特許 6571773 流体を処理するための方法、システムおよび装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6571773

(24)【登録日】2019年8月16日

(45)【発行日】2019年9月4日

(54)【発明の名称】流体を処理するための方法、システムおよび装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/32 20060101AFI20190826BHJP

   C02F 1/72 20060101ALI20190826BHJP

   A61L 9/20 20060101ALI20190826BHJP

   B01J 19/12 20060101ALI20190826BHJP

【ＦＩ】

   C02F1/32

   C02F1/72 101

   A61L9/20

   B01J19/12 C

【請求項の数】13

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2017-526023(P2017-526023)

(86)(22)【出願日】2015年3月4日

(65)【公表番号】特表2017-530007(P2017-530007A)

(43)【公表日】2017年10月12日

(86)【国際出願番号】GB2015050627

(87)【国際公開番号】WO2016016603

(87)【国際公開日】20160204

【審査請求日】2018年3月2日

(31)【優先権主張番号】62/029,982

(32)【優先日】2014年7月28日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】517031155

【氏名又は名称】タイフォン・トリートメント・システムズ・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100140109

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 新次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100120112

【弁理士】

【氏名又は名称】中西 基晴

(74)【代理人】

【識別番号】100167243

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 充

(72)【発明者】

【氏名】マクナルティ，ピーター

【審査官】 富永 正史

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／０６８９１３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１１５７１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第１０２０１００４７３１８（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／１７５９３１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／０６４１５４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−０５６１５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０５７０１５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１４６７８３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 韓国公開特許第１０−２０１１−０１１６４００（ＫＲ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０１６０７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２０８３８６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００４８５４５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 独国特許出願公開第１０２０１０００５８９３（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 韓国公開特許第１０−２０１３−００１７９９８（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ １／３２

Ａ６１Ｌ ９／２０

Ｂ０１Ｊ １９／１２

Ｃ０２Ｆ １／７２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体を処理するための装置であって、
中央軸線を有する流体チャンバと、
少なくとも１つの紫外線光ユニットと
を備え、
前記少なくとも１つの紫外線光ユニットは、少なくとも１つの紫外線光放出ダイオードと、少なくとも１つの紫外線光方向付要素と、を備え、
前記少なくとも１つの紫外線光方向付要素は、
ａ）使用時において、前記少なくとも１つの紫外線光放出ダイオードから放出された光線の少なくとも一部をコリメートし、その結果、ｉ）前記コリメートされた光線同士が前記中央軸線と一致するか該中央軸線と平行な第１の平面において平行となり、ｉｉ）前記コリメートされた光線が前記中央軸線に直交するように構成されるとともに、
ｂ）使用時において、前記少なくとも１つの紫外線光ユニットから放出された前記光線の少なくとも一部を収束または散乱させ、その結果、前記収束または散乱された光線同士が前記第１の平面に直交する第２の平面において非平行となるように構成された
装置。

【請求項2】

請求項１に記載の装置であって、
複数の紫外線光ユニットを備える
装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の装置であって、
前記紫外線光方向付要素は反射器である
装置。

【請求項4】

請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の装置であって、
前記中央軸線は、前記流体チャンバの長手方向軸線を有する
装置。

【請求項5】

請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の装置であって、
前記中央軸線は、４５度までの角度だけ前記流体チャンバの長手方向軸線からオフセットされている
装置。

【請求項6】

流体を処理するための装置であって、
流体チャンバと、
少なくとも１つの紫外線光ユニットと
を備え、
前記少なくとも１つの紫外線光ユニットは、少なくとも１つの紫外線光放出ダイオードと、少なくとも１つの紫外線光方向付要素と、を備え、
前記少なくとも１つの紫外線光方向付要素は、
ａ）使用時において、前記少なくとも１つの紫外線光放出ダイオードから放出された光線の少なくとも一部をコリメートし、その結果、前記紫外線光ユニットの各々から放出された前記コリメートされた光線同士が、第１の平面において平行となるように構成されるとともに、
ｂ）使用時において、前記少なくとも１つの紫外線光ユニットから放出された前記光線の少なくとも一部を収束または散乱させ、その結果、前記収束または散乱された光線同士が前記第１の平面に直交する第２の平面において非平行となるように構成された
装置。

【請求項7】

請求項１ないし請求項６に記載の装置であって、
さらに、使用時において、処理されるべき前記流体に回転運動または渦巻き運動を引き起こすための１つ以上の要素を備える
装置。

【請求項8】

請求項１ないし請求項７に記載の装置であって、
さらに、前記紫外線光放出ダイオードの温度を制御するための冷却装置を備える
装置。

【請求項9】

流体を処理するための請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の装置の使用。

【請求項10】

流体を処理するためのシステムであって、
請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の装置を複数備える
システム。

【請求項11】

流体を処理するための方法であって、
中央軸線を有する流体チャンバ内に前記流体を導入する工程と、
少なくとも１つの紫外線光放出ダイオードから前記流体内へ放出された光を、少なくとも１つの紫外線光方向付要素を用いて方向付ける工程と
を備え、
前記少なくとも１つの紫外線光方向付要素によって方向付けられた紫外線光の少なくとも一部は、
ａ）ｉ）前記紫外線光線同士が、前記中央軸線と一致するか該中央軸線と平行な第１の平面において平行になり、ｉｉ）前記紫外線光が前記中央軸線に直交するようにコリメートされ、
ｂ）収束または散乱され、その結果、前記収束または散乱された光線同士は、前記第１の平面と直交する第２の平面において非平行となる
方法。

【請求項12】

請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の流体処理装置、または、請求項１０に記載のシステムにおいて少なくとも１つの光放出ダイオードを冷却するための装置であって、
前記装置は、使用時において、前記光放出ダイオードから処理される前記流体に熱を制御可能に伝達するように構成された
装置。

【請求項13】

請求項１２に記載の装置であって、
前記装置は、冷却剤回路を備え、
前記冷却剤回路の第１の部分は、使用時において前記冷却剤回路の冷却剤と前記少なくとも１つの光放出ダイオードとの間で熱を伝達するために、前記少なくとも１つの光放出ダイオードに接触して配置され、
前記冷却剤回路の第２の部分は、使用時において前記冷却剤回路の前記冷却剤と処理される前記流体との間で熱を伝達するための熱交換器を備える
装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、人間、動物および自然環境への有毒化学物質および／または生物病原体の曝露のリスクを低減し、好ましくは最小化する目的で、透明または半透明の液体、蒸気または気体の流体を処理するために紫外線（ＵＶ）光を使用することに関する。特に、本発明は、飲用水処理、廃水処理、および、工業プロセス水（例えば、半導体チップ製造で使用される水）の処理に適しているが、これらに限定はされない。

【背景技術】

【0002】

従来技術のＵＶ流体処理は、流体が通過するチャンバに設置された、水銀ガスが満たされた管形ランプを使用している。チャンバ当たりのランプの数は、１〜２００超の範囲とすることができる。１つのランプチャンバごとに、管は、通常、流体の流れに対して平行に方向付けられる。多数ランプの用途では、ランプおよび／またはチャンバは、典型的には、流体の流れに対して垂直に方向付けられる。チャンバ同士は、大きな流体流量を処理するために平行に設置されてもよい。水銀ガスが満たされた管形ランプを使用するのに必要なエネルギー量は、大きく、高価である。また、そのようなランプは、長持ちせず、頻繁に交換する必要がある。

【0003】

従来技術の流体処理システムは、ランプを流れる電流を必要とする。この電流は、水銀蒸気に、２５４ｎｍのところにピークがある紫外線領域で光を放出させる。電気エネルギーの約１５％が光子に変換される。電気エネルギーの８５％超は、ランプ内の熱に変換される。熱は、管表面を介して流体に伝達される。流体が液体（例えば、水）である場合、熱は、無機物のスケーリングの問題を生じさせることがある。いくつかの一般的な無機塩（例えば、硫安ナトリウム、水酸化カルシウム）は、温度が上昇すると、水に溶けにくくなり、この問題を悪化させる。各ランプは、放出されるＵＶの強度を維持するために頻繁に清掃されなければならないので、このシステムは理想的ではない。

【0004】

ＵＶ光は、ランプから、通過する流体へ照射される。チャンバの壁の付近のランプによって放出される光子の何パーセントかは、壁面のところの材料によって吸収される。１００％未満の透明度の流体は、ランプから放出された光子の何パーセントかを吸収する。透過率は、常に１００％未満であり、水道水ですら９０％程度の低い透過率を有し得る。８５％の透過率を有する３０ｃｍ幅の水柱を通過するＵＶ光は、ベールの法則によって決定されるように、その強度の９５％を失う。処理流体が、放出されるエネルギーの２５％をランプから１ｃｍの距離のところで吸収することは希ではない。半透明の流体では、有機体のＤＮＡヌクレオチドによって吸収される位置に光子が当たる確率は、光子が処理チャンバ内を移動する距離（光子経路長）の関数である。さらに、光源から発散する光の強度は、逆二乗の法則にしたがって減衰する。

【0005】

処理されている流体内で目標有機体に到達する光子の割合が小さい（１０^−６のオーダー）ことによって、有機体のＤＮＡにダメージが与えられる。そのようなダメージは、有機体の生存能力または生殖機能を不活性化する。懸濁物質および溶解化合物によって生じる吸収、分散および陰影の結果として、ＵＶ光による消毒の有効性は、濁度が増大するほど低下する。２００６米国環境保護庁ＵＶ消毒指導手引きに列挙されたＵＶの殺菌量は４０ｍＪ／ｃｍ^２である。したがって、流体（例えば、廃水）の処理用の効果的なシステムは、処理領域全体にわたってこのＵＶ量を提供すべきである。所定の有機体のための効果的な殺菌量（または、特定の化学処理に必要な量）は、４０ｍＪ／ｃｍ^２の用量から大きく変わり得ることが理解されるべきである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

当該技術において、ＵＶ半透明流体を効率的かつ効果的に処理し、好ましくは殺菌し、耐久性があり、信頼性があり、エネルギー効率に優れ、既存のシステムよりもメンテナンスを必要としない個人的使用または公共的使用のための流体処理システムが求められる。
同様に、当該技術において、エネルギー効率に優れた光化学処理が求められる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、流体処理用の装置を提供する。この装置は、流体チャンバと、流体チャンバの表面に配置された少なくとも１つの紫外線光ユニットと、を備えている。少なくとも１つの紫外線光ユニットは、少なくとも１つの紫外線光放出ダイオードと、紫外線光方向付要素と、を備えている。紫外線光方向付要素は、使用時において、各紫外線光ユニットから放出される紫外線光線同士が第１の方向において平行になり、第１の方向に直交する第２の方向において非平行となるように、少なくとも１つの紫外線光放出ダイオードから放出される光の少なくとも一部をコリメートするように構成される。

【0008】

１つの方向に光をコリメートすることによって、光の光子経路長が短くなり、それによって、逆二乗の法則およびベールの法則に関係するエネルギーロスが低減される。

【0009】

好ましくは、紫外線光方向付要素は、コリメートされた紫外線光を第２の方向に収束させるように構成される。より好ましくは、紫外線光方向付要素は、コリメートされた紫外線光を収束させて、流体チャンバの中央軸線のところ、または、その近くに集中させる。

【0010】

代替的に、紫外線光方向付要素は、コリメートされた紫外線光を第２の方向に散乱させるように構成される。

【0011】

好ましくは、装置は、複数の紫外線光ユニットを備えている。好ましくは、複数の紫外線光ユニットは、流体チャンバの周囲または表面のまわりに放射状に配置される。好ましくは、複数の紫外線光ユニットは、流体チャンバの表面のまわりの１つ以上のリングに配置される。好ましくは、紫外線光ユニットの隣接するリング同士は、使用時において処理されるべき流体の全てにＵＶ光を均一に曝露させることを確実にするのに必要な量だけ互いにオフセットされる。

【0012】

好ましくは、流体チャンバは透明である。

【0013】

好ましくは、少なくとも１つの紫外線光ユニットは、流体チャンバの外側に配置される。流体チャンバの外側にＵＶＬＥＤを配置することによって、清掃、メンテナンスおよび交換のためのアクセスの容易性が向上する。

【0014】

好ましくは、装置は、流体チャンバの外側に配置されたカバーを備えている。少なくとも１つの紫外線光ユニットは、カバー内に取り付けられる。好ましくは、カバーは、紫外線光を遮る材料から形成される。カバーは、使用時において紫外線光放出ダイオードによって放出される紫外線光が流体チャンバ内へ入ることを可能にするように配置された少なくとも１つの開口を備えている。

【0015】

好ましくは、光方向付要素は、反射器である。最も好ましくは、少なくとも１つの光放出ダイオードの各々は、反射器の焦点のところに位置する。好ましくは、流体チャンバの中央軸線は、反射器の焦点のところ、または、その近くに位置する。

【0016】

さらなる実施形態において、本発明は、流体処理用の装置を提供する。この装置は、流体チャンバと、流体チャンバの表面に配置された少なくとも１つの紫外線光ユニットと、を備えている。少なくとも１つの紫外線光ユニットは、少なくとも１つの紫外線光放出ダイオードと、紫外線光方向付要素と、を備えている。紫外線光方向付要素は、使用時において、各紫外線光ユニットから放出される紫外線光線同士が１つの方向のみにおいて平行になるように、少なくとも１つの紫外線光放出ダイオードから放出される光の少なくとも一部をコリメートするように構成される。

【0017】

好ましくは、装置は、処理されるべき流体に回転運動または渦巻き運動を引き起こすための１つ以上の要素を備えている。

【0018】

好ましくは、装置は、紫外線光放出ダイオードの温度を制御するための冷却装置を備えている。好ましくは、冷却装置は、使用時において、紫外線光放出ダイオードから、処理されている流体へ熱を制御可能に伝達するように構成される。

【0019】

好ましくは、冷却装置は、冷却剤回路を備えている。冷却剤回路の第１の部分は、使用時において冷却剤回路と紫外線光放出ダイオードとの間で熱を伝達するために、紫外線光放出ダイオードに接触して配置される。冷却剤回路の第２の部分は、使用時において冷却剤回路と、処理されている流体と、の間で熱を伝達するための熱交換器を備えている。好ましくは、装置は、さらに、使用時において、冷却剤の温度の変化に応じて装置の光出力を変化させるように構成された制御要素を備えている。好ましくは、装置は、さらに、使用時において、処理されるべき流体の透過率の変化に応じて装置の光出力を変化させるように構成された制御要素を備えている。好ましくは、装置は、さらに、複数の紫外線光ユニットを備えている。制御要素は、冷却剤の温度の上昇に応じて紫外線光ユニット放出光の数を増大させるように構成される。

【0020】

さらなる実施形態において、本発明は、流体処理用の装置を提供する。この装置は、透明管の外面のまわりに径方向に方向付けられた紫外線光放出ダイオードのアレイを備えている。透明管内には、処理されるべき流体が収容される。紫外線光放出ダイオードの各々は、反射器の焦点のところに取り付けられる。反射器は、使用時において、管の長手方向軸線の方向に反射光をコリメートし、管の断面を通って反射光線を集中させる。

【0021】

さらなる実施形態において、本発明は、流体処理用の装置を提供する。この装置は、処理されるべき流体が収容される透明管の外面のまわりに放射状に方向付けられた紫外線光放出ダイオードのアレイを備えている。紫外線光放出ダイオードの各々は、反射器の焦点のところに取り付けられる。反射器は、使用時において、管の長手方向軸線の方向に反射光をコリメートし、管の断面を通って反射光線を散乱させる。

【0022】

さらなる実施形態において、本発明は、流体処理用の装置を提供する。この装置は、処理されるべき流体が収容される透明管の外面のまわりに放射状に方向付けられた紫外線光放出ダイオードのアレイを備えている。光放出ダイオードの各々からの紫外線光は、レンズを通過される。レンズは、使用時において、長手方向軸線の方向に光をコリメートし、管の断面に光を集中させる。

【0023】

さらなる実施形態において、本発明は、流体処理用の装置を提供する。この装置は、処理されるべき流体が収容される透明管の外面のまわりに放射状に方向付けられた紫外線光放出ダイオードのアレイと、紫外線光放出ダイオードのアレイを冷却するための冷却システムと、を備えている。冷却システムは、ｉ）紫外線光放出ダイオードと冷却液との間、および、ｉｉ）冷却液と処理されるべき流体との間で熱交換されるように、冷却液を循環させるように構成される。

【0024】

好ましくは、冷却液は、グリコール混合物である。

【0025】

さらなる実施形態において、本発明は、流体処理用の装置を提供する。この装置は、処理されるべき流体が収容される透明管の外面のまわりに放射状に方向付けられた紫外線光放出ダイオードのアレイと、紫外線光放出ダイオードのアレイを冷却するための冷却システムと、を備えている。冷却システムは、冷却液の温度を監視するための１つ以上の温度センサを備えている。冷却システムは、冷却液の温度の上昇に応じて紫外線光放出ダイオードを点灯させるとともに、冷却液の温度の低下に応じて紫外線光放出ダイオードを消灯させるように構成される。

【0026】

さらなる実施形態において、本発明は、流体処理用の装置を提供する。この装置は、処理されるべき流体が収容される透明管の外面のまわりに放射状に方向付けられた紫外線光放出ダイオードのアレイと、１つ以上の紫外線透過率センサと、処理されるべき流体の透過率の上昇に応じて紫外線光放出ダイオードを消灯させるとともに、処理されるべき流体の透過率の低下に応じて紫外線光放出ダイオードを点灯させるように構成された処理監視ソフトウェアと、を備えている。

【0027】

さらなる実施形態において、本発明は、流体を処理するために前述の請求項に記載された装置の使用を提供する。

【0028】

さらなる実施形態において、本発明は、流体処理用のシステムを提供する。このシステムは、上述した装置を複数備えている。

【0029】

さらなる実施形態において、本発明は、流体を処理するための方法を提供する。この方法は、流体を流体チャンバ内へ導入する工程と、紫外線光放出ダイオードから放出された光を流体内に方向付ける工程と、を備えている。少なくとも１つの紫外線光放出ダイオードから放出された紫外線光の少なくとも一部は、紫外線光ユニットの各々から放出された紫外線光線同士が１つの方向のみにおいて平行となるようにコリメートされる。

【0030】

さらなる実施形態において、本発明は、流体処理システムの光放出ダイオードを冷却するための装置を提供する。この装置は、使用時において、光放出ダイオードから、処理されている流体へ熱を制御可能に伝達するように構成される。好ましくは、装置は、冷却剤回路を備えている。冷却剤回路の第１の部分は、使用時において冷却剤回路と光放出ダイオードとの間で熱を伝達するために、光放出ダイオードに接触して配置される。冷却剤回路の第２の部分は、使用時において冷却剤回路と処理されている流体との間で熱を伝達するための熱交換器を備えている。好ましくは、装置は、使用時において、冷却剤の温度の変化、または、処理されるべき流体の透過率の変化に応じて光放出ダイオードの光出力を変化させるように構成された制御要素を備えている。

【0031】

さらなる実施形態において、本発明は、流体処理システムの光放出ダイオードを冷却するための方法を提供する。この方法は、使用時において、光放出ダイオードから、システムで処理されている流体に熱を間接的に伝達させる工程を備えている。

【0032】

好ましくは、間接的な熱伝達は冷却剤回路によって実施される。

【0033】

好ましくは、使用時において、冷却剤の温度の変化、または、処理されるべき流体の透過率の変化に応じて光放出ダイオードの光出力を制御する。

【0034】

光線同士が第１の方向において平行になるとともに第１の方向と直交する方向に散乱するように光をコリメートする本発明にしたがった紫外線光ユニットのアレイを提供することによって、装置は、第１の方向における光子経路長が短くなることから利益を受ける。しかも、散乱によって、両方の方向にコリメートされる場合よりも広い角度にわたって光を放出させることができ、また、処理領域にわたって最適化された量を提供しつつ、流体チャンバの外周のまわりに設けられる光放出ユニットの数を少なくすることができる。

【0035】

流体チャンバの中央軸線に直交する第１の方向において光線同士が平行になるように光をコリメートするとともに、光線同士が平行になる方向に直交する第２の方向に光を収束させることによって、光源からの距離に関して光の強度が増大する。これにより、効率が向上し、流体チャンバの断面の十分な部分にわたってＵＶの殺菌量が確実に供給される。

【0036】

本発明の装置の内面は、動作中に熱くならない透明管を備えている。このため、水銀ランプを使用する場合と比べて、無機物スケーリングが著しく減少する。従来技術のシステムにおいて、処理されている水と接触する多数の浸漬型円筒状水銀ランプの総石英表面積は、本発明の同等の水処理装置における管の表面積よりも非常に大きい。本発明における処理流体と接触する石英の総表面積は非常に小さいので、内面は容易に清掃される。

【0037】

さらに、システムの全ての作動部品は管の外部にあるので、処理システムをシャットダウンすることなく、また、処理流セルを排水することなく、メンテナンスを実施することができる。

【0038】

ＬＥＤの光出力は、その動作温度に反比例する。その結果、熱くなったＬＥＤは、温度の低いＬＥＤよりも少ない光を放出する。したがって、光出力を維持するために、動作中にＬＥＤを冷却する必要がある。

【0039】

本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照して単なる例示目的で以下に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0040】

【図1】本開示にしたがった、ＬＥＤライトのアレイによって発生されるＵＶ光を使用して流体を殺菌するための複数の処理セルの平行バンクの概略図である。

【図2a】本発明にしたがった１つの処理セルアセンブリの一部の概略斜視図である。

【図2b】図２ａの処理セルの１つの反射器サブアセンブリの概略斜視図である。

【図3】処理流セルの上流に流体方向変換ベーンが組み込まれた１つの流れ処理セルアセンブリの一部の概略斜視図である。

【図4】流体チャンバの中央軸線ｘと整合する平面（ｘｙまたはｘｚ）で見た１つの反射器サブアセンブリの概略拡大側断面図である。

【図5】図４の平面に直交する平面（ｙｚ）で見た、図４に示された反射器サブアセンブリの概略拡大断面図である。

【図6】図４に示される平面に直交する平面（ｙｚ）で見た、図４に示された代替的な反射器サブアセンブリの別の概略拡大断面図である。

【図7】図４の１つのＬＥＤ反射器サブアセンブリからのコリメートされたＵＶ光線パターンを含む管の概略側断面図である。

【図8】図５に示されるものにしたがった１つの反射器サブアセンブリからの（ｙｚ平面における）散乱ＵＶ光線パターンを含む処理セルの概略断面図である。

【図9】図６に示されるものにしたがった反射器サブアセンブリからの（ｙｚ平面における）収束光線パターンを示す処理セルの概略断面図である。

【図10】処理セルの直径方向の両側に配置された図４および図７の２つの反射器サブアセンブリからｘ軸に延在するコリメートされたＵＶ光線パターンを示す処理セルの概略側面図である。

【図11】図５に示されるものにしたがった８つの反射器サブアセンブリからの（ｙｚ平面における）散乱ＵＶ光線パターンを示す処理セルの概略断面図である。

【図12】図６に示されるものにしたがった８つの反射器サブアセンブリからの（ｙｚ平面における）収束ＵＶ光線パターンを示す処理セルの概略断面図である。

【図13】間接液体ＬＥＤ冷却・熱交換サブシステムが組み入れられた処理流セルの一部の概略斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0041】

本発明は、１つ以上のＵＶ光放出ダイオード（ＬＥＤ）を使用して流体を処理するための方法、システムおよび装置を提供する。本発明のシステムは、流体を処理するための１つ以上の装置を備えている。これらの装置は、次の詳細な説明に単に例示目的のみで、限定目的ではなく、処理流セル１０として記載されている（本明細書で使用される「セル」との用語は、「チャンバ」との用語と同一の意味を有しており、「チャンバ」と相互互換可能である）。

【0042】

本発明の装置は、管１６の形態の導管として、単なる例として限定目的ではなく次の詳細な説明で説明され図示される流体チャンバを備えている。本発明の流体チャンバは他の形態をとってもよいことが理解されるべきである。流体チャンバは、処理されるべき流体の流れを導くための導管、例えば、当該構造のいずれかの端部に開口を有する管または導管であってもよい。代替的に、流体チャンバは、少なくとも一時的に処理用流体の大部分を保持するための容器であってもよい。流体チャンバ（これらの形態のうちのいずれかの形態をとる）は、円筒状であってもよく、他の形状、すなわち、円錐状、矩形、八角形、多角形、またはその他であってもよい。好ましい実施形態では、流体チャンバの採用される形状、ならびに、ＬＥＤおよび反射器サブアセンブリの構成は、殺菌量が経験されるように、流体チャンバを流れる際または流体チャンバを出る際にＵＶ光に十分に曝露されるようなものになる。

【0043】

好ましい実施形態では、本発明の装置は、流体チャンバの表面のまわりに配置されたＵＶＬＥＤのアレイを備えている。好ましくは、ＵＶ ＬＥＤは、流体チャンバの外周のまわりに放射状に配列される（図１および図２ａに示されるように）。好ましくは、ＵＶ ＬＥＤは、チャンバのまわりに均等に分散配置される。好ましくは、流体チャンバは、透明管であり、ＵＶ ＬＥＤは、透明管の外周のまわりに放射状に配列される

【0044】

図１は、平行バンクの処理流セル１０を備えるシステムを示している。代替実施形態では、流体処理セル１０は、非平行であってもよい。本発明のシステムは、１つ以上の処理流セル１０を備えていてもよい。

【0045】

図１に示されるように、このシステムは、一貫した直径を有するとともに平行な処理流セル１０の形態の４つの装置を備えている。処理流セル１０の各々の直径は、未処理流体入口管１００の直径および処理済流体出口管１１０の直径よりも小さい。

【0046】

他の実施形態では、全体的には円筒形ではない、または、全く円筒形ではない１つ以上の処理流セル１０を有することが可能であり、例えば、それらは、矩形もしくは任意の形状または任意の形態であってもよい。さらに別の実施形態では、処理流セル１０の入口直径は、処理流セル１０の出口直径よりも小さくてもよく、あるいは、大きくてもよい。好ましい実施形態では、システムの任意の形状の処理流セル１０は、通過する流体が全てＵＶ光の必要量を受けるように構成される。このことは、好ましく、その結果、流体を十分に処理するのに、好ましくは、流体を殺菌するのに必要な流速で、流体が処理流セル１０を流れ、それによって、処理流体中の生物的病原体の生存または生存能力が最小化される。

【0047】

さらに別の実施形態では、システムを様々な用途（例えば、公共用または個人用の流体処理システム）にカスタマイズするために、また、既存の処理システムまたは固有のスペースに新たに設置されるシステムの様々な構成およびデザインに容易に適用可能にするために、１つ以上の未処理流体入口管１００および処理済流体出口管１１０は、上流または下流で、より大きい、または、より小さい直径を有していてもよい。

【0048】

本発明のシステムは、流体を処理するための１つ以上の装置を備えている。各装置は、流体チャンバと、流体チャンバの表面に配置された少なくとも１つの紫外線光ユニットと、を備えている。少なくとも１つの紫外線光ユニットは、少なくとも１つの紫外線光放出ダイオードと、紫外線光方向付要素と、を備えている。図示される実施形態では、各紫外線光ユニットは、ＬＥＤ・反射器サブアセンブリ１２の形態である。

【0049】

図２ａは、リングの外周のまわりに放射状に取り付けられたＬＥＤ１３が組み入れられたＬＥＤ反射器サブアセンブリ１２のアレイによって発生されるＵＶ光を使用して流体を殺菌するための処理流セル装置１０を示している。

【0050】

この装置は、カバーを備えていてもよい。このカバーは、流体チャンバのまわりに装着されるとともに、流体チャンバを少なくとも部分的に覆う。図示される実施形態では、カバーは、構造ジャケット１４である。ＬＥＤは、構造ジャケット１４内に取り付けられ、あるいは、構造ジャケット１４と接触し、あるいは、構造ジャケット１４によって支持される。構造ジャケット１４は、透明管１６の外側のまわりに嵌められる。ＬＥＤサブアセンブリ１２の隣接するリングは、流体チャンバを通過する流体１８の全てがＵＶに均等に曝露されることを確実にするのに必要な量だけ、反射器サブアセンブリを互いからシフト／オフセットさせるように配置されてもよい（いわゆる「プレセッション」配置）。

【0051】

カバーは、ステンレス鋼、または、ＵＶ光を遮断する任意の他の材料から形成されていてもよい。カバーは、内部流体１８からの圧力に耐えるための構造的な支持を提供してもよい。カバーは、各反射器サブアセンブリ１２のためのフレームを提供してもよい。サブアセンブリ１２は、接着剤、プラスチック、または、ＬＥＤ光１３からのＵＶに曝露することで溶けるか粉末状になることができる他の接着材料を使用することなく、カバー内に適合されてもよい。さらに、反射器サブアセンブリは、摩擦嵌め、締まり嵌め、または、ダイカストされてもよく、金属クリップで取り付けられてもよく、他の方法で配置または装着されてもよい。

【0052】

流体チャンバ（図示される実施形態では、透明管１６）は、石英ガラス、または、内部流体１８の圧力に耐えることができる他の透明な材料を含有していてもよく、また、流体１８がシステムを通って移動する際にカバー（図示される実施形態では、構造ジャケット１４）によって支持されてもよい。

【0053】

装置は、処理されるべき流体内での流体の回転運動または渦巻き運動を引き起こすための１つ以上の要素を備えていてもよい。この要素は、例えば、ベーン２２の形態であってもよい（図３）。このベーンは、流体チャンバ内、または、流体チャンバよりも上流に配置されてもよい。

【0054】

図３は、紫外線光ユニット（本明細書では、ＬＥＤ反射器サブアセンブリ１２またはサブアセンブリ１２とも称される）のアレイによって発生されるＵＶ光を使用して流体１８を殺菌するための処理流セル装置１０を示している。処理流セル装置１０は、処理流セルよりも上流に、流体旋回ベーン２２のセットを有するフランジ状のミニスプール部品２０を備えている。旋回ベーンは、フローセル１０を通る流体１８の回転運動または渦巻き運動を引き起こす。さらに別の実施形態では、フローセル１０を通る流体１８の回転流体運動または渦巻流体運動を引き起こす任意の構成が使用され得ることが理解される。例えば、固定的な円筒状もしくは他の形状の本体、または、揺動または回転形状の本体が、流体がこれらの本体の任意の１つ以上を過ぎて流れ、流体の全てが適切に処理されて生物的病原体の殺菌および不活性化が達成されるような動作、または、他の所望の処理が達成されるように、吸入口、または、流体入口１８の他の適切な場所に配置されてもよい。

【0055】

好ましい実施形態では、各反射器サブアセンブリ１２は、図２ａに示すように、流体チャンバの中央軸線１９に対して垂直に略整合される反射器内面１７ａと、中央軸線１９に平行に略整合される反射器内面１７ｂと、を備えている。中央軸線１９に対して垂直に略整合される反射器内面１７ａは、共通の焦点を共有する放物線のセットによって画定／形成される。中央軸線１９に平行に略整合される反射器内面１７ｂは、同一の共通の焦点を放物面として共有する楕円のセットによって画定／形成される。ＵＶＬＥＤ放出面は、この共通の焦点のところに位置決めされる。

【0056】

流体チャンバの中央軸線１９に対して垂直に略整合される反射器内面１７ａと、反射器ベースを斜めに二分する任意の仮想鉛直平面と、の交点によって形成され、反射器の共通の焦点を含む（例えば、図２ｂに示される線ａ−ａに沿った）任意の曲線は、放物線になるであろう。反射器面１７ｂと、反射器ベースを斜めに二分する任意の仮想鉛直平面と、の交点によって形成され、反射器の共通の焦点を含む任意の曲線は、楕円になるであろう。したがって、中央軸線１９と直交する第１の方向において光線同士が平行となり、第１の方向と直交する第２の方向において収束されて（すなわち、図２ａのｙ−ｚ平面に平行な平面で収束する）、中央軸線上、または、他の所望の点または軸線上に集中するように、光はコリメートされる。

【0057】

代替的な実施形態では、中央軸線１９に対して垂直に略整合される反射器内面１７ａは、共通の焦点を共有する放物線のセットによって形成される。管の長手方向軸線に平行に略整合される反射器内面１７ｂは、平面状である。したがって、光線同士が第１の方向（中央軸線１９に直交する）において平行になり、第１の方向と直交する第２の方向に散乱するように、また、光線が図２ａのｙｚ平面に平行な面で散乱して、中央軸線または他の所望の点もしくは軸線のところ、または、その近傍に集中するように、光はコリメートされる。

【0058】

図示される実施形態では、反射器２６は、管の長手方向ｘの軸線１９の方向に光がコリメートされ、また、長手方向ｘの軸線１９に直交する第１の方向において流体の流れの直径または断面にわたって光線同士が平行になるような形状を有している。一実施形態では、反射器２６の内面は、図４に示される視野方向において放物線形状を有している。

【0059】

代替的に、反射器の形状は、図８に示すように、図２ａのｙｚ平面に平行な平面において反射器から離れる方向に放射するファン形状を形成するように、上述のように第１の方向に光をコリメートし、第１の方向に直交する第２の方向に光を散乱させるように構成されてもよい。反射器は、管の長手方向軸線に直交する方向において光線同士が平行となるように反射光をコリメートし、管１６の断面を通って反射光を散乱させ、それによって、ファン形状を形成してもよい。

【0060】

代替的に、反射器は、上記のように管の長手方向軸線１９の方向に反射光をコリメートし、その結果、光線同士は、図９に示されるように、長手方向軸線１９に直交する第１の方向において平行になり、管１６の断面を通る反射光線を図２ａのｙ−ｚ平面に平行な面に集中させ、それによって、くさび形状を形成する。図４は、ＬＥＤチップ２４が反射器の焦点のところに位置するように反射器２６に取り付けられた半導体ダイチップ２４を有するＬＥＤパッケージ１３の管側面図を示している。ＬＥＤ反射器２６は、構造ジャケット１４の内部に対向するアルミニウムコーティングを有する内面コーティングを備えたプラスチックを含有していてもよい。各反射器サブアセンブリ１２は、構造ジャケット１４内に取り付けられ、透明管１６の外面と同一平面になる。図示される実施形態は、管１６の直径の約０．０５倍の幅を有する反射器２６を示している。

【0061】

他の実施形態では、カバー（図示される実施形態では、構造ジャケット１４）は、透明管１６の外面に隣接しており、また、当該外面に部分的に接触しているか、または、当該外面に対して完全に自由である。ＬＥＤパッケージ１３当たりのダイオード２４の数は、１つよりも大きくてもよい。

【0062】

図５および図６は、それぞれ、異なるＬＥＤ１３および反射器２６のサブアセンブリ１２を断面図で示している。これらのサブアセンブリの各々は、図４に示されたような、図５および図６に示された断面に直交する断面を有している。

【0063】

図５は、ＬＥＤ１３および反射器２６のサブアセンブリ１２を断面図で示している。図示される実施形態は、管１６の直径の約０．２倍のベース長さを有する反射器２６を示している。管１６の直径に対する反射器２６の長さの比率は、リング当たりのＬＥＤサブアセンブリ１２の必要数の関数である。リング当たりのサブアセンブリ１２の数が大きいことが求められる実施形態では、管１６の直径に対する反射器２６の幅の比率が小さくなるであろう。一実施形態では、この比率を有していること、また、図示される断面の反射器２６の内面を有していることから、光は、散乱ＵＶ光パターンを生成する。反射器サブアセンブリ１２は、チップ２４が反射器の焦点のところに位置するように反射器２６に取り付けられたＬＥＤパッケージ１３を有して示されている。ＬＥＤパッケージ１３当たりのダイオード２４の数は、１つよりも大きくてもよい。各反射器サブアセンブリ１２は、構造ジャケット１４内に取り付けられ、構造ジャケット１４は、透明管１６の外面を取り囲む。

【0064】

図６は、さらに別の反射器サブアセンブリ１２を断面図で示している。図示される断面における反射器２６の内面は、楕円形であり、反射器から遠い場所に光を集中させる。反射器サブアセンブリ１２は、チップ２４が反射器の焦点のところに位置するように反射器２６に取り付けられたＬＥＤパッケージ１３を有して示されている。各反射器サブアセンブリ１２は、構造ジャケット１４内に取り付けられ、構造ジャケット１４は、透明管１６の外面を取り囲む。ＬＥＤパッケージ１３当たりのダイオード２４の数は、１つよりも大きくてもよい。

【0065】

図７は、１つのＬＥＤ反射器サブアセンブリ１２から直接的に放出されたＵＶ光線２８およびコリメートされたＵＶ光線３０を示している。反射器２６の形状は、光線同士が流体流れ１８に直交する方向において平行となるように、ＬＥＤからの反射光をコリメートするように構成される。一実施形態では、直接的に放出された光線２８に対するコリメートされた光線３０の割合は、１０：１を超える。好ましくは、コリメートされた光線は、流体流れの方向に直交する流体を通過する。構造ジャケット１４および透明管１６の側断面が示されている。

【0066】

図８は、単一のＬＥＤ反射器サブアセンブリ１２を断面で示しており、また、図５のＬＥＤ反射器サブアセンブリ１２と同様に、直接的に放出されたＵＶ光線２８、および、管１６の断面積を通って散乱されたコリメートされたＵＶ光線３０を示している。図８は、図７に示されたサブアセンブリ１２の断面図である。断面におけるＬＥＤ反射器サブアセンブリ１２からの光の強度は、実質的に均等に分配されるように構成されている。構造ジャケット１４は１つ以上のＬＥＤ反射器サブアセンブリ１２を有することが理解され、例示目的のみで、その１つがここで示されている。

【0067】

図９は、単一のＬＥＤ反射器サブアセンブリ１２を断面で示しており、また、図６のＬＥＤ反射器サブアセンブリ１２と同様に、直接的に放出されたＵＶ光線２８、および、管１６の断面積を通って集中されたＵＶ光線３０を示している。図９は、図７に示されたサブアセンブリ１２の断面図である。この断面図における反射器２６の内面形状は、ＬＥＤから、反射器から離れた位置に至る反射器２６の内面から反射する光を集中させるように構成される。一実施形態では、反射器２６の焦点は、管１６の略中央である。構造ジャケット１４は１つ以上の反射器サブアセンブリ１２を有することが理解され、例示目的のみで、その１つがここで示されている。

【0068】

図１０は、流体流れ１８に直交する、管１６を通る、直接的に放出されたＵＶ光２８および反射ＵＶ光３０の分布を示している。図示されるＬＥＤ反射器サブアセンブリ１２は、図４および図７のサブアセンブリ１２と同様の放物線形状を示している。図示される実施形態では、構造ジャケット１４内において、ＬＥＤ反射器サブアセンブリ１２の１つのリングが存在する。処理流セル１０に含まれ得るリングの数に上限は存在しない。図３に示されるさらに別の実施形態では、流体１８は回転式または渦巻き式に流れる。

【0069】

好ましくは、装置は、流体チャンバの表面のまわりに分散配置された複数の紫外線光ユニットを備えている。最も好ましくは、紫外線光ユニットは、流体チャンバの外周のまわりでリング内に配置される。（用語「リング」および「外周」は、非円形断面を有する流体チャンバについてのそれらの均等物を含むと解釈されるべきであり、「外周」は、流体チャンバの表面または境界である。）紫外線光ユニットは、外周のまわりに均等に分散配置されていてもよい。装置は、ＵＶ光ユニットの複数のリングを備えていてもよい。

【0070】

図１１は、管１６の断面を通る、直接的に放出されたＵＶ光２８および散乱した反射ＵＶ光３０の分布を示している。管１６のまわりの構造ジャケット１４内のＬＥＤ反射器サブアセンブリ１２のアレイは、管１６の断面を通るＵＶの強度を均等に分布させるように構成される。ＬＥＤ反射器サブアセンブリ１２は、図５に示されたサブアセンブリ１２と同様の大きさおよび形状を有している。図示される実施形態では、８つのＬＥＤ反射器サブアセンブリ１２が存在する。リング当たりのＬＥＤ反射器サブアセンブリの数は、１つから、管１６の外周のまわりに装着することができるだけの数までの範囲であってもよい。

【0071】

光が収束される実施形態では、ＵＶユニットの各々の焦点は、図１２に示されるように一致してもよい。

【0072】

図１２は、管１６の断面を通る、直接的に放出されたＵＶ光２８および集中された反射ＵＶ光３０の分布を示している。ＬＥＤ反射器サブアセンブリ１２のアレイは、楕円形状であり、管１６のまわりで構造ジャケット１４の長手方向軸線において複数列に配列されている。反射器サブアセンブリ１２の全ては、管１６の断面を通るＵＶの強度を均等に分布させるように構成されている。図示される実施形態では、８つのＬＥＤ反射器サブアセンブリ１２が存在する。リング当たりのＬＥＤ反射器サブアセンブリ１２の数は、１つから、管１６の外周のまわりに装着することができるだけの数までの範囲であってもよい。

【0073】

様々な反射器の形状または図示されていない光学的に有用な形状の組み合わせは、リング内で、または、様々な反射器タイプを組み入れたリングの列として使用され得る。

【0074】

さらなる実施形態では、ＬＥＤは、循環間接液体冷却システムを使用することによって冷却されてもよい。循環間接液体冷却システムは、ＬＥＤによって生成されているエネルギーのためにヒートシンクとして処理されている流体を使用する。好ましい実施形態では、ＬＥＤのアレイのための冷却は、任意の間接冷却システム（例えば、各ＬＥＤのケースに接触する、グリコール混合物が充填された銅製チューブ、および、液体の移動を維持するためのポンプ）によって達成されてもよい。水処理の場合、水は、熱交換部を通過して、グリコール混合物を冷却し、冷却されたグリコール混合物は、ＬＥＤを冷却する。それによって、処理されるべき水との熱交換が生じる。図１３は、間接式液体ＬＥＤ冷却システムの配置および構成を示している。液体冷却剤３２は、冷却剤チューブ３６を通って冷却剤ポンプ３４によって圧送される。冷却剤流れ方向は動作中において時々逆転されてもよいことが理解されるべきである。冷却剤チューブ３６は、処理流セル１０の各ＬＥＤパッケージ１３のヒートシンクケーシングに接触する。冷却剤チューブ３６とＬＥＤパッケージ１３との接触点には、熱伝達係数が高い材料が使用される。各ＬＥＤパッケージ１３によって発生する熱は、冷却剤チューブ３６を通って循環する際に、液体冷却剤３２に伝達される。一実施形態では、ＬＥＤの各リングは、冷却剤チューブの単一のリングによって接触される。冷却剤チューブ３６が各リングのＬＥＤ１３の一部または全てと接触する追加的な実施形態があってもよい。

【0075】

１つ以上のＬＥＤ１３と接触した後、冷却剤３２は、熱交換部３８に移送される。熱交換部３８は、処理されている十分な流体１８と間接的に熱接触して、ＬＥＤ１３から、処理されている流体１８へ熱を伝達する。熱交換部３８は、スケーリングを低減するためにＬＥＤよりも上流に配置されてもよい。

【0076】

ＬＥＤ ＵＶ光出力はＬＥＤ動作温度の線形関数なので、ＬＥＤ冷却液の温度を監視し制御することを達成可能である。例えば、冷たい冷却液によって光が明るくなり、暖かい冷却液によって光が暗くなる。循環冷却液内に取り付けられた１つ以上の温度センサは、本発明のシステム内に実装されたソフトウェアプログラムとともに、冷却液が温かいときに、追加的なＬＥＤすなわちＬＥＤのリングを点灯させでもよい。

【0077】

好ましい実施形態では、１つ以上の温度センサ４０は、熱交換部３８を流れる冷却剤３２の温度を測定する。処理されている流体１８が比較的高い温度を有している場合、その冷却効率は低下する。このことは、液体冷却剤３２によって間接的に測定される。処理システム監視ソフトウェアは、処理流体１８の温度が比較的高い場合に追加的なＬＥＤ１３すなわちＬＥＤのリングを点灯させるとともに、処理流体１８の温度が比較的低い場合にＬＥＤ１３すなわちＬＥＤのリングを消灯させるための指令を備えていてもよい。

【0078】

また、本発明のシステムは、効率的に動作し、処理セルを流れる流体の透過率を調節するように構成される。例えば、ＬＥＤから流れセルを横切るＵＶ透過率センサが本発明のシステムに追加され、透過率が低下した場合に、ソフトウエアシステムへ情報を中継し、透過率が高い流体中のＬＥＤまたはＬＥＤのリングを消灯させ、それらを再び点灯させてもよい。

【0079】

不変のＵＶ出力を一定に動作させるシステムのために、生じ得る最も高温、かつ、生じ得る最も低い透過率でさえ、全ての流体が効果的に処理されることを確実にするために、この最悪の状況で流体を効率的に処理する全てのときに、ＵＶ出力を提供することが必要である。しかしながら、本発明のシステムのエネルギー使用量は、温度または透過率に基づいてＵＶ出力を変化させることによって制限され得るので、システムは、温度が最大値よりも低い場合、および／または、透過率が最小値よりも高い場合に、より低出力で動作され得る。それによって、動作効率が上がる。

【0080】

本発明は、化学処理および／または生物処理を実施するために、流体内に注入される酸化化学物質（例えば、塩素、オゾンまたは過酸化水素）と組み合わせて使用されてもよいことが理解されるべきである。

【0081】

本発明の好ましい実施形態について説明し、図面に例示してきたが、これらは単なる例示目的であり、非限定的である。本発明の領域内および範囲内において多くの代替形態が可能であることが当業者には理解されるであろう。例えば、光方向付要素は、上述した反射器と同一の機能を実行するレンズまたは他の光学的手段であってもよい。

【0082】

代替実施形態では、流体チャンバは、不透明な材料から形成されてもよい。この実施形態では、ＬＥＤは、流体チャンバの内部の表面のまわりに配置されてもよい。

【0083】

代替実施形態では、光方向付要素は、光の散乱または収束の方向が流体チャンバの軸線に直交しないように構成されてもよい。

【0084】

本発明のシステムは、直列または並列に配置されるとともに、流れが任意の１つの装置から離れる方向に１つ以上の他の装置を通って迂回し、システムをシャットダウンすることなく第１の装置の内部を清掃することができるように構成された複数の装置を備えていてもよい。

【0085】

装置は、ＬＥＤの複数のアレイを備えていてもよい。このＬＥＤのアレイの各々は、装置内の全てのＬＥＤをシャットダウンすることなくＬＥＤの任意の１つのアレイのメンテナンスを実施できるように、ＬＥＤの他のアレイから隔離され得る。このようにして、装置は、メンテナンス中に機能し続けることができる。

【0086】

本発明のシステム、装置および方法は、飲料水処理、廃水処理、工業プロセス水処理、および、処理すべき流体の大きな流体流量を必要とする他の用途に特に適している。好ましい実施形態では、各装置は、時間当たり１５〜７５０ｍ^３の水を処理するように構成されてもよい。好ましくは、各装置は、時間当たり３０〜５００ｍ^３の水を処理するように構成されてもよい。最も好ましくは、各装置は、時間当たり約２５０ｍ^３の水を処理するように構成されてもよい。

【0087】

好ましくは、装置を通る流体流速は、約１ｍ／ｓであってもよい。

【0088】

装置は、説明された処理流セル１０に限定されないことが上記の事項から理解されるであろう。例えば、流体チャンバは、導管（例えば、管１６）ではなく、少なくとも一時的に処理用流体の大部分を保持するための容器であってもよい。この実施形態では、流体は装置を通って直接的に流れる必要がない。その代わりに、流体は、処理のために、所定期間、容器内に保持されてもよい。装置には、流体が処理のためにＵＶ光を通過して移動するように流体チャンバ内で流体を循環または撹拌するための手段（例えば、ポンプ）が設けられてもよい。

【0089】

本明細書（添付の特許請求の範囲および図面を含む）に開示された各々の特徴は、添付の特許請求の範囲に記載されるとおり、そうではないと特に明示されない限り、同一、均等または類似の目的を果たす代替の特徴に置き換えられてもよい。したがって、そうではないと特に明示されない限り、開示される各特徴は、添付の特許請求の範囲に記載されるとおり、包括的な一連の均等または類似の特徴の一例に過ぎない。さらに、本明細書（添付の特許請求の範囲および図面を含む）に開示された全ての特徴、および／または、そのように開示された任意の方法またはプロセスの全ての工程は、そのような特徴および／または工程の少なくとも一部が相互に排他的になる組み合わせを除き、添付の特許請求の範囲に記載されるとおり、任意の組み合わせで組み合わせられてもよい。したがって、本発明の多くの様々な実施形態について上述したが、説明され、図示され、および／または、添付の特許請求の範囲に記載された特徴のうちの任意の１つ以上または全ては、添付の特許請求の範囲に記載されるとおり、単独で、あるいは、任意の実施形態の様々な組み合わせで使用されてもよい。このため、添付の特許請求の範囲に記載されるとおり、説明され、図示され、および／または、特許請求の範囲に記載された任意の特徴の組み合わせに対して、任意の１つ以上の特徴が、取り除かれ、置換され、および／または、追加されてもよい。疑念を避けるために述べると、任意の実施形態の任意の１つ以上の特徴は、添付の特許請求の範囲に記載されるとおり、諸実施形態のうちの任意の実施形態とは異なる任意の他の特徴（単数または複数）を有する実施形態において、組み合わされてもよく、および／または、単独で使用されてもよい。本発明は、以下の形態としても実現可能である。
［形態１］
流体を処理するための装置であって、
中央軸線を有する流体チャンバと、
少なくとも１つの紫外線光ユニットと
を備え、
前記少なくとも１つの紫外線光ユニットは、少なくとも１つの紫外線光放出ダイオードと、少なくとも１つの紫外線光方向付要素と、を備え、
前記少なくとも１つの紫外線光方向付要素は、使用時において、前記少なくとも１つの紫外線光放出ダイオードから放出された光線の少なくとも一部をコリメートし、その結果、前記コリメートされた光線同士が前記中央軸線と一致するか該中央軸線と平行な第１の平面において平行となるように構成された
装置。
［形態２］
形態１に記載の装置であって、
前記少なくとも１つの紫外線光方向付要素は、使用時において、前記少なくとも１つの紫外線光ユニットから放出された光線の少なくとも一部を収束または散乱させ、その結果、
前記散乱または収束された光線同士が前記第１の平面に直交する第２の平面において非平行となるように構成された
装置。
［形態３］
形態２に記載の装置であって、
前記紫外線光方向付要素は、前記光線を前記第２の平面に収束させるように構成された
装置。
［形態４］
形態３に記載の装置であって、
前記紫外線光方向付要素は、前記光線を収束させて、前記中央軸線のところ、または、該中央軸線の近傍に収束させるように構成された
装置。
［形態５］
形態２に記載の装置であって、
前記紫外線光方向付要素は、前記光線を前記第２の平面に散乱させるように構成された
装置。
［形態６］
形態１ないし形態５のいずれか一項に記載の装置であって、
複数の紫外線光ユニットを備える
装置。
［形態７］
形態６に記載の装置であって、
前記複数の紫外線光ユニットは、前記流体チャンバの外周または表面に配置された
装置。
［形態８］
形態７に記載の装置であって、
前記複数の紫外線光ユニットは、前記流体チャンバの外周または表面のまわりに放射状に配置された
装置。
［形態９］
形態６に記載の装置であって、
前記複数の紫外線光ユニットは、前記流体チャンバの外周または表面から離間されている
装置。
［形態１０］
形態８または形態９に記載の装置であって、
前記複数の紫外線光ユニットは、前記流体チャンバの外周または表面のまわりのリング部分、または、１つ以上のリングに配置された
装置。
［形態１１］
形態１０に記載の装置であって、
前記紫外線光ユニットの隣接するリングは、使用時において、処理されるべき前記流体のＵＶ光に対する所望の曝露パターンを保証するのに必要な量だけ、互いから回転方向にオフセットされた
装置。
［形態１２］
形態１ないし形態１１のいずれか一項に記載の装置であって、
前記流体チャンバは透明である
装置。
［形態１３］
形態１２に記載の装置であって、
前記少なくとも１つの紫外線光ユニットは、前記流体チャンバの外側または外部に配置された
装置。
［形態１４］
形態１３に記載の装置であって、
さらに、前記流体チャンバの前記外側に配置されたカバーを備え、
前記少なくとも１つの紫外線光ユニットは、前記カバー内に取り付けられるか、該カバーと接触するか、または、該カバーによって支持される
装置。
［形態１５］
形態１４に記載の装置であって、
前記カバーは、
紫外線光を遮断する材料から形成され、
使用時において前記紫外線光ユニットによって放出された紫外線光が前記流体チャンバ内に入ることができるように配置された少なくとも１つの孔を有する
装置。
［形態１６］
形態１ないし形態１５のいずれか一項に記載の装置であって、
前記紫外線光方向付要素は反射器である
装置。
［形態１７］
形態１６に記載の装置であって、
前記少なくとも１つの紫外線光放出ダイオードの各々は、前記反射器の焦点のところに位置する
装置。
［形態１８］
形態１６または形態１７に記載の装置であって、
前記流体チャンバの中央軸線は、前記反射器の焦点のところ、または、該焦点の近傍に位置する
装置。
［形態１９］
形態１ないし形態１８のいずれか一項に記載の装置であって、
前記中央軸線は、前記流体チャンバの長手方向軸線を有する
装置。
［形態２０］
形態１ないし形態１９のいずれか一項に記載の装置であって、
前記中央軸線は、４５度までの角度だけ前記流体チャンバの長手方向軸線からオフセットされている
装置。
［形態２１］
形態１ないし形態２０のいずれか一項に記載の装置であって、
前記流体チャンバは管である
装置。
［形態２２］
流体を処理するための装置であって、
流体チャンバと、
少なくとも１つの紫外線光ユニットと
を備え、
前記少なくとも１つの紫外線光ユニットは、少なくとも１つの紫外線光放出ダイオードと、少なくとも１つの紫外線光方向付要素と、を備え、
前記少なくとも１つの紫外線光方向付要素は、使用時において、前記少なくとも１つの紫外線光放出ダイオードから放出された光線の少なくとも一部をコリメートし、その結果、前記紫外線光ユニットの各々から放出された紫外線光線同士が第１の方向のみにおいて平行となるように構成された
装置。
［形態２３］
形態１ないし形態２２のいずれか一項に記載の装置であって、
さらに、使用時において、処理されるべき前記流体に回転運動または渦巻き運動を引き起こすための１つ以上の要素を備える
装置。
［形態２４］
形態１ないし形態２３いずれか一項に記載の装置であって、
さらに、前記紫外線光放出ダイオードの温度を制御するための冷却装置を備える
装置。
［形態２５］
形態２４に記載の装置であって、
前記冷却装置は、使用時において、前記少なくとも１つの紫外線光放出ダイオードから、処理される前記流体へ熱を制御可能に伝達するように構成される
装置。
［形態２６］
形態２４または形態２５に記載の装置であって、
前記冷却装置は、冷却剤を収容する冷却剤回路を備え、
前記冷却剤回路の第１の部分は、使用時において前記紫外線光放出ダイオードと前記冷却剤との間で熱を伝達するために、前記少なくとも１つの紫外線光放出ダイオードと接触して配置され、
前記冷却剤回路の第２の部分は、使用時において前記冷却剤と処理される前記液体との間で熱を伝達するための熱交換器を備える
装置。
［形態２７］
形態２６に記載の装置であって、
さらに、使用時において前記冷却剤の温度の変化に応じて前記装置の光出力を変化させるように構成された制御要素を備える
装置。
［形態２８］
形態２６または形態２７に記載の装置であって、
さらに、使用時において、処理されるべき前記流体の透過率の変化に応じて前記装置の光出力を変化させるように構成された制御要素を備える
装置。
［形態２９］
形態２６または形態２７に記載の装置であって、
複数の紫外線光ユニットを備え、
前記制御要素は、前記冷却剤の温度の上昇および／または低下に応じて紫外線光ユニット放出光の数を増加および／または減少させるように構成された
装置。
［形態３０］
流体を処理するための装置であって、
処理されるべき前記流体が収容される透明管の外面のまわりに放射状に向けられた紫外線光放出ダイオードのアレイを備え、
前記紫外線光放出ダイオードの各々は、反射器の焦点のところに取り付けられ、
前記反射器は、使用時において、前記管の長手方向軸線の方向に反射光をコリメートし、前記管の断面を通って反射光線を集中させる
装置。
［形態３１］
流体を処理するための装置であって、
処理されるべき前記流体が収容される透明管の外面のまわりに放射状に向けられた紫外線光放出ダイオードのアレイを備え、
前記紫外線光放出ダイオードの各々は、反射器の焦点のところに取り付けられ、
前記反射器は、使用時において、前記管の長手方向軸線の方向に反射光をコリメートし、前記管の断面を通って反射光線を散乱させる
装置。
［形態３２］
流体を処理するための装置であって、
処理されるべき前記流体が収容される透明管の外面のまわりに放射状に向けられた紫外線光放出ダイオードのアレイを備え、
前記紫外線光放出ダイオードの各々からの紫外線光は、レンズを通過され、
前記レンズは、使用時において、前記管の長手方向軸線の方向に光をコリメートし、前記管の断面に光を集中させる
装置。
［形態３３］
流体を処理するための装置であって、
処理されるべき前記流体が収容される透明管の外面のまわりに放射状に向けられた紫外線光放出ダイオードのアレイと、
前記紫外線光放出ダイオードのアレイを冷却するための冷却システムと
を備え、
前記冷却システムは、ｉ）前記紫外線光放出ダイオードと冷却液との間、および、ｉｉ）前記冷却液と処理されるべき前記流体との間で熱が交換されるように、前記冷却液を循環させるように構成された
装置。
［形態３４］
形態３３に記載の装置であって、
前記冷却液は、グリコール混合物である
装置。
［形態３５］
流体を処理するための装置であって、
処理されるべき前記流体が収容される透明管の外面のまわりに放射状に向けられた紫外線光放出ダイオードのアレイと、
前記紫外線光放出ダイオードのアレイを冷却するための冷却システムと
を備え、
前記冷却システムは、冷却液の温度を監視するための１つ以上の温度センサを備え、
前記冷却システムは、前記冷却液の温度の上昇に応じて紫外線光放出ダイオードを点灯させ、前記冷却液の温度の低下に応じて紫外線光放出ダイオードを消灯させるように構成された
装置。
［形態３６］
流体を処理するための装置であって、
処理されるべき前記流体が収容される透明管の外面のまわりに放射状に向けられた紫外線光放出ダイオードのアレイと、
１つ以上の紫外線透過率センサと、
処理されるべき前記流体の透過率の増大に応じて紫外線光放出ダイオードを消灯させ、処理されるべき前記流体の透過率の減少に応じて紫外線光放出ダイオードを点灯させるように構成された処理監視ソフトウェアと
を備える装置。
［形態３７］
流体を処理するための装置であって、
処理されるべき前記流体が移送または収容される透明管のまわりに放射状にまたは表面に設けられた紫外線光放出ダイオードのアレイを備え、
前記紫外線光放出ダイオードの１つ、または、前記紫外線光放出ダイオードの各々は、反射器の焦点のところに設けられ、
前記反射器は、使用時において、前記管の長手方向軸線の方向に反射光線の少なくとも一部をコリメートし、前記管の断面を通って反射光線の少なくとも一部を集中させる
装置。
［形態３８］
流体を処理するための装置であって、
処理されるべき前記流体が移送または収容される透明管のまわりに放射状にまたは表面に設けられた紫外線光放出ダイオードのアレイを備え、
前記紫外線光放出ダイオードの１つ、または、前記紫外線光放出ダイオードの各々は、反射器の焦点のところに取り付けられ、
前記反射器は、使用時において、前記管の長手方向軸線の方向に反射光線の少なくとも一部をコリメートし、前記管の断面に反射光線の少なくとも一部を散乱させる
装置。
［形態３９］
流体を処理するための装置であって、
処理されるべき前記流体が移送または収容される透明管のまわりに放射状にまたは表面に設けられた紫外線光放出ダイオードのアレイを備え、
前記紫外線光放出ダイオードの各々からの紫外線光線は、レンズを通過され、
前記レンズは、使用時において、前記管の長手方向軸線の方向に光をコリメートし、前記管の断面に光を集中させる
装置。
［形態４０］
流体を処理するための装置であって、
処理されるべき前記流体が移送または収容される透明管のまわりに放射状にまたは表面に設けられた紫外線光放出ダイオードのアレイと、
紫外線光放出ダイオードの少なくとも１つのアレイを冷却するための冷却システムと
を備え、
前記冷却システムは、ｉ）前記少なくとも１つの紫外線光放出ダイオードと冷却剤との間、および、ｉｉ）前記冷却剤と処理されるべき前記流体との間で熱が交換されるように、冷却液を循環させるように構成された
装置。
［形態４１］
形態４０に記載の装置であって、
前記冷却剤は、グリコール混合物である
装置。
［形態４２］
流体を処理するための装置であって、
処理されるべき前記流体が移送または収容される透明管のまわりに放射状にまたは表面に設けられた紫外線光放出ダイオードのアレイと、
前記紫外線光放出ダイオードの少なくとも１つのアレイを冷却するための冷却システムと
を備え、
前記冷却システムは、冷却剤の温度を監視するための１つ以上の温度センサを備え、
前記冷却システムは、前記冷却剤の温度の上昇に応じて紫外線光放出ダイオードを点灯させ、前記冷却剤の温度の低下に応じて紫外線光放出ダイオードを消灯させるように構成された
装置。
［形態４３］
流体を処理するための装置であって、
処理されるべき前記流体が移送または収容される透明管のまわりに放射状にまたは表面に設けられた紫外線光放出ダイオードのアレイと、
１つ以上の紫外線透過率センサと、
処理されるべき前記流体の透過率の増大に応じて紫外線光放出ダイオードを消灯させ、処理されるべき前記流体の透過率の減少に応じて紫外線光放出ダイオードを点灯させるように構成された処理監視デバイスおよび／またはソフトウェアと
を備える装置。
［形態４４］
流体を処理するための形態１ないし形態４３のいずれか一項に記載の装置の使用。
［形態４５］
流体を処理するためのシステムであって、
形態１ないし形態４４のいずれか一項に記載の装置を複数備える
システム。
［形態４６］
流体を処理するための方法であって、
中央軸線を有する流体チャンバ内に前記流体を導入する工程と、
少なくとも１つの紫外線光放出ダイオードから前記流体内へ放出された光を方向付ける工程と
を備え、
前記少なくとも１つの紫外線光放出ダイオードから放出された紫外線光の少なくとも一部は、紫外線光ユニットの各々から放出された紫外線光線同士が、前記中央軸線と一致するか該中央軸線と平行な第１の平面において、平行になるようにコリメートされる
方法。
［形態４７］
形態４６に記載の方法であって、
少なくとも１つの紫外線光方向付要素が、使用時において、前記少なくとも１つの紫外線光ユニットから放出された前記光線の少なくとも一部を収束または散乱させ、その結果、前記散乱または収束された光線同士は、前記第１の平面と直交する第２の平面において非平行となる
方法。
［形態４８］
形態１ないし形態４７のいずれか一項に記載の流体処理システムにおいて少なくとも１つの光放出ダイオードを冷却するための装置であって、
前記装置は、使用時において、前記光放出ダイオードから処理される前記流体に熱を制御可能に伝達するように構成された
装置。
［形態４９］
形態４８に記載の装置であって、
前記装置は、冷却剤回路を備え、
前記冷却剤回路の第１の部分は、使用時において前記冷却剤回路の冷却剤と前記少なくとも１つの光放出ダイオードとの間で熱を伝達するために、前記少なくとも１つの光放出ダイオードに接触して配置され、
前記冷却剤回路の第２の部分は、使用時において前記冷却剤回路の前記冷却剤と処理される前記流体との間で熱を伝達するための熱交換器を備える
装置。
［形態５０］
形態４９に記載の装置であって、
さらに、使用時において、前記冷却剤の温度の変化または処理されるべき前記流体の透過率の変化に応じて前記少なくとも１つの光放出ダイオードの光出力を変化させるように構成された制御要素を備える
装置。
［形態５１］
流体処理システムにおいて少なくとも１つの光放出ダイオードを冷却するための方法であって、
使用時において、前記少なくとも１つの光放出ダイオードから前記システムで処理される前記流体へ熱を間接的に伝達する工程を備える
方法。
［形態５２］
形態５１に記載の方法であって、
前記間接的な熱伝達は、冷却剤回路によって実施される
方法。
［形態５３］
形態５２に記載の方法であって、
さらに、使用時において、前記冷却剤の温度の変化または処理されるべき前記流体の透過率の変化に応じて前記少なくとも１つの光放出ダイオードの光出力を制御する工程を備える
方法。

【符号の説明】

【0090】

１０…流体処理セル
１２…反射器サブアセンブリ
１３…ＬＥＤ
１４…構造ジャケット
１６…透明管
１８…流体
１９…中央軸線
２０…ミニスプール部品
２２…流体旋回ベーン
２４…ダイオード
２６…反射器
２８，３０…光線
３２…冷却剤
３４…冷却剤ポンプ
３６…冷却剤チューブ
３８…熱交換部
４０…温度センサ
１００…未処理流体入口管
１１０…処理済流体出口管
１７ａ，１７ｂ…反射器内面

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】