(57)【要約】  流体が入口（３）から出口（７）まで容器（５）の容積（８）を通って流れることができるように配置された容器（５）、および容器（５）の容積（８）に挿入されているか、または挿入可能であり、ＵＶ範囲の波長、好ましくは１５０ｎｍと２００ｎｍの間の波長の放射に対して透過性の境界壁（１１）を規定する内側シリンダー（１０ａ）を含み、ここで、容器（５）は、溶着によって互いに接続されて外側シリンダーアセンブリ（５ａ）を形成する、軸方向に配置された複数のシリンダー部（５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ）を含む、フロースルー流体浄化デバイス（１）。
2020510521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が入口（３）から出口（７）まで容器（５）の容積（８）を通って流れることができるように配置された容器（５）；および
容器（５）の容積（８）に挿入されているか、または挿入可能であり、ＵＶ範囲の、好ましくは１５０ｎｍ〜２００ｎｍの間の波長の放射に対して透過性である境界壁（１１）を規定する内側シリンダー（１０ａ）、
を含み、
ここで、容器（５）は、溶着によって互いに接続されて外側シリンダーアセンブリ（５ａ）を形成する、軸方向に配置された複数のシリンダー部（５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ）を含む、
フロースルー流体浄化デバイス（１）。
【請求項２】
デバイス（１）が、端部キャップ（２０、２１）が配置された端部で容器（５）の容積（８）を液密に閉鎖するため、および内側シリンダー（１０ａ）を外側シリンダーアセンブリ（５ａ）の所定の位置に保持するために、外側シリンダーアセンブリ（５ａ）の開いた軸方向端部と係合する１つの端部キャップ（２０、２１）を有する、請求項１に記載のデバイス（１）。
【請求項３】
デバイス（１）が、２つの端部キャップ（２０、２１）を有し、端部で容器（５）の容積（８）を液密に閉鎖するために、各端部キャップは、外側シリンダーアセンブリ（５ａ）の２つの開いた軸方向端部の１つと係合し、ここで、２つの端部キャップ（２０、２１）の少なくとも１つが、内側シリンダー（１０ａ）を外側シリンダーアセンブリ（５ａ）の所定の位置に保持するように配置される、請求項１に記載のデバイス（１）。
【請求項４】
外側シリンダーアセンブリ（５ａ）のシリンダー部が、１つまたは両方の軸方向の端部にロッキングシリンダー部（５ｂ）を含み、ここで、ロッキングシリンダー部（単数または複数）（５ｂ）は、端部キャップ（単数または複数）（２０、２１）と解放可能に係合するように配置される、請求項２または３に記載のデバイス（１）。
【請求項５】
解放可能な係合がスナップ接続であり、好ましくは、ロッキングシリンダー部（５ｂ）および端部キャップ（２０、２１）の一方に複数のロッキング突起を含み、ロッキングシリンダー部（５ｂ）および端部キャップ（２０、２１）の他方に嵌合ロッキング開口を含む、請求項４に記載のデバイス（１）。
【請求項６】
シリンダー部（５ｂ、５ｃ、５ｅ）の少なくともいくつかが、外側シリンダー壁（６ａ）から半径方向内側に突出するバッフルプレート（９）を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のデバイス（１）。
【請求項７】
バッフルプレート（９）を備えたシリンダー部（５ｂ、５ｃ、５ｅ）が、実質的にカップ形状であり、バッフルプレート（９）はその一体の底（６ｃ）を形成し、シリンダー部（５ｂ、５ｃ、５ｅ）の軸方向に整列した中央開口（６ｂ）に内側シリンダー（１０ａ）を挿入できる中央開口（６ｂ）を含む、請求項６に記載のデバイス（１）。
【請求項８】
シリンダー部（５ｂ、５ｃ、５ｅ）の底（６ｃ）の中央開口（６ｂ）が、内側シリンダー（１０ａ）の外壁とバッフルプレート（９）との間に好ましくは均一なギャップ（Ｇ）を残して内側シリンダー（１０ａ）の外側断面に適合するように形成され、ここで、ギャップ（Ｇ）は、境界壁（１１）とバッフルプレート（９）との間の最短距離であり、２．０ｍｍ以下、好ましくは１．２ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲、より好ましくは１．０ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲である、請求項７に記載のデバイス（１）。
【請求項９】
バッフル（９）と内側シリンダー（１０ａ）との間のギャップ（Ｇ）を液密に閉鎖するように、Ｏリング（２２、２３）が少なくとも１つの端部キャップとバッフルを含むロッキングシリンダー部（単数または複数）との間に設けられる、請求項８に記載のデバイス（１）。
【請求項１０】
境界壁（１１）に沿った流れ方向のバッフル間距離（Ｄ）が、４〜３０ｍｍ、好ましくは１０〜２０ｍｍの範囲、より好ましくは約１０ｍｍの範囲である、請求項６〜９のいずれか一項に記載のデバイス（１）。
【請求項１１】
外側シリンダーアセンブリ（５ａ）が、バッフルプレート（９）を含む２〜２０個、好ましくは３または４個のシリンダー部（５ｂ、５ｃ、５ｅ）を含む、請求項６〜１０のいずれか一項に記載のデバイス（１）。
【請求項１２】
外側シリンダーアセンブリ（５ａ）を形成するリンダー部（５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ）が、金属、好ましくはステンレス鋼から形成され、それぞれ、打ち抜きシート材料を変形することによって形成される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のデバイス（１）。
【請求項１３】
内側シリンダー（１０ａ）の境界壁（１１）が、石英ガラスから形成されるか、石英ガラスを含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のデバイス（１）。
【請求項１４】
ＵＶ範囲の、好ましくは１５０ｎｍ〜２００ｎｍの波長の放射線を放出する放射線源（１３）、好ましくはエキシマランプ、最も好ましくは１７２ｎｍ±８ｎｍの波長の放射線を放出するように構成されたエキシマランプを備え、ここで、放射線源（１３）は、境界壁（１１）によって容器（５）の容積（８）内の流体から分離されるように、内側シリンダー（１０ａ）内に配置される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のデバイス（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、好ましくは純水または超純水に含まれる有機物を酸化することにより、流体を浄化するためのフロースルー流体浄化デバイスに関する。本発明はまた、好ましくは、最大処理体積が２ｌ／ｍｉｎである実験室規模の浄水用途向けに設計された、かかるフロースルー流体浄化デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体がデバイスの容器を流れる間にＵＶ−Ｃ放射にさらされ、流体に含まれる有機物を酸化することにより、流体を浄化する、好ましくは純水または超純水を製造する可能性を提供するデバイスが知られている。
超純水は、ASTM D5127標準を超え、総有機炭素（ＴＯＣ）が５パーツ・パー・ビリオン（ｐｐｂ）未満の最高品質の試薬グレードの水として定義できる。
【０００３】
DIN 5031パート７によれば、ＵＶ放射は、１００ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲の波長を持つ放射として定義されている。２８０ｎｍより短い波長を含むこの範囲のサブ範囲はＵＶ−Ｃ範囲であり、２００ｎｍより短い波長を含むさらなるサブ範囲は真空ＵＶ−Ｃ範囲（ＶＵＶ）である。
本発明が関係する浄化は、ＵＶ−Ｃ放射により誘発される有機酸化反応によって、デバイスを流れる流体中のＴＯＣ含有量を減少させることを目的とする。
【０００４】
ＵＶ放射による酸化に基づいた一般的なフロースルー浄化デバイスは、放射線源として水銀ガスランプを使用する。ランプは、容器を流れる流体を照射するように配置される。ＵＶ照射によって誘発される酸化反応において、流体に含まれる有機物が炭酸塩と、炭酸塩以外の中間イオンを含む副産物とに分解され、浄化後に流体からろ過して取り除くことができる。酸化反応は、水分子を、ラジカル、中性およびイオン性中間体を含む異なる反応性中間体に分解する中間ステップを含む。次いで、ラジカル中間体は、流体に含まれる有機物を二酸化炭素および水に酸化する。１８５ｎｍの波長のＵＶ光は、かかるラジカル中間体を効果的に生成すると知られている。
【０００５】
殺菌水の浄化にエキシマランプを使用することも知られている。かかるランプは、例えば、キセノンガスのエキシマ状態への励起に基づいている。励起および非励起中に放出される放射の波長は、１７２ｎｍ以下である（ランプにおいて使用されるガスに依存）。この波長は、浄水用途のために直接使用するには低すぎるため、非常に低い水透明度を有する。
【０００６】
WO 2014/148325A1は、かかるエキシマランプをランプ上の半透明コーティングと組み合わせて使用して、放出される波長をより長い波長にシフトすることを開示している。ただし、追加のコーティングはコストを追加し、ＵＶ露出によるコーティングの経時劣化により寿命が短くなり、コーティングが放射線の約５０％を吸収し、吸収されたエネルギーの５０％しか元にもどらないため、性能が低下する。
【０００７】
WO 95/15294A1は、滅菌手段としてイオン化ＵＶ放射を利用する水および他の流体用の滅菌器を開示している。放射源としての円筒形ＵＶランプが、管状の空気チャンバーの中央に収納され、その空気チャンバーは引き換えに、一方の軸方向端部の入口から反対側の軸方向端部の出口に流体が流れて通る細長い露出チャンバーを形成するハウジングの内部に同軸に位置される。同軸に並べられたトロイダルディスクの形態のバッフルの配列が、露出チャンバーの内部に広がり、各バッフルが軸方向の延長に沿って流体がチャンバーを流れる際に流体の通過を部分的にブロックする。各バッフルには、バッフルのエッジとチャンバーの内周壁との間にチャネルが提供され、チャンバー壁に隣接する部分で流体がバッフルを通過できるようにし、隣り合うバッフルのチャネルは互いにずらされており、流体がチャンバーの長さを超えるときに、波状の乱流が生成される。したがって、流体ストリームは、放射源に向かって、および放射源から離れるように連続的に迂回される。空気チャネルは、オゾンの共生成のために空気チャンバーを通り、オゾンが次に、ＵＶ放射での水の処理の前または後に水と反応してもよい。このフロースルーデバイスにおいて、浄化される流体のかなりの部分が、放射線源から比較的大きな距離を置いてデバイスを通過する可能性があり、それにより潜在的に不完全な浄化に悩まされる可能性がある。
【０００８】
文献US 2007/0003430A1は、流体内のウイルスなどの微生物を不活性化する方法を開示している。不活性化プロセスは、１８０〜３２０ｎｍ、好ましくは２２５〜２９０ｎｍの放射線を放出し、細長い反応チャンバーに囲まれた細長いＵＶランプに基づき、このチャンバーを通ってＵＶランプの長さに沿って向けられた一次フローが入口から出口へと生成される。循環する二次フローは一次フローに重ねられ、一次および二次フローの両方は、反応チャンバー内に配置された回転アジテーターによって、またはＵＶランプを囲み、ＵＶランプの周りをらせん状に回転しＵＶランプに近づくがＵＶランプにかみ合わず、Ｄ字型の断面を持つらせん状のチャネルを定義する、螺旋状に巻かれたチューブによって、生成される。このフロースルー浄化は比較的複雑で、高い生産コストを有する。
【０００９】
ＵＶ放射を使用する従来技術の浄化デバイスは、水銀ベースのＵＶランプを頻繁に使用して、所望の波長の放射を製造する。しかしながら、水銀ベースのＵＶランプは、水銀の危険な性質のため、取り扱いや特別な処理または廃棄手順に細心の注意を払う必要があるため、一般に問題がある。
【００１０】
既存のフロースルー流体浄化デバイスには、通常、単一の円筒体で形成された容器を有する。異なる純度レベルは、異なる有効放射線露出レベルおよび／または酸化期間を必要とし、かかるデバイスのフロースルー概念を考慮すると、異なるリアクター長が必要であるため、異なる純度レベルのために異なるデバイスを作成するコストは高い。
さらに、既存のデバイスは、放射線源をデバイスに取り付けるために複雑な構造を必要とすることが多く、メンテナンスが問題になり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
発明の目的
本発明の目的は、流体を浄化するための、好ましくは純水または超純水を製造するためのフロースルー流体浄化デバイスであって、単純化および低コストでの製造および／またはメンテナンスの容易化が可能であり、異なる浄化レベルに適合することができ、高い浄化効率を提供できる、前記デバイスを提供することであり、
【課題を解決するための手段】
【００１２】
課題の解決
本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴を有するフロースルー流体浄化デバイスを提供することにより解決される。好ましい態様は、従属項に定義されている。
本発明のフロースルー流体浄化デバイスは、流体が入口から出口まで容器の容積（volume）を通って流れることができるように配置された容器、および容器の容積に挿入されているか、または挿入可能であり、範囲の波長の、好ましくは１５０ｎｍ〜２００ｎｍの間のＵＶ放射に対して透過性である境界壁を規定する内側シリンダーを含み、ここで、容器は、溶着（welding）によって互いに接続されて外側シリンダーアセンブリを形成する、軸方向に配置された複数のシリンダー部を含む。
【００１３】
外側シリンダーアセンブリが軸方向に配置されたシリンダー部を一緒に溶着することによって形成されるという点において、生産およびメンテナンスに関するコスト上の利点を実現できる。さらに、異なるサイズ、限度容量、およびスループットを有するさまざまな規模の浄化デバイスを、モジュール構造において少数の異なる構成要素で作成および製造できる。出口で浄化水のより高い浄化レベルを達成するために、酸化ゾーンのより長い軸方向長さを有するデバイスは、単にシリンダー部に追加のシリンダー部を追加／スタックすることにより製造することができる。
【００１４】
デバイスは、自立ユニットとして内側シリンダーなしで事前に製作することができ、流体を浄化するための放射線源、例えばエキシマランプを、その後、内側シリンダーに挿入し、メンテナンスのために取り外すこともできる。
【００１５】
好ましい態様において、デバイスは、端部キャップが配置された端部で容器の容積を液密に（fluid tightly）閉鎖するため、および内側シリンダーを外側シリンダーアセンブリの所定の位置に保持するために、外側シリンダーアセンブリの開いた軸方向端部と係合する１つの端部キャップを有する。別の態様において、デバイスは、２つの端部キャップを有し、端部で容器の容積を液密に閉鎖するために、各端部キャップは、外側シリンダーアセンブリの２つの開いた軸方向端部の１つと係合し、ここで、２つの端部キャップの少なくとも１つが、内側シリンダーを外側シリンダーアセンブリの所定の位置に保持するように配置される。
【００１６】
外側のシリンダーアセンブリの軸方向の端部は端部キャップで閉じられているため（もう一方の端部が永久に閉じている場合は１つで十分であり得る）、内側のシリンダーおよび放射線源のように摩耗しやすいデバイスの要素は、デバイスの外部から簡単に取り付けおよび交換することができる。
【００１７】
好ましい態様によれば、外側シリンダーアセンブリのシリンダー部は、１つまたは両方の軸方向の端部にロッキングシリンダー部を含み、ここで、ロッキングシリンダー部（単数または複数）は、端部キャップ（単数または複数）と解放可能に係合するように配置される。好ましくは、解放可能な係合はスナップ接続であり、好ましくは、ロッキングシリンダー部および端部キャップの一方に複数のロッキング突起を含み、ロッキングシリンダー部および端部キャップの他方に嵌合ロッキング開口を含む。
【００１８】
端部キャップ（単数または複数）と外側シリンダーアセンブリとの間に、解放可能な係合を、特にスナップ接続の形態で、提供することにより、特別な工具なしでデバイスを取り付け／取り外しでき、デバイスを形成する要素の数が減る。
【００１９】
スナップ接続に、円周に沿って分布する複数のロッキング突起を提供することにより、デバイスが高い動作圧力に耐え、液密を保つことができるように、端部キャップ（単数または複数）によってほぼ均一な高圧をかけることができる。同時に、メンテナンス目的で端部キャップが繰り返し取り外されても、端部キャップ（単数または複数）によって所定の位置に保持されたＯリングが定義された定格力で圧縮されるように、スナップ接続は繰り返すことが可能な正確な保持力を提供する。
【００２０】
好ましい態様によれば、シリンダー部の少なくともいくつかは、外側シリンダー壁から半径方向内側に突出するバッフルプレートを含む。
好ましい態様によれば、バッフルプレートを備えたシリンダー部は、実質的にカップ形状であり、バッフルプレートはその一体の底を形成し、シリンダー部の軸方向に整列した中央開口に内側シリンダーを挿入できる中央開口を含む。
【００２１】
好ましい態様によれば、シリンダー部の底の中央開口は、内側シリンダーの外壁とバッフルプレートとの間に好ましくは均一なギャップを残して内側シリンダーの外側断面に適合するように形成され、ここで、ギャップは、境界壁とバッフルプレートとの間の最短距離であり、２．０ｍｍ以下、好ましくは１．２ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲、より好ましくは１．０ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲である。
【００２２】
バッフルプレートは、入口から出口までの経路で浄化される流体の流れに乱流を作り出し、バッフルプレートと内側シリンダーの境界壁との間の狭いギャップを介して内側シリンダーの内に受け入れられた放射源に流体を押し込み、これによって、境界壁に沿って小さな流体層の厚みを作り出す。この小さな層の厚みは、デバイスを通過する実質的に全ての流体が放射源の放射に露出されることを確認するために必要である。１５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲の比較的低い波長のエキシマランプのような水銀を含まない放射源が使用される場合、放射は水を通る比較的低い透過率を有する。さらに、バッフルは、境界壁のすぐ近くで流体にちょうど十分な乱流を生成するため、流体の流れは層流ではなく、デバイスの長さに沿ったフローレートを減少させることなく相互混合される。相互混合により、流体の放射線への均一な露出時間が確保され、デバイスを通過した流体の均一な純度レベル、すなわち低ＴＯＣを生じさせ、特定のフローレートと特定のランプサイズでより高いＴＯＣ削減が達成される。
【００２３】
さらに、既存のデバイスと比較して、より低い強度のランプを使用できるか、またはランプの経年変化がパフォーマンスにより少ない程度で影響を与える。また、より複雑な有機物をイオン化する能力が向上する。
【００２４】
全ての流体は、狭窄として機能し、流体の流れを狭める境界壁とバッフルプレートとの間のギャップによって、境界壁に沿った狭いゾーンに流れるように強制されるため、水を通る比較的低い透過率を有する光の放射源がデバイスにおいて使用される場合であっても、流体の流れを通る放射線の完全な透過が達成される。
【００２５】
活性酸化層が小さいほど、すなわち薄いほど、ＴＯＣ濃度をより効率的に減少させることができる。さらに、より小さいギャップサイズは、より良好な乱流の製造をもたらす。一方で、ギャップサイズが小さくなると、およびバッフルプレートの厚みによって定義されるギャップ長さが長くなると、圧力降下が大きくなる。好ましいギャップのサイズと寸法は、流体のフローレートと流体の純度レベルとの間の最適なバランスを提供し、したがってデバイスの全体的な効率を向上させる。
【００２６】
好ましい態様によれば、バッフルと内側シリンダーとの間のギャップを液密に閉鎖するように、Ｏリングが一方の端部キャップまたは各端部キャップとバッフルを含むロッキングシリンダー部（単数または複数）との間に設けられる。
Ｏリングは、流体が流れる容器の容積を液密に閉鎖する効果、および比較的単純な構造で外側シリンダーアセンブリにおいて内側シリンダーを所定の位置に保持する効果を提供する。
【００２７】
好ましい態様によれば、境界壁に沿った流れ方向のバッフル間距離は、４〜３０ｍｍ、好ましくは１０〜２０ｍｍの範囲、より好ましくは約１０ｍｍである。好ましくは、外側シリンダーアセンブリは、バッフルプレートを含む、２〜２０個、好ましくは３または４個のシリンダー部を含む。
これらの範囲のバッフル間距離およびバッフルの数は、デバイスを通る毎時１２０リットルのフローレートで最高の性能および浄化効率を提供するように判断された。より高いフローレートの場合、モジュール構造のおかげで、より多くのシリンダー部を外側シリンダーアセンブリに追加するだけで、デバイスのスケールアップを実行することができる。
【００２８】
好ましい態様によれば、外側シリンダーアセンブリを形成するシリンダー部は、金属、好ましくはステンレス鋼から形成され、それぞれ、打ち抜きシート材料を変形（深絞り）することによって形成される。
【００２９】
この態様は、金属のような打ち抜かれたシート材料から形成されたカップ状部品の一体化底板の形態であるバッフルを含むシリンダー部を簡単かつ効率的に生産する可能性を提供する。特に、ステンレス鋼は、製薬産業、食品産業などにおける使用に好ましい材料であり、本発明の文脈において、金属（特にステンレス鋼）は、放射線源の波長に対して良好なＵＶ安定性を有し、処理される流体に対して不活性である。
【００３０】
ＵＶ安定性を有するという利点に加えて、金属は、放射源の動作により生成される熱を環境、すなわち空気に効果的に放散させるという利点も提供する。したがって、水温の上昇を抑えることができる。
【００３１】
好ましい態様によれば、内側シリンダーの境界壁は、石英ガラスから形成されるか、石英ガラスを含む。
別の好ましい態様によれば、デバイスは、ＵＶ範囲の、好ましくは１５０ｎｍ〜２００ｎｍの波長の放射線を放出する放射線源、好ましくはエキシマランプ、最も好ましくは１７２ｎｍ±８ｎｍの波長の放射線を放出するように構成されたエキシマランプを備え、ここで、放射線源は、境界壁によって容器の容積内の流体から分離されるように、内側シリンダー内に配置される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一態様による浄化デバイスの概略断面図を示す図である。
【図２】図１の領域ＩＩの拡大図である。
【図３】放射源（ランプ）と、バッフルのない容器のフロースルー容積との間の境界壁付近の流れ状況を示す概略図である。
【図４】右側に、放射線源（ランプ）と、バッフルのある容器のフロースルー容積との間の境界壁付近の流れ状況を、左側に流れのシミュレーションを示す概略図である。
【図５】光の波長および水中の透過深さの関数としてのＵＶ光の強度を示す図表である。
【図６】本発明の一態様による、バッフルプレートのスタックを備えた浄化デバイスの拡大概略断面図である。
【図７】自立バッフルスタックの斜視図である。
【図８】好ましい態様によるフロースルー浄化デバイスの側面図である。
【図９】図８のフロースルー浄化デバイスの断面図である。
【図１０】図８のフロースルー浄化デバイスの分解斜視図である。
【図１１】溶着によってモジュール式外側シリンダーアセンブリを構成するために使用される異なるシリンダー部の斜視図である。
【００３３】
好ましい態様の詳細な説明
以下、付随する図面を参照して本発明の態様を説明する。最初に、放射線を使用して浄化を行うフロースルー浄化デバイスの一般的な側面を説明する。
本発明によるデバイスは、ＵＶ光への露出による酸化反応を利用して純水または超純水を製造するために水のＴＯＣ含有量を低減するのに特に適しているが、モジュラー容器を構築する本発明の概念はこの適用の分野に限定されず、本発明は水の浄化に特に有利であるが、流体の流れを他の放射源または波長に露出させるフロースルーデバイスに一般的に適用することができる。
【００３４】
光酸化反応としても知られる、放射線によって誘発される酸化反応は、有機炭素を含む流体中で、放射線、本文脈において水銀を含まないエキシマランプを放射線源として使用して生成可能な２００ｎｍ未満の波長の放射線に露出されると生じさせる可能性がある。放射線に露出されると、流体内に含まれる有機炭素化合物が酸化し、炭酸塩と炭酸塩以外の中間イオンを含む副産物が形成される。
【００３５】
図１に概略的に示されるように、浄化デバイス１は、容器５の軸方向の端部（図１の姿勢において、外側容器５ａの垂直上側）に位置する浄化される流体の入口３、および容器５の反対側の軸方向端部（図１の姿勢において、外側シリンダー５ａの垂直下側）に位置する浄化された流体の出口７を有する外側シリンダー５ａを備えた軸方向に細長い円筒容器５を一般に有する。浄化される流体の露出ゾーンは、入口３と出口７との間にあり、アクティブな反応器の長さを定義する。入口３および出口７の特定の構造および位置は、デバイス１の露出ゾーンを通る連続的な流れを作り出すことができる限り、特に重要ではない。
【００３６】
重力を利用して流体を露出ゾーンに強制的に流すために、図１に示すように、入口３が垂直上側に、出口７が垂直下側に位置するようにデバイス１を配置できる。より好ましくは、流体中の気泡の構築を効果的に抑制するために、流体をデバイス１の垂直下側の入口３から垂直上側の出口７まで強制するためのポンプ（図示せず）を使用して、デバイス１を上下逆さまに作動させる。垂直姿勢は、後述するバッフルプレートが容器５の縦方向にほぼ垂直である円周周りの分布を均等にするため好ましい。
【００３７】
この概略的な態様において、８個のバッフルプレート９が、容器５の外側シリンダー５ａの内部の露出ゾーンに配置されている。各バッフルプレート９は、容器５を通る流体の流れ方向に対応する外側シリンダー５ａの縦軸に実質的に垂直な２つの水平面を有する。バッフルプレート９はまた、流体の流れ方向に平行であり、後述する内側容器または入れ物の壁（境界壁１１）に面する垂直面を有する。本発明は、８個のバッフルプレート９に限定されず、例えば４個、好ましくは８〜１２個のバッフルプレートを含むことができる。バッフルプレート９の最適な数は、容器の長さと直径、すなわち所望のフローボリュームに関連して判断することができる。たとえば、最適な性能を提供するために、およそ１０ｃｍの露出ゾーン（アクティブなリアクターの長さ）およびおよそ２５ｍｍの外側シリンダーの内径を有するデバイスにおいては、１０個のバッフルプレートが、最適なパフォーマンスを提供すると判断されている。
【００３８】
バッフルプレート９は、１．５ｍｍ未満、好ましくは１．０ｍｍ未満の厚みＴを有し、金属、好ましくはステンレス鋼のシートまたはプレート材料、またはＵＶ安定性を有するプラスチック材料、好ましくはフルオロポリマー材料、特にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ＰＶＤＦ、ＰＥＥＫ、ＰＦＡ、またはポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、またはＰＥ、好ましくは金属コーティングが施されているものから形成されても良い。
【００３９】
バッフルプレート９は、この態様において、外側シリンダー５ａの内周壁４の表面と一体に形成され、外側シリンダー５ａに挿入され内側シリンダー１０ａの内部空間に流体が入らないように容器に密封される内側シリンダー１０ａの外径よりも大きい内径を有する中心穴を有する。したがって、内側シリンダー１０ａは、外側シリンダー５の容積８内の露出ゾーンへの境界壁１１を形成する。
【００４０】
内側シリンダー１０ａは、外側シリンダー５の内部に同心円状に配置され、内部に放射線源（エキシマランプ）１３を収容する入れ物１０を形成し、浄化すべき流体が流れる容器５の容積８の露出ゾーンからこれを分離する。したがって、内側シリンダー１０ａの境界壁１１は、少なくともＵＶ範囲の波長、好ましくは少なくとも１５０ｎｍ〜２００ｎｍ、より好ましくは１７２±８ｎｍの波長の放射に対して透過性である。
【００４１】
バッフルプレート９は、隣接するそれぞれのバッフルプレートの上流水平表面の間で容器５の軸方向に所定の距離（バッフル間距離）Ｄをもって配置される。境界壁１１に沿った上流表面間の流れ方向のバッフル間距離Ｄは、４〜３０ｍｍ、好ましくは１０〜２０ｍｍ、より好ましくは約１０ｍｍである。
【００４２】
透過率の要件とＵＶ安定性を満たすために、内側シリンダー１０ａまたは少なくともその境界壁１１は、ＵＶ領域、好ましくは少なくとも１５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲の放射線を透過する石英材料で作られているか、これを少なくとも関連部分に含む。石英ガラス（溶融石英）は、アモルファス（非結晶）形のシリカから形成され、溶融温度を下げるために通常ガラスに添加される他の成分を含まないという点で、従来のガラスとは異なる。したがって、石英ガラスは、高い融点（通常のガラスと比較して）、高い化学純度および抵抗、高い耐熱性、熱衝撃に対する高い耐性を備えた低い熱膨張、および高い耐放射線性を備える。好ましく使用される溶融石英は、合成溶融石英である。さらに、（合成）溶融石英は、ＵＶ領域でのソラリゼーションを防ぎ、赤外領域でいくつかの吸収ピークを有する一酸化水素（ＯＨ）をある程度の含有量含んでもよい。
【００４３】
放射源は、エキシマ（エキシプレックス）分子の自然放出により生成される紫外線源であるエキシマランプ１３（または「エキシランプ」）である。動作中のエキシマランプ１３によって放射される主波長は、エキシマランプの作動ガス充填に依存する。望ましい範囲の放射線を生成する適格な作動ガスは、Ａｒ、Ｋｒ、Ｉ２、Ｆ２、およびＸｅ２である。エキシマランプは準単色光源で、紫外（ＵＶ）および真空紫外（ＶＵＶ）スペクトル領域の広い波長範囲において高出力スペクトル密度で動作することができる。エキシマランプの動作は、励起二量体（エキシマ）の形成および結合励起エキシマ状態から弱結合基底状態への遷移に基づいており、ＵＶ光子放射をもたらす。エキシマランプの放射波長は、エキシマ分子としても知られる作動ガスによって特定される。本発明のデバイスにおける使用のために特に好ましいエキシマランプは、キセノンガス（Ｘｅ２）を使用するものである。
【００４４】
エキシマランプは水銀を使わず、無電極であり、放電は無線周波数エネルギーに基づく。したがって、このランプは、ＯＮ／ＯＦＦ切り替えサイクルの数に関連する経年変化の影響を有さない。およそ３０秒の予熱時間を必要とする水銀ランプと比較して、エキシマランプは本質的に瞬時に、すなわち１０ミリ秒未満で動作可能である。例えば、キセノンガス（Ｘｅ２）を作動ガスとして使用する場合、放出される放射の主波長は１７２ｎｍである。一方、クリプトンを作動ガスとして使用する場合、主波長は１４６ｎｍである。さらに、エキシマランプは一般的な電気廃棄物として廃棄することができ、水銀ランプのような特別な処理または廃棄手順を必要としない。
【００４５】
本発明において好ましく使用されるエキシマランプ１３の放射の主波長は、好ましくは２００ｎｍ未満、好ましくは１５０ｎｍ〜２００ｎｍ、最も好ましくは純粋なキセノンガスを使用する場合の１７２ｎｍであり、好ましくはピーク強度に対して±８ｎｍの半帯域幅であり、ここで、１６４ｎｍ〜１８０ｎｍの範囲にピーク強度の５０％以上がまだある。
【００４６】
内側シリンダー１０ａの境界壁１１と、正面すなわちバッフルプレート９の垂直面９ｂとの間に、流体が入口から出口まで露出ゾーンを通過しなければならないギャップＧが形成される。これらのギャップＧ（境界壁１１の外周面に垂直な方向、すなわち円筒構造の場合は半径方向に測定したとき）は、２．０ｍｍ以下、好ましくは１．２ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲、より好ましくは０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲である。
【００４７】
図２および図３に示すように、エキシマランプ１３は、放射線、例えばＵＶ光を流体中の境界壁１１に隣接する領域（活性酸化層）１５へ放出する。図５に示すように、エキシマランプ１３の（短い）波長により、放出される光の強度は、流体内の光の透過深さが増すにつれて急速に減少する。したがって、バッフルプレート９と境界壁との間のギャップＧのサイズは、流体をギャップＧと境界壁１１に沿って押し込むことによって作り出された流体層の厚み全体を照射および透過するために、比較的小さな値に設定される。さらに、バッフルプレート９の上面または上流面９ａは、境界壁１１に沿った流れ方向に対して直角に設定されているため、流体に小さな乱流を生成する。距離が小さいほど、乱流は大きくなる。これらの内部乱流は、流体の一部を交互に間隔を置いて内側シリンダー１１の境界壁に向かって、または遠ざけ、したがって活性酸化層１５に出入りすることにより、境界壁近くの活性酸化層１５内の流体を混合する。したがって、層流を防ぐことができ、バッフルプレートを通過する流体の流れ全体が実質的に同じレベルのＵＶ露出を受ける。図４は、１２０ｌ／ｈのフローレートでの予想される流動挙動の概念図（右側）および、４０ｌ／ｈでの流れの実際のシミュレーション結果（左側）を示す。本発明では、デバイス１に入る全ての流体がギャップＧを通過しなければならない、すなわち、流体が放射線に露出されていない部分で容積８を通るバイパス流を回避することが重要である。
【００４８】
次に、図６を参照して、さらに好ましい態様を説明する。図６において、説明の便宜上、放射源、入口および出口などの要素は省略されている。上記の態様とは異なり、バッフルプレート９１は外側のシリンダー５ａの内面と一体に形成されていないが、バッフルプレート９１は所定の間隔（バッフル間距離）Ｄでスタックに配置され、内側シリンダー１０ａの境界壁１１を取り囲むように、容器５（外側シリンダー５ａ）の内部容積８に取り付けられている自立要素を形成する。この態様において、バッフルプレート９１のそれぞれと一体に形成されたスペーサー１８によってバッフル間の間隔が維持される。
【００４９】
図７に示される別の態様において、自立要素は、一定のバッフル間距離Ｄを維持するために隣接するディスク９２の間に配置され、円周に分布するスペーサーとして機能するボルト１９によって軸方向に相互接続される中央穴９２ａを有するディスク９２の形態のシート材料、すなわちステンレス鋼またはプラスチック材料から作られたバッフルによって形成される。中央穴９２ａは、流体の流れのための所望のギャップＧを形成するために、境界壁１１として機能する内側シリンダー１０ａの外周壁よりも十分に大きな直径を有するように寸法決めされる。ディスク９２の外周を、材料の正確な寸法設定により、外側シリンダー５の内周壁４に対してシールすることができ、ある程度の弾性により（ディスクの寸法が外側シリンダーの断面よりもわずかに大きいプラスチック材料の場合）、または外周縁に取り付けられた別のシールにより、当該要素の外側シリンダー５への軽い圧入をもたらす。
【００５０】
安定したサポートのために、通常の配分で最低３本のボルト１９で十分であるが、より多く使用することもできる。この態様は、示された解決策に限定されず、スペーサー１８および接続手段の異なる組み合わせが、自立バッフル要素の「梯子様」構造を達成するために可能である。構造は必ずしも堅固な方法で自立する必要はない。内側シリンダー１０ａへのギャップＧおよびバッフル間距離Ｄを維持しながら、事前に取り付けられたユニットとしてコンテナ５の外側シリンダー５ａに挿入し、その内周面４に対してシールできる十分な安定性を提供しなければならないだけである。挿入すると、バッフル９１、９２は外側シリンダー５ａの位置に保持される。組立時間およびコストを削減する別の改変は、外周から半径方向に一体的に突出する多数のラグまたはストリップを有するシート材料からバッフルディスク９２を打ち抜くことである。これらのラグまたはストリップは、その後ディスクの平面から曲げることができ、その後、バッフル間距離Ｄを維持するためのスペーサー１８として機能することができる。ラグを備えたディスクは、接続されていない外側シリンダーに挿入することができ、またはラグを事前に隣接するディスクを相互に接続してユニットを形成することができる。自立式のモジュール化された構造は、製造およびメンテナンスのコストおよび労力を削減でき、さまざまな部品の数を減らしたデバイス１の多数の変形例を提供することができる。自立バッフル要素は、外側シリンダーアセンブリが、バッフルプレートが組み込まれていない本質的にリング形状のシリンダー部（以下で詳細に説明する）から形成されるという本発明のモジュラーコンセプトで使用することができる。
【００５１】
図８、図９および図１０は、本発明のデバイスの実際の例を、外部からの側面図、部分断面図、およびエキシマランプを示さない爆発図で示している。図１１は、本発明のデバイスを構成する様々なシリンダー部を示している。デバイスのさまざまな要素は、前述の概略図の態様と同じ参照符号で識別される。
【００５２】
容器５には、軸方向に配列された複数のシリンダー部５ｂ、５ｃ、５ｄおよび５ｅが溶着により互いに接続され、外周が液密の外側シリンダー５ａ（外側シリンダーアセンブリ）が形成されている。好ましくは、シリンダー部は、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶着によって互いに接続される。ＴＩＧ溶着は、非消耗タングステン電極を使用して溶着部を製造し、金属フィラーの有無にかかわらず実行できるアーク溶着プロセスであり、後者の場合は自生溶着として知られており、当該態様のために最も好ましい溶着方法である。溶着ゾーンは、強力でクリーンな接続をもたらす不活性シールドガスによって大気汚染から保護されており、ＴＩＧ溶着は高レベルのプロセス制御を提供し、したがって溶着される薄い材料に特に適している。ここで、オービタル溶着は、接続されるシリンダー部の円筒形状のため、ＴＩＧ溶着に最も好ましい溶着方法である。オービタル溶着において、アークは静的なワークピースを中心に３６０°機械的に回転する。
【００５３】
外側シリンダー５ａの露出ゾーンを形成するシリンダー部５ｅは、中央穴６ｂが設けられた底板６ｃの形態の外側シリンダー周壁６ａから半径方向内側に突出する一体に形成されたバッフルプレート９を有する。整列した中央穴に挿入された内側シリンダー１０ａの外側寸法に対する中央穴６ｂの寸法は、内側シリンダーによって形成された境界壁１１に沿って流体が流れる上記のギャップＧのサイズを規定する。
【００５４】
入口３および出口７（図９における回転位置では見えない）が、酸化ゾーンを定義する外側シリンダー５ａの軸方向の端部に隣接して置かれる別々のシリンダー部５ｃ、５ｄに形成され、露出ゾーンを形成するシリンダー部の周壁６ａに別々のコネクターによって、または溶着によって一体的に接続されている（図８および図９に示すように）。
【００５５】
外側シリンダー５ａの２つの軸端の１つを閉じるように配置された２つの端部キャップ２０、２１は、外側コネクター５ａのロッキングシリンダー部１６（または５ｂ）、１７（または５ｂ）にスナップ接続（後述する）で取り外し可能に係合する。したがって、端部キャップは、シリンダー５の内側容積８を液密に閉じ、そこで流体は、その軸方向端部で環境へと流れる。
【００５６】
液密の外側シリンダー５ａ（外側シリンダーアセンブリ）を形成するために軸方向周辺リム６ｄで溶着により互いに接続されたシリンダー部分５ｂ、５ｃおよび５ｅは、シリンダー部５ｄを除き、全て同じ基本的な「カップまたはポット様」デザインおよび本質的に同一の外寸を有する。この基本デザインのために、シリンダー部５ｂ、５ｃおよび５ｅはそれぞれ、金属、好ましくはステンレス鋼から、打ち抜かれたシート材料を底６ｃがバッフルプレート９および外周壁６ａを形成する「カップまたはポット様」形状に変形（深絞り）することにより形成され、外側シリンダー５ａの外壁の一部を形成する。ＵＶ安定性の利点に加えて、金属は、放射源の動作によって生成された熱を環境、すなわち空気に放散する機能も提供する。したがって、水温の上昇を抑えることができる。
【００５７】
ロッキングシリンダー部１６、１７（５ｂ）は、露出ゾーンを形成するシリンダー部５ｅおよび入口を備えたシリンダー部５ｃと同様の「カップまたはポット様」デザインのシリンダー部であるが、周壁のロック用開口として機能する４つの穴２５を有する違いがある。当該態様におけるロッキングシリンダー部１６、１７（５ｂ）は同一であるが、外側のシリンダー５ａで反対の向きに接続されているため、これらの底はどちらの場合も内側に位置する。
【００５８】
これは、周囲の周壁６ａに関して他の「カップまたはポット型」シリンダー部と同一であるが、底６ｃを有さない単一の異なるシリンダー部５ｄの使用を必要とする。この場合、出口７は、このリング状のシリンダー部５ｄに設けられる。もちろん、露出ゾーンを形成するシリンダー部分５ｅの１つの代わりにリング状のシリンダー部（底なし）を使用し、隣接するシリンダー部を方向付けることも可能であり、シリンダー部５ｅであっても入口／出口を備えたシリンダー部５ｃであっても、外側のシリンダー５ａを形成するシリンダー部のスタックにおいて、逆向きの底を備える。
【００５９】
フロースルー浄化デバイスを形成するための「カップまたはポット様」シリンダー部の典型的な寸法は、１０ｃｍ〜３ｃｍ、好ましくは４ｃｍの外径を含み、（石英の）内側シリンダー１０ａを収容するための中央穴６ｂの直径は、５ｃｍ〜１．５ｃｍ、好ましくは２ｃｍとすることができる。そして、放射線源の所望の放射線波長、スループット、および浄化レベルに応じた、上記の寸法制限内のギャップが作成するために、内側シリンダーの外側寸法が選択される。
【００６０】
端部キャップ２０、２１は、プラグ様デザインを有し、円筒状の環状本体２６、および端部キャップをロッキングシリンダー部１６、１７に取り外し可能に取り付けるために、ロッキングシリンダー部１６、１７の穴２５と係合するように配置されている脚２４の自由端から半径方向外側に突出するフック様突起２４ａが設けられている点で接続部分として機能する４つの弾性脚２４を含む。脚２４は、円筒状の環状本体２６の外周に等間隔で分布し、そこから上方に突出し、半径方向外側に傾斜している。端部キャップ２０、２１の円筒状の本体は、ロッキングシリンダー部１６、１７の内径よりもわずかに小さい外径を有し、本体の内径は、内側シリンダー１０ａの外径よりもわずかに大きい。脚は、端部キャップ２０、２１の本体に一体的に接続されているため、端部キャップ２０、２１全体の外径は、ロッキングシリンダー部１６、１７の内径よりも大きくなる。端部キャップ２０、２１をロッキングシリンダー部１６、１７に挿入することにより、脚が弾性に抗して半径方向内側に押され、端部キャップ２０、２１がそれぞれのロッキングシリンダー部１６、１７に完全に挿入され、フック状突起２４ａがそれぞれの穴と位置合わせされると、突起はスナップする、すなわち、端部キャップ２０、２１のそれぞれの穴の所定の位置にカチッとはまり、穴に形状固定保持される。
【００６１】
容器内部の圧力、すなわち、この圧力により生じる反力が接続部分に作用する。したがって、これらの力に耐え、および操作中に脚が破損すること、または突起が穴から滑り落ちることを防ぐように、突起の寸法、それらの形状、脚の強度および弾性、およびそれらの数を選択する必要がある。操作中のコンテナ内部の圧力は最大２４ｂａｒであり、これは接続部分に作用する３０００Ｎに相当する。本発明はもちろん４本の脚に限定されない。端部キャップは、プラスチック材料、好ましくはバッフルプレートに関連して上記で説明した材料のように紫外線安定性を有する材料から一体構成要素として形成することができる。
【００６２】
端部キャップ２０、２１を挿入する前に、放射線源（エキシマランプ）１３の入れ物として機能する内側シリンダー１０ａを外側シリンダー５に挿入する。エキシマランプ１３は、内側シリンダーが外側シリンダーに挿入される前または後に内側シリンダーに挿入することができる。エキシマランプは、適切なコネクターによって、取り外し可能であっても、固定式であっても、内側シリンダーに固定することができる。図８および図９に示されるように、エキシマランプ１３は、デバイス１の軸方向端部の１つから突出する電気コネクター１３ａを有し、それにより、それを動作させるための電流を印加することができる。
【００６３】
端部キャップを挿入する前に、Ｏリング２２、２３をそれぞれ内側シリンダー１０ａにフィットさせ、ロッキングシリンダー部５ｂの底の中央の穴と内側シリンダー１０ａとの間にあるギャップを覆うまで所定の位置に置く（図９および図１０参照）。端部キャップが完全に挿入され、ロッキングシリンダー部と係合すると、Ｏリングが所定の位置に圧縮され、処理される流体が流れる容器５の内側容積の液密が確保される。同時に、圧縮されたＯリングは、外側シリンダー５の所定位置に内側シリンダー１０ａ（エキシマランプ１３を受け入れる）も保持および固定する。
【００６４】
したがって、エキシマランプ１３を挿入／除去するための内側シリンダーの挿入開口は、メンテナンスおよび製造を容易にするために、端部キャップを取り付けることにより、内側および外側シリンダーの間の容器の内側容積を閉じた後でも、デバイスの外部にアクセスできる。言い換えると、後でデバイスに取り付けることのできるエキシマランプ１３を備えずに、デバイス全体を事前に製造することができ、あるいはデバイスの他の部分を洗浄または修理するためにエキシマランプを交換および／または一時的に取り外すことができる。また、内側のシリンダーによって形成された入れ物にフィットする限り、同じデバイスで異なる放射線源を使用できる。
【００６５】
スタックされた、すなわち軸方向に整列され溶着された、実質的に同一の基本デザインのシリンダー部から形成されている外側シリンダー５ａの構造は、製造の単純さおよびコストに関して利点を提供する。さらに、軸方向の長さ、容量、スループットが異なるさまざまなデバイスを、モジュール構造における少数の異なる構成要素で簡単にセットアップできる。酸化ゾーンの軸方向の長さがより長いデバイスは、出口での浄化水のＴＯＣを低くすることができる。
【００６６】
上記のように、外側シリンダー５ａは、その軸方向の両端に２つの端部キャップ２０、２１を提供することにより閉じられている。それにも関わらず、外側シリンダー５ａの軸方向の一端に端部キャップ２０、２１を１つだけ設け、底が完全に閉じられ、外側シリンダー５ａを形成するシリンダー部のスタック内の最後から２番目のシリンダー部に溶着により接続された別のシリンダー部（図示せず）を設けることにより他端を閉じることも可能である。完全に閉じた底部を有し、外側シリンダー５ａを形成するシリンダー部のスタック内の最後から２番目のシリンダー部に溶着により接続されるこのシリンダー部（図示せず）を２つ設けることにより両端を閉じることも可能である。さらに、端部キャップ（単数または複数）２０、２１は、Ｏリングを圧縮するために必要な軸方向の力を加えるバジョネットまたはネジ式の接続など、他の取り外し可能な接続手段によって外側のシリンダー５ａに接続することもでき、または破壊せずに取り外せない方法で、すなわち溶着または接着によって固定して取り付けることもできる。しかしながら、Ｏリングと端部キャップとの間の相対的な回転運動を回避し、正確なレベルの圧縮力と保持力を再現性で生み出すため、軸方向のスナップフィット接続が好ましい。
【００６７】
モジュール構造による本発明の利点は、例えばバッフルプレートまたはエキシマランプを放射源として使用することとは独立して、さまざまなフロースルー浄化デバイスで実現できることに留意しなければならない。
【符号の説明】
【００６８】
参照
１  デバイス
３  入口
４  内周壁
５  外側容器
５ａ  外側シリンダー
５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ  シリンダー部
６ａ  周壁
６ｂ  中央穴
６ｃ  底板
６ｄ  周辺リム
７  出口
８  容積
９、９１  バッフルプレート
【００６９】
１０  入れ物
１０ａ  内側シリンダー
１１  境界壁
１３  放射線源（エキシマランプ）
１５  活性酸化層
１６、１７、５ｂ  ロッキングシリンダー部
１８  スペーサー
１９  ボルト
【００７０】
２０、２１  端部キャップ
２２、２３  Ｏリング
２４  脚
２４ａ  突起（ロッキング突起）
２５  穴（ロッキング開口）
２６  環状本体
Ｄ  バッフル間距離
Ｇ  ギャップ
Ｔ  厚み
【図１】
2020510521.tif 000003
【図２】
2020510521.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020510521.tif 000008
【図７】
2020510521.tif 000009
【図８】
2020510521.tif 000010
【図９】
2020510521.tif 000011
【図１０】
2020510521.tif 000012
【図１１】
2020510521.tif 000013
【国際調査報告】
2020510521.tif 000014
2020510521.tif 000015