JP7090030B2 - Uv-ledフォトリアクタ中の流体に対する放射線量を制御するための方法および装置 - Google Patents
Uv-ledフォトリアクタ中の流体に対する放射線量を制御するための方法および装置 Download PDFInfo
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Description
本出願は、2016年1月19日に出願された「METHODS AND APPARATUS FOR CONTROLLING RADIATION DOSE TO FLUIDS IN UV-LED PHOTOREACTORS」と題する米国特許出願第62/280,637号の優先権を主張する。米国のために、本出願は、2016年1月19日に出願された「METHODS AND APPARATUS FOR CONTROLLING RADIATION DOSE TO FLUIDS IN UV-LED PHOTOREACTORS」と題する米国特許出願第62/280,637号の、米国特許法第119条に基づく利益を主張する。米国特許出願第62/280,637号は、あらゆる目的のために、参照により本明細書に組み込まれる。
Claims (22)
- UV放射線で流体を照射する紫外線(UV)リアクタであって、
流体入口、流体出口、および前記入口と前記出口との間に配置された長手方向に延伸する流体流路を備える流体導管であって、前記流体流路は、前記流体が前記長手方向に流れることを可能にするために長手方向に延伸する、流体導管と、
ソリッドステートUVエミッタであって、前記ソリッドステートUVエミッタの放出領域から放射経路に沿って放射線を放出するように構成されている、ソリッドステートUVエミッタと、
前記流体流路内に前記放射線の少なくともいくつかを方向付けるために前記放射経路内に位置決めされている1つまたは複数のレンズを備える放射線集束素子と
を備え、
前記1つまたは複数のレンズは、焦点距離を有し、前記ソリッドステートUVエミッタの前記放出領域から前記焦点距離と異なる距離離間して位置されていて、前記ソリッドステートUVエミッタが前記放射線を放出するときに、前記ソリッドステートUVエミッタの前記放出領域から放出された少なくともいくつかの放射線は、前記1つまたは複数のレンズによって前記流体流路内へと屈折され、
前記流体が前記流体流路を通過するとき、前記流体流路は、前記流体流路の断面の部分にわたった前記流体流路の長手方向寸法にわたる平均長手方向流体速度プロファイルを規定し、前記平均長手方向流体速度プロファイルは平均放射線フルエンス率プロファイルと正の相関を有する、UVリアクタ。 - 前記放射線集束素子は、放射線フルエンス率プロファイルを変更するように調整可能である、請求項1に記載のUVリアクタ。
- 前記ソリッドステートUVエミッタの前記放出領域および前記1つまたは複数のレンズは、前記ソリッドステートUVエミッタの前記放出領域から放出され且つ前記1つまたは複数のレンズによって前記流体流路内へと屈折される前記放射線が、前記流体流路の断面の一部分にわたる、前記流体流路内の楕円放物体形状と正の相関を有するように位置されている、請求項1または2に記載のUVリアクタ。
- 前記断面の前記部分が、前記流体流路の全断面の表面積の70%を超える面積を含む、請求項3に記載のUVリアクタ。
- 前記ソリッドステートUVエミッタの前記放出領域および前記1つまたは複数のレンズは、前記放射経路の中心軸が長手方向に平行であるように位置されている、請求項1から4のいずれか一項に記載のUVリアクタ。
- 前記楕円放物体の軸は前記放射経路の中心軸および前記流体流路の中心軸と整列している、請求項3または4に記載のUVリアクタ。
- 前記放射線集束素子が複数のレンズを含み、前記UVリアクタが複数のソリッドステートUVエミッタを含み、前記複数のレンズが、前記複数のソリッドステートUVエミッタの各々に対応するレンズを含み、前記複数のソリッドステートUVエミッタの対応する1つから放出された放射線を前記流体流路内に方向付けるように位置されている、請求項1から4のいずれか一項に記載のUVリアクタ。
- 前記UVリアクタが複数のソリッドステートUVエミッタを含み、前記1つまたは複数のレンズが、前記複数のソリッドステートUVエミッタからの前記放射線が前記流体流路内に方向付けられるように前記複数のソリッドステートUVエミッタに対して位置された少なくとも1つの共有されるレンズを含む、請求項1から4のいずれか一項に記載のUVリアクタ。
- 前記ソリッドステートUVエミッタの前記放出領域および前記1つまたは複数のレンズは、前記ソリッドステートUVエミッタが前記放射線を放出するときに、前記流体流路の断面中心に相対的に近接する断面位置における前記長手方向寸法にわたる前記放射線の第1の平均放射線フルエンス率プロファイルは、前記流体流路の前記断面中心から相対的に離れた断面位置における前記放射線の前記長手方向寸法にわたる第2の平均放射線フルエンス率プロファイルより大きくなるように位置されている、請求項1から8のいずれか一項に記載のUVリアクタ。
- 前記ソリッドステートUVエミッタが少なくとも1つのUV発光ダイオード(UV-LED)または少なくとも1つの誘電体薄膜のうちの1つ以上を含む、請求項1から9のいずれか一項に記載のUVリアクタ。
- 前記1つまたは複数のレンズが、収束レンズ、発散レンズ、またはコリメートレンズのうちの1つまたは複数を含む、請求項1から10のいずれか一項に記載のUVリアクタ。
- 放射線フルエンス率プロファイルは、前記放射経路の中心領域において最大放射線フルエンス率を有する、請求項1から11のいずれか一項に記載のUVリアクタ。
- 前記流体流路内に配置され且つ前記流体流路に流れる前記流体の長手方向速度プロファイルを制御するように成形された1つまたは複数の流れ制約要素を備え、
前記1つまたは複数の流れ制約要素は、静的ミキサ、ボーテックスジェネレータ、バッフル、穿孔材料、多孔性材料のうちの1つ以上を含む、請求項1から12のいずれか一項に記載のUVリアクタ。 - 前記ソリッドステートUVエミッタは、
第1のエミッタから第1の放射経路に沿って第1の放射線を放出するように構成された第1のソリッドステートUVエミッタ、および
第2のエミッタから第2の放射経路に沿って第2の放射線を放出するように構成された第2のソリッドステートUVエミッタを含む、請求項1から13のいずれか一項に記載のUVリアクタ。 - 前記1つまたは複数のレンズは、
第1の収束レンズである第1のレンズ、および
第2の収束レンズである第2のレンズを含む、請求項1から14のいずれか一項に記載のUVリアクタ。 - 前記1つまたは複数のレンズは、
収束レンズである第1のレンズ、および
コリメートレンズである第2のレンズを含む、請求項1から14のいずれか一項に記載のUVリアクタ。 - 前記第1のレンズは、前記ソリッドステートUVエミッタを含むデバイスに一体化される、請求項15または16に記載のUVリアクタ。
- 前記第2のレンズは、前記デバイスから離間される、請求項17に記載のUVリアクタ。
- 前記流体流路の内壁は、UV反射材料を含むかUV反射材料によってコーティングされ、前記ソリッドステートUVエミッタが放射線を放出したときに、前記内壁からの前記放射線の反射が放射線フルエンス率プロファイルに寄与する、請求項1から18のいずれか一項に記載のUVリアクタ。
- 前記1つまたは複数のレンズが収束レンズを含む、請求項1から19のいずれか一項に記載のUVリアクタ。
- 前記放出領域は、前記流体流路の前記長手方向の前記1つまたは複数のレンズから離間され、前記放出領域および前記1つまたは複数のレンズは、前記流体流路の共通の長手方向軸上にある、請求項1から20のいずれか一項に記載のUVリアクタ。
- 請求項1に記載のUVリアクタの使用方法であって、
流体流が前記流体導管を通って流れるようにすることであり、結果、前記流体流が、前記流体流路の前記断面の前記部分にわたって、前記流体流路の前記長手方向寸法にわたる平均長手方向流体速度プロファイルを有するようになることと、
前記ソリッドステートUVエミッタの前記放出領域から放出される少なくともいくつかの放射線を、少なくとも1つのレンズを通じて、流体流路へと通過させることであり、結果、前記流体流路の前記断面の前記部分にわたる平均放射線フルエンス率プロファイルを生成させ、前記流体流路の前記断面の前記部分にわたる前記平均放射線フルエンス率プロファイルは、前記平均長手方向流体速度プロファイルと正の相関を有することと
を含む、方法。
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