光透過性導管を使用した液体消毒のための方法および装置
本発明の一部の実証的な実施形態は、照射ベース液体消毒デバイス（１００）を含む。
消毒デバイス（１００）は、消毒される流れる液体を運ぶための光透過性の導管（１０１）であって、液体を受取る入口（１０６）および液体を放出する出口（１０８）を有する、光透過性の導管（１０１）と、導管（１０１）の内部寸法より小さい外部寸法を有する実質的に光透過性のスリーブ（１０２）であって、導管（１０１）の対称軸に実質的に垂直に、導管（１０１）内に配置される、光透過性のスリーブ（１０２）と、スリーブ（１０２）内に配置された光源（１０４）とを備える。
消毒デバイス（１００）は、消毒される流れる液体を運ぶための光透過性の導管（１０１）であって、液体を受取る入口（１０６）および液体を放出する出口（１０８）を有する、光透過性の導管（１０１）と、導管（１０１）の内部寸法より小さい外部寸法を有する実質的に光透過性のスリーブ（１０２）であって、導管（１０１）の対称軸に実質的に垂直に、導管（１０１）内に配置される、光透過性のスリーブ（１０２）と、スリーブ（１０２）内に配置された光源（１０４）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光透過性導管を使用した液体消毒のための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体がそこを通って流れる金属チャンバ内に位置するＵＶ光源を使用した紫外線液体消毒システムは長い間知られてきた。こうした金属チャンバの壁は、入射ＵＶ光のほとんどを吸収し、ＵＶ光源から放出される光線は、水を１回通過し、金属によって本質的に吸収される。相応して、こうしたシステムは、光源を効率的に利用しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
既存のシステムより効率的であることになるＵＶ消毒システムについての必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明とみなされる主題は、本明細書の結論部分において、特に指摘され、かつ、明確に請求される。しかし、本発明は、編成と動作方法の両方に関して、本発明の目的、特徴および利点と共に、添付図面を解読するときに、以下の詳細な説明を参照することによって最もよく理解されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】本発明の一部の実証的な実施形態による消毒システムの概念図。
【図１Ｂ】本発明の一部の実証的な実施形態による消毒システムの概念図。
【図２Ａ】本発明の一部の実証的な実施形態による例示的な消毒システムの図。
【図２Ｂ】図２Ａの例示的な消毒システムの断面図。
【図３】本発明の一部の実証的な実施形態によるＵＶ透過性導管の例示的な図。
【図４】本発明の一部の実証的な実施形態による、その表面の複数の部分上に反射性コーティングを有する例示的なＵＶ透過性導管の概念図の側面図。
【図５Ａ】本発明の一部の実証的な実施形態による導管の略図。
【図５Ｂ】本発明の一部の実証的な実施形態による導管の略図。
【図５Ｃ】本発明の一部の実証的な実施形態による導管の略図。
【図６Ａ】本発明の一部の実証的な実施形態による流れ形成物体を有する消毒器を示す図。
【図６Ｂ】本発明の一部の実証的な実施形態による流れ形成物体を有する消毒器を示す図。
【図７】本発明の一部の実証的な実施形態による非円柱スリーブの断面略図。
【図８】本発明の一部の実証的な実施形態によるパターン化スリーブを有する例示的な消毒システムの概念図。
【図９】本発明の一部の実証的な実施形態による非円柱光源を有する例示的な消毒システムの概念図。
【図１０】本発明の一部の実証的な実施形態による２パイプ消毒システムの略図。
【図１１Ａ】本発明の実施形態による消毒システムのモジュール式性質を実証する例示的な図。
【図１１Ｂ】本発明の実施形態による消毒システムのモジュール式性質を実証する例示的な図。
【図１１Ｃ】本発明の実施形態による消毒システムのモジュール式性質を実証する例示的な図である。
【図１２Ａ】本発明の実施形態によるコンピュータシミュレーションに基づく例示的な導管内の光フラックス分布の略図。
【図１２Ｂ】本発明の実施形態によるコンピュータシミュレーションに基づく例示的な導管内の光フラックス分布の略図。
【図１２Ｃ】本発明の実施形態によるコンピュータシミュレーションに基づく例示的な導管内の光フラックス分布の略図。
【図１２Ｄ】図１２Ａ〜１２Ｃのシミュレーションに関連するドーズ分布ヒストグラム。
【図１３Ａ】本発明の実施形態によるコンピュータシミュレーションに基づくステンレス鋼導管内の光フラックス分布の略図。
【図１３Ｂ】本発明の実施形態によるコンピュータシミュレーションに基づくステンレス鋼導管内の光フラックス分布の略図。
【図１３Ｃ】図１３Ａ〜１３Ｂのシミュレーションに関連するドーズ分布ヒストグラム。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図示の簡潔さおよび明確さのために、図面に示される要素は、正確にまたは一定比例尺に従って必ずしも描かれていないことが理解されるであろう。たとえば、要素の一部の寸法が、明確さのために、他の要素に対して誇張されてもよく、または、いくつかの物理的コンポーネントが、１つの機能ブロックまたは要素内に含まれてもよい。さらに、適切であると考えられる場合、参照数字が、図面の間で繰返されて、対応するまたは類似の要素を指示してもよい。さらに、図面に示されるブロックのいくつかは、単一機能になるよう組合わされてもよい。
【０００７】
以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解をもたらすために、いくつかの特定の詳細が述べられる。しかし、本発明は、これらの特定の詳細がない状態で実施されてもよいことが当業者によって理解されるであろう。他の事例では、本発明を曖昧にしないために、よく知られている方法、プロシジャ、コンポーネントおよび回路は、詳細に述べられなくてもよい。
【０００８】
本発明の一部の実証的な実施形態は、消毒される液体を運ぶ導管と、導管の長手方向対称軸および液体の流れ方向に実質的に垂直に配置された透過性スリーブの内部に位置する照射源とを有する紫外線（ＵＶ）消毒システムを含む。
【０００９】
液体消毒プロセスは、任意の有機体、細菌、微生物群、昆虫(being)、生き物、微生物
、病原菌、ウイルス、有機コンタミネータ、非有機コンタミネータ、酸化毒物またはコンタミネータ；生物学的または化学的起源の任意の累積的有害種；任意の酸化粒子、フラグメントまたは元素、たとえば、コンタミネータおよび／または同様なものを酸化することを意図された過酸化水素または二酸化チタンの不活性化または除去を含んでもよいことが理解されるであろう。本発明の一部の実証的な実施形態は、液体を消毒する、かつ／または、液体内の粒子を酸化するために紫外線（ＵＶ）光を使用することを指してもよい。しかし、本発明の他の実施形態では、任意の他の適したスペクトルの光が使用されてもよいことが当業者によって理解されるであろう。
【００１０】
ここで、本発明の一部の実証的な実施形態による消毒システムを概念的に示す、図１Ａ，１Ｂを参照する。消毒システム１００は、消毒される液体を運ぶための管または導管１０１と、長手方向対称軸１０９に実質的に垂直に、導管１０１内に配置された１つまたは複数の実質的に光透過性のスリーブ１０２と、それぞれが各スリーブ１０２内に配置された１つまたは複数の光源１０４とを備え得る。本発明の実施形態によれば、光源１０４は、２５４ｎｍの光を放出することが可能なＵＶ光源であってよい。導管１０１は、外部液
体パイプから消毒される液体を受取る入口１０６および外部放出パイプを介して液体を放出する出口１０８を有してもよい。システム１００は、さらに、導管１０１を外部液体パイプに接続するアダプタ１１０を含んでもよい。アダプタは、外部パイプと導管との間の水密接続を確保するためにＯリングを備えてもよい。
【００１１】
導管１０１は、実質的に、石英などのＵＶ透過性ガラスで実質的に作られてもよい。ＵＶ透過性スリーブ１０２は、たとえば、石英またはテフロン（登録商標）スリーブであってよい。各スリーブ１０２は、導管１０１の内部寸法より小さい外部寸法を有するため、液体は、導管１０１内でスリーブ１０２の周りに流れてもよい。スリーブ１０２の両端は、導管１０１の壁から延在して、スリーブ１０２内の光源１０４の交換を可能にしてもよい。光源１０４は、導管内に流れるときに、消毒される液体に照射してもよい。この構成では、導管１０１内の液体は導波路として働いてもよく、また、光の少なくとも一部、たとえば、放出されるＵＶ強度の少なくとも半分は、ＵＶ透過性導管１０１とＵＶ透過性導管１０１を囲む空気の界面で全反射してもよい。導管１０１は、たとえば図２Ｂに示すように、導管とスリーブとの間にギャップを有する状態で、保護金属スリーブの内部に位置してもよい。全反射（ＴＩＲ）作用は図１Ｂで実証される。
【００１２】
本発明はこの点に限定されないが、光源１０４は、適したＵＶ殺菌スペクトルのＵＶ光を発生してもよい。たとえば、光源１０４は、１つまたは複数のＵＶランプ、たとえば、全てが当技術分野で知られているが、低圧ＵＶランプ、低圧高出力ＵＶランプ、中間圧ＵＶランプ、高圧ＵＶランプおよび／またはマイクロ波励起ＵＶランプを含んでもよい。
【００１３】
本発明の実施形態によれば、液体は導波路として働いてもよく、また、光の少なくとも一部、たとえば、放出されるＵＶ強度の少なくとも半分は、ガラス導管とガラス導管を囲む空気の界面で全反射してもよい。本発明の他の実施形態によれば、放出されるＵＶ強度の少なくとも７０％が、ガラス導管とガラス導管を囲む空気の界面で全反射してもよい。図示するように、図１Ｂでは、消毒される液体は、光源１０４のそれぞれの周りに流れてもよい。こうした構成では、光源１０４のうちの１つが完全にまたは部分的に故障しても、液体の消毒を必要とされるレベルまで可能にするために、システムはさらなる光源を含んでもよい。たとえば、消毒プロセスは、機能しない光源が交換されるか、または、修理される間、継続する場合がある。
【００１４】
光源１０４が導管１０１内で液体の流れの方向に実質的に垂直に位置する本発明の実施形態は、各光源が、その特定の光源を流れが横切るときに、実質的に液体の全体の流れを照射することが可能であることを確保してもよいことに留意されるべきである。
【００１５】
ここで、本発明の一部の実施形態による、例示的な消毒システムを示す図２Ａおよび例示的な消毒システムの断面図である図２Ｂを参照する。例示的な消毒システム２００は、消毒される液体を運ぶための実質的にＵＶ透過性の導管２０１と、その対称軸２０９に実質的に垂直に、導管２０１内に配置された実質的にＵＶ透過性のスリーブ２０２Ａおよび２０２Ｂと、それぞれが各スリーブ２０２内に配置された１つまたは複数のＵＶ光源２０４とを含んでもよい。この例示的な構成では、スリーブ２０２Ａおよび２０２Ｂは、互いに対して直交する。
【００１６】
しかし、本発明の実施形態によれば、ＵＶ透過性スリーブ２０２は、長手方向対称軸２０９の周りで任意の回転角度で互いに対して配置されてもよいことが当業者に理解されるべきである。本発明の他の実施形態によれば、ＵＶ透過性スリーブ２０２は、導管２０１の他の対称軸の周りで任意の回転角度で配置されてもよい。対称の円柱形状導管が示されるが、導管は、図５Ａ〜５Ｃに関して詳細に述べるように、必ずしも対称でない、他の形状を有してもよいことが当業者に理解されるべきである。
【００１７】
導管２０１は、保護金属管２０３であって、導管２０１と金属管２０３との間に空気ギャップ２０８を形成する、保護金属管２０３の内部に位置してもよい。本発明の範囲はこの点に限定されないが、外部管１０３は、ガラス、プラスチックまたは任意の他の適した材料などの透過性材料で作られたシースルー窓２１０を含んでもよく、それにより、所望であるときに、オペレータが導管２０１を観察し、カバー２１２が窓２１０を覆うことが可能になる。図２Ａの例示的な図では、単一シースルー窓が示されるが、本発明はこの点に限定されず、本発明の実施形態によれば、管２０３は、任意のサイズおよび／または形状の２つ以上のシースルー窓を含んでもよいことが当業者に理解されるべきである。
【００１８】
ここで、本発明の一部の実証的な実施形態による４つのスリーブを有する導管の例示的な図を示す図３を参照する。図３の例示的な導管３０１は、その長手方向対称軸３０９に実質的に垂直に、導管３０１内に配置された４つのＵＶ透過性スリーブ３０２Ａ〜３０２Ｄを含む。この例示的な構成では、隣接するスリーブの対は互いに直交する。相応して、スリーブ３０２Ａと３０２Ｂが互いに直交し、スリーブ３０２Ｂと３０２Ｃが互いに直交し、スリーブ３０２Ｃと３０２Ｄが互いに直交する。さらに、交互のスリーブの対は互いに平行である。相応して、スリーブ３０２Ａと３０２Ｃが互いに平行であり、同様に、スリーブ３０２Ｂと３０２Ｄが互いに平行である。しかし、本発明の実施形態によれば、ＵＶ透過性スリーブ３０２は、導管３０１の対称軸の周りで任意の回転角度で互いに対して配置されてもよいことが当業者に理解されるべきである。スリーブは、導管３０１に融着されて、単一ガラス構造を形成してもよい。
【００１９】
本発明の他の実施形態によれば、スリーブ２０２は、ハウジング、アダプタ、コネクタまたは当技術分野で知られている任意の適した手段を使用して導管３０１に取付けられてもよい。たとえば、エリア３１６Ａ〜３１６Ｄはそれぞれ、スリーブ３０２Ａ〜３０２Ｄのうちの１つ用の金属ハウジングであってよい。金属ハウジングは、消毒プロセスの効率を上げるために、反射性コーティングで内側表面をコーティングされてもよい。本発明の実施形態によれば、反射性コーティングは、ＵＶ透過性で、ＵＶ耐性で、かつ、生体適合性のコーティング、たとえば、テフロン（登録商標）コーティングでコーティングされてもよい。
【００２０】
スリーブは、円筒であるものとして示されるが、本発明の実施形態は、この点に限定されず、スリーブは、図７に関して以下で詳述するように、水動力学的形状などの他の適した形状を有してもよいことが当業者に理解されるべきである。
【００２１】
ここで、本発明の一部の実施形態による、その表面の複数の部分上に反射性コーティングを有する例示的な導管の側面図を概念的に示す図４を参照する。スリーブ４０２は、導管４０１の長手方向対称軸４０９に実質的に垂直になるように、導管４０１内に配置されてもよい。ＵＶ光源４０４はスリーブ４０２内に配置されてもよい。スリーブ４０２と導管４０１の両方がＵＶ光に対して実質的に透過性があるため、液体は導波路として働いてもよく、また、光の少なくとも一部、たとえば、光線４１０および４１１は、導管４０１と導管１０１を囲む空気４０８の界面で全反射してもよい。
【００２２】
それでも、臨界角を越える、導管の表面に関する角度を有する光線４１３などの光線は、全反射（ＴＩＲ）を受けることができない。こうした光線は、液体を１回だけ横切った後に液体から外に伝達される。導管４０１は、１つまたは複数のミラーまたはＵＶ反射性コーティング・エリア４０７を含んで、非誘導光線、たとえば、光線４１２を液体内に戻るように反射してもよい。
【００２３】
本発明の一部の実施形態によれば、導管４０１の外側表面の少なくとも複数の部分は、
ＵＶ反射性コーティング４０７でコーティングされて、後方表面ミラー作用を生じてもよい、たとえば、光源４０４からの光の大部分が導管４０１内に流れる液体を照射してもよい。コーティング４０７は、スリーブ４０２に相対的に近接した表面に達するさらなる光線を液体内に戻るように反射させてもよい。反射性コーティング４０７は、アルミニウム堆積、金堆積または多層誘電体材料を含んでもよい。任意の他の適した反射性コーティングが使用されてもよい。本発明の他の実施形態によれば、導管の全表面は、反射性コーティングでコーティングされて、バックミラー作用を高めてもよい。
【００２４】
本発明の範囲はこの点に限定されないが、導管４０１の少なくとも一部分、たとえば、光源４０４を囲むエリア４１４は、ＵＶ反射特性を有する材料、たとえば、アルミニムまたは任意の他の金属から作られてもよい。反射エリア４１４は、光線４１３などの、ＴＩＲを受けることができない非誘導光線を液体内に戻るように反射させてもよい。反射エリア４１４は、その内側表面上にＵＶ反射コーティングを含んでもよく、または、ＵＶ反射特性を有する材料で作られた薄いシートによって覆われてもよい。ＵＶ反射コーティングまたはシートは、テフロン（登録商標）などのＵＶ耐性でＵＶ透過性のコーティングでコーティングすることによって水損傷から保護されてもよい。
【００２５】
ここで、本発明の一部の実証的な実施形態による、その長さに沿って変動する径を有する導管の略図を示す図５Ａ，５Ｂ，５Ｃを参照する。導管の形状は、消毒プロセスの効率を上げるために前もって決められてもよい。本発明の実施形態によれば、導管５０１の内径は、図５Ａ，５Ｂ，５Ｃの実証的な図に示すように、その長さに沿って変動してもよい。導管の特定の形状は、液体の流れパターンに影響を及ぼしてもよく、また、形状は、消毒プロセスの全体の効率を上げるために前もって決められてもよい。導管５０１は、任意の他の対称または非対称形状を有してもよいことが理解されるべきである。
【００２６】
ここで、本発明の一部の実施形態による、流れ形成物体を有する消毒システムの一部分の略図を示す図６Ａ，６Ｂを参照する。消毒システム６００Ａおよび６００Ｂはそれぞれ、消毒される液体を運ぶ導管６０１と、その長手方向対称軸に実質的に垂直に、導管６０１内に配置された実質的にＵＶ透過性のスリーブ６０２と、スリーブ６０２内に配置されたＵＶ光源２０４とを含んでもよい。導管６０１は、導管に接着された１つまたは複数の物体６１４を含んでもよい。図６Ａに示すように、物体６１４は、導管の表面から相対的な距離に位置するように突出部に取付けられてもよい。図６Ｂに示すように、物体６１４は、導管の表面に取付けられてもよく、または、表面に相対的に近接して位置してもよい。物体６１４は、前もって設計されてもよく、また、液体の流れパターンに影響を及ぼすために導管６０１内の特定の位置に位置してもよい。付加的に、または、別法として、ＵＶ透過性物体および／またはＵＶ散乱性物体および／またはＵＶ反射性物体が、導管６０１に固着されるか、取付けられるかまたは付加されてもよい。流れ形成物体は、液体フラックスおよび液体トラックの分布に影響を及ぼしてもよく、また、物体の形状およびロケーションは、消毒プロセスの全体の効率を上げるために前もって決められてもよい。光散乱性物体および／またはＵ光反射性物体は、ＵＶ光強度の空間分布に影響を及ぼしてもよく、また、物体の形状およびロケーションは、消毒プロセスの全体の効率を上げるために前もって決められてもよい。
【００２７】
ここで、本発明の一部の実証的な実施形態による、非円柱スリーブの断面略図を示す図７を参照する。本発明の実施形態によれば、スリーブ７０２は、導管の出口に面するエリアにおいてスリーブ７０２に近接して液体が低速で流れる場合がある液体停留ゾーンの形成を防止するために水動力学的形状を有してもよい。スリーブ７０２の特性の形状は、消毒プロセスの全体の効率を上げるために、光分布および液体流れパターンを改善するように設計されてもよい。非円柱形状を有するスリーブ７０２は、液体の流れ方向に実質的に垂直に、実質的にＵＶ透過性の導管内に配置されてもよいことが当業者に理解されるべき
である。あるいは、非円柱スリーブは、ステンレス鋼導管または反応器などの非透過性コンテナ内に配置されてもよい。
【００２８】
ここで、本発明の一部の実証的な実施形態による、パターン化スリーブを有する例示的な消毒システムの概念図である図８を参照する。スリーブ８０２は、導管８０１の長手方向対称軸に実質的に垂直になるように、導管８０１内に配置されてもよい。ＵＶ光源８０４はスリーブ８０２内に配置されてもよい。スリーブ８０２と導管８０１は共に、ＵＶ光に対して実質的に透過性があるため、液体は導波路として働いてもよく、また、光の少なくとも一部は、導管８０１と導管８０１の周囲の界面で全反射してもよい。ＴＩＲを受けることができない光の別の部分のために、導管８０１は、光線を液体に戻るように反射する１つまたは複数のミラーまたはＵＶ反射性コーティング・エリア８０７を含んでもよい。それでも、一部の光線は、ＴＩＲとＵＶ反射性エリアの両方を免れ可能性がある。
【００２９】
本発明の実施形態によれば、スリーブ８０２は、特定の位置に位置し、かつ、導管８０１の内部の光分布に影響を及ぼすように形作られた１つまたは複数の物体８０５を含んでもよい。物体８０５は、任意の適した材料で作られたＵＶ散乱性物体またはＵＶ反射性物体であってよい。たとえば、光線８２０は、反射性コーティングでコーティングされていないエリア８２１の方に送られる。相応して、非パターン化スリーブにおいて、こうした光線は、エリア８２１を介して導管を出る前に、短い距離の間、液体を横切ることになる。代わりに、スリーブ８０２を使用することによって、光線８２０は、物体８０５に衝当し、その方向を変え（矢印８２２）、反射性エリア８０７に達して、液体に戻るように反射されてもよい。
【００３０】
パターン化スリーブは、液体の流れ方向に実質的に垂直に、実質的にＵＶ透過性の導管内に配置されるものとして述べられるが、本発明の実施形態はこの点に限定されず、本発明の実施形態は、ステンレス鋼導管または反応器などの非透過性コンテナを含む任意のコンテナまたは導管内で液体の流れに対して任意の位置においてこうしたパターン化スリーブを使用することに同様に適用可能であることが当業者に理解されるべきである。
【００３１】
ここで、本発明の一部の実証的な実施形態による、非円柱光源を有する例示的な消毒システムの概念図である図９を参照する。スリーブ９０２は、導管９０１の長手方向対称軸に実質的に垂直になるように、導管９０１内に配置されてもよい。ＵＶ光源９０４はスリーブ９０２内に配置されてもよい。スリーブ９０２と導管９０１の両方がＵＶ光に対して実質的に透過性があるため、液体は導波路として働いてもよく、また、光の少なくとも一部は、導管９０１と導管９０１の周囲の界面で全反射してもよい。ＴＩＲを受けることができない光の別の部分のために、導管９０１は、光線を液体に戻るように反射する１つまたは複数のミラーまたはＵＶ反射性コーティング・エリア９０７を含んでもよい。光源９０４は、非円柱幾何形状を有してもよく、たとえば、その断面は、制御された光分布を生成するために楕円または任意の他の所望の形状であってよい。たとえば、ランプの形状は、より多くの光線が、導管９０１の表面に比べて液体の流れ方向に送られるように、非円形光分布を生成するよう指向性があってもよい。光源９０４の特性の形状は、消毒システムの全体の効率を上げるために、システムの幾何形状および消毒プロセスの特定の特性に従って設計されてもよい。
【００３２】
非円柱光源は、液体の流れ方向に実質的に垂直に、実質的にＵＶ透過性の導管内に配置されるものとして述べられるが、本発明の実施形態はこの点に限定されず、本発明の実施形態は、ステンレス鋼導管または反応器などの非透過性コンテナを含む任意のコンテナまたは導管内で液体の流れに対して任意の位置においてこうした光源を使用することに同様に適用可能であることが当業者に理解されるべきである。
【００３３】
ここで、本発明の実施形態による２パイプ消毒システムの例示的な図を示す図１０を参照する。消毒システム１４０は、消毒される液体を運ぶ導管１４１を含んでもよい。導管１４１は、液体の流れを増すために、２つ以上の分岐、たとえば、２つの分岐１４３Ａおよび１４３Ｂを含んでもよい。２つ以上の分岐を有することは、導管１４１内の内部圧のよりよく制御を可能にする場合がある。導管１４１は、外部液体パイプから消毒される液体を受取る入口１４６および外部放出パイプを介して液体を放出する出口１４８を有してもよい。
【００３４】
システム１４０は、その長手方向対称軸１４９Ａに実質的に垂直に、分岐１４２Ａ内に配置された１つまたは複数の実質的にＵＶ透過性のスリーブ１４２Ａと、それぞれが各スリーブ１４２Ａ内に配置された１つまたは複数のＵＶ光源１４４Ａとを含んでもよい。システム１４０は、さらに、その長手方向対称軸１４９Ｂに実質的に垂直に、分岐１４２Ｂ内に配置された１つまたは複数の実質的にＵＶ透過性のスリーブ１４２Ｂと、それぞれが各スリーブ１４２Ｂ内に配置された１つまたは複数のＵＶ光源１４４Ｂとを含んでもよい。
【００３５】
２分岐導管が述べられるが、本発明の実施形態はこの点に限定されず、本発明の他の実施形態による消毒システムは、液体の流れのための３つ以上の分岐を含んでもよいことが当業者に理解されるべきである。
【００３６】
図１１Ａ〜１１Ｃは、本発明の実施形態による例示的な消毒システムのモジュール式性質を実証する。本発明の一部の実施形態によれば、消毒システムの液体流れセクションは、２つのタイプのモジュール式ビルディングブロック、導管要素１５１およびスリーブ要素１５２から構築されてもよい。スリーブ要素１５２は、ＵＶ透過性スリーブ１５４が内部に配置されたリング１５３を含んでもよい。リング１５３の内径は、スリーブ１５４の外径より大きい。要素１５２は、さらに、スリーブ１５４内に配置されたＵＶ光源を含んでもよい。要素１５２の両端は、導管１５１の１つまたは複数に接続するために、アダプタ、コネクタまたはネジ機構を含んでもよい。導管要素１５１は、実質的に、先に詳細に述べた石英などのＵＶ透過性材料で作られてもよい。導管１５１の外径は、リング１５３の外径に実質的に同じであってよい。導管１５１の両端は、要素１５２の１つまたは複数に接続するために、アダプタ、コネクタまたはネジ機構を含んでもよい。導管要素１５１とスリーブ要素１５２との間の接続は水密接続であってよい。
【００３７】
本発明の範囲はこの点に限定されないが、少なくとも１つのスリーブ要素１５２および２つの導管要素１５１は、上述したように、消毒される液体を運ぶ導管セットを生成してもよい。導管セットは、数ｎのスリーブ要素１５２および数ｎ＋１の導管要素１５１を備えてもよい。たとえば、図１１Ｂに示すように、導管１５０は、１つのスリーブ要素１５２および２つの導管要素１５１を備えてもよい。図１１Ｃに示す別の例では、導管１６０は、２つのスリーブ要素１５２および３つの導管要素１５１を備えてもよい。
【００３８】
図１１Ａ〜１１Ｃの例示的な図では、導管１５０および１６０が示されるが、本発明はこの点に限定されず、本発明の実施形態によれば、ｎ＋１の導管要素１５１およびｎのスリーブ要素１５２の任意の組合せが、接続されて、導管セットを生成してもよいことが当業者に理解されるべきである。
【００３９】
本発明の実施形態はこの点に限定されないが、本発明の実施形態による前もって設計された構造が、ＵＶ消毒の効率を改善し、また、キル確率、すなわち、導管１０１内を流れる液体内にあるエンティティを不活性化する可能性を高めることが理解され、また、シミュレートされる。
（コンピュータシミュレーション）
以下は、本発明の一部の実証的な実施形態による照射フラックス分布に関連する例である。これらの例で使用される照射フラックス分布は、本発明の範囲を任意特定の構成および／または照射フラックス分布に限定することを意図されないことが留意されるべきである。
【００４０】
図１２Ａ〜１２Ｃは、液体消毒プロセス中における例示的な導管内での光フラックス分布のコンピュータシミュレーションを示す。シミュレートされるシステムは、本発明の実施形態による例示的なシステムである。システムは、石英スリーブ内に１つのＵＶ光源を含み、石英スリーブは、Ｚ軸を規定する導管の長手方向対称軸に垂直になるように、石英導管の中心に配置された。スリーブの長手方向軸はＸ方向を規定した。５０ｍ３／ｈの液体流量について計算が実施された。導管の長さは８００ｍｍであり、導管の内径は７５ｍｍとして、ＵＶ光源を保護するスリーブの外径は４４ｍｍとして、圧力降下はΔＰ（５０ｍ３／ｈにおいて）＝０．２７［バール］として考えられた。コンピュータシミュレーションに使用される液体は、９８％のＵＶＴ（紫外線透過）を有する透明な水であった。
【００４１】
図１２Ａは、導管のある部分のＹ−Ｚ面の断面であり、光源と導管の出口端との間の光フラックス分布を示す。図１２Ｂは、導管の同じ部分のＸ−Ｚ面の断面であり、光源と導管の出口端との間の光フラックス分布を示す。図１２Ｃは、導管全体のＹ−Ｚ面の断面であり、導管の入口端と出口端との間の光フラックス分布を示す。見られることができるように、光は、かなりの強度で管の全長にわたって広がる。図１２Ｄは、石英導管内における計算された正規化ＵＶドーズ分布を示すグラフを示す。正規化されたドーズ分布関数は、ガウス関数に近くなる。
【００４２】
比較データとして、図１３Ａ，１３Ｂは、液体消毒プロセス中に２０％の反射を有する従来のステンレス鋼コンテナ内における光フラックス分布のコンピュータシミュレーションを示す。比較シミュレーションで使用される他のパラメータは全て、図１２Ａ〜１２Ｃのシミュレーションと同様であった。見られることができるように、光の強度は、Ｚ方向に５０ｍｍ以降でほとんどゼロである。図１３Ｃは、従来のステンレス鋼導管内のＵＶドーズ分布を示すグラフを示す。予想されるように、｛４８［ｍＪ／ｃｍ２］｝の値を有するステンレス鋼導管内の平均ドーズは、｛２２８［ｍＪ／ｃｍ２］｝の値を有する石英導管の平均ドーズよりずっと小さい。従来のステンレス鋼導管のドーズ分布は、石英導管のドーズ分布より幅広である。
【００４３】
本発明のいくつかの特徴が、本明細書で示され、述べられたが、多くの修正、置換、変更および等価物を、当業者が思いついてもよい。したがって、添付特許請求の範囲は、本発明の真の精神内に入る全てのこうした修正および変更を包含することが意図される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は光透過性導管を使用した液体消毒のための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体がそこを通って流れる金属チャンバ内に位置するＵＶ光源を使用した紫外線液体消毒システムは長い間知られてきた。こうした金属チャンバの壁は、入射ＵＶ光のほとんどを吸収し、ＵＶ光源から放出される光線は、水を１回通過し、金属によって本質的に吸収される。相応して、こうしたシステムは、光源を効率的に利用しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
既存のシステムより効率的であることになるＵＶ消毒システムについての必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明とみなされる主題は、本明細書の結論部分において、特に指摘され、かつ、明確に請求される。しかし、本発明は、編成と動作方法の両方に関して、本発明の目的、特徴および利点と共に、添付図面を解読するときに、以下の詳細な説明を参照することによって最もよく理解されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】本発明の一部の実証的な実施形態による消毒システムの概念図。
【図１Ｂ】本発明の一部の実証的な実施形態による消毒システムの概念図。
【図２Ａ】本発明の一部の実証的な実施形態による例示的な消毒システムの図。
【図２Ｂ】図２Ａの例示的な消毒システムの断面図。
【図３】本発明の一部の実証的な実施形態によるＵＶ透過性導管の例示的な図。
【図４】本発明の一部の実証的な実施形態による、その表面の複数の部分上に反射性コーティングを有する例示的なＵＶ透過性導管の概念図の側面図。
【図５Ａ】本発明の一部の実証的な実施形態による導管の略図。
【図５Ｂ】本発明の一部の実証的な実施形態による導管の略図。
【図５Ｃ】本発明の一部の実証的な実施形態による導管の略図。
【図６Ａ】本発明の一部の実証的な実施形態による流れ形成物体を有する消毒器を示す図。
【図６Ｂ】本発明の一部の実証的な実施形態による流れ形成物体を有する消毒器を示す図。
【図７】本発明の一部の実証的な実施形態による非円柱スリーブの断面略図。
【図８】本発明の一部の実証的な実施形態によるパターン化スリーブを有する例示的な消毒システムの概念図。
【図９】本発明の一部の実証的な実施形態による非円柱光源を有する例示的な消毒システムの概念図。
【図１０】本発明の一部の実証的な実施形態による２パイプ消毒システムの略図。
【図１１Ａ】本発明の実施形態による消毒システムのモジュール式性質を実証する例示的な図。
【図１１Ｂ】本発明の実施形態による消毒システムのモジュール式性質を実証する例示的な図。
【図１１Ｃ】本発明の実施形態による消毒システムのモジュール式性質を実証する例示的な図である。
【図１２Ａ】本発明の実施形態によるコンピュータシミュレーションに基づく例示的な導管内の光フラックス分布の略図。
【図１２Ｂ】本発明の実施形態によるコンピュータシミュレーションに基づく例示的な導管内の光フラックス分布の略図。
【図１２Ｃ】本発明の実施形態によるコンピュータシミュレーションに基づく例示的な導管内の光フラックス分布の略図。
【図１２Ｄ】図１２Ａ〜１２Ｃのシミュレーションに関連するドーズ分布ヒストグラム。
【図１３Ａ】本発明の実施形態によるコンピュータシミュレーションに基づくステンレス鋼導管内の光フラックス分布の略図。
【図１３Ｂ】本発明の実施形態によるコンピュータシミュレーションに基づくステンレス鋼導管内の光フラックス分布の略図。
【図１３Ｃ】図１３Ａ〜１３Ｂのシミュレーションに関連するドーズ分布ヒストグラム。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図示の簡潔さおよび明確さのために、図面に示される要素は、正確にまたは一定比例尺に従って必ずしも描かれていないことが理解されるであろう。たとえば、要素の一部の寸法が、明確さのために、他の要素に対して誇張されてもよく、または、いくつかの物理的コンポーネントが、１つの機能ブロックまたは要素内に含まれてもよい。さらに、適切であると考えられる場合、参照数字が、図面の間で繰返されて、対応するまたは類似の要素を指示してもよい。さらに、図面に示されるブロックのいくつかは、単一機能になるよう組合わされてもよい。
【０００７】
以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解をもたらすために、いくつかの特定の詳細が述べられる。しかし、本発明は、これらの特定の詳細がない状態で実施されてもよいことが当業者によって理解されるであろう。他の事例では、本発明を曖昧にしないために、よく知られている方法、プロシジャ、コンポーネントおよび回路は、詳細に述べられなくてもよい。
【０００８】
本発明の一部の実証的な実施形態は、消毒される液体を運ぶ導管と、導管の長手方向対称軸および液体の流れ方向に実質的に垂直に配置された透過性スリーブの内部に位置する照射源とを有する紫外線（ＵＶ）消毒システムを含む。
【０００９】
液体消毒プロセスは、任意の有機体、細菌、微生物群、昆虫(being)、生き物、微生物
、病原菌、ウイルス、有機コンタミネータ、非有機コンタミネータ、酸化毒物またはコンタミネータ；生物学的または化学的起源の任意の累積的有害種；任意の酸化粒子、フラグメントまたは元素、たとえば、コンタミネータおよび／または同様なものを酸化することを意図された過酸化水素または二酸化チタンの不活性化または除去を含んでもよいことが理解されるであろう。本発明の一部の実証的な実施形態は、液体を消毒する、かつ／または、液体内の粒子を酸化するために紫外線（ＵＶ）光を使用することを指してもよい。しかし、本発明の他の実施形態では、任意の他の適したスペクトルの光が使用されてもよいことが当業者によって理解されるであろう。
【００１０】
ここで、本発明の一部の実証的な実施形態による消毒システムを概念的に示す、図１Ａ，１Ｂを参照する。消毒システム１００は、消毒される液体を運ぶための管または導管１０１と、長手方向対称軸１０９に実質的に垂直に、導管１０１内に配置された１つまたは複数の実質的に光透過性のスリーブ１０２と、それぞれが各スリーブ１０２内に配置された１つまたは複数の光源１０４とを備え得る。本発明の実施形態によれば、光源１０４は、２５４ｎｍの光を放出することが可能なＵＶ光源であってよい。導管１０１は、外部液
体パイプから消毒される液体を受取る入口１０６および外部放出パイプを介して液体を放出する出口１０８を有してもよい。システム１００は、さらに、導管１０１を外部液体パイプに接続するアダプタ１１０を含んでもよい。アダプタは、外部パイプと導管との間の水密接続を確保するためにＯリングを備えてもよい。
【００１１】
導管１０１は、実質的に、石英などのＵＶ透過性ガラスで実質的に作られてもよい。ＵＶ透過性スリーブ１０２は、たとえば、石英またはテフロン（登録商標）スリーブであってよい。各スリーブ１０２は、導管１０１の内部寸法より小さい外部寸法を有するため、液体は、導管１０１内でスリーブ１０２の周りに流れてもよい。スリーブ１０２の両端は、導管１０１の壁から延在して、スリーブ１０２内の光源１０４の交換を可能にしてもよい。光源１０４は、導管内に流れるときに、消毒される液体に照射してもよい。この構成では、導管１０１内の液体は導波路として働いてもよく、また、光の少なくとも一部、たとえば、放出されるＵＶ強度の少なくとも半分は、ＵＶ透過性導管１０１とＵＶ透過性導管１０１を囲む空気の界面で全反射してもよい。導管１０１は、たとえば図２Ｂに示すように、導管とスリーブとの間にギャップを有する状態で、保護金属スリーブの内部に位置してもよい。全反射（ＴＩＲ）作用は図１Ｂで実証される。
【００１２】
本発明はこの点に限定されないが、光源１０４は、適したＵＶ殺菌スペクトルのＵＶ光を発生してもよい。たとえば、光源１０４は、１つまたは複数のＵＶランプ、たとえば、全てが当技術分野で知られているが、低圧ＵＶランプ、低圧高出力ＵＶランプ、中間圧ＵＶランプ、高圧ＵＶランプおよび／またはマイクロ波励起ＵＶランプを含んでもよい。
【００１３】
本発明の実施形態によれば、液体は導波路として働いてもよく、また、光の少なくとも一部、たとえば、放出されるＵＶ強度の少なくとも半分は、ガラス導管とガラス導管を囲む空気の界面で全反射してもよい。本発明の他の実施形態によれば、放出されるＵＶ強度の少なくとも７０％が、ガラス導管とガラス導管を囲む空気の界面で全反射してもよい。図示するように、図１Ｂでは、消毒される液体は、光源１０４のそれぞれの周りに流れてもよい。こうした構成では、光源１０４のうちの１つが完全にまたは部分的に故障しても、液体の消毒を必要とされるレベルまで可能にするために、システムはさらなる光源を含んでもよい。たとえば、消毒プロセスは、機能しない光源が交換されるか、または、修理される間、継続する場合がある。
【００１４】
光源１０４が導管１０１内で液体の流れの方向に実質的に垂直に位置する本発明の実施形態は、各光源が、その特定の光源を流れが横切るときに、実質的に液体の全体の流れを照射することが可能であることを確保してもよいことに留意されるべきである。
【００１５】
ここで、本発明の一部の実施形態による、例示的な消毒システムを示す図２Ａおよび例示的な消毒システムの断面図である図２Ｂを参照する。例示的な消毒システム２００は、消毒される液体を運ぶための実質的にＵＶ透過性の導管２０１と、その対称軸２０９に実質的に垂直に、導管２０１内に配置された実質的にＵＶ透過性のスリーブ２０２Ａおよび２０２Ｂと、それぞれが各スリーブ２０２内に配置された１つまたは複数のＵＶ光源２０４とを含んでもよい。この例示的な構成では、スリーブ２０２Ａおよび２０２Ｂは、互いに対して直交する。
【００１６】
しかし、本発明の実施形態によれば、ＵＶ透過性スリーブ２０２は、長手方向対称軸２０９の周りで任意の回転角度で互いに対して配置されてもよいことが当業者に理解されるべきである。本発明の他の実施形態によれば、ＵＶ透過性スリーブ２０２は、導管２０１の他の対称軸の周りで任意の回転角度で配置されてもよい。対称の円柱形状導管が示されるが、導管は、図５Ａ〜５Ｃに関して詳細に述べるように、必ずしも対称でない、他の形状を有してもよいことが当業者に理解されるべきである。
【００１７】
導管２０１は、保護金属管２０３であって、導管２０１と金属管２０３との間に空気ギャップ２０８を形成する、保護金属管２０３の内部に位置してもよい。本発明の範囲はこの点に限定されないが、外部管１０３は、ガラス、プラスチックまたは任意の他の適した材料などの透過性材料で作られたシースルー窓２１０を含んでもよく、それにより、所望であるときに、オペレータが導管２０１を観察し、カバー２１２が窓２１０を覆うことが可能になる。図２Ａの例示的な図では、単一シースルー窓が示されるが、本発明はこの点に限定されず、本発明の実施形態によれば、管２０３は、任意のサイズおよび／または形状の２つ以上のシースルー窓を含んでもよいことが当業者に理解されるべきである。
【００１８】
ここで、本発明の一部の実証的な実施形態による４つのスリーブを有する導管の例示的な図を示す図３を参照する。図３の例示的な導管３０１は、その長手方向対称軸３０９に実質的に垂直に、導管３０１内に配置された４つのＵＶ透過性スリーブ３０２Ａ〜３０２Ｄを含む。この例示的な構成では、隣接するスリーブの対は互いに直交する。相応して、スリーブ３０２Ａと３０２Ｂが互いに直交し、スリーブ３０２Ｂと３０２Ｃが互いに直交し、スリーブ３０２Ｃと３０２Ｄが互いに直交する。さらに、交互のスリーブの対は互いに平行である。相応して、スリーブ３０２Ａと３０２Ｃが互いに平行であり、同様に、スリーブ３０２Ｂと３０２Ｄが互いに平行である。しかし、本発明の実施形態によれば、ＵＶ透過性スリーブ３０２は、導管３０１の対称軸の周りで任意の回転角度で互いに対して配置されてもよいことが当業者に理解されるべきである。スリーブは、導管３０１に融着されて、単一ガラス構造を形成してもよい。
【００１９】
本発明の他の実施形態によれば、スリーブ２０２は、ハウジング、アダプタ、コネクタまたは当技術分野で知られている任意の適した手段を使用して導管３０１に取付けられてもよい。たとえば、エリア３１６Ａ〜３１６Ｄはそれぞれ、スリーブ３０２Ａ〜３０２Ｄのうちの１つ用の金属ハウジングであってよい。金属ハウジングは、消毒プロセスの効率を上げるために、反射性コーティングで内側表面をコーティングされてもよい。本発明の実施形態によれば、反射性コーティングは、ＵＶ透過性で、ＵＶ耐性で、かつ、生体適合性のコーティング、たとえば、テフロン（登録商標）コーティングでコーティングされてもよい。
【００２０】
スリーブは、円筒であるものとして示されるが、本発明の実施形態は、この点に限定されず、スリーブは、図７に関して以下で詳述するように、水動力学的形状などの他の適した形状を有してもよいことが当業者に理解されるべきである。
【００２１】
ここで、本発明の一部の実施形態による、その表面の複数の部分上に反射性コーティングを有する例示的な導管の側面図を概念的に示す図４を参照する。スリーブ４０２は、導管４０１の長手方向対称軸４０９に実質的に垂直になるように、導管４０１内に配置されてもよい。ＵＶ光源４０４はスリーブ４０２内に配置されてもよい。スリーブ４０２と導管４０１の両方がＵＶ光に対して実質的に透過性があるため、液体は導波路として働いてもよく、また、光の少なくとも一部、たとえば、光線４１０および４１１は、導管４０１と導管１０１を囲む空気４０８の界面で全反射してもよい。
【００２２】
それでも、臨界角を越える、導管の表面に関する角度を有する光線４１３などの光線は、全反射（ＴＩＲ）を受けることができない。こうした光線は、液体を１回だけ横切った後に液体から外に伝達される。導管４０１は、１つまたは複数のミラーまたはＵＶ反射性コーティング・エリア４０７を含んで、非誘導光線、たとえば、光線４１２を液体内に戻るように反射してもよい。
【００２３】
本発明の一部の実施形態によれば、導管４０１の外側表面の少なくとも複数の部分は、
ＵＶ反射性コーティング４０７でコーティングされて、後方表面ミラー作用を生じてもよい、たとえば、光源４０４からの光の大部分が導管４０１内に流れる液体を照射してもよい。コーティング４０７は、スリーブ４０２に相対的に近接した表面に達するさらなる光線を液体内に戻るように反射させてもよい。反射性コーティング４０７は、アルミニウム堆積、金堆積または多層誘電体材料を含んでもよい。任意の他の適した反射性コーティングが使用されてもよい。本発明の他の実施形態によれば、導管の全表面は、反射性コーティングでコーティングされて、バックミラー作用を高めてもよい。
【００２４】
本発明の範囲はこの点に限定されないが、導管４０１の少なくとも一部分、たとえば、光源４０４を囲むエリア４１４は、ＵＶ反射特性を有する材料、たとえば、アルミニムまたは任意の他の金属から作られてもよい。反射エリア４１４は、光線４１３などの、ＴＩＲを受けることができない非誘導光線を液体内に戻るように反射させてもよい。反射エリア４１４は、その内側表面上にＵＶ反射コーティングを含んでもよく、または、ＵＶ反射特性を有する材料で作られた薄いシートによって覆われてもよい。ＵＶ反射コーティングまたはシートは、テフロン（登録商標）などのＵＶ耐性でＵＶ透過性のコーティングでコーティングすることによって水損傷から保護されてもよい。
【００２５】
ここで、本発明の一部の実証的な実施形態による、その長さに沿って変動する径を有する導管の略図を示す図５Ａ，５Ｂ，５Ｃを参照する。導管の形状は、消毒プロセスの効率を上げるために前もって決められてもよい。本発明の実施形態によれば、導管５０１の内径は、図５Ａ，５Ｂ，５Ｃの実証的な図に示すように、その長さに沿って変動してもよい。導管の特定の形状は、液体の流れパターンに影響を及ぼしてもよく、また、形状は、消毒プロセスの全体の効率を上げるために前もって決められてもよい。導管５０１は、任意の他の対称または非対称形状を有してもよいことが理解されるべきである。
【００２６】
ここで、本発明の一部の実施形態による、流れ形成物体を有する消毒システムの一部分の略図を示す図６Ａ，６Ｂを参照する。消毒システム６００Ａおよび６００Ｂはそれぞれ、消毒される液体を運ぶ導管６０１と、その長手方向対称軸に実質的に垂直に、導管６０１内に配置された実質的にＵＶ透過性のスリーブ６０２と、スリーブ６０２内に配置されたＵＶ光源２０４とを含んでもよい。導管６０１は、導管に接着された１つまたは複数の物体６１４を含んでもよい。図６Ａに示すように、物体６１４は、導管の表面から相対的な距離に位置するように突出部に取付けられてもよい。図６Ｂに示すように、物体６１４は、導管の表面に取付けられてもよく、または、表面に相対的に近接して位置してもよい。物体６１４は、前もって設計されてもよく、また、液体の流れパターンに影響を及ぼすために導管６０１内の特定の位置に位置してもよい。付加的に、または、別法として、ＵＶ透過性物体および／またはＵＶ散乱性物体および／またはＵＶ反射性物体が、導管６０１に固着されるか、取付けられるかまたは付加されてもよい。流れ形成物体は、液体フラックスおよび液体トラックの分布に影響を及ぼしてもよく、また、物体の形状およびロケーションは、消毒プロセスの全体の効率を上げるために前もって決められてもよい。光散乱性物体および／またはＵ光反射性物体は、ＵＶ光強度の空間分布に影響を及ぼしてもよく、また、物体の形状およびロケーションは、消毒プロセスの全体の効率を上げるために前もって決められてもよい。
【００２７】
ここで、本発明の一部の実証的な実施形態による、非円柱スリーブの断面略図を示す図７を参照する。本発明の実施形態によれば、スリーブ７０２は、導管の出口に面するエリアにおいてスリーブ７０２に近接して液体が低速で流れる場合がある液体停留ゾーンの形成を防止するために水動力学的形状を有してもよい。スリーブ７０２の特性の形状は、消毒プロセスの全体の効率を上げるために、光分布および液体流れパターンを改善するように設計されてもよい。非円柱形状を有するスリーブ７０２は、液体の流れ方向に実質的に垂直に、実質的にＵＶ透過性の導管内に配置されてもよいことが当業者に理解されるべき
である。あるいは、非円柱スリーブは、ステンレス鋼導管または反応器などの非透過性コンテナ内に配置されてもよい。
【００２８】
ここで、本発明の一部の実証的な実施形態による、パターン化スリーブを有する例示的な消毒システムの概念図である図８を参照する。スリーブ８０２は、導管８０１の長手方向対称軸に実質的に垂直になるように、導管８０１内に配置されてもよい。ＵＶ光源８０４はスリーブ８０２内に配置されてもよい。スリーブ８０２と導管８０１は共に、ＵＶ光に対して実質的に透過性があるため、液体は導波路として働いてもよく、また、光の少なくとも一部は、導管８０１と導管８０１の周囲の界面で全反射してもよい。ＴＩＲを受けることができない光の別の部分のために、導管８０１は、光線を液体に戻るように反射する１つまたは複数のミラーまたはＵＶ反射性コーティング・エリア８０７を含んでもよい。それでも、一部の光線は、ＴＩＲとＵＶ反射性エリアの両方を免れ可能性がある。
【００２９】
本発明の実施形態によれば、スリーブ８０２は、特定の位置に位置し、かつ、導管８０１の内部の光分布に影響を及ぼすように形作られた１つまたは複数の物体８０５を含んでもよい。物体８０５は、任意の適した材料で作られたＵＶ散乱性物体またはＵＶ反射性物体であってよい。たとえば、光線８２０は、反射性コーティングでコーティングされていないエリア８２１の方に送られる。相応して、非パターン化スリーブにおいて、こうした光線は、エリア８２１を介して導管を出る前に、短い距離の間、液体を横切ることになる。代わりに、スリーブ８０２を使用することによって、光線８２０は、物体８０５に衝当し、その方向を変え（矢印８２２）、反射性エリア８０７に達して、液体に戻るように反射されてもよい。
【００３０】
パターン化スリーブは、液体の流れ方向に実質的に垂直に、実質的にＵＶ透過性の導管内に配置されるものとして述べられるが、本発明の実施形態はこの点に限定されず、本発明の実施形態は、ステンレス鋼導管または反応器などの非透過性コンテナを含む任意のコンテナまたは導管内で液体の流れに対して任意の位置においてこうしたパターン化スリーブを使用することに同様に適用可能であることが当業者に理解されるべきである。
【００３１】
ここで、本発明の一部の実証的な実施形態による、非円柱光源を有する例示的な消毒システムの概念図である図９を参照する。スリーブ９０２は、導管９０１の長手方向対称軸に実質的に垂直になるように、導管９０１内に配置されてもよい。ＵＶ光源９０４はスリーブ９０２内に配置されてもよい。スリーブ９０２と導管９０１の両方がＵＶ光に対して実質的に透過性があるため、液体は導波路として働いてもよく、また、光の少なくとも一部は、導管９０１と導管９０１の周囲の界面で全反射してもよい。ＴＩＲを受けることができない光の別の部分のために、導管９０１は、光線を液体に戻るように反射する１つまたは複数のミラーまたはＵＶ反射性コーティング・エリア９０７を含んでもよい。光源９０４は、非円柱幾何形状を有してもよく、たとえば、その断面は、制御された光分布を生成するために楕円または任意の他の所望の形状であってよい。たとえば、ランプの形状は、より多くの光線が、導管９０１の表面に比べて液体の流れ方向に送られるように、非円形光分布を生成するよう指向性があってもよい。光源９０４の特性の形状は、消毒システムの全体の効率を上げるために、システムの幾何形状および消毒プロセスの特定の特性に従って設計されてもよい。
【００３２】
非円柱光源は、液体の流れ方向に実質的に垂直に、実質的にＵＶ透過性の導管内に配置されるものとして述べられるが、本発明の実施形態はこの点に限定されず、本発明の実施形態は、ステンレス鋼導管または反応器などの非透過性コンテナを含む任意のコンテナまたは導管内で液体の流れに対して任意の位置においてこうした光源を使用することに同様に適用可能であることが当業者に理解されるべきである。
【００３３】
ここで、本発明の実施形態による２パイプ消毒システムの例示的な図を示す図１０を参照する。消毒システム１４０は、消毒される液体を運ぶ導管１４１を含んでもよい。導管１４１は、液体の流れを増すために、２つ以上の分岐、たとえば、２つの分岐１４３Ａおよび１４３Ｂを含んでもよい。２つ以上の分岐を有することは、導管１４１内の内部圧のよりよく制御を可能にする場合がある。導管１４１は、外部液体パイプから消毒される液体を受取る入口１４６および外部放出パイプを介して液体を放出する出口１４８を有してもよい。
【００３４】
システム１４０は、その長手方向対称軸１４９Ａに実質的に垂直に、分岐１４２Ａ内に配置された１つまたは複数の実質的にＵＶ透過性のスリーブ１４２Ａと、それぞれが各スリーブ１４２Ａ内に配置された１つまたは複数のＵＶ光源１４４Ａとを含んでもよい。システム１４０は、さらに、その長手方向対称軸１４９Ｂに実質的に垂直に、分岐１４２Ｂ内に配置された１つまたは複数の実質的にＵＶ透過性のスリーブ１４２Ｂと、それぞれが各スリーブ１４２Ｂ内に配置された１つまたは複数のＵＶ光源１４４Ｂとを含んでもよい。
【００３５】
２分岐導管が述べられるが、本発明の実施形態はこの点に限定されず、本発明の他の実施形態による消毒システムは、液体の流れのための３つ以上の分岐を含んでもよいことが当業者に理解されるべきである。
【００３６】
図１１Ａ〜１１Ｃは、本発明の実施形態による例示的な消毒システムのモジュール式性質を実証する。本発明の一部の実施形態によれば、消毒システムの液体流れセクションは、２つのタイプのモジュール式ビルディングブロック、導管要素１５１およびスリーブ要素１５２から構築されてもよい。スリーブ要素１５２は、ＵＶ透過性スリーブ１５４が内部に配置されたリング１５３を含んでもよい。リング１５３の内径は、スリーブ１５４の外径より大きい。要素１５２は、さらに、スリーブ１５４内に配置されたＵＶ光源を含んでもよい。要素１５２の両端は、導管１５１の１つまたは複数に接続するために、アダプタ、コネクタまたはネジ機構を含んでもよい。導管要素１５１は、実質的に、先に詳細に述べた石英などのＵＶ透過性材料で作られてもよい。導管１５１の外径は、リング１５３の外径に実質的に同じであってよい。導管１５１の両端は、要素１５２の１つまたは複数に接続するために、アダプタ、コネクタまたはネジ機構を含んでもよい。導管要素１５１とスリーブ要素１５２との間の接続は水密接続であってよい。
【００３７】
本発明の範囲はこの点に限定されないが、少なくとも１つのスリーブ要素１５２および２つの導管要素１５１は、上述したように、消毒される液体を運ぶ導管セットを生成してもよい。導管セットは、数ｎのスリーブ要素１５２および数ｎ＋１の導管要素１５１を備えてもよい。たとえば、図１１Ｂに示すように、導管１５０は、１つのスリーブ要素１５２および２つの導管要素１５１を備えてもよい。図１１Ｃに示す別の例では、導管１６０は、２つのスリーブ要素１５２および３つの導管要素１５１を備えてもよい。
【００３８】
図１１Ａ〜１１Ｃの例示的な図では、導管１５０および１６０が示されるが、本発明はこの点に限定されず、本発明の実施形態によれば、ｎ＋１の導管要素１５１およびｎのスリーブ要素１５２の任意の組合せが、接続されて、導管セットを生成してもよいことが当業者に理解されるべきである。
【００３９】
本発明の実施形態はこの点に限定されないが、本発明の実施形態による前もって設計された構造が、ＵＶ消毒の効率を改善し、また、キル確率、すなわち、導管１０１内を流れる液体内にあるエンティティを不活性化する可能性を高めることが理解され、また、シミュレートされる。
（コンピュータシミュレーション）
以下は、本発明の一部の実証的な実施形態による照射フラックス分布に関連する例である。これらの例で使用される照射フラックス分布は、本発明の範囲を任意特定の構成および／または照射フラックス分布に限定することを意図されないことが留意されるべきである。
【００４０】
図１２Ａ〜１２Ｃは、液体消毒プロセス中における例示的な導管内での光フラックス分布のコンピュータシミュレーションを示す。シミュレートされるシステムは、本発明の実施形態による例示的なシステムである。システムは、石英スリーブ内に１つのＵＶ光源を含み、石英スリーブは、Ｚ軸を規定する導管の長手方向対称軸に垂直になるように、石英導管の中心に配置された。スリーブの長手方向軸はＸ方向を規定した。５０ｍ３／ｈの液体流量について計算が実施された。導管の長さは８００ｍｍであり、導管の内径は７５ｍｍとして、ＵＶ光源を保護するスリーブの外径は４４ｍｍとして、圧力降下はΔＰ（５０ｍ３／ｈにおいて）＝０．２７［バール］として考えられた。コンピュータシミュレーションに使用される液体は、９８％のＵＶＴ（紫外線透過）を有する透明な水であった。
【００４１】
図１２Ａは、導管のある部分のＹ−Ｚ面の断面であり、光源と導管の出口端との間の光フラックス分布を示す。図１２Ｂは、導管の同じ部分のＸ−Ｚ面の断面であり、光源と導管の出口端との間の光フラックス分布を示す。図１２Ｃは、導管全体のＹ−Ｚ面の断面であり、導管の入口端と出口端との間の光フラックス分布を示す。見られることができるように、光は、かなりの強度で管の全長にわたって広がる。図１２Ｄは、石英導管内における計算された正規化ＵＶドーズ分布を示すグラフを示す。正規化されたドーズ分布関数は、ガウス関数に近くなる。
【００４２】
比較データとして、図１３Ａ，１３Ｂは、液体消毒プロセス中に２０％の反射を有する従来のステンレス鋼コンテナ内における光フラックス分布のコンピュータシミュレーションを示す。比較シミュレーションで使用される他のパラメータは全て、図１２Ａ〜１２Ｃのシミュレーションと同様であった。見られることができるように、光の強度は、Ｚ方向に５０ｍｍ以降でほとんどゼロである。図１３Ｃは、従来のステンレス鋼導管内のＵＶドーズ分布を示すグラフを示す。予想されるように、｛４８［ｍＪ／ｃｍ２］｝の値を有するステンレス鋼導管内の平均ドーズは、｛２２８［ｍＪ／ｃｍ２］｝の値を有する石英導管の平均ドーズよりずっと小さい。従来のステンレス鋼導管のドーズ分布は、石英導管のドーズ分布より幅広である。
【００４３】
本発明のいくつかの特徴が、本明細書で示され、述べられたが、多くの修正、置換、変更および等価物を、当業者が思いついてもよい。したがって、添付特許請求の範囲は、本発明の真の精神内に入る全てのこうした修正および変更を包含することが意図される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光による液体消毒のための装置であって、
消毒される流れる液体を運ぶための実質的に光透過性の導管と、
前記導管の内部寸法より小さい外部寸法を有する実質的に光透過性のスリーブであって、前記導管の対称軸に実質的に垂直に、前記導管内に配置される、スリーブと、
前記スリーブ内に配置された光源とを備える装置。
【請求項２】
前記透過性のスリーブは石英を含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記導管は石英を含む請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記透過性のスリーブは、前記導管に融着されている請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記導管の対称軸に実質的に垂直に、前記導管内に配置されたさらなるスリーブを備える請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記透過性のスリーブは、水動力学的形状を有する請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記透過性のスリーブは、前記導管内部の光分布に影響を及ぼすように指向性のあるパターン化表面を有する請求項１に記載の装置。
【請求項８】
１つまたは複数の物体は、水の流れパターンに影響を及ぼすために前記導管内に配置される請求項１に記載の装置。
【請求項９】
１つまたは複数の物体は、前記導管内の前記光分布に影響を及ぼすために前記導管内に配置される請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記導管は、実質的に円柱の形状を有し、前記導管の少なくとも１つの部分において径サイズが変動する請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記導管の外側表面の一部分は、ＵＶ反射コーティングでコーティングされる請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記導管は、前記液体を受取る入口、前記液体を運ぶ１つまたは複数の分岐および前記液体を放出する出口を備える請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記導管は、シースルー窓を有する金属コンテナ内に配置される請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記光源は紫外線光源である請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記光源は、非円柱の細長い形状を有する請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記導管は、前記スリーブを含む金属ハウジングによって分離された２つの光透過性セクションを備える請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記金属ハウジングの内側表面は、紫外線反射コーティングによってコーティングされる請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記紫外線反射コーティングは、ＵＶ透過性でＵＶ耐性があるコーティングでコーティングされる請求項１７に記載の装置。
【請求項１】
光による液体消毒のための装置であって、
消毒される流れる液体を運ぶための実質的に光透過性の導管と、
前記導管の内部寸法より小さい外部寸法を有する実質的に光透過性のスリーブであって、前記導管の対称軸に実質的に垂直に、前記導管内に配置される、スリーブと、
前記スリーブ内に配置された光源とを備える装置。
【請求項２】
前記透過性のスリーブは石英を含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記導管は石英を含む請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記透過性のスリーブは、前記導管に融着されている請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記導管の対称軸に実質的に垂直に、前記導管内に配置されたさらなるスリーブを備える請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記透過性のスリーブは、水動力学的形状を有する請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記透過性のスリーブは、前記導管内部の光分布に影響を及ぼすように指向性のあるパターン化表面を有する請求項１に記載の装置。
【請求項８】
１つまたは複数の物体は、水の流れパターンに影響を及ぼすために前記導管内に配置される請求項１に記載の装置。
【請求項９】
１つまたは複数の物体は、前記導管内の前記光分布に影響を及ぼすために前記導管内に配置される請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記導管は、実質的に円柱の形状を有し、前記導管の少なくとも１つの部分において径サイズが変動する請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記導管の外側表面の一部分は、ＵＶ反射コーティングでコーティングされる請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記導管は、前記液体を受取る入口、前記液体を運ぶ１つまたは複数の分岐および前記液体を放出する出口を備える請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記導管は、シースルー窓を有する金属コンテナ内に配置される請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記光源は紫外線光源である請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記光源は、非円柱の細長い形状を有する請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記導管は、前記スリーブを含む金属ハウジングによって分離された２つの光透過性セクションを備える請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記金属ハウジングの内側表面は、紫外線反射コーティングによってコーティングされる請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記紫外線反射コーティングは、ＵＶ透過性でＵＶ耐性があるコーティングでコーティングされる請求項１７に記載の装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【公表番号】特表２０１０−５０９０１９（Ｐ２０１０−５０９０１９Ａ）
【公表日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５３６８６５（Ｐ２００９−５３６８６５）
【出願日】平成１９年１１月１４日（２００７．１１．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＬ２００７／００１４０９
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０５９５０３
【国際公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【出願人】（５０８０６８９４０）アトランティウム テクノロジーズ エルティディ． (3)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１４日（２００７．１１．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＬ２００７／００１４０９
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０５９５０３
【国際公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【出願人】（５０８０６８９４０）アトランティウム テクノロジーズ エルティディ． (3)
【Ｆターム（参考）】
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