JP6085477B2 - 検出装置及び検出方法 - Google Patents

Description

この出願は、液体の質を検出するための装置及び方法に関し、詳細には、紫外線を利用する検出装置及び浄化装置に関する。

既存の技術によれば、紫外線は、検出／浄化／殺菌装置において広く用いられている。これらの装置において、水又は任意の他の液体を通過するＵＶ光の強度は、装置の反応器壁で検出され、ＵＶランプにより生成されたＵＶ光の既知の強度と比較される。ＵＶ光の強度を検出するために、一般に電子ＵＶセンサ及び適切な電源装置、特に外部電源が必要である。しかしながら、ＵＶセンサ及び電源装置は、使用及びメンテナンスに関して高価で不便である。

現在のＵＶセンサシステムの欠点を軽減、克服する必要がある。

本発明の一の目的は、ＵＶ光の強度を検出するためのＵＶセンサを使用しない検出装置を提供することにある。この装置は、任意の液体の検出／浄化／殺菌装置において用いられ得る。

本発明の他の目的は、可視光の色により対象とする液体の質を簡単に示すための装置及び方法を提供することにある。

本発明の一実施形態によれば、液体の質を検出するための装置が提供される。本装置は、受信した第１の紫外線を、紫外線光源により放射された第１の可視光に変換し、液体を横断するための第１の材料でコーティングされる、第１の検出窓を有し、当該装置は、更に、第３の可視光を生成するために前記第１の可視光を第２の可視光と混合する。

本発明の基本的な思想は、液体中のＵＶ光の伝達に対する液体の質の影響を利用し、可視光によりその影響を示すことにある。これは、ＵＶ光が吸収又はブロックされるかどうかを決定し、それ故に第１の検出窓に達するＵＶ光の強度に影響を与え、これにより、生成された第１の可視光の強度にも影響を与える、液体の質であり、例えば、水中の複合物、汚染物質及び微生物である。第１の可視光は、第３の可視光を生成するために、強度が一般的に液体の質とは実質的に無関係である第２の可視光と混合される。第２の可視光に対する第１の可視光の割合は、液体の質に依存して変化するので、第３の可視光の色が変化し、液体の質を示すために用いられ得る。

オプション的に、第２の可視光は、紫外線光源により放射され、第１のＵＶ光と実質的に同一の経路に沿って液体を横断してもよい。第２の可視光は、その強度が液体の質とは実質的に無関係になるように選択され得る。これは、追加の光源及び対応する電源装置をもつ必要性を取り除くという利点を与える。

他の実施形態において、紫外線光源は、紫外線ランプと、このＵＶランプにより生成されたＵＶ光を第２の可視光に変換するための第３の材料を有するコーティングとを有する。これは、第２の可視光の選択及び生成をより容易にするだろう。第１及び第２の可視光をより均一に混合し、ユーザが把握する方向に関係なく第３の可視光を示すために、一実施形態において、拡散体は、２つの光が良好に混合され得るとともにユーザがこの装置を見る角度に関係なく第３の可視光の同一の色を把握するように、同一の方向又は同一範囲の方向に沿って第１及び第２の可視光を拡散するために、当該装置に更に設けられる。

第３の可視光と液体の質との関連付けを容易にするために、一実施形態において、色参照インジケータが、第３の可視光の異なる色と液体の質との間のマッピングを示すために与えられる。それ故、第３の可視光を把握すると、ユーザは、液体の質を容易に理解することができる。

一実施形態において、第１の検出窓に加えて、本装置は、受信した第２のＵＶ光を第２の可視光に変換するための第２の材料でコーティングされた第２の検出窓を更に有し、第２のＵＶ光は、ＵＶ光源により放射され、第１のＵＶ光とは異なる経路に沿って液体を横断する。この実施形態において、第１及び第２の可視光の双方は、反応器壁で又はその近くで生成される。異なる経路、詳細にはこれらの経路の異なる長さにより、２つのＵＶ光の強度が異なり、これは、第１及び第２の可視光の異なる強度を更に引き起こす。従って、第３の可視光の色を変えることができる。

検出窓を横断するとともに材料により吸収されないＵＶ光の結果としてのユーザの目への害を回避するために、一実施形態において、ＵＶ遮断体が、当該装置を横断するＵＶ光をブロックするために設けられる。

幾つかの実施形態において、前述された装置を含む、検出、浄化及び殺菌装置が提供される。

本発明のこれらの及び他の態様は、後述される図面と組み合わせて後述される実施形態から明らかになり、これの実施形態を参照して説明されるだろう。

本発明の前記の及び他の態様及び特徴は、添付図面と組み合わせて考慮される以下の詳細な説明からより明らかになるだろう。

本発明の一実施形態による、ＵＶ光源を一緒に備えた検出装置を示す。 本発明の一実施形態による、第３の可視光を生成するための、第１及び第２の可視光の混合を示す。 本発明の一実施形態による、第３の可視光を生成するための、第１及び第２の可視光の混合を示す。 本発明の一実施形態による、ＵＶ光及び可視光を生成するＵＶ光源を示す。 本発明の実施形態による、検出装置を示す。 本発明の一実施形態による、拡散機能をもたない水浄化装置を示す。 本発明の一実施形態による、ナノスケール蛍光体粒子を拡散体として用いた水浄化装置を示す。 本発明の実施形態による、ＵＶ光源を一緒に備えた検出装置を示す。 本発明の一実施形態による、水の質を検出する方法を示す。

同一又は類似の参照符号は、図中の同一又は類似の部分を示すために用いられる。

前に説明したように、質検出、浄化及び殺菌装置を含む既存の水処理装置は、ＵＶ光を使用し、水質を解析するために、ＵＶセンサにより受信したＵＶ光の強度を、ＵＶランプにより生成されたＵＶ光の強度と比較する。ＵＶセンサは、一般に、高価であり、エージング、ごみ及び汚染物質に対して脆弱であり、適宜交換される必要がある。追加の電源が、ＵＶセンサ及び他の部品に電力を供給するために必要であり、電源を含む電源装置の維持及び交換は、高価で不便である。

前述した欠点の幾つかを軽減するために、本発明は、ＵＶ光の強度を検知するためにＵＶセンサを使用しない。代わりに、本発明は、ＵＶ光の吸収に対する水質の影響を利用し、この影響を可視的な態様で示す。

図１の実施形態で示されるように、検出装置１１０及びＵＶ光源１３０が示される。検出装置１１０は、検出窓１１２及びコーティング層１１４を有する。コーティング層１１４は、ＵＶ光により励起されるときに可視光を生成可能である。例えば、コーティング層１１４は、ＵＶ光が当てられるときに黄色光を生成するための蛍光体で作られ得るか又はこの蛍光体を有し得る。当業者は、他の種類の蛍光体又は材料が同一の目的のために選択され得ることを理解すべきである。コーティング層１１４は、検出窓１１２の表面に塗布され得る。当業者は、検出窓１１２及びコーティング層１１４の構成が実際の実装に依存して変わり得ることを理解すべきである。例えば、これは、検出窓１１２内に層１１４を組み込むというオプションでもあり、又は、層１１４の第１の材料が、検出窓１１２内において分散されてもよい。要点は、ＵＶ光が窓及び第１の材料に当たったときに第１の可視光が生成され、第１の可視光の強度が、ＵＶ光の強度に依存することである。ＵＶ光源１３０は、ＵＶ光を生成するように構成され、このＵＶ光は、液体を横断し、第１のＵＶ光１４０として検出装置１１０に達する。第１のＵＶ光１４０の強度は、例えば複合物、汚染物質及び微生物により決定される液体の質により変化し得る。換言すると、液体のＵＶ吸収は、第１のＵＶ光１４０の強度に影響を与える。検出装置では、第１のＵＶ光１４０は、結果として第１の可視光１５０を生成するコーティング層１１４の第１の材料を励起する。第２の可視光１６０が受信され、第３の可視光１７０を生成するために、検出装置１１０により、第１の可視光１５０と混合され得る。第２の可視光１６０に対する第１の可視光１５０の割合は、第３の可視光１７０の色を決定する。換言すると、第１及び第２の可視光の異なる強度は、第３の可視光が異なる色を有することをもたらす。そして、液体の質は、第３の可視光１７０の色により把握され得る。

一実施形態において、第２の可視光１６０は、ＵＶ光源１３０により生成され、その強度は事前に知られている。通常、第２の可視光１６０の強度は、特に同一経路に沿って横断するＵＶ光１４０の強度の変化との比較において、液体の複合物、汚染物質及び／又は微生物にあまり影響を受けない。図１ｂ及び図１ｃは、第３の可視光を生成するために第１及び第２の可視光を混合する実施形態を示している。４つの点（Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤ）は、異なる水質を表すために更に用いられ得る、第３の可視光の４つの異なる色を表す。（Ｕ´，Ｖ´）は、座標を表し、ＵＶ２５４は、ＵＶ光が２５４ｎｍの波長で液体中を伝達したときの吸収を表し、Ｉ_ＵＶは、検出装置に達するＵＶ光の規格化された強度を表し、Ｇは、第１の材料により生成された第１の可視光（緑色光）の強度を表し、第２の可視光は、赤色光（Ｒ）及び青色光（Ｂ）を有する。異なる強度の第１の可視光及び第２の可視光が混合されたときには、第３の可視光は、例えば"カラーバー"の列において示されるように、色により表され得る。当業者は、第２の可視光が、単一の色又は波長をもつ光であってもよく、２又はそれ以上の光の混合であってもよいことを理解すべきである。また、当業者は、第２の可視光を生成することに加えて、幾つかのＵＶランプが予め知られた強度をもつ第１の可視光を生成してもよいことを理解すべきである。例えば、幾つかのＵＶランプが緑色光を生成してもよく、これは、水を横断し、第１の材料により生成された緑色光と混合するだろう。換言すると、図１ｃにおいて示された緑色光の値は、ＵＶ光源により生成された緑色光と、第１の材料により生成された緑色光との混合である。しかしながら、ＵＶランプ自体により生成された緑色光の強度は、水を横断した後に、異なる水質によっては大きな影響を受けないだろう。それ故、第３の可視光の変化の主要な寄与は、ＵＶランプにより生成された実質的に一定の緑色光ではなく、第１の材料により生成された緑色光によってもたらされる。

図２に示された実施形態において、示されたＵＶ光源２３０は、ＵＶ光を生成可能なＵＶランプ２３２を有し、ＵＶランプ２３２又はその一部は、第２の可視光１６０を生成可能な第３の材料２３４でコーティングされている。ＵＶ光の部分は、第３の材料２３４を横断し、液体を突き抜け得る。この実施形態は、第２の可視光の色を選択し、適切な第３の材料を選択することにより第２の可視光の強度を決定することについて、大きな自由度の利点を与える。例えば、第３の材料は、青色光又は赤色光を生成するように選択され得る。当業者は、第３の材料２３４によりカバーされたエリアが、異なる要件に依存して変化し得る。例えば、ＵＶランプ２３２全体、又は、検出装置に向かってＵＶランプ２３２の横側若しくは第３の材料の量を削減するための小さなエリアがカバーされ得る。第３の材料は、蛍光体から作られてもよく、オプション的に、防水装置が、蛍光体から水を保護するように配置され得る。

第３の可視光の異なる色の意義を理解するのを容易にするために、一実施形態において、色参照インジケータ３１６は、図３に示された実施形態において与えられる。カラーバーコード、カラーリング、カラーマトリックスの形状であり得る色参照インジケータ３１６は、異なる色と異なる液体の質との間のマッピングを示す。従って、ユーザは、第３の可視光の色を色参照インジケータにマッピングすることにより、水質を容易に決定することができる。

検出窓において第１の材料により生成された第１の可視光１５０は、結果として２つの可視光が不均一に混合され得る幾つかの方向から検出窓に達する第２の可視光１６０とは異なる伝達方向を有し、これは、検出窓の後方の異なる角度から見たときに、異なるように把握される第３の可視光１７０の色をもたらし得る。この問題を対処するために、図３で示された実施形態において、拡散体３１８が、検出窓３１２及び第１の材料から作られたコーティング層３１４の後方に配置され、実質的に同一の伝達方向において第１及び第２の可視光をより均一に拡散するように構成される。この利点により、２つの可視光が良好に混合され、異なる視角から把握される異なる色はごくわずかになる。他の実施形態において、第１の材料は、ナノスケール蛍光体粒子から作られ、これは、第２の可視光を拡散するという第２の機能をもち得る。この場合において、別個の拡散層は必要なく、拡散体３１８は、実際には、コーティング層において一体化される。ＵＶ光の部分が検出窓及び／又は拡散体を横断する場合に人の目をさらに保護するために、ＵＶ遮断体３２０が、人の目への害を回避するためにＵＶ光をブロックするために設けられる。ＵＶ遮断体３２０は、検出窓３１２と拡散体３１８との間に配置され得るか、又は、検出窓３１２及び拡散体３１８の後方に配置され得る。

図４ａは、第２の可視光が拡散されない実施形態を示しており、第１の材料、例えば蛍光体４１４により生成された第１の可視光１５０が、広範囲の伝達方向をもつ一方で、第２の可視光１６０が、非常に狭い範囲の伝達方向をもつ。これは、２つの可視光が均一に混合されないことをもたらし、それ故、第３の可視光は、異なる視角で異なる色を示す。

図４ｂは、ナノスケール蛍光体粒子が第２の可視光を拡散するために用いられる実施形態を示している。ナノスケール蛍光体４１６は、第１の可視光を生成するだけでなく、第２の光を拡散し、従って、２つの可視光は、より均一に混合される。これは、追加の拡散層が分配され得るという追加の利点を与えるだろう。

前述された実施形態において、第１のＵＶ光及び第２の可視光は、実質的に同一の伝達経路を辿る。これは、本発明の本質的な特徴ではない。

図５は、他の実施形態を示しており、第１の可視光５５０だけが検出装置５１０により生成されるのはなく、第２の可視光５６０も検出装置５１０により生成される。水質検出／浄化／殺菌装置５００において、ＵＶ光源５３０は、液体を通り抜けるＵＶ光を生成する。検出装置５１０は、第１の材料５１３でコーティングされた第１の検出窓５１２だけでなく、第２の材料５１５でコーティングされた第２の検出窓５１４も有する。当業者は、第１／第２の材料及び第１／第２の検出窓の配置が特定の実装に依存してフレキシブルであることを理解すべきである。２つの異なる検出窓５１２及び５１４は、異なる経路に沿って伝達される異なるＵＶ光を受信するために２つの異なる角度で配置される。特に、２つの異なる経路は異なる長さを有し、従って、ＵＶ光５４２及び５４４は、検出装置５１０に達したときに異なる強度をもつ。２つの材料は、受信したＵＶ光により励起されたときに異なる可視光を生成するように異なる。例えば、第１の材料は、黄色光を生成可能である一方で、第２の材料は、青色光を生成可能である。そして、黄色光及び青色光は、第３の緑色光を生成するために、検出装置５１０により混合される。第３の緑色光の色は、ＵＶ光の強度により順次決定される、黄色光及び青色光の強度により決定される。ＵＶ光の強度は、液体の質により影響を受ける。２つのＵＶ光の異なる伝達経路により、液体の質は、２つのＵＶ光の強度に対して異なる影響をもつ。色参照インジケータ５１６、拡散体５１８及びＵＶ遮断体５２０はオプションである。

図６は、液体の質を検出する方法６００を示している。方法６００は、ＵＶ光源から放射され、液体を横断する第１のＵＶ光を受信するステップ６１０と、第１のＵＶ光により励起された第１の材料により第１の可視光を生成するステップ６２０と、第３の可視光を生成するために第１及び第２の可視光を混合するステップ６３０とを有する。第３の可視光の異なる色は、異なる液体の質を表す。方法６００は、ＵＶ光により励起された第３の材料により第２の可視光を生成するステップ６２２と、第１及び第２の可視光の混合が主要方向に沿って伝達されることをもたらす拡散体により、第１及び第２の可視光を混合するオプションステップ６３２とをオプション的に有する。方法６００は、液体の質を決定するように第３の可視光の色を色参照インジケータと比較するステップ６４０を更に有する。

当業者は、本発明が前述された各実施形態によってのみ表されるものではなく、これらの実施形態の技術的特徴が代替実施形態を生成するために組み合わせられ得ることを理解すべきである。

前述された実施形態は、本発明を限定するよりむしろ例示であり、当業者は、特許請求の範囲から逸脱することなく、代替実施形態を設計することが可能であることが留意されるべきである。請求項において、括弧内の任意の参照符号は、請求項を限定するものとして考慮されるべきではない。"有する"という用語は、請求項又は詳細な説明に記載されていない要素又はステップの存在を除外するものではない。要素の単数表記は、斯様な要素の複数の存在を除外するものではない。第１、第２及び第３等の用語の使用は、任意の順序を示すものではない。これらの用語は名前と解釈されるべきである。

Claims (14)

1. 水質を可視光の色により示すための装置であって、
   当該装置は、受信した第１の紫外線を第１の可視光に変換するための第１の材料でコーティングされた第１の検出窓を有し、
   前記第１の紫外線は、紫外線光源から放射されて液体を横断したものであり、
   当該装置は、更に、前記紫外線光源から放射される第２の可視光を受信し、第３の可視光を生成するために前記第１の可視光を前記第２の可視光と混合し、
   前記第３の可視光の色は、前記第１の可視光の強度と前記第２の可視光の強度とにより決定され、液体のＵＶ吸収を示すために用いられる、装置。
2. 前記第２の可視光は、前記第１の紫外線と同一の経路に沿って液体を横断する、請求項１に記載の装置。
3. 前記紫外線光源は、紫外線ランプと、前記紫外線ランプにより生成された紫外線の部分を前記第２の可視光に変換するための第３の材料を有する、前記紫外線ランプ上のコーティングとを有する、請求項２に記載の装置。
4. 同一の方向に沿って出力された前記第１の可視光及び前記第２の可視光を拡散するように構成された拡散体を更に有する、請求項１に記載の装置。
5. 前記第１の材料は、前記第２の可視光を拡散するためのナノスケール蛍光体粒子から作られる、請求項１に記載の装置。
6. 水質を可視光の色により示すための装置であって、
   当該装置は、
   受信した第１の紫外線を第１の可視光に変換するための第１の材料でコーティングされた第１の検出窓と、
   受信した第２の紫外線を第２の可視光に変換するための第２の材料でコーティングされた第２の検出窓とを有し、
   前記第１の紫外線は、紫外線光源から放射されて液体を横断したものであり、
   前記第２の紫外線は、前記紫外線光源から放射され、前記第１の紫外線とは異なる経路に沿って液体を横断したものであり、
   当該装置は、更に、第３の可視光を生成するために前記第１の可視光を前記第２の可視光と混合し、
   前記第３の可視光の色は、前記第１の可視光の強度と前記第２の可視光の強度とにより決定され、液体のＵＶ吸収を示すために用いられる、装置。
7. 前記第１の可視光及び前記第２の可視光は異なる色を有する、請求項１に記載の装置。
8. それぞれが異なる水質の液体を示す複数のカラーバー又はカラーブロックを有する色参照インジケータを更に有する、請求項１に記載の装置。
9. 前記の検出窓のうちいずれか１つを横断する紫外線をフィルタするように構成された紫外線フィルタを更に有する、請求項１に記載の装置。
10. 請求項１〜９のうちいずれか一項に記載の装置を有する、紫外線浄化装置。
11. 水質を可視光の色により示す方法であって、
    紫外線光源により放射された第１の紫外線を受信するステップであって、前記第１の紫外線は、紫外線光源から放射されて液体を横断したものである、ステップと、
    前記第１の紫外線により励起された第１の材料により第１の可視光を生成するステップと、
    前記紫外線光源から放射される第２の可視光を受信するステップと、
    第３の可視光を生成するために前記第１の可視光を前記第２の可視光と混合するステップとを有し、
    前記第３の可視光の色は、前記第１の可視光の強度と前記第２の可視光の強度とにより決定され、液体のＵＶ吸収を示すために用いられる、方法。
12. 前記紫外線光源は、紫外線ランプと、第３の材料を有する、前記紫外線ランプ上のコーティングとを有し、
    当該方法は、前記紫外線ランプにより生成された紫外線により励起された前記第３の材料により前記第２の可視光を生成するステップを更に有する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記第１の可視光と前記第２の可視光とを同一の方向に出力する拡散体によりこれらの光を拡散するステップを更に有する、請求項１１又は請求項１２に記載の方法。
14. 水質を決定するために、前記第３の可視光の色を色参照インジケータと比較するステップを更に有する、請求項１１又は請求項１２に記載の方法。

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