JP2012521883A - 紫外光処理チャンバ - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの内面を有し、チャンバを通って流体を通過させるように構成されたチャンバを具備する、液体の処理のための装置である。チャンバは、少なくとも８０パーセント囲繞されている。この装置はまた、チャンバ内に配置され、紫外ランプを通って流体を通過させるように構成された紫外透過チューブを具備する。この装置は、さらに、チャンバ内に配置され、選択的には、紫外透過チューブ内に配置された紫外ランプを具備する。反射素材が、チャンバと透過チューブとの間に介在されている。反射素材は、紫外ランプによって放出された光の少なくとも一部を反射するように構成されている。反射素材は、少なくとも８０パーセント反射性である。

Description

本出願は、「紫外光処理チャンバ」と題され、２００９年３月３１日に出願された米国特許出願第１２／４１６，０７５号の継続出願であり、この内容は、参照としてここに組み込まれる。

本発明は、厳密には、紫外光を使用した流体の処理に関する。特に、本発明は、厳密には、紫外光を使用した流体の処理に関する。さらに、特に、本発明は、厳密には、微生物を不活性にするために紫外光を使用した流体の処理に関する。

地方自治体の飲料水の供給、工業プロセス及び薬剤製造のための超高純度水システム、実験で使用するための水及び試薬、無菌室で使用される気体などのような、液体及び気体中の汚染物質を減少させるために、さまざまなアプローチが使用される。このようなアプローチは、しばしば、化学エーロゾル、化学防腐剤、マイクロフィルタ（microfiltration）及び同様の物質、並びに液体と気体との少なくとも一方の処理のためのプロセスの必要性を減らすかなくすために使用される。

管状の本体の外部にあるＵＶ光によって媒体を照射する装置が、例えば、米国特許第４，９４８，９８０号に記載されており、この内容は参照としてここに組み込まれる。米国特許第４，９４８，９８０号は、管状の本体を有し、照射される媒体がこの管状の本体を通って流れ、また、管状の本体に関連して外側に配置された反射体を備え、互いに平行な軸線を有する少なくとも２つのＵＶ光源を有する装置を提供する。米国特許第４，９４８，９８０号に記載された装置は、ランプによって伝達される光のパターンの均一性を制御するために、鏡面反射体に頼っている。ランプ源は、比較的平らであり、反射体の光学効果を最小にするために、鏡面反射体内でこれらの縁部に一直線状に配列されている。あいにく、米国特許第４，９４８，９８０号は、液体又は気体を効果的に処理するために与えられることができる線量をかなり制限するアプローチを記載している。例えば、米国特許第４，９４８，９８０号は、低吸収性の横断面で液体又は気体を処理するために高い反射率の拡散反射体の使用を与えるものではなく、チャンバ全体の正味の反射率が１００パーセントに近づくのに従ってターゲットに伝達される線量のかなりの増加を予期するものでもない。

参照としてここに組み込まれる米国特許出願公開第２００４／０１６６０１８号は、拡散反射の振る舞いをする内面を有するＵＶ空気滅菌チャンバを記載している。滅菌チャンバは、チャンバを通って流れる空気の入口開口及び出口開口と、ＵＶ光を放出する光源とを有する。あいにく、米国特許出願公開第２００４／０１６６０１８号に記載されたアプローチは、いくつかの問題を被る。例えば、これらのアプローチは、チャンバ全体の体積と比較して、透明又は半透明な汚染物質の体積を増加させることを試みないので、装置の性能が最大とならない。さらに、使用される反射体は、処理される媒体から独立しておらず、チャンバを開くことなくランプを交換するという選択肢がなく、これにより、システムを使用する際、及びメンテナンスする際の不便さが高まる。

参照としてここに組み込まれる米国特許第６，２２８，３３２号は、微生物の不活性化のために水を処理するために使用される、継続時間の短い、高強度のパルスの広域スペクトルの多色光を開示している。米国特許第６，２２８，３３２号に記載されるように、水中の微生物の不活性化は、少なくとも１つの、継続時間の短い、高強度のパルスの広域スペクトルの多色光で水を照射することを含む。このシステムは、流れる水の入口ポート及び出口ポートを有する水密ハウジングを有する。微生物を不活性にするための管状の光源と、水の流れを導くための管状のバッフルとは、水密ハウジング内に配置されている。水は、入口ポートから入り、水密ハウジングと管状のバッフルとの間を一方向に流れて、管状のバッフルの端部をまわって、第２の方向に管状のバッフルの中心を通って戻り、出口ポートを出る。この場合には、水は、管状の光源の周りを流れ、この光源は、少なくとも１つの、継続時間の短い、高強度のパルスの広域スペクトルの多色光を与える。しかし、この特許に記載されたアプローチもまた、いくつかの問題を被る。例えば、米国特許第６，２２８，３３２号に記載されたアプローチの効率は、制限される。なぜならば、これらのアプローチは、液体又は気体のターゲットを処理するために、反射面を使用しない、あるいは、処理チャンバを実質的に囲繞しないからである。

本発明は、上述の必要性及び関連技術における他の問題に対処する。本発明は、さまざまな実施の形態において、一般的に、紫外光を使用した液体及び気体の処理のための方法及び装置に関する。地方自治体の飲料水の供給、工業プロセス及び薬剤製造のための超高純度水システム、実験で使用するための水及び試薬、無菌室で使用される気体などのような、流体、例えば、液体及び気体中の汚染物質を処理するか減少させるかの少なくとも一方を効果的に与えるアプローチがここに記載される。本発明のアプローチは、簡単で経済的な実行を提供し、従来のアプローチと比較して、所定のパワー入力に対するターゲットの液体又は気体の比較的高い効率の処理の線量を提供する。これらアプローチは、殺生物剤を減らすかなくすために使用されることができる。さらに、これらアプローチは、化学物質を除去するか、なくすか、活性化させるために使用されることができる。

本発明の一実施の形態では、液体の処理のための装置が、少なくとも１つの内面を有するチャンバを有する。チャンバは、少なくとも８０％囲繞されている。この装置はまた、チャンバ内に配置された紫外（ＵＶ）透過チューブを有し、この紫外透過チューブは、この紫外透過チューブを通る液体（又は気体）を通過させるように構成されている。この装置は、さらに、ＵＶランプを有し、ＵＶランプは、ＵＶ透過チューブ内に配置されている。反射素材が、チャンバと透過チューブとの間に介在され、また、反射素材は、ＵＶランプによって放出された光の少なくとも一部を反射するように構成されている。一例では、反射素材は、少なくとも８０パーセント反射性である。流体、例えば、液体は、代わって、２つのＵＶ透過チューブの間を移動することができ、一方のＵＶ透過チューブは、他方のＵＶ透過チューブ内に同心に配置されている。

これらの実施の形態では、ＵＶランプからの第１の光及び反射素材から反射された第２の光（及び次の光（subsequent light））の合流（confluence）は、液体の体積内で生じる卓越した（unexpectedly）ほぼ均一な光の分布を生成する。即ち、本発明のアプローチを使用した光の分布は、一般的に、関連技術のシステムで予期される光の分布よりも均一である。

これらの他の実施の形態では、高透過性の液体又は気体を使用したとき、よりよい反射体又は反射面により、高められた流束量（fluence）が達成される。この場合には、例えば、８０％よりも高い、液体を囲繞している実質的な表面積は、高反射性である。

他の実施の形態では、高められた均一性及び高められた流束量が達成される。液体の透過率が実質的に高ければ、均一性が増加されることができ、これは、高められた流束量と同じくらい性能に影響を与える。

反射素材は、さまざまなようにして配置されることができる。一例では、反射素材は、チャンバの内面に裏打ちされるように配置されている。他の例では、反射素材は、透過チューブの外面に配置されている。他の例では、反射素材は、チャンバの内面を反射素材で覆うことによって配置されている。さらなる他の例では、反射素材は、透過チューブの外面に配置され、流体は、ＵＶランプと透過チューブとの間を流れ、ＵＶランプは、透過チューブ内に同心に配置されることができる。

ＵＶランプもまた、異なる形態及び位置で配置されることができる。一例では、ＵＶランプは、透過性の保護スリーブ内に配置され、透過性の保護スリーブは、選択的には、ＵＶ透過チューブ内に同心に配置される。ＵＶランプの他の形態及び配置もまた、本発明において可能であり、例えば、一例では、偏心配置であることができる。

さらに、反射素材は、さまざまな化学式に従って構成されることができる。例えば、反射素材は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、延伸ポリテトラフルルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）、被覆されたアルミニウム（coated aluminum）、陽極処理されたアルミニウム（anodized aluminum）、研磨されたアルミニウム（polished aluminum）のような少なくとも１つの物質を含むことができる。さらに、反射素材は、接着剤と反射性の添加剤との混合物を含むことができる。反射性の添加剤は、硫酸バリウム、フッ化マグネシウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ホルミウム、酸化カルシウム、酸化ランタン、酸化ゲルマニウム、酸化テルル、酸化ユーロピウム、酸化エルビウム、酸化ネオジム、酸化サマリウム、酸化イッテルビウム及び酸化ジルコニウムのような少なくとも１つの物質を含むことができる。

装置はまた、ＵＶ透過チューブを収容するための入口及び出口ポートを有することができ、例えば、ＵＶ透過チューブは、チャンバに出入りする。これらポートの各々は、さまざまな数の形態を仮定することができる。

さらに、本発明のアプローチにより提供される紫外放射照度は、さまざまな範囲にあることができる。一例では、液体に衝突する紫外放射照度は、約０．０１Ｗ／ｃｍ^２ないし約２０Ｗ／ｃｍ^２の範囲にある。他の例の範囲も可能であり、他の範囲も本発明の範囲内にある。

本発明のよりより理解のために、以下に示される添付図面が参照される。本発明の同一の、又は同等の部分は、図面全体を通して同じ参照符号で示される。

図１は、本発明の一実施の形態に従う紫外光処理システムの概略図である。 図２は、本発明の他の実施の形態に従う紫外処理システムの概略図である。 図３は、図２の紫外処理システムの長手方向の断面図である。 図４は、図２の処理システムの外部の斜視図である。 図５は、図２の紫外処理システムの側面図である。 図６は、本発明のさまざまな実施の形態に従う紫外光処理システムの光吸収特性を示すグラフである。 図７は、本発明のさまざまな実施の形態に従う紫外光処理システムの光吸収特性を示すグラフである。 図８は、本発明のさまざまな実施の形態に従う紫外光処理システムの光吸収特性を示すグラフである。 図９は、本発明の代わりの実施の形態に従う、チャンバの内面に配置された反射素材を有する処理システムを示す概略図である。 図１０は、本発明の代わりの実施の形態に従う、２つのＵＶ透過チューブの間に配置された流体を示す概略図である。

以下は、本発明を実行するために熟考された最良の形態を含む記載である。この記載は、限定的な意味に取られるものでなく、単に、本発明の全般的な原理を説明し、本発明のいくつかの例を与える目的をなすものである。本発明の範囲は、特許請求の範囲を参照して確定されるべきである。

本装置は、ターゲットの液体又は気体を処理するのに必要な全ＵＶパワーを特定の線量レベルへと大きく減少させるために与えられる。これは、裏打ちしている又は覆っている極めて高い反射率を備えた壁を有するチャンバ内にターゲット及びＵＶ光源を囲繞することによって、及び、チャンバの壁及びチャンバ内の吸収面の開口のサイズ及び数を最小にすることによって達成される。チャンバのデザインは、高められた光子の堆積を与え、高められたＵＶ照射効率をもたらす。チャンバの壁の反射率及びチャンバの囲いのパーセンテージが１００パーセントに近づくのに従って、ターゲットに伝達される線量は指数関数的に増加するので、相乗効果が、これらの基準の両方を組み合わせることによって達成される。結果として生じる相乗効果は、各基準の夫々の効果の合計よりも効率的である。例えば、９９％反射性の壁を備えた、完全に囲繞されたチャンバは、９０％反射性の壁を備えた同一のチャンバよりもターゲットに１０倍の線量を伝達する。

チャンバの壁から流体を分離するために、ＵＶ透過チューブ内での、流体、例えば、液体又は気体を処理することは、効果を奏する。このようなチューブは、上に記載されたチャンバに取り入れられることができる。チューブの内部にターゲットを保持しているＵＶ透過チューブ及び透過媒体内でターゲットに伝達される線量を最大にするために、ＵＶ透過チューブは、チャンバの体積と同じくらい囲繞するべきである。これは、さもなければＵＶ透過チューブを通過することなく壁の間で反射されターゲット領域に向かう光の量を最小にする。

可視光よりも短い波長を有する紫外光は、約１０ｎｍないし約４００ｎｍの波長を含み、一般的に、約７．５×１０^１４Ｈｚないし約３×１０^１６Ｈｚの周波数に対応していると考えられる。電磁スペクトルでは、紫外光は、可視スペクトルで紫外光よりも短い波長を有し、Ｘ線よりも長い波長を有する。紫外光は、３つのカテゴリに分けられる。近紫外線（ＮＵＶ）は、可視光に最も近く、約３００ｎｍないし約４００ｎｍの波長を有する。遠紫外線（ＦＵＶ）は、ＮＵＶの後に位置付けられ、約２００ｎｍないし約３００ｎｍの波長を有する。極紫外線（ＥＵＶ）は、ＦＵＶの波長の後に、かつＸ線の波長の前に位置付けられ、約１００ｎｍないし約２００ｎｍの波長を有する。紫外光はまた、生物学上の作用に基づいて、ＵＶ−Ａ（約３２０ｎｍないし約４００ｎｍ）と、ＵＶ−Ｂ（約２８０ｎｍないし約３２０ｎｍ）と、ＵＶ−Ｃ（約１００ｎｍないし約２８０ｎｍ）の帯に分けられ、これらは、上述の名称に直接的に対応していない。

２００ｎｍよりも長い波長でＵＶ光子によってシミュレーションされたとき、大部分のＵＶ照射プロセスが生じることができる一方、多くのアプリケーションは、プロセスの速度を高めるためにほぼ２００ｎｍの光を使用する。この領域では、大部分の光源の効率が、関連技術で相対的に低い。この低い効率は、さらに、これらの所望のターゲットにＵＶ光子を伝達するために、効率的なシステムのための関連技術の長感知の必要性（long-felt need）を与える。

一般的に、紫外光を使用した、流体、例えば、液体及び気体の処理のための本発明の方法及び装置が、以下に記載される。以下の記載は、特に、流体の処理に向けられるが、本実施の形態の装置は、混濁液又は乳化液中の粒子、食品、外科用具などのような固体物の処理のために同様に容易に適用されることができることが理解される。例えば、処理チャンバは、チューブ部材及び入口及び出口ポートを取り外すことができるように構成され、固体物の配置のためのキャビティと取り替えられることができる。この構成は、完全に、又はほとんど完全に囲繞された処理チャンバを与えることができる。固体物に加えて、試薬の小瓶、血液及び血液成分のパウチ、及び他の予めパッケージされた流体のような、コンテナに囲繞された流体が、本発明のわずかに変更された装置を使用して処理されることができる。

紫外光は、バクテリア、ウイルス、菌類、かび胞子、原生動物、及び同様の生物的物質（biological material）を含む微生物を不活性にするか死滅させるために有益である。不活性化は、紫外放射が、核酸、即ち、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）とリボ核酸（ＲＮＡ）との少なくとも一方であるような、生物分子と、例えば、酵素であるタンパク質を変更するか突然変異するときに引き起こされる。根源のＤＮＡが十分なレベルの紫外放射に晒されたとき、遺伝物質に突然変異が形成される。最も一般的な突然変異は、５，６シクロブチルジピリミジン、ジピリミジン二量体、ジピリミジンアダクト、ピリミジン水和物及びＤＮＡタンパク質架橋結合である。直接的なタンパク質のダメージはあまり一般的でないが、２９０ｎｍよりも長い波長を吸収するタンパク質を生じる他の生物分子の間接的なダメージは、特に、関連している。これら波長でのタンパク質の吸収剤は、一般的に、トリプトファン及びチロシンを含む。酸素の存在では、トリプトファンの励起された三重状態からエネルギの移動が起こり、これにより、一重項の酸素を生成する。従って、タンパク質のトリプトファンは、タンパク質、不飽和脂質及び核酸の塩基と反応する遊離基の酸素を生成することによって、ＵＶＢ波長範囲で細胞の同化作用の感光器（endogenous photosensitizer）として機能する。いくつかの場合には、紫外放射は、一重項の酸素及び水素遊離基の発生を促進し、これは、細胞のタンパク質、脂質及び炭水化物を損傷しうる。

膜質の微生物は、紫外放射が微生物の細胞膜を貫通して、その遺伝物質を、例えば、酵素であるタンパク質を、より少ない程度、変更したとき、不活性にされるか死滅される。有機体が生物分子へのダメージに耐える場合には、微生物は、死ぬであろう。遺伝物質とタンパク質分解酵素（proteinaceous material）との少なくとも一方が変更された場合には、おそらく、完全には破壊されないが、微生物は、再生することができないであろう。大部分の微生物の短い寿命と組み合わせられて再生する能力なしで、個体群のサイズは、紫外放射で処理された物質中で急速に減少する。

ウイルスの場合には、紫外放射は、遺伝物質を突然変異させ、この結果、ウイルスは、ウイルス増殖細胞（host cell）を汚染することと、ウイルス増殖細胞の組織を使用してホスト有機体（host organism）内で増殖することとの少なくとも一方が決してできない。エンテロバクター・クロアカエ（Enterobacteria cloacae）、クレブシエラ・ニューモニエ（Klebsiella pneumoiae）、緑膿菌（Pseudomonas aeruginosa）、サルモネラネズミチフス菌（Salmonella typhimurium A）、コレラ菌（Vibrio cholerae）、大腸菌（Escherichia coli）のような、代表的なバクテリアの９９．９９％を不活性にするためのＵＶ線量は、約２０ｍＪ／ｃｍ^２ないし３０ｍＪ／ｃｍ^２の範囲にある。胞子を生み出す状態の枯草菌（Bacillus subtili）のようなバクテリアを形成している胞子に対して、線量は、比較的高く、例えば、通常、少なくとも約６０ｍＪ／ｃｍ^２である。ポリオ及びロタウイルスのようなウイルスの不活性化は、約３０ｍＪ／ｃｍ^２ないし約４０ｍＪ／ｃｍ^２の範囲の線量を必要とするが、他のウイルスは、比較的高い線量を必要としうる。クリプトスポリジウム（Cryptosporidium parvum）及びランブル鞭毛虫（Giardia muris）のような原生動物は、約１０ｍＪ／ｃｍ^２程度の低い線量で死滅される（紫外アプリケーションハンドブック、第２版、James R. Bolton Photosciences, Inc., 2001, p.37）。

紫外光はまた、化学物質、特に有機化学物質を成分に分解するために使用され、この成分は、安全であるか、活性炭フィルタ、樹脂ベッド又は逆浸透によって容易に除去されることができ、これらは、本装置及び方法と関連付けて使用されることができる特徴である。この分解は、直接的な光子の吸収から、又はＯＨ−基で分解によって得られ、これらは、水分子又は可能であれば他の源のＯＨ−基で紫外光の相互作用によって化学分子に近接して生成される。この分解もまた、紫外光と組み合わせて使用する追加のオゾン又は過酸化水素のような、進化した酸素化の方法を使用することによって達成されることができる。

解離波長及び最大波長の表が、以下に示される。この波長は、有機物質の一般的な化学結合の解離を引き起こすことができる。これは、「薬剤による水の処理へのＵＶ技術の適用」、Bakthisaran, S., European Journal of Parenteral Sciences 3(4), pp.97-102, 1998に載っている。

図１を参照すると、本発明に従う処理チャンバの概略図が示される。チャンバ１００と、紫外ランプ１０２と、紫外透過チューブ１０４と、流体、例えば、液体１０６と、光反射素材１０８と、選択的なＵＶ透過チューブ（又はランプスリーブ）１１０とが示される。代わって、紫外ランプは、紫外透過チューブ１０４内に囲繞されていることができる。チャンバ１００は、紫外ランプ１０２と、紫外透過チューブ１０４とを収容している。紫外ランプ１０２は、選択的な透過チューブ１１０で囲繞されていることができる。チャンバ１００は、図１に示されるように、光反射素材１０８で覆われているか、カバーされているか、裏打ちされていることができる。紫外ランプ１０２は、図１に示されるように、紫外透過チューブ１０４から物理的に離れた位置に位置されることができる。光透過チューブ１０４は、紫外ランプ１０２によって与えられた紫外光に晒されるところでチャンバ１００を通って延びている。チューブ１０４は、例えば、水、空気、実験用試薬、血液成分、例えば、赤血球、白血球及び血漿、消費用飲料などを含む、流体、例えば、液体１０６又は気体であるタイプを保持することができる。それ故、液体１０６が紫外透過チューブ１０４を通過するとき、液体１０６は、液体１０６の処理に有用な紫外光子に晒される。

図１のチャンバ１００は、チャンバ１００を通って延びるような紫外透過チューブ１０４の入口及び出口ポート（図示されない）を有する。しかし、入口及び出口ポートは、チャンバ１００が実質的に囲繞されているように形成されることができる。例えば、入口と出口との少なくとも一方のポートが、チャンバ１００の囲いを高めるために、気体と液体との少なくとも一方の流れのためのＬ字状の（elbow）、コイル状の、又は他の蛇行した流路（serpentine path）を利用することができる。囲いをさらに高めるために、流路が、比較的小さな直径に制限されることができるか、反射体が、光が取り入れられるゾーンを超えた距離まで広げられることができるかの少なくとも一方であることができる。さらに、バッフルのような所定の特徴もまた、チャンバ１００内の光の封じ込めを最適化するように、装置に組み込まれることができる。いくつかの場合には、上述の技術及び装置の数及び組合せが、チャンバの囲いを高めるために使用されることができる。さらに、以下に説明されるように、装置は、チャンバ１００が１００パーセントの囲いに近づき、反射素材１０８が１００パーセントの反射率に近づいたとき、最大効率に到達する。

図１に示されるチャンバ１００は、反射素材１０８で覆われているが、いかなるタイプの反射素材１０８又は装置が使用されてもよいことが理解される。例えば、チャンバ１００の内部を覆っていることができる反射素材１０８は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）及び他の同様のプラスチックのような少なくとも１つの物質を含むことができる。反射素材１０８は、被覆されたアルミニウム、陽極処理されたアルミニウム、又は研磨されたアルミニウムであることができる。他の実施の形態では、反射素材１０８は、拡散又は鏡面反射体のような反射体であることができるが、必ずしも、チャンバの壁に取り付けられる必要はない。いくつかの形状のタイプの鏡面反射体が、本実施の形態で使用されることができる。いかなる形態でも、反射素材１０８は、高いレベルの反射率を有するべきである。一実施の形態では、反射素材１０８の反射率のレベルは、８０パーセントないし１００パーセントの、より好ましくは、９０パーセントないし１００パーセントの範囲にある。

正確なパーセントの反射率は、装置の特定の必要性に応じて変化しうるが、反射率が高くなるほど、処理チャンバの効率が高まることが理解される。例えば、９０パーセントの反射率を備えた素材を有する完全に囲繞されたチャンバは、９９パーセントの反射率を備えた反射素材を有する完全に囲繞されたチャンバと比較して、ターゲットに対して低い線量を有する。例示的なターゲット及び壁がチャンバ中の吸収体のみであることを仮定すると、平均で、光子は、反射素材によって吸収される前の９０パーセント反射性のチャンバよりも９９パーセント反射性のチャンバで１０倍前後反射される。従って、光子は、チャンバが完全に囲繞されたとき、９０パーセント反射性のチャンバよりも９９パーセント反射性のチャンバでターゲットによって１０倍吸収されるであろう。それ故、９９パーセント反射性のチャンバは、９０パーセント反射性のチャンバよりもターゲットに対して紫外光線量を１０倍伝達する。

同様に、９９パーセント囲繞されたチャンバは、９０パーセント囲繞されたチャンバよりもターゲットに対して高い紫外光線量を伝達する。あまり囲繞されていないチャンバでは、光子は、チャンバの外部に反射され、かくして、ターゲットによって光子が吸収される可能性を減少させる。このように、ターゲット物質に最終的に伝達される紫外光処理の線量は、吸光度（absorbance）と逆の関係にあり、装置の構成要素の反射率及びチャンバの囲み性（enclosability）が吸光度に影響する。

紫外ランプ１０２は、低圧水銀ランプ、媒体圧力水銀ランプ、エクシマランプ、キセノンのフラッシュランプ及び他の完全な混合物、並びにマイクロ波駆動ランプのような、紫外放射を与えるのに有益なタイプであることができる。紫外ランプは、生物的物質の不活性化又は死滅、化学物質の直接的な破壊、及びＨ_２Ｏ_２及びＯ_３のような酸化剤を使用することによる進化した酸化による化学物質の間接的な破壊のために、ターゲットに約４００ｎｍ未満の少なくとも１つの波長を与える。紫外ランプ１０２は、選択的な透過チューブ１１０によって囲繞されることができ、これにより、技術者が、メインチャンバを開くことなく、ランプ１０２を安全に取り替えることが可能である。このようなチューブ１１０は、選択的であり、簡単な作業で本実施の形態に適用されることができるが、本実施の形態は、チューブ１１０なしで機能する。

紫外透過チューブ１０４は、紫外光を実質的に透過する物質を含む。処理チャンバの最大効率を達成するために、ほぼ１００パーセントの透過率を有する紫外透過チューブ物質が好ましい。１００パーセントの透過率が可能でない場合には、波長３００ｎｍ未満で一般的に８０パーセントよりも高い透過性である石英ガラス（Heraeus Heralux, Momentive 214）、合成水晶（Heraeus Suprasil, Momentive 021及び022）、フッ素添加シリカ（旭硝子ＡＱＸ）及びサファイア（Saphikon EFG sapphire）のような物質が有益である。

液体を処理するためのシステムの形態の他の例は、「紫外光処理チャンバ」と題された、係属中の米国特許出願第１１／２１７，７７２号に示され、この全体の内容は、参照としてここに組み込まれる。

図２ないし図５を参照すると、液体又は気体の紫外（ＵＶ）処理のためのシステムの他の例が説明される。このシステムは、内側スリーブ２０４内に入れられたランプ２０２を有する。内側スリーブ２０４は、それ自体、透過チューブ２０６（又は保護層）に囲繞され、また、透過チューブ２０６は、処理チャンバ２０８内に配置されている。処理チャンバ２０８は、透過チューブ２０６と処理チャンバ２０８との間に介在された反射素材２１０を有する。この例では、反射素材２１０は、その内面に配置され、反射面を形成している。変形例では、反射素材２１０は、透過チューブ２０６の外面に配置され、反射面を形成していることができる。代わって、反射素材２１０は、透過チューブ２０６に取り付けられ、反射面を形成していることができるか、反射素材２１０が反射面を有する独立構造であることができる。反射素材２１０の他の配置及び形態は、例えば、８パーセント、ランプ２０２により包囲している反射面を形成していることが可能である。液体又は気体２１２は、透過チューブ２０６を通過する。一例では、処理チャンバ２０８は、少なくとも８０パーセント囲繞されている。

透過チューブ２０６は、紫外ランプ２０２によって与えられた紫外光に晒されるところでチャンバ２０８を通って延びている。チューブ２０６は、例えば、水、空気、実験用試薬、血液成分、例えば、赤血球、白血球及び血漿、消費用飲料などを含む、液体又は気体２１２のタイプを保持することができる。それ故、液体又は気体２１２が紫外透過チューブ２０６を通過するとき、液体２１２（又は気体）は、液体又は気体２１２（と液体又は気体２１２内のアイテムとの少なくとも一方）を処理するために有用な紫外光子に晒される。ＵＶモニタ２２０が、処理チャンバ２０８中のＵＶ放射のレベルをモニタする。

処理チャンバ２０８は、チャンバ２０８を通って延びるような紫外透過チューブ２０６を与える入口ポート２１４と出口ポート２１６とを有する。他の例では、入口ポート２１４と出口ポート２１６との役割が逆にされる。入口ポート２１４及び出口ポート２１６は、チャンバ２０８が実質的に囲繞されているように形成されている。例えば、入口ポート２１４と出口ポート２１６との少なくとも一方が、チャンバ２０８の囲いを高めるために、気体と液体との少なくとも一方の流れのためのＬ字状の、コイル状の、又は他の蛇行した流路を利用することができる。囲いをさらに高めるために、流路が、比較的小さな直径に制限されることができるか、反射素材２１０が、光が取り入れられるゾーンを超えた距離まで広げられることができるかの少なくとも一方であることができる。さらに、バッフルのようなさらなる構造もまた、チャンバの隠されている状態（concealment）を最適化するように、装置に組み込まれることができる。いくつかの場合には、上述の技術、構造及び装置の数及び組合せが、チャンバの囲いを高めるために使用されることができる。

図２ないし図５に示されるチャンバ２０８は、反射素材２１０で覆われているが、いかなるタイプの反射素材２１０又は反射構造体が使用されてもよいことが理解される。例えば、チャンバ２０８の内部を覆っているか裏打ちされていることができる反射素材２１０は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）又は他の同様のプラスチックのような少なくとも１つの物質を含むことができ、また、被覆されたアルミニウム、陽極処理されたアルミニウム、又は研磨されたアルミニウムであることができる。他の例では、反射素材２１０は、拡散又は鏡面反射体のような反射体であることができる。いくつかの形状のタイプの鏡面反射体が、本実施の形態で使用されることができる。多くの例において、反射素材２１０は、高いレベルの反射率を有するべきである。例えば、反射素材２１０の反射率のレベルは、８０パーセントないし１００パーセントの範囲にあることができ、いくつかのアプローチでは、９０パーセントないし１００パーセントである。

反射素材２１０の正確なパーセントの反射率は、装置の特定の必要性に応じて変化しうるが、反射率が高くなるほど、処理チャンバ２０８の効率が高まることが理解されるべきである。例えば、９０パーセントの反射率を備えた物質を有する完全に囲繞されたチャンバは、９９パーセントの反射率を備えた反射素材を有する完全に囲繞されたチャンバと比較して、ターゲットに対して低い線量を有する。例示的なターゲット及び壁がチャンバ中の吸収体のみであることを仮定すると、平均で、光子は、反射素材によって吸収される前の９０パーセント反射性のチャンバよりも９９パーセント反射性のチャンバで１０倍前後反射される。従って、光子は、チャンバが完全に囲繞されたとき、９０パーセント反射性のチャンバよりも９９パーセント反射性のチャンバでターゲットによって１０倍吸収されるであろう。それ故、９９パーセント反射性のチャンバは、９０パーセント反射性のチャンバよりもターゲットに対して紫外光線量を１０倍伝達する。

同様に、９９パーセント囲繞されたチャンバは、９０パーセント囲繞されたチャンバよりもターゲットに対して高い紫外光線量を伝達する。あまり囲繞されていないチャンバでは、光子は、チャンバの外部に反射され、かくして、ターゲットによって光子が吸収される可能性を減少させる。このように、ターゲット物質に最終的に伝達される紫外光処理の線量は、吸光度と逆の関係にあり、装置の構成要素の反射率及びチャンバの囲み性が吸光度に影響する。

紫外ランプ２０２は、低圧水銀ランプ、媒体圧力水銀ランプ、エクシマランプ、キセノンのフラッシュランプ及び他の完全な混合物、並びにマイクロ波駆動ランプのような、紫外放射を与えるのに有益なタイプであることができる。他の例のランプもまた可能である。一例では、紫外ランプ２０２は、その中の生物的物質の非活性化又は死滅のために、ターゲットに４００ｎｍ未満の少なくとも１つの波長を与える。他の例では、紫外ランプ２０２は、化学化合物の破壊のために、ターゲットに４００ｎｍ未満の少なくとも１つの波長を与える。紫外ランプ２０２は、パワーを受信するためにパワーケーブル２２４に接続されている。さらに、エンドキャップ２２が、ランプ２０２に対して保護を与えるように、ランプ２０２の端部を覆うことができる。さらに、ランプ安定器２０８もまた、例えば、ランプ２０２に対する電流を制限するために与えられる。

さらに、さらなる構造体又は反射素材２１０の外部の層が、反射素材２１０を保護するか、圧力を封じ込めるか、又はその両方をするように設けられることができる。さらに、透過チューブ２０６（又は保護層）が、系統圧力を封じ込めることができる。

上述したように、紫外ランプ２０２は、内側スリーブ２０４によって閉じ込められ、技術者が、チャンバ２０８を開くことなく、ランプ２０２を取り替える。内側スリーブ２０４及び紫外透過チューブ２０６は、紫外光をほぼ透過する物質でできていることができる。処理チャンバ２０８の最大効率を達成するために、いくつかのアプローチでは、内側スリーブ２０４及び透過チューブ２０６に使用される物質は、ほぼ１００パーセントの透過率である。１００パーセントの透過率が可能でない場合には、波長３００ｎｍ未満で一般的に８０パーセントよりも高い透過性である石英ガラス（Heraeus Heralux, Momentive 214）、合成水晶（Heraeus Suprasil, Momentive 021及び022）、フッ素添加シリカ（旭硝子ＡＱＸ）及びサファイア（Saphikon EFG sapphire）のような物質が有益である。

この例での反射素材２１０の高い反射率により、紫外光子の大部分が、チャンバ２０８の壁の代わりに、液体又は気体（と液体又は気体２１２内のアイテムとの少なくとも一方）に堆積される。この結果、液体又は気体２１２（と液体又は気体２１２のアイテムの少なくとも一方）は、所定の入力パワーの放射の高い効率の線量を受信する。

システムの他の部分の損失の不足により、液体又は気体２１２（と液体又は気体２１２内のアイテムとの少なくとも一方）によって吸収される光子の数の上限は、例えば、４０パーセントであるステンレス鋼に対して、例えば、１パーセント程度低い、チャンバ２０８の壁の物質の損失の比にほぼ等しいファクタで掛けられる。ＵＶ線量の正確な増加は、紫外ランプ２０２及び液体又は気体２１２を含む体積への貫通孔の数及びサイズ、反射素材２１０の表面の他の亀裂のようなさまざまなファクタによって影響される。例えば、ステンレス鋼チャンバである従来の半反射性のチャンバに対する線量の全体的な増加は、著しい。

上述のように、高透過性の液体を使用したとき、高められた流束量が、よりよい反射体又は反射面により達成されることができる。この場合には、例えば、８０％よりも大きい、液体を囲繞している実質的な表面積は、高反射性である。

他の例では、高められた均一性及び高められた流束量が達成される。液体の透過率が実質的に高ければ、均一性が増加されることができ、高められた流束量と同じくらい性能に影響を与える。

上に記載された高められた線量は、半反射性のチャンバの壁を備えたシステムと比較すると、チャンバの中の至るところの線量の均一性の卓越した増加によって達成される。通常、高い流束量に関して、均一な減少が予期されるが、ターゲットの気体又は液体内以外の光子の損失を最小にする効果は、ターゲット内のこれら光子のより均一な堆積を生じる。この効果は、本質的に、配置とは独立しており、主に、チャンバの壁又は囲いの全体の反射率、及び含まれる構成要素の透過率によって決まる。

上の理由とは異なる理由により生じる個々の均一性を高める効果は、このチャンバの所定の条件の下で生じる。この効果は、チャンバの配置によって決まる。これはまた、液体又は液体２１２の所定の透過率の範囲にわたってのみ重要である。液体又は気体２１２の透過率が光源からチャンバの壁までの距離にわたって９０ないし９５％（５ないし１０％の減衰）を超えたならば、上に記載された効果は、チャンバ中の流束量の卓越した均一性を生じ、以下に記載される影響は無視できる。透過率が光源からチャンバの壁までの距離にわたって５ないし１０％未満（９０ないし９５％の減衰）であれば、非常にわずかな量の光がチャンバの壁に到達し、再び、以下に記載される影響は無視できる。液体又は気体２１２の透過率の範囲に関して、減衰は、通常５％ないし９５％であり、以下に記載される効果は、ターゲットへのより均一な流束量を与える際に重要である。

さらに、本アプローチによって与えられる紫外放射照度は、さまざまな範囲にあることができる。一例では、液体に衝突する紫外放射照度は、約０．０１Ｗ／ｃｍ^２ないし約２０Ｗ／ｃｍ^２の範囲にあることができる。他の例の範囲もまた可能である。

図６ないし図８を参照すると、いくつかの光吸収特性がここに記載される。吸収媒体を透過した光の強度は、ベールの法則によって決定される。
Ｉ＝Ｉ_０ｅ^−αｘ
ここで、Ｉ_０は初期強度であり、ｘは吸収媒体を通って移動された距離であり、ｅは自然対数の底（ｅ＝２．７１８２８２）であり、αは媒体の特性によって決定される減衰定数である。媒体及びその寸法は、光のかなりの部分のみが媒体を透過した後に吸収され、そして、図６ないし図８に示される効果を受けるように設定される。

図６は、強度が入射強度の１／ｅ、例えば、約１／３であるところで、媒体（距離ｘ＝０）から特定の距離ｘの媒体（距離＝１、任意の単位）に入る光の強度をプロットしたものである。非反射面がｘのところにあれば、とどまる光は吸収され、距離＝０と距離＝ｘ＝０．７２との間の強度（それ故、線量）に差がある。

図７は、同じ状況を示しているが、１００％の反射体が、距離＝ｘのところで非反射面に置かれている。反射された光は、媒体を通って戻るように移動するのと同じ速度の入射光で減衰される。所定の距離での光の強度は、実質的に、入射及び反射光の合計である。簡便化のために、距離＝０のところでの表面からの反射光は無視される。いくつかのアプリケーションでは、光は、再吸収される又は離れるように伝達されるので、多くの状況でよい近似ができ、無視できる。

これら２つの曲線の合計による強度が、図８に示される。この場合には、ピークの強度は、比較的高い（１．１４対１．００）。さらに、距離＝０と距離＝ｘとの間の強度の差は、１．５４である。この例は、強度が、反射素材の存在により、媒体中の至るところでより均一であることを示している。強度の均一性の改良、それ故、線量は、この例では７０％よりも高い。強度の均一性の改良は、媒体の所定の線量を達成するために、比較的高い処理効率及び比較的低いピークの（過剰でない）強度をもたらし、これらの両方とも、従来の反射のないシステムに対するかなりの改良である。言い換えれば、図８は、ここに説明される本アプローチのほぼ均一な光の分布特性を示している。

図９は、本発明の代わりの実施の形態に従う、チャンバ２０８の内面に配置された反射素材２１０を有する処理システムを示す概略図である。図９並びに図２ないし図５に示される同様の構成要素では、液体又は気体の紫外（ＵＶ）処理のためのシステムの他の例が説明される。このシステムは、内側スリーブ２０４内に入れられたランプ２０２を有する。内側スリーブ２０４は、それ自体、透過チューブ２０６（又は保護層）に囲繞され、また、透過チューブ２０６は、内側スリーブ２０４と処理チャンバ２０８との間に介在された反射素材２１０を有する処理チャンバ２０８内に配置されている。この例では、反射素材２１０は、チャンバ２０８の内面に配置され、反射面を形成している。流体、例えば、液体又は気体２１２が、処理チャンバ２０８を通過する。一例では、処理チャンバは、少なくとも８０％囲繞されている。

チャンバ２０８は、例えば、水、空気、実験用試薬、血液成分、例えば、赤血球、白血球及び血漿、消費用飲料などを含む、液体又は気体２１２のタイプを保持することができる。それ故、液体又は気体２１２がチャンバ２０８を通過するとき、液体２１２（又は気体）は、液体又は気体２１２（と液体又は気体２１２内のアイテムとの少なくとも一方）を処理するために有用な紫外光子に晒される。ＵＶモニタ２２０が、処理チャンバ２０８中のＵＶ放射のレベルをモニタする。

処理チャンバ２０８は、このチャンバ２０８を通って延びるような紫外透過チューブ２０６を与える入口ポート２１４と出口ポート２１６とを有する。他の例では、入口ポート２１４と出口ポート２１６との役割が逆にされる。入口ポート２１４及び出口ポート２１６は、チャンバ２０８が実質的に囲繞されているように形成されている。例えば、入口ポート２１４と出口ポート２１６との少なくとも一方が、チャンバ２０８の囲いを高めるために、気体と液体との少なくとも一方の流れのためのＬ字状の、コイル状の、又は他の蛇行した流路を利用することができる。囲いをさらに高めるために、流路が、比較的小さな直径に制限されることができるか、反射素材２１０が、光が取り入れられるゾーンを超えた距離まで広げられることができるかの少なくとも一方であることができる。さらに、バッフルのような所定の構造もまた、チャンバの隠されている状態を最適化するように、装置に組み込まれることができる。いくつかの場合には、上述の技術、構造及び装置の数及び組合せが、チャンバの囲いを高めるために使用されることができる。

図９並びに図２ないし図５に示されるチャンバ２０８は、反射素材２１０で覆われているが、いかなるタイプの反射素材２１０又は反射構造体が使用されてもよいことが理解される。例えば、チャンバ２０８の内部を覆っているか裏打ちされていることができる反射素材２１０は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）及び他の同様のプラスチックのような少なくとも１つの物質を含むことができ、また、被覆されたアルミニウム、陽極処理されたアルミニウム、又は研磨されたアルミニウムであることができる。他の例では、反射素材２１０は、拡散又は鏡面反射体のような反射体であることができる。いくつかの形状のタイプの鏡面反射体が、本実施の形態で使用されることができる。多くの例において、反射素材２１０は、高いレベルの反射率を有するべきである。例えば、反射素材２１０の反射率のレベルは、８０パーセントないし１００パーセントの範囲にあることができ、いくつかのアプローチでは、９０パーセントないし１００パーセントである。

反射素材２１０の正確なパーセントの反射率は、装置の特定の必要性に応じて変化しうるが、反射率が高くなるほど、処理チャンバ２０８の効率が高まることが理解されるべきである。例えば、９０パーセントの反射率を備えた物質を有する完全に囲繞されたチャンバは、９９パーセントの反射率を備えた反射素材を有する完全に囲繞されたチャンバと比較して、ターゲットに対して低い線量を有する。例示的なターゲット及び壁がチャンバ中の吸収体のみであることを仮定すると、平均で、光子は、反射素材によって吸収される前の９０パーセント反射性のチャンバよりも９９パーセント反射性のチャンバの１０倍前後反射される。従って、光子は、チャンバが完全に囲繞されたとき、９０パーセント反射性のチャンバよりも９９パーセント反射性のチャンバでターゲットによって１０倍吸収されるであろう。それ故、９９パーセント反射性のチャンバは、９０パーセント反射性のチャンバのターゲットに対して紫外光線量を１０倍伝達する。

同様に、９９パーセント囲繞されたチャンバは、９０パーセント囲繞されたチャンバよりもターゲットに対して高い紫外光線量を伝達する。あまり囲繞されていないチャンバでは、光子は、チャンバの外部に反射され、かくして、ターゲットによって光子が吸収される可能性を減少させる。このように、ターゲット物質に最終的に伝達される紫外光処理の線量は、吸光度と逆の関係にあり、装置の構成要素の反射率及びチャンバの囲み性が吸光度に影響する。

紫外ランプ２０２は、低圧水銀ランプ、媒体圧力水銀ランプ、エクシマランプ、キセノンのフラッシュランプ及び他の完全な混合物、並びにマイクロ波駆動ランプのような、紫外放射を与えるのに有益なタイプであることができる。他の例のランプもまた可能である。一例では、紫外ランプ２０２は、その中の生物的物質の非活性化又は死滅のために、ターゲットに４００ｎｍ未満の少なくとも１つの波長を与える。他の例では、紫外ランプ２０２は、化学化合物の破壊のために、ターゲットに４００ｎｍ未満の少なくとも１つの波長を与える。紫外ランプ２０２は、パワーを受信するためにパワーケーブル２２４に接続されている。さらに、エンドキャップ２２が、ランプ２０２に対して保護を与えるように、ランプ２０２の端部を覆うことができる。さらに、ランプ安定器２０８もまた、例えば、ランプ２０２に対する電流を制限するために与えられる。

さらに、さらなる構造又は反射素材２１０の外部の層が、反射素材２１０を保護するか、圧力を封じ込めるか、又はその両方をするように設けられることができる。さらに、透過チューブ２０６（又は保護層）が、系統圧力を封じ込めることができる。

上述したように、紫外ランプ２０２は、内側スリーブ２０４によって閉じ込められ、技術者が、チャンバ２０８を開くことなく、ランプ２０２を取り替える。内側スリーブ２０４及び紫外透過チューブ２０６は、紫外光をほぼ透過する物質でできていることができる。処理チャンバ２０８の最大効率を達成するために、いくつかのアプローチでは、内側スリーブ２０４及び透過チューブ２０６に使用される物質は、ほぼ１００パーセントの透過率である。１００パーセントの透過率が可能でない場合には、波長３００ｎｍ未満で一般的に８０パーセントよりも高い透過性である石英ガラス（Heraeus Heralux, Momentive 214）、合成水晶（Heraeus Suprasil, Momentive 021及び022）、フッ素添加シリカ（旭硝子ＡＱＸ）及びサファイア（Saphikon EFG sapphire）のような物質が有益である。

この例での反射素材２１０の高い反射率により、紫外光子の大部分が、チャンバ２０８の壁の代わりに、液体又は気体（と液体又は気体２１２内のアイテムとの少なくとも一方）に堆積される。この結果、液体又は気体２１２（と液体又は気体２１２のアイテムの少なくとも一方）は、所定の入力パワーの放射の高い効率の線量を受信する。

システムの他の部分の損失の不足により、液体又は気体２１２（と液体又は気体２１２内のアイテムとの少なくとも一方）によって吸収される光子の数の上限は、例えば、４０パーセントであるステンレス鋼に対して、例えば、１パーセント程度低い、チャンバ２０８の壁の物質の損失の比にほぼ等しいファクタで掛けられる。ＵＶ線量の正確な増加は、紫外ランプ２０２及び液体又は気体２１２を含む体積への貫通孔の数及びサイズ、反射素材２１０の表面の他の亀裂のようなさまざまなファクタによって影響される。例えば、ステンレス鋼チャンバである従来の半反射性のチャンバに対する線量の全体的な増加は、著しい。

上述のように、高透過性の液体を使用したとき、高められた流束量が、よりよい反射体又は反射面により達成されることができる。この場合には、例えば、８０％よりも大きい、液体を囲繞している実質的な表面積は、高反射性である。

他の例では、高められた均一性及び高められた流束量が達成される。液体の透過率が実質的に高ければ、均一性が増加されることができ、高められた流束量と同じくらい性能に影響を与える。

上に記載された高められた線量は、半反射性のチャンバの壁を備えたシステムと比較すると、チャンバの中の至るところの線量の均一性の卓越した増加によって達成される。通常、高い流束量に関して、均一な減少が予期されるが、ターゲットの気体又は液体内以外の光子の損失を最小にする効果は、ターゲット内のこれら光子のより均一な堆積を生じることである。この効果は、本質的に、配置とは独立しており、主に、チャンバの壁又は囲いの全体の反射率、及び含まれる構成要素の透過率によって決まる。

上の理由とは異なる理由により生じる個々の均一性を高める効果は、このチャンバの所定の条件の下で生じる。この効果は、チャンバの配置によって決まる。これはまた、液体又は液体２１２の所定の透過率の範囲にわたってのみ重要である。液体又は気体２１２の透過性が光源からチャンバの壁までの距離にわたって９０ないし９５％（５ないし１０％の減衰）を超えたならば、上に記載された効果は、チャンバ中の流束量の卓越した均一性を生じ、以下に記載される影響は無視できる。透過率が光源からチャンバの壁までの距離にわたって５ないし１０％未満（９０ないし９５％の減衰）であれば、非常にわずかな量の光がチャンバの壁に到達し、再び、以下に記載される影響は無視できる。液体又は気体２１２の透過率の範囲に関して、減衰は、通常５％ないし９５％であり、以下に記載される効果は、ターゲットへのより均一な流束量を与える際に重要である。

さらに、本アプローチによって与えられる紫外放射照度は、さまざまな範囲にあることができる。一例では、液体に衝突する紫外放射照度は、約０．０１Ｗ／ｃｍ^２ないし約２０Ｗ／ｃｍ^２の範囲にあることができる。他の例の範囲もまた可能である。

図６ないし図８を参照すると、いくつかの光吸収特性がここに記載される。吸収媒体を透過した光の強度は、ベールの法則によって決定される。
Ｉ＝Ｉ_０ｅ^−αｘ
ここで、Ｉ_０は初期強度であり、ｘは吸収媒体を通って移動された距離であり、ｅは自然対数の底（ｅ＝２．７１８２８２）であり、αは媒体の特性によって決定される減衰定数である。媒体及びその寸法は、光のかなりの部分のみが媒体を透過した後に吸収され、そして、図６ないし図８に示される効果を受けるように設定される。

図１０は、本発明の他の代わりの実施の形態に従う、ＵＶ透過チューブ２０６の外面に配置された反射素材２１０を有する処理システムを示す概略図である。図１０並びに図２ないし図５に示される同様の構成要素では、液体又は気体の紫外（ＵＶ）処理のためのシステムの他の代わりの例が説明される。このシステムは、内側スリーブ２０４内に入れられたランプ２０２を有する。内側スリーブ２０４は、それ自体、透過チューブ２０６（又は保護層）に囲繞され、また、透過チューブ２０６は、内側スリーブ２０４と処理チャンバ２０８との間に介在された反射素材２１０を有する処理チャンバ２０８内に配置されている。この例では、反射素材２１０は、チャンバ２０８の内面に配置され、反射面を形成している。代わって、反射素材２１０は、透過チューブ２０６に取り付けられることができるか、反射素材２１０が、独立構造体であることができる。反射素材２１０の他の配置及び形態も可能である。液体又は気体２１２は、透過チューブ２０６を通過する。一例では、処理チャンバは、少なくとも８０％囲繞されている。

透過チューブ２０６は、紫外ランプ２０２によって与えられる紫外光に晒されるところでチャンバ２０８を通って延びている。チューブ２０６は、例えば、水、空気、実験用試薬、血液成分、例えば、赤血球、白血球及び血漿、消費用飲料などを含む、液体又は気体２１２のタイプを保持することができる。それ故、液体又は気体２１２が紫外透過チューブ２０６を通過するとき、液体２１２（又は気体）は、液体又は気体２１２（と液体又は気体２１２内のアイテムとの少なくとも一方）を処理するために有用な紫外光子に晒される。ＵＶモニタ２２０が、処理チャンバ２０８中のＵＶ放射のレベルをモニタする。

処理チャンバ２０８は、チャンバ２０８を通って延びるような紫外透過チューブ２０６を与える入口ポート２１４と出口ポート２１６とを有する。他の例では、入口ポート２１４と出口ポート２１６との役割が逆にされる。入口ポート２１４及び出口ポート２１６は、チャンバ２０８が実質的に囲繞されているように形成されている。例えば、入口ポート２１４と出口ポート２１６との少なくとも一方が、チャンバ２０８の囲いを高めるために、気体と液体との少なくとも一方の流れのためのＬ字状の、コイル状の、又は他の蛇行した流路を利用することができる。囲いをさらに高めるために、流路は、比較的小さな直径に制限されることができるか、反射素材２１０が、光が取り入れられるゾーンを超えた距離まで広げられることができるかの少なくとも一方であることができる。さらに、バッフルのような所定の構造もまた、チャンバの隠されている状態を最適化するように、装置に組み込まれることができる。いくつかの場合には、上述の技術、構造及び装置の数及び組合せが、チャンバの囲いを高めるために使用されることができる。

図２ないし図５に示されるチャンバ２０８は、反射素材２１０で覆われているが、いかなるタイプの反射素材２１０又は反射構造体が使用されてもよいことが理解される。例えば、チャンバ２０８の内部を覆っているか裏打ちされていることができる反射素材２１０は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）及び他の同様のプラスチックのような少なくとも１つの物質を含むことができ、また、被覆されたアルミニウム、陽極処理されたアルミニウム、又は研磨されたアルミニウムであることができる。他の例では、反射素材２１０は、拡散又は鏡面反射体のような反射体であることができる。いくつかの形状のタイプの鏡面反射体が、本実施の形態で使用されることができる。多くの例において、反射素材２１０は、高いレベルの反射率を有するべきである。例えば、反射素材２１０の反射率のレベルは、８０パーセントないし１００パーセントの範囲にあることができ、いくつかのアプローチでは、９０パーセントないし１００パーセントである。

反射素材２１０の正確なパーセントの反射率は、装置の特定の必要性に応じて変化しうるが、反射率が高くなるほど、処理チャンバ２０８の効率が高まることが理解されるべきである。例えば、９０パーセントの反射率を備えた物質を有する完全に囲繞されたチャンバは、９９パーセントの反射率を備えた反射素材を有する完全に囲繞されたチャンバと比較して、ターゲットに対して低い線量を有する。例示的なターゲット及び壁がチャンバ中の吸収体のみであることを仮定すると、平均で、光子は、反射素材によって吸収される前の９０パーセント反射性のチャンバよりも９９パーセント反射性のチャンバで１０倍前後反射される。従って、光子は、チャンバが完全に囲繞されたとき、９０パーセント反射性のチャンバよりも９９パーセント反射性のチャンバでターゲットによって１０倍吸収される。それ故、９９パーセント反射性のチャンバは、９０パーセント反射性のチャンバよりもターゲットに対して紫外光線量を１０倍伝達する。

同様に、９９パーセント囲繞されたチャンバは、９０パーセント囲繞されたチャンバよりもターゲットに対して高い紫外光線量を伝達する。あまり囲繞されていないチャンバでは、光子は、チャンバの外部に反射され、かくして、ターゲットによって光子が吸収される可能性を減少させる。このように、ターゲット物質に最終的に伝達される紫外光処理の線量は、吸光度と逆の関係にあり、装置の構成要素の反射率及びチャンバの囲み性が吸光度に影響する。

紫外ランプ２０２は、低圧水銀ランプ、媒体圧力水銀ランプ、エクシマランプ、キセノンのフラッシュランプ及び他の完全な混合物、並びにマイクロ波駆動ランプのような、紫外放射を与えるのに有益なタイプであることができる。他の例のランプもまた可能である。一例では、紫外ランプ２０２は、その中の生物的物質の非活性化又は死滅のために、ターゲットに４００ｎｍ未満の少なくとも１つの波長を与える。他の例では、紫外ランプ２０２は、化学化合物の破壊のために、ターゲットに４００ｎｍ未満の少なくとも１つの波長を与える。紫外ランプ２０２は、パワーを受信するためにパワーケーブル２２４に接続されている。さらに、エンドキャップ２２が、ランプ２０２に対して保護を与えるように、ランプ２０２の端部を覆うことができる。さらに、ランプ安定器２０８もまた、例えば、ランプ２０２に対する電流を制限するために与えられる。

さらに、さらなる構造体又は反射素材２１０の外部の層が、反射素材２１０を保護するか、圧力を封じ込めるか、又はその両方をするように設けられることができる。さらに、透過チューブ２０６（又は保護層）が、系統圧力を封じ込めることができる。

上述したように、紫外ランプ２０２は、内側スリーブ２０４によって閉じ込められ、技術者が、チャンバ２０８を開くことなく、ランプ２０２を取り替える。内側スリーブ２０４及び紫外透過チューブ２０６は、紫外光をほぼ透過する物質でできていることができる。処理チャンバ２０８の最大効率を達成するために、いくつかのアプローチでは、内側スリーブ２０４及び透過チューブ２０６に使用される物質は、ほぼ１００パーセントの透過率である。１００パーセントの透過率が可能でない場合には、波長３００ｎｍ未満で一般的に８０パーセントよりも高い透過性である石英ガラス（Heraeus Heralux, Momentive 214）、合成水晶（Heraeus Suprasil, Momentive 021及び022）、フッ素添加シリカ（旭硝子ＡＱＸ）及びサファイア（Saphikon EFG sapphire）のような物質が有益である。

この例での反射素材２１０の高い反射率により、紫外光子の大部分が、チャンバ２０８の壁の代わりに、液体又は気体（と液体又は気体２１２内のアイテムとの少なくとも一方）に堆積される。この結果、液体又は気体２１２（と液体又は気体２１２のアイテムの少なくとも一方）は、所定の入力パワーの放射の高い効率の線量を受信する。

システムの他の部分の損失の不足により、液体又は気体２１２（と液体又は気体２１２内のアイテムとの少なくとも一方）によって吸収される光子の上限は、例えば、４０パーセントであるステンレス鋼に対して、例えば、１パーセント程度低い、チャンバ２０８の壁の物質の損失の比にほぼ等しいファクタで掛けられる。ＵＶ線量の正確な増加は、紫外ランプ２０２及び液体又は気体２１２を含む体積への貫通孔の数及びサイズ、反射素材２１０の表面の亀裂のようなさまざまなファクタによって影響される。例えば、ステンレス鋼チャンバである従来の半反射性のチャンバに対する線量の全体的な増加は、著しい。

上述のように、高透過性の液体を使用したとき、高められた流束量が、よりよい反射体又は反射面により達成されることができる。この場合には、例えば、８０％よりも大きい、液体を囲繞している実質的な表面積は、高反射性である。

他の例では、高められた均一性及び高められた流束量が達成される。液体の透過率が実質的に高ければ、均一性が増加されることができ、高められた流束量と同じくらい性能に影響を与える。

上に記載された高められた線量は、半反射性のチャンバの壁を備えたシステムと比較すると、チャンバの中の至るところの線量の均一性の卓越した増加によって達成される。通常、高い流束量に関して、均一な減少が予期されるが、ターゲットの気体又は液体内以外の光子の損失を最小にする効果は、ターゲット内のこれら光子のより均一な堆積を生じることである。この効果は、本質的に、配置とは独立しており、主に、チャンバの壁又は囲いの全体の反射率、及び含まれる構成要素の透過率によって決まる。

上の理由とは異なる理由により生じる個々の均一性を高める効果は、このチャンバの所定の条件の下で生じる。この効果は、チャンバの配置によって決まる。これはまた、液体又は液体２１２の所定の透過率の範囲にわたってのみ重要である。液体又は気体２１２の透過性が光源からチャンバの壁までの距離にわたって９０ないし９５％（５ないし１０％の減衰）を超えたならば、上に記載された効果は、チャンバ中の流束量の卓越した均一性を生じ、以下に記載される影響は無視できる。透過率が光源からチャンバの壁までの距離にわたって５ないし１０％未満（９０ないし９５％の減衰）であれば、非常にわずかな量の光が、チャンバの壁に到達し、再び、以下に記載される影響は無視できる。液体又は気体２１２の透過率の範囲に関して、減衰は、通常５％ないし９５％であり、以下に記載される効果は、ターゲットへのより均一な流束量を与える際に重要である。

さらに、本アプローチによって与えられる紫外放射照度は、さまざまな範囲にあることができる。一例では、液体に衝突する紫外放射照度は、約０．０１Ｗ／ｃｍ^２ないし約２０Ｗ／ｃｍ^２の範囲にあることができる。他の例の範囲もまた可能である。

図１０に関連して図６ないし図８を参照すると、いくつかの光吸収特性がここに記載される。吸収媒体を透過した光の強度は、ベールの法則によって決定される。
Ｉ＝Ｉ_０ｅ^−αｘ
ここで、Ｉ_０は初期強度であり、ｘは吸収媒体を通って移動された距離であり、ｅは自然対数の底（ｅ＝２．７１８２８２）であり、αは媒体の特性によって決定される減衰定数である。媒体及びその寸法は、光のかなりの部分のみが媒体を透過した後に吸収され、そして、図６ないし図８に示される効果を受けるように設定される。

さらに、本特許請求の範囲により包含されるような、本発明により解決される各々の及びあらゆる問題に対処するための装置又は方法は必要ない。さらに、本開示の要素、構成要素又は方法の工程は、要素、構成要素又は方法の工程が特許請求の範囲に明確に規定されているかどうかにかかわらず、公衆に明らかにされることが意図されている。しかし、形態、材質及び製造材質のさまざまな変化及び変更が、添付の特許請求の範囲に規定されるような本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、当業者により容易になされることができる。ここでは、要素が「〜のための手段」との用語を使用して明確に規定されない限り、合衆国法典第３５巻１１２条第６段落の規定の下のミーンズクレームを構成していない。

本発明は、産業上、紫外光を使用した流体の処理に適用する。特に、本発明は、産業上、紫外光を使用した流体の処理に適用する。さらに、特に、本発明は、産業上、微生物を不活性にするために紫外光を使用した流体の処理に適用する。

Claims (25)

1. 少なくとも１つの内面を有するチャンバであって、このチャンバを通って流体を通過させるように構成されたチャンバと、
   前記チャンバ内に配置された紫外ランプと、
   前記紫外ランプを少なくとも８０パーセント包囲している反射面とを具備し、
   前記反射面は、前記紫外ランプによって放出された光の少なくとも一部を反射するように構成され、
   前記反射面は、少なくとも８０パーセント反射性である、液体の処理のための装置。
2. 紫外透過チューブをさらに具備し、
   前記紫外透過チューブは、前記チャンバ内に配置され、前記紫外透過チューブを通って前記流体を通過させるように構成されている請求項１の装置。
3. 前記紫外ランプからの第１の光及び前記反射面から反射された第２の光及び次の光の合流は、前記流体の体積内に生じる卓越したほぼ均一な光の分布を生成する請求項１の装置。
4. 前記流体は、高透過性であり、高められた流束量が、前記流体に達成される請求項３の装置。
5. 前記反射面は、前記チャンバの前記少なくとも１つの内面に裏打ちされるように配置されている請求項１の装置。
6. 前記反射面は、前記チャンバの前記少なくとも１つの内面を反射素材で覆うことによって配置されている請求項１の装置。
7. 前記反射面は、前記紫外透過チューブの少なくとも１つの外面を反射素材で覆うことによって配置されている請求項２の装置。
8. 前記紫外ランプは、前記紫外透過チューブ内で透過性の保護スリーブ内に配置されている請求項２の装置。
9. 前記反射面は、本質的に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、延伸ポリテトラフルルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）、被覆されたアルミニウム、陽極処理されたアルミニウム、研磨されたアルミニウムからなるグループから選択された少なくとも１つの物質を含む反射素材を有する請求項１の装置。
10. 前記反射面は、接着剤と反射性の添加剤との混合物を含む反射素材を有する請求項１の装置。
11. 前記反射性の添加剤は、本質的に、硫酸バリウム、フッ化マグネシウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ホルミウム、酸化カルシウム、酸化ランタン、酸化ゲルマニウム、酸化テルル、酸化ユーロピウム、酸化エルビウム、酸化ネオジム、酸化サマリウム、酸化イッテルビウム及び酸化ジルコニウムからなるグループから選択された少なくとも１つの物質を含む請求項１０の装置。
12. 入口ポートと出口ポートとをさらに具備し、
    前記紫外透過チューブは、前記チャンバに出入りする請求項２の装置。
13. 前記流体に衝突する紫外放射照度は、約０．１Ｗ／ｃｍ^２ないし約２０Ｗ／ｃｍ^２の範囲にある請求項１の装置。
14. 少なくとも１つの内面を有するチャンバであって、このチャンバは、少なくとも８０％囲繞され、また、このチャンバは、このチャンバを通って流体を通過させるように構成された、チャンバと、
    前記チャンバ内に配置された透過性の保護スリーブ内に配置された紫外ランプと、
    前記紫外ランプを少なくとも８０パーセント包囲している反射面とを具備し、
    前記反射面は、前記紫外ランプによって放出された光の少なくとも一部を反射するように構成され、
    前記反射面は、少なくとも８０パーセント反射性であり、
    前記紫外ランプからの前記第１の光及び前記反射面から反射された第２の光及び次の光の合流が、前記流体の体積内に生じるほぼ均一な光の分布を生成する、液体の処理のための装置。
15. 前記チャンバ内に配置された紫外透過チューブをさらに具備し、
    前記紫外透過チューブは、この紫外透過チューブを通って前記流体を通過させるように構成されている請求項１４の装置。
16. 前記液体の透過率は、その減衰が、約５パーセントないし約９５パーセントの範囲にあるように設定されている請求項１４の装置。
17. 前記反射面は、前記チャンバの前記少なくとも１つの内面を裏打ちするように配置されている請求項１４の装置。
18. 前記反射面は、前記紫外透過チューブの少なくとも１つの外面を反射素材で覆うことによって配置されている請求項１５の装置。
19. 前記反射面は、前記チャンバの少なくとも１つの内面を反射素材で覆うことによって配置されている請求項１５の装置。
20. 前記紫外ランプは、前記紫外透過チューブ内で保護スリーブ内に配置されている請求項１５の装置。
21. 前記反射面は、本質的に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、延伸ポリテトラフルルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）、被覆されたアルミニウム、陽極処理されたアルミニウム、研磨されたアルミニウムからなるグループから選択された少なくとも１つの物質を含む反射素材を有する請求項１４の装置。
22. 前記反射素材は、接着剤と反射性の添加剤との混合物を含む請求項１４の装置。
23. 前記反射性の添加剤は、硫酸バリウム、フッ化マグネシウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ホルミウム、酸化カルシウム、酸化ランタン、酸化ゲルマニウム、酸化テルル、酸化ユーロピウム、酸化エルビウム、酸化ネオジム、酸化サマリウム、酸化イッテルビウム及び酸化ジルコニウムからなるグループから選択された少なくとも１つの物質を含む請求項２２の装置。
24. 入口ポートと出口ポートとをさらに具備し、
    前記紫外透過チューブが前記チャンバを出入りする請求項１５の装置。
25. 前記流体に衝突する紫外放射照度は、約０．０１Ｗ／ｃｍ^２ないし約２０Ｗ／ｃｍ^２の範囲にある請求項１４の装置。

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