合計と等しくなる。さらに、すべてのＵＶ源は、冷却チャンバの内部を介して流体束に熱結合される。
【００３９】
別の実施形態によれば、本発明は、複数のＵＶ放射源と、少なくとも１つの入口ポートおよび１つの出口ポートを各々が有する複数の照射チャンバとを提供する。各ＵＶ放射源は、主に、単一の照射チャンバに光学結合される。すべてのＵＶ放射源は、単一の冷却チャンバに熱結合される。照射チャンバのうちの１つまたは複数は流体接続しており、１つのチャンバの出口は、別のチャンバの入口である。
【００４０】
別の実施形態によれば、本発明は、複数のＵＶ放射源と、少なくとも１つの入口ポートおよび１つの出口ポートを各々が有する複数の照射チャンバとを提供する。各ＵＶ放射源は、主に、単一の照射チャンバに光学結合される。ＵＶ放射源はすべて、単一の冷却チャンバに熱結合される。照射チャンバのうちの１つまたは複数は流体接続しており、１つのチャンバの出口は、別のチャンバの入口である。さらに、冷却チャンバは、照射チャンバのうちの１つまたは複数に流体接続しており、冷却チャンバの出口は、照射チャンバのうちの１つまたは複数の入口である。
【００４１】
上述の実施形態によれば、複数の照射チャンバは、任意の照射チャンバを通過するすべての流体が冷却チャンバも通過するように、単一の冷却チャンバに流体結合される。複数の照射チャンバを単一の冷却チャンバに流体結合して単一のユニットを形成するのと同様に、これらの個々のユニットのセットを、並列または直列に組み合わせて配列してもよく、各ユニットへの入口は、入口における総流量（並列の場合）または全体の流量（直接の場合）の一部、あるいは各ユニットの直接構成および並列構成の混合を構成する。
【００４２】
図９および図１０に示す実施形態によれば、照射装置Ｅは、３つの３次元チャンバ、２つの照射チャンバ３１、および冷却チャンバ２７を含む。各チャンバは、チャンバに出入りする流体の流れのための入口ポートと出口ポートとを有する。各照射チャンバ３１は、チャンバに流入する流体流のための入口ポート３０と、チャンバから流出する流体流のための出口ポート２８とを有する。冷却チャンバ２７は、チャンバに流入する流体流のための入口ポート２９と、チャンバから流出する流体流のための２つの出口ポート３０とを有する。冷却チャンバ２７と照射チャンバ３１とは、流体接続および流体連通しており、ポート３０は、冷却チャンバの出口ポートとしても、照射チャンバの入口ポートとしても機能する。ＵＶ放射源３４は、照射チャンバ３１の内部に放射を提供する。放射源は、冷却チャンバ２７に熱接続している。この熱接続は、少なくとも１つの熱交換機構の背面および／または前面の間にあり、各放射源と冷却チャンバ内の流体とに熱接続または熱結合されている。一つの実施形態によれば、熱交換機構は、ヒートシンク３３を介している。単一の石英光学窓３２は、照射チャンバ内の流体から石英光学窓を保護するように、各ＵＶ放射源３４の上に配置される。ＵＶ放射源は、熱交換機構と窓との間に封止されており、それにより、窓は、消毒システムのための圧力容器の一部分として、かつ、ＵＶ放射源を照射チャンバ内の流体から分離するために機能する。前述のように、各ＵＶ放射源３４は、主に、単一の照射チャンバ３１に光学結合される。ＵＶ放射源はすべて、単一の冷却チャンバ２７に熱結合される。照射チャンバ３１は、冷却チャンバの出口３０は照射チャンバの入口なので、冷却チャンバ２７と互いに流体接続および流体連通している。
【００４３】
別の実施形態によれば、ＵＶ源から流体束への熱転写は、チャンバの表面に組み込まれており、かつ、そのチャンバ内の流体束と熱接触している公称的に平坦な表面による伝導熱転写を介して実現される。たとえば、図２および図１０に示した実施形態では、ＵＶ源から冷却チャンバ内の流体への熱転写は、照射チャンバの外面および冷却チャンバの内面に組み込まれており、かつ、冷却チャンバ内の流体束と熱接触しているヒートシンクの公称的に平坦な表面による伝導熱転写を介して実現される。
【００４４】
別の実施形態によれば、ＵＶ源から流体束への熱転写は、流体束のうちのいくつかまたはすべての流路に配置された多孔質構造による伝導熱転写を介して実現される。多孔質構造は、流体束への効率的な伝導熱転写を行うために表面積が最大になるように設計されていてもよい。伝導熱転写を最大化するために使用される多孔質構造は、流体束の乱流混合および／または層流特性を促進し得る。
【００４５】
本発明の一つの実施形態によれば、２つの３次元チャンバは、チャンバに出入りする流体の流れのための少なくとも１つの入口ポートと少なくとも１つの出口ポートとを有する。ＵＶ源は、マイクロプラズマランプなどの平坦な光源であり、両側からＵＶ放射を射出する。ＵＶ源は照射チャンバと冷却チャンバとの間に位置しており、両方のチャンバに放射を提供する。一つの実施形態によれば、２つのチャンバは流体接続しており、チャンバのうちの一方の入口が、他方のチャンバの出口となる。別の実施形態によれば、平坦なＵＶ源の各面が各チャンバの側壁の一部分として機能する。
【００４６】
次に、図１１および図１２に示される実施形態を参照すると、照射装置Ｆは、チャンバに出入りする流体の流れのための入口ポートと出口ポートとを各々が有する２つの３次元チャンバ３７および３８を含む。照射チャンバ３７は、チャンバに流入する流体流のための入口ポート４０と、チャンバから流出する流体流のための出口ポート４１とを有する。冷却チャンバ３８は、チャンバに流入する流体流のための入口ポート３９と、チャンバから流出する流体流のための出口ポート４０とを有する。冷却チャンバ３８と照射チャンバ３７とは、流体接続および流体連通しており、ポート４０は、冷却チャンバの出口ポートおよび照射チャンバの入口ポートとして機能する。平坦なＵＶ放射源４２は、照射チャンバ３７の内部および冷却チャンバ３８の内部に放射を提供するマイクロプラズマランプである。ＵＶ源は照射チャンバと冷却チャンバとの間に位置しており、両方のチャンバに放射を提供する。平坦なＵＶ源の各面が各チャンバの側壁の一部分として機能する。ＵＶ放射源４２は、照射チャンバおよび冷却チャンバ内の流体からＵＶ放射源を保護するように、両側を覆う石英スリーブまたは光学窓を有する。ＵＶ放射源は、窓の間に封止されており、それにより、窓は、消毒システムのための圧力容器の一部分とし、かつ、ＵＶ放射源を照射チャンバ内の流体から分離するために機能する。
【００４７】
一つの実施形態によれば、照射チャンバ３７は、ＵＶ源からのＵＶ放射を原則的に反射する材料で構築され、冷却チャンバ３８は、ＵＶ放射を原則的に吸収する材料で構築されている。別の実施形態によれば、照射チャンバ３７と冷却チャンバ３８の両方が、ＵＶ源からのＵＶ放射線を原則的に反射する材料で構築される。別の実施形態によれば、照射チャンバ３７と冷却チャンバ３８の両方が、ＵＶ源からのＵＶ放射を原則的に吸収する材料で構築される。
【００４８】
本発明の別の実施形態によれば、本明細書に記載されるＵＶ源は、図１３および図１４に示すＵＶエミッタアセンブリＧなどのＵＶエミッタを備えていてもよい。ＵＶエミッタ４５は、金属コアプリント回路基板などの熱転写材料または導体４４とＵＶ透過性窓４７との間にＵＶエミッタを部分的または完全に封入する、環境封止されたハウジングの内部に埋め込まれている。別の実施形態によれば、封止されたハウジングは、窓４７などの原則的にＵＶ透過性窓と、原則的に熱伝導性のカップ４３などのヒートシンクを備えており、これらを組み合わせて、回路基板上の１つまたは複数のＵＶ  ＬＥＤが配置され、かつ、カップに熱接続している、封入容積を形成する。ポッティング化合物４８は、熱伝導性カップと窓との間の隙間を埋め、ＬＥＤの周囲のキープアウト領域４６が小さくなる。一つの実施形態によれば、熱伝導性カップは単一の金属シートの変形によって作製される。熱伝導性カップは、電気接続が入る、および／または出るための、並びに／あるいは液体ポッティング化合物の注入のための１つまたは複数のポートを有してもよい。別の実施形態によれば、熱伝導性カップは、ＵＶエミッタとの熱転写を原則的に意図する少なくとも１つの面を備える。
【００４９】
本発明の他の実施形態によれば、光学的に透明な窓は石英またはサファイア、あるいは原則的にＵＶに透明なポリマーで作製される。ポッティング化合物は、原則的に、熱伝導性カップ内に光学的に透明な窓を保持してもよく、アセンブリの構造的構成要素として機能してもよい。ＵＶエミッタは、基板に実装されたＵＶ放射源を備えてもよく、制御システムがさらに基板に実装されている。ＵＶ放射源は、ＬＥＤ、プラズマ放電源、または固体蛍光体射出デバイスのうちの少なくとも１つまたはそれらの組み合わせを備えていてもよい。基板はプリント回路基板を備えていてもよい。基板は、ＵＶ放射源と外部熱リザーバとの間に効率的な熱経路を生成するように設計されていてもよい。基板は、ポッティング化合物とＵＶ放射源との接触を防止する手段を提供してもよい。基板は、ＵＶ放射源と光学的に透明な窓との相対的な位置決めを規定する手段を提供してもよい。制御システムは、定電流ソースまたは定電流シンクを備えていてもよい。
【００５０】
本発明は、特定の実施形態またはその実施例を参照して本明細書に例示および説明されているが、当業者には、他の実施形態および実施例が同様の機能を実行し得ること、および／または同様の結果を達成し得ることが容易に明らかになるであろう。同様に、開示された技術の他の応用例が可能であることが明らかになるであろう。かかる同等の実施形態、実施例、および応用例はすべて、本発明の趣旨および範囲に含まれ、添付の請求項により網羅されることが意図される。
【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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【国際調査報告】
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