KR20180104039A

KR20180104039A - Uv-led 광반응기들에 대한 열 소산 장치들 및 방법들

Info

Publication number: KR20180104039A
Application number: KR1020187023734A
Authority: KR
Inventors: 파리보즈 타기푸르
Original assignee: 더 유니버시티 오브 브리티쉬 콜롬비아
Priority date: 2016-01-19
Filing date: 2017-01-19
Publication date: 2018-09-19
Also published as: JP7204485B2; CN108778485A; EP3405284A4; US20240018019A1; JP2023052169A; WO2017124191A1; US20190062180A1; US20210122650A1; US10829394B2; ZA201804602B; CA3011890A1; PH12018501544A1; EP3405284A1; JP2019505350A; SG11201805817VA; US11649175B2; CA3011890C; BR112018014694A2; MX2018008881A

Abstract

UV 반응기는 유체의 유동을 UV 방사선으로 조사한다. 반응기는: 유체 도관 - 그를 통한 유체의 유동을 가능하게 하기 위한 하나 이상의 열 전도 벽을 포함하는 열 전도 도관 본체에 의해 정의됨 -; PCB에 동작가능하게 연결되고 방사선을 유체 도관 내로 지향시키도록 배향된 UV-LED를 포함한다. PCB는 제1 표면을 갖는 열 전도 기판을 포함한다. 도관 본체는 열 전도 기판의 제1 표면과 열 접촉한다. 열은 UV-LED로부터 열 전도 기판, 열 전도 기판의 제1 표면과 열 전도 도관 본체 사이의 열 접촉을 통해, 그리고 열 전도 도관 본체의 하나 이상의 열 전도 벽으로부터 유체 도관을 통해 유동하는 유체로 소산된다.

Description

UV-LED 광반응기들에 대한 열 소산 장치들 및 방법들

관련 출원들의 참조

본 출원은 2016년 1월 19일에 출원되고 발명의 명칭이 HEAT DISSIPATION APPARATUS AND METHODS FOR UV-LED PHOTOREACTORS인 미국 출원 제62/280,630호를 바탕으로 우선권을 주장한다. 미국에 대해서는, 본 출원은 2016년 1월 19일에 출원되고 발명의 명칭이 HEAT DISSIPATION APPARATUS AND METHODS FOR UV-LED PHOTOREACTORS인 미국 출원 제62/280,630호의 35 U.S.C. §119에 따른 이익을 주장한다. 미국 출원 제62/280,630호는 이로써 모든 목적들을 위해 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.

기술 분야

본 발명은 유체들을 조사(irradiate)하는 데 사용되는 자외선 발광(방사선 방출) 다이오드(UV-LED) 반응기들에 대한 열 관리에 관한 것이다. 특정의 실시예들은 UV-LED 광반응기들에서 사용되는 UV-LED들 및/또는 다른 열 발생(heat producing) 전자 디바이스들에 대한 열 소산을 제공하기 위한 장치들 및 방법들을 제공한다.

자외선(UV) 반응기들 - UV 방사선을 투여(administer)하는 반응기들 - 은 많은 광반응(photoreaction)들, 광촉매 반응(photocatalytic reaction)들, 및 광 개시 반응(photo-initiated reaction)들에 적용된다. UV 반응기들의 하나의 적용분야는 물 및 공기 정화에 대한 것이다. 특히, UV 반응기들은 최근 몇 년 간 물 처리를 위한 가장 유망한 기술들 중 하나로서 부상하였다. 종래 기술의 UV 반응기 시스템들은 전형적으로 UV 방사선을 발생시키기 위해 저압(low-pressure) 및 중압(medium-pressure) 수은 램프들을 사용한다.

발광(방사선 방출) 다이오드들(LED들)은 전형적으로 LED들에 의해 방출되는 방사선이 (많은 적용분야들에 대해) 단색(monochromatic)인(즉, 단일 파장을 갖는) 것으로 간주될 수 있도록 좁은 대역폭의 방사선을 방출한다. LED 기술의 최근의 발전으로, LED들은, DNA 흡수에 대한 파장은 물론 광촉매 활성화에 사용될 수 있는 파장들을 포함하는, 상이한 파장들로 UV 방사선을 발생시키도록 설계될 수 있다. UV-LED들은, 제한없이, 콤팩트하고 강건한 설계, 보다 낮은 전압 및 전력 요구사항들, 및 높은 주파수로 턴 온 및 오프할 수 있는 것을 비롯하여, 종래의 수은 UV 램프들에 비해 많은 장점들을 갖는다. UV-LED들의 이 장점들은 UV-LED들을 UV 반응기 시스템들에서의 UV 램프들을 대체하기 위한 매력적인 대안으로 만들어준다. 이 대체는 또한 새로운 적용분야들을 갖는 신규의 UV 반응기들의 개발을 가능하게 한다.

UV-LED 반응기들은 일반적으로, 물 살균(water disinfection)과 같은 적용분야들에서, 유체들을 조사하는 데 사용될 수 있다. 그렇지만, 전형적인 UV-LED 반응기에서는, 반응기에서 사용되는 UV-LED(또는 다른 전자 디바이스들)의 상당한 발열이 있다. UV-LED 광반응기에서 사용되는 UV-LED의 과도한 발열은 방사 출력(radiation output)을 감소시키고, UV-LED의 유효 수명(useful lifetime)을 감소시키며 그리고/또는 방출된 방사선의 피크 파장을 시프트시킬 수 있다. UV-LED의 방사 출력 및/또는 그의 수명 성능(lifetime performance)은 적절한 열 관리(예컨대, 열 소산)로 상당히 개선될 수 있다. UV-LED들에 의해 발생된 열은 UV-LED에 전자적으로 연결된(예컨대, 동일한 인쇄 회로 보드(PCB)에 마운팅된) 다른 전자 컴포넌트들의 성능에 악영향을 줄 수 있고 그리고/또는 그 반대일 수 있다.

관련 기술의 전술한 예들 및 그에 관련된 제한들은 배타적인 것이 아니라 예시적인 것으로 의도되어 있다. 관련 기술의 다른 제한들은 명세서를 읽어보고 도면들을 살펴보면 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백해질 것이다.

이하의 실시예들 및 그의 양태들은 범주를 제한하는 것이 아니라 예시적이고 설명적인 것으로 의도된 시스템들, 도구들 및 방법들과 관련하여 기술되고 예시되어 있다. 다양한 실시예들에서, 앞서 기술된 문제점들 중 하나 이상이 감소되거나 제거된 반면, 다른 실시예들은 다른 개선들에 관한 것이다.

본 발명의 양태들은 UV-LED들에 의해 발생된 열의 소산을 수반하는, UV-LED들에 의해 발생된 열의 열 관리를 위한 장치들 및 방법들을 제공한다. 열 관리는 UV-LED 방사 출력 및/또는 UV-LED들의 동작 수명(operational lifetime)을 향상시킬 수 있다. 특정의 실시예들은 유체 유동의 조사를 위한 UV-LED 광반응기들에서 사용되는 UV-LED들 및/또는 다른 전자 디바이스들에 대한 열 소산을 제공하기 위한 장치들 및 방법들을 제공한다. 비제한적인 예로서, UV-LED 반응기는, 물 처리 반응기와 같은, 유체 처리 반응기일 수 있다.

본 발명의 일부 양태들에 따르면, UV-LED 광반응기의 유체 유동 채널들을 통해 유동하는 유체는 광반응기의 UV-LED들 및/또는 다른 전자 디바이스들에 의해 발생된 열을 소산시키는 데 사용된다. UV 반응기는 조사된 유체의 일부가 UV-LED들 또는 UV-LED 회로 보드의 부근에서 순환되도록 그리고/또는 유체 도관의 벽들에 열 전도성 재료들을 통합시키는 것에 의해 구성될 수 있다. 열 소산은 하나 이상의 UV-LED가 광반응기의 적어도 하나의 유체 도관 정의 벽(fluid conduit-defining wall)에 동작가능하게 연결된 LED 인쇄 회로 보드(PCB)의 고도로 열 전도성(highly thermally conductive)인 재료를 열적으로 결합시킴으로써 달성될 수 있다. 광반응기의 이러한 유체 도관 정의 벽(들)이 또한 고도로 열 전도성인 재료로 제조될 수 있다. 이 열적 결합(thermal coupling)에 의해, 유체가 광반응기의 도관 내에서 유동할 때, 유체가 UV-LED(들)에 의해 발생된 열을 광반응기의 도관 정의 벽(들)을 통해 UV-LED(들)로부터 멀리 소산시키도록, UV-LED들에 의해 발생된 열이 광반응기의 고도로 열 전도성인 PCB 및 적어도 하나의 고도로 열 전도성인 도관 정의 벽(들)을 통해 확산된다. 이 구성에서, UV-LED들이 연결되어 있는 PCB는 직접 또는 반응기의 다른 열 전도성 부분들을 통해 또는 UV-LED(들)가 연결되어 있는 PCB의 측면으로부터의 다른 열 전도성 재료들을 통해 유체 도관에 연결될 수 있다. 열적 결합이, 일부 실시예들에서, 전형적인 솔더링 마스크 코팅을 갖지 않고(또는 이 솔더 마스크 코팅이 제거되고) 그 결과 고도로 열 전도성인, 금속 코어 PCB(metal-core PCB)의 영역들(예컨대, 에지들)을 통해 달성될 수 있다. 이 구성은 열 관리 그리고, 결과적으로, UV-LED(들) 및 대응하는 UV-LED 광반응기의 방사 전력 출력 및 수명을 개선시킬 수 있다.

본 발명의 일 양태는 유체의 유동을 UV 방사선으로 조사하기 위한 자외선(UV) 반응기를 제공한다. 반응기는: 유체 도관 - 그를 통한 유체의 유동을 가능하게 하기 위한 하나 이상의 열 전도 벽(heat conducting wall)을 포함하는 열 전도 도관 본체(heat conducting conduit body)에 의해 정의됨 -; 및 인쇄 회로 보드(PCB)에 동작가능하게 연결된 UV 발광 다이오드(UV-LED) - UV-LED는 방사선을 유체 도관 내로 지향시키도록 배향됨 - 를 포함한다. PCB는 제1 표면을 갖는 열 전도 기판을 포함한다. 열 전도 도관 본체는 PCB의 열 전도 기판의 제1 표면과 열 접촉한다. 열은 UV-LED로부터 열 전도 기판, 열 전도 기판의 제1 표면과 열 전도 도관 본체 사이의 열 접촉을 통해, 그리고 열 전도 도관 본체의 하나 이상의 열 전도 벽으로부터 유체 도관을 통해 유동하는 유체로 소산된다.

UV-LED는 방사선을 UV-LED로부터 유체 도관으로의 제1 방향으로 연장되는 주 광학 축(principal optical axis)을 갖도록 지향시키도록 배향될 수 있다. 열 전도 기판의 제1 표면은 실질적으로 제1 방향으로 배향된 법선 벡터를 갖는 평면일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 표면의 법선 벡터의 배향이 실질적으로 제1 방향으로 있다는 것은, 임의의 평면에서, 법선 벡터와 제1 방향 사이의 각도 차이가 25° 미만이라는 것을 의미한다. 일부 실시예들에서, 이 각도 차이는 15° 미만이다. 일부 실시예들에서, 이 각도 차이는 5° 미만이다.

열 전도 도관 본체와 PCB의 열 전도 기판의 제1 표면 사이의 열 접촉은 열 전도 도관 본체와 열 전도 기판의 제1 표면 사이에 개재된 열 접촉 향상 컴포넌트(thermal contact enhancing component)를 포함할 수 있다. 열 접촉 향상 컴포넌트는 열 전도 도관 본체와 PCB의 열 전도 기판 사이의 열 접촉 저항을 감소시킬 수 있다(열 접촉 전도율을 증가시킴). 열 접촉 향상 컴포넌트는 열 전도성 및 변형가능 열 패드를 포함할 수 있다. 열 접촉 향상 컴포넌트는 열 전도성 젤(gel) 또는 페이스트(paste)를 포함할 수 있다. 열 전도 도관 본체와 PCB의 열 전도 기판의 제1 표면 사이의 열 접촉은 열 전도 도관 본체와 열 전도 기판의 제1 표면 사이에 개재된 열 전도 매개 컴포넌트(heat conducting intermediate component)를 포함할 수 있다.

PCB는 열 전도 기판의 제1 표면이 노출되는 열 접촉 영역을 포함할 수 있다. 열 전도 도관 본체와 열 전도 기판의 제1 표면 사이의 열 접촉은 열 접촉 영역에서 행해질 수 있다. PCB의 솔더 마스크 코팅(solder mask coating)이 PCB의 열 접촉 영역으로부터 제거된다. PCB는 열 접촉 영역에 인접한 회로 영역에서 열 전도 기판의 제1 표면을 커버하는 솔더 마스크를 포함할 수 있으며, UV-LED는 회로 영역에 위치될 수 있다.

유체 도관을 통해 유동하는 유체는 유체 도관의 하나 이상의 열 전도 벽으로부터의 열을 유체 내로 소산시키기 위해 유체 도관의 하나 이상의 열 전도 벽과 접촉할 수 있다. 유체 도관을 통해 유동하는 유체와 유체 도관의 하나 이상의 열 전도 벽 사이의 접촉은, 적어도 부분적으로, 반응기의 UV 활성 영역 내부에서 일어날 수 있다.

열 전도 도관 본체는: 복수의 유체 유동 채널 - 각각의 유체 유동 채널은 하나 이상의 열 전도 벽에 의해 정의됨 -; 및 복수의 유체 유동 채널 중 적어도 2개의 유체 유동 채널의 단부들에 위치되고 적어도 2개의 유체 유동 채널 사이의 유체 연통을 제공하도록 성형된 매니폴드(manifold)를 포함할 수 있다. 열 전도 도관 본체와 열 전도 기판의 제1 표면 사이의 열 접촉은 매니폴드와 열 전도 기판의 제1 표면 사이의 열 접촉을 포함할 수 있다. 매니폴드는 복수의 유체 유동 채널과 일체로 형성될 수 있다. 매니폴드는 복수의 유체 유동 채널에 조인(join)되고, 복수의 유체 유동 채널과 열 접촉할 수 있다.

주 광학 축은 유체 도관을 통한 유체의 유동의 방향과 대체로 평행할 수 있다. 열 전도 도관 본체가 복수의 길이방향으로 연장되는 유체 유동 채널을 포함하는 경우, 주 광학 축은 복수의 길이방향으로 연장되는 유체 채널을 통한 유체 유동의 길이 방향과 대체로 평행할 수 있다. 광학 축이 UV-LED로부터 유체 도관으로 연장되는 제1 방향은 복수의 유체 유동 채널 중 적어도 하나의 유체 유동 채널 내에서의 유체 유동의 길이 방향과 반대일 수 있다. 광학 축이 UV-LED로부터 유체 도관으로 연장되는 제1 방향은 부가적으로 또는 대안적으로 복수의 유체 유동 채널 중 적어도 하나의 유체 유동 채널 내에서의 유체 유동의 길이 방향과 동일할 수 있다.

본 발명의 다른 양태는 유체의 유동을 UV 방사선으로 조사하기 위한 자외선(UV) 반응기에서의 열 관리를 위한 방법을 제공한다. 본 방법은: 하나 이상의 열 전도 벽을 포함하는 열 전도 도관 본체에 의해 정의된 유체 도관을 통한 유체의 유동을 가능하게 하는 단계; UV 발광 다이오드(UV-LED)를 인쇄 회로 보드(PCB)에 동작가능하게 연결시키는 단계 - PCB는 제1 표면을 갖는 열 전도 기판을 포함함 -; 방사선을 유체 도관 내로 지향시키도록 UV-LED를 배향시키는 단계; 및 열 전도 도관 본체와 PCB의 열 전도 기판의 제1 표면 사이의 열 접촉을 행하는 단계를 포함하며; 여기서 열은 UV-LED로부터 열 전도 기판, 열 전도 기판의 제1 표면과 열 전도 도관 본체 사이의 열 접촉을 통해, 그리고 열 전도 도관 본체의 하나 이상의 열 전도 벽으로부터 유체 도관을 통해 유동하는 유체로 소산된다.

본 방법은 본 명세서에 기술된 반응기들 및 이를 제조, 조립, 및/또는 사용하는 방법들의 특징들과 유사한 특징들을 포함할 수 있다.

앞서 기술된 예시적인 양태들 및 실시예들에 부가하여, 추가의 양태들 및 실시예들이 도면들을 참조하는 것에 의해 그리고 이하의 상세한 설명들을 살펴보는 것에 의해 명백해질 것이다.

예시적인 실시예들이 도면(drawing)들 중 참조 도면(referenced figure)들에 예시되어 있다. 본 명세서에 개시된 실시예들 및 도면들이 제한적인 것이라기보다는 예시적인 것으로 간주되어야 하는 것으로 의도되어 있다.
도 1a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 UV-LED 반응기의 개략 사시도이고;
도 1b는 도 1a의 UV-LED 반응기의 개략 측단면도이며;
도 1c는 도 1a의 UV-LED 반응기의 PCB에 동작가능하게 연결된 UV-LED들의 개략 정면도이고;
도 1d는 도 1a의 UV-LED 반응기의 개략 상단면도(schematic top cross-section view)이며;
도 1e는 도 1a의 UV-LED 반응기의 개략 분해 사시도이고;
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 UV-LED 반응기의 일부의 사시도이며;
도 3a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 UV-LED 반응기의 개략 사시도이고;
도 3b는 도 3a의 UV-LED 반응기의 개략 측면도이며;
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 UV-LED 반응기의 개략 평면도이고;
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 UV-LED 반응기의 개략 평면도이며;
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 UV-LED 반응기의 개략 평면도이다.

이하의 설명 전체에 걸쳐, 본 기술분야의 통상의 기술자에게 보다 철저한 이해를 제공하기 위해 특정 상세들이 제시된다. 그렇지만, 널리 공지된 요소들은 본 개시내용을 불필요하게 불명료하게 하는 것을 피하기 위해 상세하게 도시되거나 기술되지 않았을 수 있다. 그에 따라, 설명 및 도면들은 제한적인 의미가 아니라 예시적인 의미로 간주되어야 한다.

문맥이 달리 지시하지 않는 한, "유체"는 (본 명세서에서 사용되는 바와 같이) 액체(물을 포함하지만 이에 한정되지 않음) 및/또는 가스(공기를 포함하지만 이에 한정되지 않음)를 지칭한다.

문맥이 달리 지시하지 않는 한, "자외선"은 (본 명세서에서 사용되는 바와 같이) 가시 스펙트럼의 보라색 끝(violet end)의 파장보다는 더 짧지만 X-선의 파장보다는 더 긴 파장을 갖는 전자기 방사선을 지칭한다. 전형적으로, 자외선은 약 10 nm 내지 약 400 nm의 파장을 갖는 전자기 방사선을 지칭한다.

본 출원은 "열 접촉"이라는 문구를 사용한다. 문맥이 달리 지시하지 않는 한, 열 접촉은, 금속들 사이의 또는 금속들의 열 전도율들 정도의 열 전도율들을 갖는 컴포넌트들 사이의 물리적 접촉과 같은, 2개 이상의 열 전도성 컴포넌트 사이의 물리적 접촉을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 금속들의 열 전도율들 정도의 열 전도율들을 갖고 "열 접촉"을 행할 수 있는 재료들은 실온(room temperature) 및 실압(room pressure)에서 전형적인 스테인리스강의 열 전도율의 60% 이상의 열 전도율들을 갖는 재료들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 재료들은 실온 및 실압에서 10W/(mK) 초과의 열 전도율들을 갖는다. 일부 실시예들에서, 이러한 재료들은 실온 및 실압에서 12W/(mK) 초과의 열 전도율들을 갖는다. 일부 상황들에서, 컴포넌트들 사이의 열 접촉은 열 접촉 향상 컴포넌트들에 의해 향상될 수 있다. 이러한 열 접촉 향상 컴포넌트는 열 접촉하는 2개 이상의 컴포넌트 사이의 열 전도율을 향상시키는 페이스트들, 젤들, 변형가능 고형분(deformable solid)들 및/또는 이와 유사한 것을 포함할 수 있다.

본 출원은 재료들 및 컴포넌트들을 "열 전도성(thermally conductive)"또는 "열 전도(heat conducting)"라고 기술한다. 문맥이 달리 지시하지 않는 한, 이 문구들은 금속들의 열 전도율들 정도의 열 전도율들을 갖는 재료들 및 컴포넌트들을 지칭하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 금속들의 열 전도율들 정도의 열 전도율들을 갖고 "열 전도성"인 것으로 기술되는 재료들 및/또는 컴포넌트들은 실온 및 실압에서 전형적인 스테인리스강의 열 전도율의 60% 이상의 열 전도율들을 갖는 재료들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 재료들은 실온 및 실압에서 10W/(mK) 초과의 열 전도율들을 갖는다. 일부 실시예들에서, 이러한 재료들은 실온 및 실압에서 12W/(mK) 초과의 열 전도율들을 갖는다.

본 기술은 유체에서의 광반응들을 야기하기 위해 하나 이상의 솔리드 스테이트 자외선(UV) 이미터(예컨대, UV 발광(방사선 방출) 다이오드(UV-LED), UV를 방출하는 얇은 유전체 막, 및/또는 이와 유사한 것)로 동작하는 반응기(광반응기)에 관한 것이다. UV에 의해 활성화되는 하나 이상의 광촉매 구조체(photocatalyst structure)가 광촉매 반응들을 위해 광반응기에서 사용될 수 있다. UV 방사선과 반응하고 광 개시 산화 반응들을 위한 히드록실 라디칼들과 같은 고활성 라디칼(highly active radical)들을 발생시키기 위해 화학적 산화제들이 또한 반응기에 첨가될 수 있다. 본 명세서에 기술된 UV-LED 반응기들의 실시예들은, 통합된 컴포넌트들로, 효율적이고 콤팩트하며, 그들의 유체 및 광학 환경들 둘 다의 정밀 제어를 제공할 수 있다. UV-LED 반응기들은 하나 이상의 특별히 설계된(specifically designed) 유동 채널 및 유동 채널들을 통해 유동하는 유체를 조사하도록 구성된 적어도 하나의 UV LED를 포함한다.

UV-LED 반응기의 실시예들은, 직접 광반응 및/또는 광촉매 반응들 및/또는 광 개시 산화에 의해, 미생물들(예컨대, 세균 및 바이러스)을 불활성화시키는 것 및/또는 화학적 오염물들(예컨대, 유독성 유기 화합물들)과 같은 미세 오염물질들을 분해(degrade)하는 것에 의해 물 정화에 사용될 수 있다. 유체(예컨대, 물)는, 예를 들어, 전기 펌프들을 사용하여, 강제 대류(forced convection)에 의해 UV-LED 반응기를 통해 유동한다. UV-LED(들)는 벽 플러그, 태양 전지들, 또는 배터리에 의해 전력을 공급받을 수 있다. UV-LED(들)는 물이 유동하거나 유동하는 것을 중단할 때 자동으로 턴 온 및 오프될 수 있다. 티타늄 이산화물 또는 다른 적당한 광촉매와 같은 광촉매가 중실 기판(solid substrate) 상에(유체가 기판 위를 통과하는 경우) 또는 타공 기판(perforated substrate) 상에(유체가 기판을 관통하여 통과하는 경우) 부동화(immobilize)될 수 있다. 일부 실시예들에서, 광촉매들, 촉매 지지체들, 및/또는 조촉매(co-catalyst)들의 조합이 유체 유동 채널 내의 기판에 배치될 수 있다. 적용가능한 경우, 화학적 산화제들이 반응기에 주입될 수 있다. 화학적 산화제는 과산화수소 또는 오존 또는 다른 화학물들일 수 있다. 적용가능한 경우, 화학적 환원제들이 반응기에 주입될 수 있다.

UV 방사선의 소스인 하나 이상의 UV-LED로 동작하는 반응기들은, 제한없이, 그들의 콤팩트하고 강건한 설계, 보다 낮은 전압 및 전력 요구사항들, 및 높은 주파수로 턴 온 및 오프할 수 있는 것을 비롯하여, 종래의 수은 UV 램프들에 비해 장점들을 갖는다. UV 램프들과 달리, UV-LED들은 개별의 작은 크기들을 갖는 방사선 소스들이다. UV-LED들은 종래의 수은 UV 램프들의 배열과 비교하여 더 높은 자유도로 반응기에 배치될 수 있다. 게다가, UV-LED 반응기들의 성능은 본 명세서에 기술된 바와 같이 반응기 기하형상(geometry)에 대한 최적화들에 의해 개선될 수 있다. 상세하게는, 본 명세서에 기술된 UV-LED 반응기의 실시예들은 열을 하나 이상의 UV-LED(및/또는 UV-LED 반응기의 전자 디바이스들)로부터 멀리 소산시키도록 최적화될 수 있으며, 그에 의해 UV-LED들의 개선된 방사 출력 및 유효 수명을 용이하게 할 수 있다.

UV-LED들의 수명을 증가시키거나 유지하기 위해, UV-LED 반응기를 통해 유동하고 UV-LED 반응기에 의해 조사되는 유체가, UV-LED들에 의해 발생된 열을 조사된 유체로 전달하고 그에 의해 열을 처리되는 유체를 통해 UV-LED들로부터 소산시키는 것에 의해, UV-LED들의 열 관리에 사용될 수 있다. UV-LED 반응기는 조사된 유체의 일부가 UV-LED들 또는 UV-LED 회로 보드의 부근에서 순환되도록, 그리고/또는 반응기의 유체 도관의 벽들에 열 전도성 재료를 통합시키는 것에 의해 구성될 수 있다.

도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 UV-LED 반응기(10)를 도시하고 있다. UV-LED 반응기(10)는 열 전도 도관 본체(21)에 의해 정의된 유체 도관(20), 인쇄 회로 보드(PCB)(40)에 동작가능하게 연결되고 방사선을 유체 도관(20) 내로 지향시키도록 배향된 적어도 하나의 UV-LED(30)를 포함한다. 보다 구체적으로는, UV-LED들(30)은 UV LED들(30)로부터 제1 방향(33)을 따라서 도관(20) 내의 유체 쪽으로 연장되는 주 광학 축(31)을 갖는 것에 의해 방사선을 유체 도관(20) 내로 지향시키도록 배향된다. 열 전도 도관 본체(21)는 하나 이상의 열 전도 채널 벽(24)을 포함하고, 열 전도 채널 벽들(24)은 차례로 반응기(10) 내의 유체 유동 채널들(22)을 정의한다. 유체(예컨대, 물)가 유체 도관(20)에 들어가고 그로부터 나가기 위한 주입구(26) 및 배출구(28)가, 제각기, 제공된다. 주 유체 유동 방향들은, 유체 유동이 주입구(26)로부터 반응기(10)에 들어가고, 길이방향으로 연장되는 유동 채널들(22)을 통해 유동하며 인접한 내부 유동 채널들(22)의 단부들에서 방향전환(turn)하고 배출구(28)로부터 나가는 것을 예시하는, 화살표들(35)로 도 1a 및 도 1d에 도시되어 있다. 석영 또는 실리카 유리창과 같은, UV-투과 창(29)이 UV LED들(30)과 유동 채널들(22) 사이의 열 전도 본체(21)에 임베딩될 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자라면 잘 알 것인 바와 같이, UV-LED 반응기(10)는 UV-LED들(30)에 대한 구동기 회로들(예컨대, 도 2에 도시된 LED 구동기들(32)), 마이크로콘트롤러들, 전원 포트, 온/오프 스위치, 및/또는 이와 유사한 것을 포함할 수 있다. 도면을 불명료하게 하는 것을 피하기 위해, 이 공통 컴포넌트들 중 어느 것도 도 1a 내지 도 1e에 도시되어 있지 않다. UV-LED 방사 패턴을 각각의 UV-LED(30)에 대응하는 주 광학 축들(31)을 따라서 길이방향으로 연장되는 유체 유동 채널들(22) 내로 포커싱하기 위해, 콜리메이팅, 수렴, 및/또는 다른 렌즈들(도시되지 않음), 또는 이들의 조합을 비롯한, 하나 이상의 렌즈가 UV-LED 반응기(10)에서 UV-LED들(30)과 유체 유동 채널들(22) 사이에 배치될 수 있다.

PCB(40)는 제1 표면(41A)을 갖는 열 전도 기판(41)을 포함한다. 열 전도 기판(41)의 제1 표면(41A)은 대체로 평면이고 법선 벡터(normal vector)( n )를 갖는다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 법선 벡터( n )는 실질적으로 제1 방향(33)으로(즉, 방사선이 UV-LED(30)로부터 유체 도관(20) 내로 지향되는 방향으로) 배향될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 표면(41A)의 법선 벡터( n )의 배향이 실질적으로 제1 방향(33)으로 있다는 것은, 임의의 평면에서, 법선 벡터( n )와 제1 방향(33) 사이의 각도 차이가 25° 미만이라는 것을 의미한다. 일부 실시예들에서, 이 각도 차이는 15° 미만이다. 일부 실시예들에서, 이 각도 차이는 5° 미만이다. 열 전도 도관 본체(21)는 PCB(40)의 열 전도 기판(41)의 제1 표면(41A)과 열 접촉한다. 이러한 방식으로, 열은 UV-LED(30)로부터 열 전도 기판(41), 열 전도 기판(41)의 제1 표면(41A)과 열 전도 도관 본체(21) 사이의 열 접촉을 통해, 그리고 열 전도 도관 본체(21)의 하나 이상의 열 전도 벽(24)으로부터 유체 도관(20)을 통해 유동하는 유체로 소산된다.

도 1a 내지 도 1e에서의 UV-LED 반응기를 참조하면, 반응기(10)는 길이방향으로 연장되는 유체 유동 채널들(22)의 어레이를 포함하며, 각각의 이러한 유동 채널(22)은 임의로 대응하는 방사선 포커싱 요소(도시되지 않음)를 통해 그리고, 예시된 실시예에서, UV 투과 창(29)을 통해 하나의 대응하는 UV-LED(30)에 의해 조사된다. 다른 실시예들에서, 각각의 유동 채널(22)은 하나 초과의 대응하는 UV-LED에 의해 조사될 수 있고, 각각의 UV-LED(30)로부터의 방사선을 포커싱하기 위해 복수의 방사선 포커싱 요소(각각의 UV-LED(30)에 대한 하나 이상의 방사선 포커싱 요소 및/또는 UV LED들(30) 간에 공유되는 하나 이상의 방사선 포커싱 요소)가 통합될 수 있다. 대응하는 UV-LED들(30) 및/또는 대응하는 방사 포커싱 요소들은 그들의 대응하는 길이방향으로 연장되는 유동 채널(22)의 길이방향 단부들에 배치될 수 있다. 반응기(10)는 방사선을 하나의 대응하는 유동 채널(22) 내로 지향시키도록 배향된 몇 개의 UV-LED(30)를 포함할 수 있다(즉, LED 대 유동 채널의 다대일 비). 반응기(10)는 상이한 UV 파장들을 방출하는 몇 개의 UV-LED(30)를 포함할 수 있다. 이것은 시너지 효과를 초래하고 광반응들 및 광촉매 반응들의 속도(rate)를 증가시킬 수 있다. 유체 유동 채널들(22)의 인접한 쌍들은 유체가 하나의 길이방향으로 연장되는 채널(22)로부터 다른 길이방향으로 연장되는 채널(22)로의 사형 경로(serpentine path) 내에서 유동할 수 있게 하기 위해 한쪽 단부에서, 예를 들어, (도 2에 도시된 매니폴드(160)와 같은) 매니폴드 또는 어떤 다른 적당한 포트를 통해, 연결될 수 있다. 도 1a 내지 도 1e에 도시된 예시적인 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이, 유체는 다수의 길이방향으로 연장되는 채널(22)을 통해 진행하고 유체가 주입구(26)와 배출구(28) 사이에서 UV-LED 반응기(10)를 통해 진행할 때 여러 번의 통과를 행한다.

도 1a 내지 도 1e에서의 UV-LED 반응기(10)를 참조하면, 유체는 UV-LED 반응기(10) 내로 그리고 그 밖으로 유동하여, 길이방향으로 연장되는 유동 채널들(22)을 통과하며, UV-LED들(30)로부터의 UV 방사선에 의해 조사된다. 예시된 실시예에서, UV-LED들(30)은 유체 도관(20) 및 각각의 길이방향으로 연장되는 유체 유동 채널(22)의 한쪽 단부에 배치된다. UV-LED들(30)로부터의 방사선의 주 광학 축들(31)은 (임의로 앞서 논의된 렌즈들에 의해 포커싱된 후에) 제1 방향들(33)로 연장된다. 이 제1 방향들(33)은 길이방향으로 연장되는 채널들(22) 내에서의 유체 유동의 길이 방향과 대체로 평행할 수 있고 길이방향으로 연장되는 유동 채널들(22)의 길이방향 연장부(longitudinal extension)에 대체로 평행할 수 있다. 도 1a 내지 도 1e는 유체 도관(20)의 예시된 유동 채널들(22)이 반응기(10)의 한쪽 단부로부터 조사되는 것을 도시하고 있다. 일반적으로, UV-LED 반응기의 유체 도관 유동 채널들은 유동 채널들의 길이방향 단부들 중 하나 또는 둘 다로부터 조사될 수 있다. 일부 실시예들에서, 길이방향으로 반대쪽에 있는 UV-LED들로부터의 방사선의 주 광학 축들이 반대이지만 평행한 길이 방향들로 있을 수 있도록, UV-LED들이 UV-LED 반응기의 반대쪽 길이방향 단부들에 위치될 수 있다.

UV-LED(들)(30)를 통해 유동하고 UV-LED(들)(30)에 의해 조사되는 유체가 UV-LED(들)(30) 및/또는 UV-LED(들)(30)(및/또는 다른 전자 디바이스들)로부터 떨어져 있는 반응기(10)의 다른 열 발생 전자 디바이스들(도시되지 않음)에 의해 발생된 열을 소산시키는 데 사용될 수 있다. 도 1a 내지 도 1e에 도시된 예시적인 실시예에서, 반응기(10)는 조사된 유체가 UV-LED들(30) 및 PCB(40) 부근에서 순환되도록 구성된다. 반응기(10)는 또한 UV-LED들 및 PCB(40)로부터 열을 소산시키기 위해 열 전도 채널 벽들(24)을 포함하는 열 전도성 재료(열 전도) 도관 본체(21)를 통합하고 있다. 구체적으로는, 열 전도 도관 본체(21)는 PCB(40)의 열 전도 기판(41)의 제1 표면(41A)과 열 접촉한다. 이러한 방식으로, 열은 UV-LED(30)로부터 열 전도 기판(41), 열 전도 기판(41)의 제1 표면(41A)과 열 전도 도관 본체(21) 사이의 열 접촉을 통해, 그리고 열 전도 도관 본체(21)의 하나 이상의 열 전도 벽(24)으로부터 유체 도관(20)을 통해 유동하는 유체로 소산된다. 열 교환은 UV-LED 반응기(10)의 UV 활성 영역 내부에서(즉, UV-LED(들)(30)로부터의 UV 방사선에 의해 조사되는 반응기(10)의 영역에서) 일어난다.

일부 실시예들에서, 반응기(10)는 열 전도 도관 본체(21)와 PCB(40)의 열 전도 기판(41)의 제1 표면(41A) 사이의 열 접촉에 개재될 수 있는 열 접촉 향상 컴포넌트(50)(도 1e에 도시됨)를 임의로 포함할 수 있다. 열 접촉 향상 컴포넌트(50)는, 파라핀 왁스 및/또는 실리콘계 재료를 포함하지만 이에 한정되지 않는, 열 전도성 재료를 포함한다. 일부 실시예들에서, 열 전도 도관 본체(21)와 제1 표면(41A) 사이의 물리적 접촉에서의 작은 요철(irregularity)들을 필링(fill)하기 위해 열 접촉 향상 컴포넌트(50)가 변형가능하다(예컨대, 변형가능 패드 또는 변형가능 젤 또는 페이스트). 열 전도 도관 본체(21)와 제1 표면(41A) 사이에 개재될 때, 열 접촉 향상 컴포넌트(50)는 열 전도 도관 본체(21)와 제1 표면(41A) 사이의 열 접촉 저항을 감소(열 접촉 전도율을 증가)시킬 수 있다. 열 접촉 향상 컴포넌트(50)는 임의적이며 모든 실시예들에서 필요한 것은 아니다.

UV-LED들(30)은 회로 영역(42)에서 PCB(40)에 동작가능하게 연결된다. 회로 영역(42)에서, PCB는 회로 영역(42) 내의 솔더 마스크 코팅(42A)에 의해 (적어도 대부분) 커버될 수 있다. 열 전도 도관 본체(21)와 PCB(40)의 열 전도 기판(41)의 제1 표면(41A) 사이의 열 접촉을 용이하게 하기 위해, 일부 실시예들에서, 노출된 열 접촉 영역(44)이 제1 표면(41A) 상에 제공된다. 열 접촉 영역(44)은 열 전도 도관 본체(21)와 열 접촉하는 제1 표면(41A)의 일부분일 수 있다. 솔더 마스크 코팅(42A)은 열 접촉 영역(44)에서 열 전도 PCB 기판(41)의 제1 표면(41A)으로부터 제거될 수 있다. 예를 들어, 도 1c에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, (예컨대, 솔더 마스크(42)가 없는) 열 접촉 영역(44)이 PCB(40)의 에지들 주위에 위치될 수 있지만, 열 접촉 영역(44)이, 전자 컴포넌트들이 부착되지 않고 전기적 연결들이 없는, PCB(40)의 어떤 다른 적당한 영역에 위치될 수 있다. LED들(30), PCB(40), 채널 벽(들)(24) 및 반응기(10) 내에서 유동하는 유체 사이의 열 전달을 용이하게 하도록 열 전도 도관 본체(21)와 PCB(40)의 열 전도 기판(41)의 제1 표면(41A) 사이에 열 접촉을 제공하기 위해 PCB(40)의 솔더 마스크 코팅(42)이, 비제한적인 예로서, 레이저 커팅, 에칭 및/또는 이와 유사한 것에 의해 제거될 수 있다. PCB(40)의 에지에서의 열 접촉 영역(44)의 폭들은, 일부 실시예들에서, 몇 밀리미터일 수 있다. 일반적으로, 열 접촉 영역(44)의 치수가 클수록, 열 전달율이 더 높다. 그렇지만, 열 접촉 영역(44)의 치수를 증가시키는 것이 반응기(10) 전체의 크기를 증가시킬 수 있기 때문에 트레이드 오프가 있다. PCB(40)의 열 전도 기판 층(41)을 노출시키도록 외부 층(outer layer)들(예컨대, 솔더 마스크(42))을 제거하는 것은 PCB(40)와 유체 도관(20)의 열 전도성 채널 벽(들)(24) 간의 열 접촉/결합의 상당한 개선을 가져오며, 따라서 (예컨대, 유체 유동 채널들(22)을 정의하는 채널 벽(들)(24)의 큰 표면적으로 인해, 채널들(22) 내에서 이동하는 유체의 성질로 인해, 그리고 전형적으로 PCB(40)의 온도보다 더 낮은, 유동 채널들(22) 내부의 유체의 온도로 인해) UV-LED들(30)로부터의 열이 유동 채널들(22)을 통해 진행하는 유체로 전달될 수 있다.

도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 UV-LED 반응기(100)의 부분 사시도를 도시하고 있다. 반응기(100)의 많은 특징들 및 컴포넌트들이 반응기(10)의 특징 및 컴포넌트들과 유사하며, 숫자 "1"이 선행하는 동일한 참조 번호들은 반응기(10)의 특징들 및 컴포넌트들과 유사한 반응기(100)의 특징들 및 컴포넌트들을 나타내는 데 사용된다. 그렇지만, UV-LED 반응기(100)의 열 전도 도관 본체(121)가, 도 1a 내지 도 1e와 관련하여 앞서 논의된 바와 같이, 유체가 하나의 길이방향으로 연장되는 유동 채널(122)로부터 다른 길이방향으로 연장되는 유동 채널(122)로 유동할 수 있게 하기 위해 한쪽 길이방향 단부에서 유동 채널들(122) 간에 유체 유동을 방향전환(direct)시키는 열 전도 매니폴드(160)를 포함한다는 점에서, UV-LED 반응기(100)는 UV-LED 반응기(10)와 상이하다. 비록 도 2에 도시되어 있지는 않지만, 반응기(100)는 그의 반대쪽 길이방향 단부에 또 하나의 매니폴드(160)를 가질 수 있다. 열 전도 매니폴드(160)는 도관 본체(121)의 열 전도 채널 벽들(124)과 일체로 형성될 수 있거나 도관 본체(121)의 열 전도 벽들(124)에 조인되어 그와 열 접촉할 수 있다.

앞서 기술된 반응기(10)와 같이, UV-LED 반응기(100)는 열 전도 도관 본체(121)에 의해 정의된 유체 도관(120), 인쇄 회로 보드(PCB)(140)에 동작가능하게 연결되고 방사선을 유체 도관(120) 내로 지향시키도록 배향된 적어도 하나의 UV-LED(130)를 포함한다. 보다 구체적으로는, UV-LED들(130)은 UV LED들(130)로부터 제1 방향(133)을 따라서 도관(120) 내의 유체 쪽으로 연장되는 주 광학 축(131)을 갖는 것에 의해 방사선을 유체 도관(120) 내로 지향시키도록 배향된다. 열 전도 도관 본체(121)는 하나 이상의 열 전도 채널 벽(124)을 포함하고, 열 전도 채널 벽들(24)은 차례로 반응기(110) 내의 유체 유동 채널들(122)을 정의한다. PCB(140)는 제1 표면(141A)을 갖는 열 전도 기판(141)을 포함한다. 열 전도 기판(141)의 제1 표면(141A)은 대체로 평면이고 법선 벡터( n )를 갖는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 법선 벡터( n )는 실질적으로 제1 방향(133)으로(즉, 방사선이 UV-LED들(130)로부터 유체 도관(120) 내로 지향되는 방향으로) 배향될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 표면(141A)의 법선 벡터( n )의 배향이 실질적으로 제1 방향(133)으로 있다는 것은, 임의의 평면에서, 법선 벡터( n )와 제1 방향(133) 사이의 각도 차이가 25° 미만이라는 것을 의미한다. 일부 실시예들에서, 이 각도 차이는 15° 미만이다. 일부 실시예들에서, 이 각도 차이는 5° 미만이다. 열 전도 도관 본체(121)는 PCB(140)의 열 전도 기판(141)의 제1 표면(141A)과 열 접촉한다. 이러한 방식으로, 열은 UV-LED(130)로부터 열 전도 기판(141), (매니폴드(160)를 통한) 열 전도 기판(141)의 제1 표면(141A)과 열 전도 도관 본체(121) 사이의 열 접촉을 통해, 그리고 열 전도 도관 본체(121)의 하나 이상의 열 전도 벽(124)으로부터 유체 도관(120)을 통해 유동하는 유체로 소산된다.

앞서 기술된 반응기(10)와 같이, 반응기(100)는, 열 접촉 향상 컴포넌트(150)가 매니폴드(160)와 PCB(140)의 열 전도 기판(141)의 (열 접촉 영역(144)에 있는) 제1 표면(141A) 사이에 개재되는 것을 제외하고는, 앞서 기술된 열 접촉 향상 컴포넌트(150)의 특징들과 유사한 특징들을 갖는 열 접촉 향상 컴포넌트(150)를 포함할 수 있다. 예시된 도 2의 실시예의 반응기(100)는 또한 열 전도 본체(121)의 매니폴드(160)와 PCB(140)의 제1 표면(141)을 서로 열 접촉하게 함으로써 에어 갭들을 최소화하고 열 전도율을 향상시키기 위해 적당한 패스너(fastener)들(도시되지 않음)에 의해 매니폴드(160)에 결합될 수 있는 압력 플레이트(pressure plate)(118)(예컨대, 스테인리스강을 포함하지만 이에 한정되지 않는, 강성 재료로 제조됨)를 포함한다.

앞서 기술된 반응기(10)와 같이, PCB(140)는 LED(130)가 위치되는 회로 영역(142)을 포함할 수 있고, 회로 영역(142)은 솔더 마스크(142A)로 커버될 수 있다. 앞서 기술된 반응기(10)와 같이, 솔더 마스크(142A)는 열 접촉 영역(144)에서 열 전도 기판(141)의 표면(141A)으로부터 제거될 수 있거나, 열 접촉 영역(144)이 그렇지 않고 솔더 마스크(142A)를 갖지 않을 수 있다. 도 2는, 예시된 실시예에서, LED들(130)과 동일한 PCB(140) 상에 위치되는, UV-LED 구동기 회로부(132)를 도시하고 있다. 이러할 필요는 없으며, 공간이 설계 제한이 되는 경우 UV-LED 구동기 회로부(132)가 다른 위치들에 위치될 수 있다.

반응기(100)의 단지 하나의 길이방향 단부가 도 2에 도시되어 있지만, 동일한 개념이 유동 채널들(122)의 다른 길이방향 단부에 적용될 수 있다. 즉, 유동 채널들(122) 내의 유체가 UV-LED들에 의해 다른 길이방향 단부로부터 조사될 수 있고, 이러한 UV-LED들(및/또는 반응기(100)의 다른 전자 컴포넌트들)에 의해 발생된 열이 하나의 길이방향 단부에 대해 본 명세서에 기술된 것과 동일한 방식으로 제거될 수 있다.

도 1a 내지 도 1e 및 도 2에 도시된 예시적인 실시예들에서, UV-LED 반응기들은 일련의 길이방향으로 연장되는 유동 채널을 포함하며, 이를 통해, 하나의 UV-LED로 또는 UV- LED들의 어레이로 조사되는, 유체가 대응하는 길이 방향들로 유동한다. 도 1a 내지 도 1e 및 도 2의 실시예들과 같은, 다중 채널 반응기에서, 유체 유동은 채널들을 병렬로 또는 직렬로(유체 유동은 하나의 채널로부터 다른 채널로 가며, 여기서 유동 채널들은 그들의 단부들에서 유체 연통(fluid communication)함) 통과할 수 있다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 예시적인 실시예에서, UV-LED 반응기(200)는 단일의 길이방향으로 연장되는 유체 유동 채널(222)을 포함하는 열 전도 도관 본체(221)에 의해 정의된 유체 도관(220)을 포함하며, 이를 통해, 하나 이상의 UV-LED(230)로 조사되는, 유체가 대응하는 길이 방향으로 유동한다. 주 유체 유동 방향들은, 유체가 주입구(226)로부터 UV-LED 반응기(200)에 들어가고, 길이방향으로 연장되는 유동 채널(222)을 통해 유동하며, 배출구(228)로부터 나가는 것을 보여주는, 화살표들(235)로 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있다. UV-LED 방사선은, 하나 이상의 수렴 및 콜리메이팅 렌즈와 같은, 포커싱 요소(여기에 도시되지 않음)를 통해 포커싱된다. 반응기 채널(222) 내에서 길이 방향으로 유동하는 유체는 UV-LED(들)(230)로부터의 포커싱된 방사선에 의해 채널(222)의 길이 방향들로 조사된다. UV-LED(들)(230)는 유동 채널(122)의 한쪽 또는 양쪽 단부에 배치될 수 있다. 유체에 전달되는 총 UV 선량(UV 플루언스)은 유체 유동률(fluid flow rate)을 조정하는 것 및/또는 UV-LED 방사 전력을 조절(regulate)하는 것, 및/또는 UV-LED들의 수를 턴 온/오프하는 것에 의해 제어될 수 있다. 반응기(200)의 많은 특징들 및 컴포넌트들이 반응기(10)의 특징 및 컴포넌트들과 유사하며, 숫자 "2"가 선행하는 동일한 참조 번호들은 반응기(10)의 특징들 및 컴포넌트들과 유사한 반응기(200)의 특징들 및 컴포넌트들을 나타내는 데 사용된다.

도 1a 내지 도 1e 및 도 2에 도시된 예시적인 실시예들에서, UV-LED 반응기들은 일련의 길이방향으로 연장되는 유동 채널을 포함하며, 이를 통해, 한쪽 단부에서 하나의 UV-LED로 또는 UV- LED들의 어레이로 조사되는, 유체가 대응하는 길이 방향들로 유동한다. 도 1a 내지 도 1e 및 도 2의 실시예들과 같은, 다중 채널 반응기에서, (앞서 논의된 렌즈들에 의해 임의로 포커싱된 후의) UV-LED들(30)로부터의 방사선의 그리고 길이방향으로 연장되는 채널들(22) 내에서의 유체 유동의 주 방향들은 길이방향으로 연장되는 유동 채널들(22)의 길이방향 연장부에 대체로 평행한 길이 방향들을 따른다. 일부 실시예들에서, UV-LED들이 부가적으로 또는 대안적으로 유동 채널들을 따라서, UV-LED들로부터의 방사선이 길이방향으로 연장되는 유동 채널들의 길이방향 연장부 및 유동 채널들 내의 유체의 주 유체 유동 방향에 대체로 직교하도록, 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 UV-LED 반응기(300)의 상단면도를 도시하고 있다. 반응기(300)의 많은 특징들 및 컴포넌트들이 반응기(10)의 특징 및 컴포넌트들과 유사하며, 숫자 "3"이 선행하는 동일한 참조 번호들은 반응기(10)의 특징들 및 컴포넌트들과 유사한 반응기(300)의 특징들 및 컴포넌트들을 나타내는 데 사용된다.

도 4에 도시된 예시적인 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이, 유체는 다수의 길이방향으로 연장되는 채널(322)(열 전도 도관 본체(321) 및 그의 열 전도 벽들(324)에 의해 정의됨)을 통해 진행하고, 유체가 주입구와 배출구(여기에 도시되지 않음) 사이에서 UV-LED 반응기(300)를 통해 진행할 때 여러 번의 통과를 행한다. 채널들(322)을 통해 유동하고 UV-LED들(330)에 의해 조사되는 유체가 UV-LED들(330) 및/또는 UV-LED들(330)(및/또는 다른 전자 디바이스들)로부터 떨어져 있는 반응기(300)의 다른 열 발생 전자 디바이스들(도시되지 않음)에 의해 발생된 열을 소산시키는 데 사용될 수 있다. 도 4에 도시된 예시적인 실시예에서, 반응기(300)는 조사된 유체가 UV-LED들(330)의 UV 활성 영역에서 순환되도록 구성된다. 보다 구체적으로는, UV-LED들(330)은 UV LED들(330)로부터 제1 방향을 따라서 도관(320) 내의 유체 쪽으로 연장되는 주 광학 축을 갖는 것에 의해 방사선을 유체 도관(320) 내로 지향시키도록 배향된다. 열 전도 도관 본체(321)는 하나 이상의 열 전도 채널 벽(324)을 포함하고, 열 전도 채널 벽들(24)은 차례로 반응기(310) 내의 유체 유동 채널들(322)을 정의한다. PCB(340)는 제1 표면을 갖는 열 전도 기판을 포함한다. 열 전도 기판의 제1 표면은 대체로 평면이고, 실질적으로 제1 방향으로(즉, 방사선이 UV-LED들(330)로부터 유체 도관(320) 내로 지향되는 제1 방향으로) 배향될 수 있는 법선 벡터( n )를 갖는다. 실질적으로 제1 방향으로의 의미는 본 명세서의 다른 곳에서 기술된 의미를 가질 수 있다. 열 전도 도관 본체(321)는 PCB(340)의 열 전도 기판의 제1 표면과 열 접촉한다. 이러한 방식으로, 열은 UV-LED(330)로부터 열 전도 기판, 열 전도 기판의 제1 표면과 열 전도 도관 본체(321) 사이의 열 접촉을 통해, 그리고 열 전도 도관 본체(321)의 하나 이상의 열 전도 벽(324)으로부터 유체 도관(320)을 통해 유동하는 유체로 소산된다. 도 4에 도시된 반응기(300)는 앞서 기술된 반응기들(10, 110)과 유사한 다른 특성들 및 컴포넌트들을 포함할 수 있다.

도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 UV-LED 반응기(400)의 상단면도를 도시하고 있다. UV-LED 반응기(400)는 일련의 길이방향으로 적층된 반응기(300)를 포함한다. 유체는 도 4와 관련하여 앞서 기술된 바와 같이 주입구 및 배출구(여기에 도시되지 않음) 사이에서 UV-LED 반응기(400)를 통해 진행한다. 반응기(400)에 의해 이용되는 열 관리 기법은 도 4와 관련하여 앞서 기술된 열 관리 기법과 유사하다. 반응기(400)의 많은 특징들 및 컴포넌트들이 반응기(10)의 특징 및 컴포넌트들과 유사하며, 숫자 "4"가 선행하는 동일한 참조 번호들은 반응기(10)의 특징들 및 컴포넌트들과 유사한 반응기(400)의 특징들 및 컴포넌트들을 나타내는 데 사용된다.

본 명세서에 기술된 길이방향으로 연장되는 유체 유동 채널들은, 제한 없이, 원, 반원, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 사다리꼴, 육각형, 및 이와 유사한 것을 비롯한, 임의의 적당한 형상을 취할 수 있는 단면을 갖는다. 이 단면들은 열 관리를 개선시킴으로써 반응기 성능을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 원형 단면을 갖는 유체 유동 채널은 반응기의 UV-LED들(및/또는 다른 전자 디바이스들)에 최적의 열 관리를 제공할 수 있다. 도 6에 도시된 예시적인 실시예에서, UV-LED 반응기(500)는 삼각형 단면을 갖는 길이방향으로 연장되는 유체 유동 채널들(522)을 포함한다. 유체는 도 4와 관련하여 앞서 기술된 바와 같이 주입구 및 배출구(여기에 도시되지 않음) 사이에서 UV-LED 반응기(500)를 통해 진행한다. 반응기(500)에 의해 이용되는 열 관리 기법은 도 4와 관련하여 앞서 기술된 열 관리 기법과 유사하다. 반응기(500)의 많은 특징들 및 컴포넌트들이 반응기(10)의 특징 및 컴포넌트들과 유사하며, 숫자 "5"가 선행하는 동일한 참조 번호들은 반응기(10)의 특징들 및 컴포넌트들과 유사한 반응기(500)의 특징들 및 컴포넌트들을 나타내는 데 사용된다.

본 명세서에 기술된 열 관리 기법들은 PCB 상에 연결된, UV-LED들을 비롯한, 전자장치로부터 열을 소산시키기 위해 유체(전형적으로 물)를 이용한다. 이것은 PCB의 열 전도 기판과, 유동 채널들(및/또는 매니폴드) 내에서 이동하는 유체로 연속적으로 냉각되는, 유체 도관 열 전도 벽들 사이의 열 접촉을 최대화하는 것에 의해 달성된다. 열 전도 도관 본체와 PCB의 열 전도 기판 사이의 열 접촉의 열 접촉 저항은, 본 명세서의 다른 곳에서 기술된 바와 같이, 열 갭(thermal gap)들을 필링하기 위해 열 전도 도관 본체와 PCB의 열 전도 기판의 제1 표면 사이에 변형가능하고 열 전도성의 열 접촉 향상 컴포넌트(예컨대, 열 접촉 향상 컴포넌트(50, 150))를 개재시키는 것에 의해 그리고/또는 PCB의 에지들(또는 다른 영역(들))로부터 솔더 마스크 코팅을 제거하는 것에 의해 상당히 감소될 수 있다. 이러한 열 접촉 향상 컴포넌트는 임의적이다.

히트 싱크(들)의 사용 또는 PCB의 배면(즉, UV-LED들이 연결되어 있는 측면과 반대쪽에 있는 측면)에서 유체 유동을 통과시키는 것과 같은, 능동 또는 수동 열 제거 및 열 관리의 다른 기법들이 또한 본 명세서에 기술된 열 소산 장치들 및 방법들과 조합하여 사용될 수 있다.

UV-LED 반응기(여기에 도시되지 않음)의 일부 실시예들은 길이방향으로 연장되는 유체 유동 채널을 통해 유체를 조사하는 복수의 UV-LED를 포함한다. 일부 실시예들(여기서 도시되지 않음)에서, 복수의 방사선 포커싱 요소가 통합되고(각각의 UV-LED마다 하나씩), 각각의 UV-LED로부터의 방사선은 그의 대응하는 포커싱 요소에 의해 포커싱된다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 LED의 그룹들은 임의의 적절한 방식으로 하나 이상의 대응하는 포커싱 요소(또는 하나 이상의 대응하는 포커싱 요소 내로부터의 하나 이상의 대응하는 렌즈)의 그룹들을 공유할 수 있다. 예를 들어, 총 9개의 LED 및 3개의 렌즈가 있을 수 있으며, 여기서 LED들이 3개의 LED의 3개의 그룹으로 그룹화되고, 3개의 LED의 각각의 그룹으로부터의 방사선이 LED 그룹에 대응하는 단일 렌즈를 통과한다. 다수의 UV-LED를 통합하는 UV-LED 반응기는 상대적으로 큰 단면을 갖는 보어를 갖는 유체 유동 채널들에 특히 적당할 수 있다. 다수의 UV-LED들은, 유체 유동 채널을 조사하기 위해 단일 UV-LED로 동작되는 실시예와 비교하여, 이러한 유체 유동 채널들에서의 조사량(irradiance)을 증가시키는 것에 의해 조사량 커버리지(irradiance coverage)를 최대화하는 데 도움을 줄 수 있다.

본 발명의 UV-LED 반응기는 많은 광반응들, 광촉매 반응들, 및 광 개시 반응들에 사용될 수 있다. 하나의 특정의 적용분야는 물의 정화 또는 다른 UV-투과 유체들의 정화이다. 물 처리는, 직접 광반응(direct photoreaction)들, 광촉매 반응들, 및/또는 광 개시 산화 반응들에 의한, 미생물들(예컨대, 세균 및 바이러스)의 불활성화 및, 화학적 오염물들(예컨대, 유독성 유기 화합물들)과 같은, 미세 오염물질(micro-pollutant)들의 분해(degradation)에 의해 달성될 수 있다. 물은, 전기 펌프와 같은, 유체 이동 디바이스(fluid-moving device)를 사용하여 UV-LED 반응기를 통해 유동할 수 있다. UV-LED들은 벽 플러그, 태양 전지들, 또는 배터리에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 적용가능한 경우, 광촉매는 중실 기판(solid substrate) - 유체가 그 위를 통과함 - 상에, 그리고/또는, 예를 들어, 메시(mesh), 스크린(screen), 발포 금속(metal foam), 천(cloth) 또는 이들의 조합을 비롯한, 타공 기판(perforated substrate) - 유체가 그를 관통하여 통과함 - 상에 부동화(immobilize)될 수 있다. 중실 및/또는 타공 기판들 상에 지지되는 광촉매들은 길이방향으로 연장되는 유체 유동 채널들에 배치될 수 있다. 광촉매는 또한 유체 유동 채널의 단면에, 단면을 부분적으로 또는 전체적으로 커버하도록, 배치될 수 있다. 광촉매가 유동 채널의 단면 전체를 커버하는 경우, 유체가 광촉매 기판을 관통하여 통과할 수 있게 하기 위해 타공 기판이 사용될 수 있다. 광촉매가 UV-LED로부터의 포커싱된 UV 방사선으로 조사되어, UV-LED 광촉매 반응기를 제공한다. 광촉매는 티타늄 이산화물, 또는 임의의 다른 광촉매를 포함할 수 있다. 특정 실시예들에서, 하나 이상의 광촉매, 촉매 지지체 및 조촉매(co-catalyst)의 조합이 중실 및/또는 타공 기판(들) 상에 제공된다. 적용가능한 경우, 화학적 산화제들과 같은, 화학 시약들이 UV 반응기에 주입될 수 있다. 화학적 산화제는 과산화수소, 오존, 또는 다른 화학물들을 포함할 수 있다. UV-LED는 외부 신호에 의해 자동으로 턴 온 및 오프될 수 있다. 반응기는, 정적 혼합기들, 와류 발생기들, 배플들, 및/또는 이와 유사한 것과 같은, 도관에서의 유체 유동을 억제하기 위한 하나 이상의 컴포넌트를 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, 정적 혼합기들, 와류 발생기들, 배플들, 또는 이와 유사한 것이, 유체 유동이 유체 유동 채널들을 통과할 때 혼합을 증가시키기 위해 그리고/또는 유체 유동을 회전시키기 위해, 길이방향으로 연장되는 유체 유동 채널들에 설치될 수 있다. 이것은, 보다 균일한 UV 선량을 전달하는 것에 의해 또는 반응기에서 광촉매들이 존재하는 광촉매 표면 근방에서의 물질 전달(mass transfer)을 개선시키는 것에 의해, UV-LED 반응기 성능을 향상시킬 수 있다. 정적 혼합기들, 와류 발생기들, 배플들, 또는 이와 유사한 것은 또한 유체 유동 채널에서 UV 방사선 플루언스율 프로파일과 매칭하도록 다양한 유입 유동 양상들을 수용하도록 동적으로 조정될 수 있는 유동 억제 요소들로서 역할할 수 있다.

본 명세서에 기술된 UV-LED 반응기들의 실시예들의 열 전도 도관 본체는 알루미늄, 스테인리스강으로, 또는 금속, 합금, 고강도 플라스틱, 또는 이와 유사한 것과 같은, 임의의 다른 충분하고 강한 재료로 제조될 수 있다. 유체 유동 채널들을 정의하는, 유체 도관의 내부 벽들은 내부 벽들에 입사하는 방사선의 임의의 부분을 유체 쪽으로 반사시키기 위해 높은 UV 반사율을 갖는 재료로 제조되거나 코팅될 수 있다(그러나 꼭 그럴 필요는 없음).

본 명세서에 기술된 실시예들이 특정의 특징들 및 유체 유동 채널 구성들 또는 렌즈 구성들 및 이와 유사한 것으로 제시되지만, 본 명세서에 기술된 특징들 또는 구성들의 임의의 다른 적당한 조합이 UV-LED 반응기에 존재할 수 있다는 것을 이해해야 한다.

게다가, UV-LED 반응기는 시너지 효과들이 광반응 효율을 향상시키게 하기 위해 상이한 피크 파장들의 UV-LED들을 통합할 수 있다.

일부 실시예들에서, UV-LED 반응기는, UV-LED들의 어레이로 조사되는, 석영 또는 실리카 유리창으로 커버된 평면 유동 채널을 포함한다. 이 구성은 2개의 구별되는 형태를 가질 수 있다:

a. 채널(들)(평행한 채널들을 포함함) 내에서 유동하는 유체가 주로 유동 채널 길이의 축(또는 주 유동 방향)에 수직인 방향으로 UV-LED들에 의해 조사된다. 이 경우에, LED(들)는 유동 채널(들)의 길이를 따라서 배치된다. 유동은 주로 UV-LED들 아래에서/위에서 이동하며 조사된다.

b. 채널(들) 내에서 유동하는 유체가 주로 유동 채널 길이의 축(또는 주 유동 방향)에 평행한 방향으로 UV-LED들에 의해 조사된다. 이 경우에, LED(들)는 유동 채널(들)의 한쪽 단부 또는 양쪽 단부에 배치된다. 유동은 주로 UV-LED들 쪽으로 또는 그로부터 멀어지는 쪽으로 이동하며 조사된다.

이 구성들 중 어느 하나에서, UV 방사선에의 유체의 노출이 제어될 수 있다. 유동 채널들 및 UV-LED 어레이들은 유동이 원하는 수의 LED에 노출되는 방식으로 배열될 수 있다. 설계는 단일 유동 채널, 일련의 평행 유동 채널, 또는 다수의 유동 채널의 스택을 포함할 수 있다. 유체에 전달되는 총 UV 선량은 유동률을 조정하는 것 및/또는 UV-LED 전력을 조절하는 것, 및/또는 UV-LED들의 수를 턴 온/오프하는 것에 의해 제어될 수 있다. 이 설계는 얇은 평면상 UV-LED 반응기(thin planar UV-LED reactor)들의 제조를 가능하게 한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, UV-LD 반응기는 유체에 대한 주입구 및 배출구 포트들을 갖는, 기하형상 및 치수의 면에서, 대략 스마트 폰의 크기일 수 있다.

일부 실시예들에서, 복수의 LED(들)가 길이방향으로 연장되는 유체 유동 채널의 길이를 따라서, 조사의 주 방향이 유동의 주 방향에 수직이도록, 배치된다. LED(들)는 길이방향으로 연장되는 유체 유동 채널의 한쪽 측면을 따라서 또는 양쪽 측면을 따라서 배치될 수 있다. 유동은 주로 UV-LED들 아래에서(또는 위에서) 이동할 수 있고, 유동이 길이방향으로 연장되는 유체 유동 채널을 통해 길이 방향들로 진행할 때, 조사될 수 있다. 채널들의 내부 벽은 유체로의 방사선 전달을 용이하게 하기 위해 높은 UV 반사율을 갖는 재료로 제조되거나 코팅될 수 있다. 유체가 하나의 채널로부터 다른 채널로 가기 위해 2개의 인접한 유체 유동 채널이 한쪽 단부에서 연결될 수 있다(유체는 반응기를 통한 다중 통과(multi-pass)를 경험한다). UV-LED 방사 패턴을 조정하기 위해 콜리메이팅, 발산, 수렴, 및 다른 렌즈들을 비롯한 상이한 렌즈들이 UV-LED 반응기에 설치(install)될 수 있다.

UV-LED 반응기의 특정의 적용분야들은, 예를 들어, 사용 시점 적용분야들에서, 저 유동률 내지 중간 유동률의 물의 프로세싱 및 처리를 포함한다. 게다가, 본 명세서에 기술된 실시예들에 따른 UV-LED 반응기는, 그의 콤팩트한 구성 및 높은 효율로 인해, 어플라이언스들(예컨대, 냉장고, 냉동기, 물 냉각기, 커피 머신, 물 디스펜서(water dispenser), 제빙기(icemaker) 등), 건강 관리(health care) 또는 의료 디바이스들 또는 시설들, 치과 장비, 및 깨끗한 물의 사용 요구하는 임의의 다른 디바이스들에 통합될 수 있다. UV-LED 반응기는 디바이스에 통합되거나 기존의 디바이스에 부가물(add-on)로서 적용될 수 있다. 예를 들어, UV-LED 반응기가 디바이스에 사용되는(예컨대, 디바이스의 송수관을 통과하는) 물을 처리하도록 UV-LED 반응기가 송수관에 걸쳐 어딘가에 배치될 수 있다. 이것은 유체가 파이프를 통과하는 동안 조사/처리되는 경우, 또는 파이프 내부에서의 잠재적 미생물 생물막의 형성을 방지할 필요가 있는 경우, 또는 유체가 사용되기 전에 파이프라인의 끝에서 처리될 필요가 있는 경우 특히 관심 대상일 수 있다. UV-LED 반응기는 (여과와 같은) 하나 이상의 다른 형태의 물 정화 방법과 함께 디바이스에 통합될 수 있다. UV-LED 반응기의 예시적인 사용 시점 유체 처리 적용분야들이 도 7 내지 도 9을 참조하여 다음에 기술된다.

도 7은, 주입구 파이프(626), 배출구 파이프(628), 및 수도꼭지(water tap)(605)를 포함하고 물의 처리를 위해 UV-LED들(630)로 동작되는 UV-LED 반응기(610)를 통합하는, 물 처리 시스템(600)을 도시하고 있다. 물은 주입구(626)를 통해 반응기(610)에 들어가고, UV-LED 반응기(610)를 통과하며, 배출구 파이프(638)로부터 나와서 일반 사용을 위해 수도꼭지(tap)(605)로 가기 전에, UV-LED들(630)로부터 방출된 UV 방사선에 의해 조사된다. 전반적인 유체 유동 방향들은 화살표들로 나타내어져 있다. 반응기(610)의 많은 특징들 및 컴포넌트들이 반응기(10)의 특징 및 컴포넌트들과 유사하며, 숫자 "6"이 선행하는 동일한 참조 번호들은 반응기(10)의 특징들 및 컴포넌트들과 유사한 반응기(600)의 특징들 및 컴포넌트들을 나타내는 데 사용된다.

일부 실시예들에서, UV-LED 반응기는, 냉동기, 물 냉각기, 커피 메이커, 자동 판매기, 및 이와 유사한 것과 같은, 인간의 소비를 위해 물(또는 물 기반 유체)을 분배하거나 사용하는 어플라이언스들에 통합될 수 있다. 인간의 소비를 위해 사용되는 물은 고도의 정화를 필요로 한다. 예를 들어, 냉장고, 냉동기, 및 물 냉각기에 대한 주요 물 공급원(water supply)이 유해 병원체들을 포함할 수 있다. 이것은 물 네트워크(water network)에서의 분배 이전에 물이 제대로 처리되지 않을 수 있는 개발 도상국들 및 오지(remote area)들에서 특히 우려된다. 그에 부가하여, 냉장고/냉동기 송수관은, 그의 특정의 구조로 인해, 생물막 및 미생물 오염에 취약할 수 있다. 폴리머 튜빙은 전형적으로 스루-더-도어(through-the-door) 얼음 및 음료수에 사용되도록 물을 주요 물 공급원으로부터 냉장고들에 전달한다. 세균 생물막은, 특히 물이 사용 중이 아닐 때, 송수관에 형성될 수 있다(예컨대, 생물막은 8 시간 이내에 형성될 수 있다). 간헐적 물 사용 패턴들은 하루 중 오랜 기간 동안 송수관들 내에서의 물 기둥(water column) 전체의 정체를 초래한다. 물 공급 튜브(water supply tube)들의 표면들 상에의 세균의 정착(colonization) 및 생물막의 형성에 대한 취약성(susceptibility)은 잘 알려진 문제이다.

반응기의 UV-LED들은 물이 유동하기 시작하는 것과 유동하는 것을 중단한 것에 응답하여 자동으로 턴 온 및 오프될 수 있다. 유체의 유동을 검출하고 UV-LED들을 턴 온 또는 오프시키라는 신호를 반응기로 송신하기 위해 센서들이 사용될 수 있다. UV-LED 반응기는 (소비를 위해) 송수관을 떠나는 물에서의 미생물 오염을 감소시키고 감염 위험을 감소시킬 수 있다. 이것은 UV-LED들의 동작 조건들에 의해 용이하게 된다. 예를 들어, UV-LED는 일정 범위의 온도들에서 동작할 수 있고 높은 주파수로 턴 온 및 오프될 수 있으며, 이는 냉장고 및 물 냉각기 적용분야들에 특히 중요하다.

인간의 소비를 위해 의도된 물 또는 물 기반 유체들(예컨대, 커피 또는 다른 음료들)을 분배하거나 사용하는 임의의 어플라이언스들은 물을 처리하기 위해 본 명세서에 기술된 실시예들에 따른 UV-LED 반응기를 통합할 수 있다. 예를 들어, 도 8은 본체(711) 및 물/얼음 디스펜서(714)에 물을 전달하기 위한 파이프(713)를 포함하는 냉장고(700)를 도시하고 있다. 냉장고(700)는 UV-LED 반응기(710)를 통합하고 있다. 반응기(710)의 많은 특징들 및 컴포넌트들이 반응기(10)의 특징 및 컴포넌트들과 유사하며, 숫자 "7"이 선행하는 동일한 참조 번호들은 반응기(10)의 특징들 및 컴포넌트들과 유사한 반응기(710)의 특징들 및 컴포넌트들을 나타내는 데 사용된다. 파이프(713) 내에서 유동하는 물은, 물이 물/얼음 디스펜서(714)에 들어가기 전에 UV 방사선에 의해 조사되는, UV-LED 반응기(710)를 통과한다. 전반적인 유체 유동 방향들은 화살표들로 나타내어져 있다. 이와 유사하게, UV-LED 반응기를 통합하는 것으로부터 이득을 볼 수 있는 다른 어플라이언스들은, 제한 없이, 냉동기, 제빙기, 냉동 음료 기계, 물 냉각기, 커피 메이커, 자동 판매기 및 이와 유사한 것을 포함한다.

본 명세서에 기술된 실시예들에 따른 UV-LED 반응기의 다른 적용분야들은, 동작, 세정 또는 깨끗한 물을 필요로 하는 다른 목적 중 어느 하나를 위해, 건강 관리 또는 치과 관련 또는 의료 디바이스들 또는 설비들에서 또는 그에 의해 사용되는 물 또는 다른 유체들의 처리를 포함한다. 상세하게는, 많은 건강 관리 적용분야들은 수질이 음료수보다 더 높은 표준일 것을 요구한다. 본 명세서에 기술된 UV-LED 반응기들의 효율 및 콤팩트성은 그들을 건강 관리 디바이스들에 구현하기 위한 종래의 UV-램프 반응기들보다 더 매력적으로 만들 수 있다.

예를 들어, 도 9는 본체(821) 및 UV-LED 반응기(810)를 포함하는 파이프(823)를 포함하는 혈액투석 기계(800)를 도시하고 있다. 파이프(823) 내에서 유동하는 물은 혈액투석 기계에서의 사용 이전에 처리를 위해 UV-LED 반응기(810)를 통과한다. 반응기(810)의 많은 특징들 및 컴포넌트들이 반응기(10)의 특징 및 컴포넌트들과 유사하며, 숫자 "8"이 선행하는 동일한 참조 번호들은 반응기(10)의 특징들 및 컴포넌트들과 유사한 반응기(810)의 특징들 및 컴포넌트들을 나타내는 데 사용된다. 이와 유사하게, UV-LED 반응기를 통합하는 것으로부터 이득을 볼 수 있는 다른 어플라이언스들은, 제한없이, 결장 수치료 장비, 및 세정 또는 동작을 위한 물을 분배하는 치과 장비, 또는 이와 유사한 것을 포함한다.

치과 장비에서의 적용들과 관련하여, 치과 유닛 송수관(dental unit waterline: DUWL)들의 검사(survey)들은 생물막 형성이 문제이고 DUWL에서 확인된 세균의 대부분이 유비쿼터스(ubiquitous)라는 것을 나타낸다. 비록 이러한 세균이 가정용 배수 시스템들에는 단지 적은 수로 존재할 수 있지만, 그들이 치과 유닛들 내의 좁은-보어(narrow-bore) 송수관들의 루멘 표면(lumen surface)들 상에서는 생물막들로서 번성할 수 있다. 오염된 DUWL로부터의 미생물들은, 작업 유닛 핸드피스(working unit hand-piece)들에 의해 발생되는, 에어로졸(aerosol)과 스플래터(splatter)와 함께 전염(transmit)된다. 다양한 연구들은 DUWL에서의 미생물 오염을 감소시킬 필요성을 강조한다.

일부 실시예들에서, UV-LED 반응기는 유닛에서 사용되는 물을 처리하기 위해 치과 유닛에 통합될 수 있다. UV-LED 반응기는 (치과 의자와 같은) 치과 유닛들에 통합될 수 있거나, UV-LED 반응기는, 사용 이전에 물의 처리를 위해, 물 스프레이를 홀드하는 치과 의자의 트레이(보조 트레이) 내에, 또는 물 스프레이 핸들 내에, 또는 송수관에 걸쳐 어떤 다른 곳에 위치될 수 있다. 인스턴트 온 및 오프(instant on and off)를 비롯한 특징들이 치과 유닛에 통합된 UV-LED 반응기에 포함될 수 있다.

일부 실시예들은 펄스 모드(pulsed mode)로 동작되는 UV-LED들을 포함한다. 예를 들어, LED들이 높은 주파수들로 펄싱될 수 있다. 이 동작 모드는 광촉매 효율들을 증가시키도록 광반응 속도는 물론 광촉매의 전자-정공 재결합에 영향을 줄 수 있다.

UV-LED들은 일부 실시예들에서 자동으로 턴 온 및 오프하도록 프로그램될 수 있다. 예를 들어, 유체 유동이 반응기에서 이동하기 시작하거나 이동하는 것을 중단할 때(이는 사용 시점 적용분야들에서 물 정화에 유용할 수 있음), 또는 특정 시간 간격들로 UV-LED들을 턴 온/오프시키는 것이 바람직할 수 있다. UV-LED들의 온/오프 상태를 제어하기 위해, 유체 유동 채널들 내에서의 유체 움직임을 검출하기 위해 센서가 사용될 수 있다. 대안적으로, 사용자가, 직접(예컨대, 스위치를 턴 온 및 오프시키는 것에 의해), 또는 간접적 액션으로서(예를 들어, 탭(tap)을 턴 온 및 오프시키는 것을 통해) 센서를 물리적으로 활성화시킬 수 있다. 이 특징은 유리하게도 반응기에 의해 사용되는 에너지를 절감할 수 있다. 다른 예로서, 미생물들의 임의의 잠재적인 성장, 미처리된 상류 유체(upstream fluid)로부터의 미생물들의 확산을 방지하기 위해, 그리고/또는 임의의 생물막 형성(biofilm formation)을 방지하기 위해, UV 반응기 챔버가 얼마 동안 동작 중이 아닐 때 UV 반응기 챔버의 세정을 위해 특정 시간 간격들로 UV-LED들을 턴 온/오프시키는 것이 바람직할 수 있다. UV-LED들의 온/오프 상태를 제어하기 위해, 마이크로컨트롤러가 일정 시간 기간(예를 들어, 몇 초) 동안 특정 시간 간격들로(예를 들어, 몇 시간마다 한 번씩) UV-LED들을 턴 온시키도록 적용되고 프로그램될 수 있다.

일부 실시예들에서, UV-LED들 중 적어도 일부는 신호를 수신한 것에 응답하여 그들의 전력 출력을 조정하거나 자동으로 턴 온 또는 오프하도록 프로그램될 수 있다. 신호는, 예를 들어, UV-LED 반응기를 통과하는 유체의 유동률(또는 다른 측정가능한 특성)이 변할 때 발생될 수 있다. 유체가 물인 실시예들에서, 측정가능한 특성은 수질 또는 오염물들의 농도를 나타내는 것일 수 있다. 수질 지표(water quality indicator)들의 예들은 UV 투과율(transmittance) 및 탁도(turbidity)를 포함한다. 이 구성은 특정의 동작 조건들에 기초하여 적절한 방사선 에너지(radiation energy)가 유체로 지향되는 것을 용이하게 할 수 있다.

일부 실시예들에서, 반응기 및 UV-LED들의 상태를 사용자에게 알려주기 위해, 예를 들어, LCD(liquid crystal display) 또는 (컬러 LED와 같은) 방사선 신호와 같은, 시각적 표시자(visual indicator)가 UV-LED 반응기 상에, 또는 다른 보이는 곳에(예를 들어, 적용분야가 물 처리인 경우 탭 상에) 제공될 수 있다. 일 예로서, UV-LED들이 온일 때, LCD 상의 기호(sign)가 디스플레이되거나 UV-LED들의 "온" 상태를 사용자에게 표시하는 컬러 LED가 턴 온될 수 있다.

본 명세서에 기술된 열 소산 및 열 관리 방법들 및 장치들을 통합할 수 있는 UV-LED 기반 광반응기들의 추가의 예시적인 실시예들은, 참조에 의해 본 명세서에 원용되는, 2016년 1월 19일에 출원되고 발명의 명칭이 HEAT DISSIPATION APPARATUS AND METHODS FOR UV-LED PHOTOREACTORS인 미국 출원 제62/280,630호에 기술되어 있다.

용어들의 해석

문맥이 분명히 달리 요구하지 않는 한, 설명 및 청구 범위 전체에 걸쳐:

"포함한다(comprise)", "포함하는(comprising)", 및 이와 유사한 것이, 배타적(exclusive) 또는 포괄적(exhaustive) 의미가 아니라, 포함적(inclusive) 의미로; 즉 "포함하지만 이에 한정되지 않는"의 의미로 해석되어야 한다;

"연결된(connected)", "결합된(coupled)" 또는 그의 임의의 변형은 2개 이상의 요소 간의, 직접적인 또는 간접적인, 임의의 연결 또는 결합을 의미하고; 요소들 간의 결합 또는 연결은 물리적, 논리적, 또는 이들의 조합일 수 있다;

"본 명세서에서(herein)", "앞서(above)", "이하에서" 및 유사한 의미의 단어들은, 본 명세서를 기술하는 데 사용될 때, 본 명세서의 임의의 특정 부분들이 아니라 본 명세서 전체를 지칭할 것이다;

2개 이상의 항목들의 리스트와 관련하여 "또는"은 그 단어의 다음과 같은 해석들: 리스트 내의 항목들 중 임의의 것, 리스트 내의 항목들 전부, 및 리스트 내의 항목들의 임의의 조합 모두를 커버한다;

단수 형태들 "한(a)", "한(an)" 및 "그(the)"는 또한 임의의 적절한 복수 형태들의 의미를 포함한다.

이 설명 및 임의의 첨부된 청구항들(존재하는 경우)에서 사용되는, "길이방향", "횡방향", "수평", "전방", "후방", "상단", "하단", "아래쪽에", "위쪽에", "아래에", 및 이와 유사한 것과 같은 방향들을 나타내는 단어들은 설명되고 예시된 장치의 특정 배향에 의존한다. 본 명세서에 기술된 발명 요지는 다양한 대안의 배향들을 가정할 수 있다. 그에 따라, 이 방향 용어들은 엄격하게 정의되지 않으며 좁게 해석되어서는 안된다.

컴포넌트(예컨대, 기판, 어셈블리, 디바이스, 매니폴드 등)가 앞서 언급되어 있는 경우, 달리 지시되지 않는 한, 그 컴포넌트에 대한 언급("수단"에 대한 언급을 포함함)은 기술된 컴포넌트의 기능을 수행하는(즉, 기능적으로 동등한) 임의의 컴포넌트 - 본 명세서에 기술된 예시된 예시적인 실시예들에서 그 기능을 수행하는 개시된 구조물과 구조적으로 동등하지 않은 컴포넌트들을 포함함 - 를 그 컴포넌트의 등가물들로서 포함하는 것으로 해석되어야만 한다.

시스템들, 방법들, 및 장치들의 특정 예들이 예시의 목적으로 본 명세서에 기술되었다. 이들은 예들에 불과하다. 본 명세서에서 제공된 기술은 앞서 기술된 예시적인 시스템들 이외의 시스템들에 적용될 수 있다. 본 발명의 실시 내에서 많은 변경들, 수정들, 추가들, 생략들, 및 치환들이 가능하다. 본 발명은, 특징들, 요소들 및/또는 동작들을 등가의 특징들, 요소들 및/또는 동작들로 대체하는 것; 상이한 실시예들로부터의 특징들, 요소들 및/또는 동작들의 혼합 및 매칭; 본 명세서에 기술된 바와 같은 실시예들로부터의 특징들, 요소들 및/또는 동작들을 다른 기술의 특징들, 요소들 및/또는 동작들과 조합하는 것; 및/또는 기술된 실시예들로부터 특징들, 요소들 및/또는 동작들을 생략 또는 조합하는 것에 의해 획득되는 변형들을 비롯하여, 통상의 기술자에게 명백할 것인 기술된 실시예들에 대한 변형들을 포함한다.

Claims

유체의 유동을 UV 방사선으로 조사(irradiate)하기 위한 자외선(UV) 반응기로서,
유체 도관(fluid conduit) - 그를 통한 유체의 유동을 가능하게 하기 위한 하나 이상의 열 전도 벽(heat conducting wall)을 포함하는 열 전도 도관 본체(heat conducting conduit body)에 의해 정의됨 -;
인쇄 회로 보드(PCB)에 동작가능하게 연결된 UV 발광 다이오드(UV-LED) - 상기 UV-LED는 방사선을 상기 유체 도관 내로 지향시키도록 배향됨 -
를 포함하며;
상기 PCB는 제1 표면을 갖는 열 전도 기판을 포함하고;
상기 열 전도 도관 본체는 상기 PCB의 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면과 열 접촉하며;
열은 상기 UV-LED로부터 상기 열 전도 기판, 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면과 상기 열 전도 도관 본체 사이의 상기 열 접촉을 통해, 그리고 상기 열 전도 도관 본체의 상기 하나 이상의 열 전도 벽으로부터 상기 유체 도관을 통해 유동하는 상기 유체로 소산(dissipate)되는, 반응기.
청구항 1 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 UV-LED는 방사선을 상기 UV-LED로부터 상기 유체 도관으로의 제1 방향으로 연장되는 주 광학 축(principal optical axis)을 갖도록 지향시키도록 배향되고, 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면은 실질적으로 상기 제1 방향으로 배향된 법선 벡터를 갖는 평면인, 반응기.
청구항 1 또는 청구항 2 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 열 전도 도관 본체와 상기 PCB의 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면 사이의 상기 열 접촉은 상기 열 전도 도관 본체와 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면 사이에 개재된 열 접촉 향상 컴포넌트(thermal contact enhancing component) - 상기 열 접촉 향상 컴포넌트는 상기 열 전도 도관 본체와 상기 PCB의 상기 열 전도 기판 사이의 열 접촉 저항을 감소시킴(열 접촉 전도율을 증가시킴) - 를 포함하는, 반응기.
청구항 3 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 열 접촉 향상 컴포넌트는 열 전도성 및 변형가능 열 패드를 포함하는, 반응기.
청구항 3 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 열 접촉 향상 컴포넌트는 열 전도성 젤(gel) 또는 페이스트(paste)를 포함하는, 반응기.
청구항 1 내지 청구항 5 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 열 전도 도관 본체와 상기 PCB의 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면 사이의 상기 열 접촉은 상기 열 전도 도관 본체와 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면 사이에 개재된 열 전도 매개 컴포넌트(heat conducting intermediate component)를 포함하는, 반응기.
청구항 1 내지 청구항 6 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 PCB는 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면이 노출되는 열 접촉 영역을 포함하고, 상기 열 전도 도관 본체와 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면 사이의 상기 열 접촉은 상기 열 접촉 영역에서 행해지는, 반응기.
청구항 7 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 PCB의 솔더 마스크 코팅(solder mask coating)이 상기 PCB의 상기 열 접촉 영역으로부터 제거되는, 반응기.
청구항 7 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 PCB는 상기 열 접촉 영역에 인접한 회로 영역에서 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면을 커버하는 솔더 마스크를 포함하며, 상기 UV-LED는 상기 회로 영역에 위치되는, 반응기.
청구항 1 내지 청구항 9 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 유체 도관을 통해 유동하는 상기 유체는 상기 유체 도관의 상기 하나 이상의 열 전도 벽으로부터의 열을 상기 유체 내로 소산시키기 위해 상기 유체 도관의 상기 하나 이상의 열 전도 벽과 접촉하는, 반응기.
청구항 10 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 유체 도관을 통해 유동하는 상기 유체와 상기 유체 도관의 상기 하나 이상의 열 전도 벽 사이의 상기 접촉은, 적어도 부분적으로, 상기 반응기의 UV 활성 영역 내부에서 일어나는, 반응기.
청구항 1 내지 청구항 11 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항 중 어느 한 청구항에 있어서,
상기 열 전도 도관 본체는: 복수의 유체 유동 채널 - 각각의 유체 유동 채널은 하나 이상의 열 전도 벽에 의해 정의됨 -; 및 상기 복수의 유체 유동 채널 중 적어도 2개의 유체 유동 채널의 단부들에 위치되고 상기 적어도 2개의 유체 유동 채널 사이의 유체 연통을 제공하도록 성형된 매니폴드(manifold)를 포함하며;
상기 열 전도 도관 본체와 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면 사이의 상기 열 접촉은 상기 매니폴드와 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면 사이의 열 접촉을 포함하는, 반응기.
청구항 12 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 매니폴드는 상기 복수의 유체 유동 채널과 일체로 형성되는, 반응기.
청구항 12 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 매니폴드는 상기 복수의 유체 유동 채널에 조인(join)되고, 상기 복수의 유체 유동 채널과 열 접촉하는, 반응기.
청구항 1 내지 청구항 11 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항 중 어느 한 청구항에 있어서,
상기 열 전도 도관 본체는 복수의 유체 유동 채널 - 각각의 유체 유동 채널은 하나 이상의 열 전도 벽에 의해 정의됨 - 을 포함하고;
상기 열 전도 도관 본체와 상기 PCB의 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면 사이의 상기 열 접촉은 상기 열 전도 도관 본체와 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면 사이에 개재된 열 전도 매니폴드를 포함하는, 반응기.
청구항 15 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 열 전도 도관 본체와 상기 PCB의 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면 사이의 상기 열 접촉은 상기 열 전도 도관 본체와 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면 사이에 개재된 열 접촉 향상 컴포넌트 - 상기 열 접촉 향상 컴포넌트는 상기 열 전도 도관 본체와 상기 PCB의 상기 열 전도 기판 사이의 열 접촉 저항을 감소시킴(열 접촉 전도율을 증가시킴) - 를 포함하는, 반응기.
청구항 16 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 열 접촉 향상 컴포넌트는 열 전도성 및 변형가능 열 패드를 포함하는, 반응기.
청구항 16 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 열 접촉 향상 컴포넌트는 열 전도성 젤 또는 페이스트를 포함하는, 반응기.
청구항 2 내지 청구항 18 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 주 광학 축은 상기 유체 도관을 통한 상기 유체의 유동의 방향과 대체로 평행한, 반응기.
청구항 2 내지 청구항 19 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 열 전도 도관 본체는 복수의 길이방향으로 연장되는 유체 유동 채널 - 각각의 길이방향으로 연장되는 유체 유동 채널은 하나 이상의 열 전도 벽에 의해 정의됨 - 을 포함하고, 상기 주 광학 축은 상기 복수의 길이방향으로 연장되는 유체 채널을 통한 유체 유동의 길이 방향과 대체로 평행한, 반응기.
청구항 20 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 광학 축이 상기 UV-LED로부터 상기 유체 도관으로 연장되는 상기 제1 방향은 상기 복수의 유체 유동 채널 중 적어도 하나의 유체 유동 채널 내에서의 유체 유동의 상기 길이 방향과 반대인, 반응기.
청구항 20 또는 청구항 21 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 광학 축이 상기 UV-LED로부터 상기 유체 도관으로 연장되는 상기 제1 방향은 상기 복수의 유체 유동 채널 중 적어도 하나의 유체 유동 채널 내에서의 유체 유동의 상기 길이 방향과 동일한, 반응기.
유체의 유동을 UV 방사선으로 조사하기 위한 자외선(UV) 반응기에서의 열 관리를 위한 방법으로서,
하나 이상의 열 전도 벽을 포함하는 열 전도 도관 본체에 의해 정의된 유체 도관을 통한 유체의 유동을 가능하게 하는 단계;
UV 발광 다이오드(UV-LED)를 인쇄 회로 보드(PCB)에 동작가능하게 연결시키는 단계 - 상기 PCB는 제1 표면을 갖는 열 전도 기판을 포함함 -;
방사선을 상기 유체 도관 내로 지향시키도록 상기 UV-LED를 배향시키는 단계; 및
상기 열 전도 도관 본체와 상기 PCB의 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면 사이의 열 접촉을 행하는 단계
를 포함하며;
열은 상기 UV-LED로부터 상기 열 전도 기판, 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면과 상기 열 전도 도관 본체 사이의 상기 열 접촉을 통해, 그리고 상기 열 전도 도관 본체의 상기 하나 이상의 열 전도 벽으로부터 상기 유체 도관를 통해 유동하는 상기 유체로 소산되는, 방법.
청구항 23 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 UV-LED를 배향시키는 단계는 방사선을 상기 UV-LED로부터 상기 유체 도관으로의 제1 방향으로 연장되는 주 광학 축을 갖도록 지향시키도록 상기 UV-LED를 배향시키는 단계를 포함하고, 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면은 실질적으로 상기 제1 방향으로 배향된 법선 벡터를 갖는 평면인, 방법.
청구항 23 또는 청구항 24 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 열 전도 도관 본체와 상기 PCB의 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면 사이의 상기 열 접촉을 행하는 단계는 상기 열 전도 도관 본체와 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면 사이에 열 접촉 향상 컴포넌트를 개재시키고 그에 의해 상기 열 전도 도관 본체와 상기 PCB의 상기 열 전도 기판 사이의 열 접촉 저항을 감소시키는(열 접촉 전도율을 증가시키는) 단계를 포함하는, 방법.
청구항 25 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 열 접촉 향상 컴포넌트는 열 전도성 및 변형가능 열 패드를 포함하는, 방법.
청구항 25 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 열 접촉 향상 컴포넌트는 열 전도성 젤 또는 페이스트를 포함하는, 방법.
청구항 23 내지 청구항 27 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 열 전도 도관 본체와 상기 PCB의 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면 사이의 상기 열 접촉을 행하는 단계는 상기 열 전도 도관 본체와 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면 사이에 열 전도 매개 컴포넌트를 개재시키는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 23 내지 청구항 28 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 PCB는 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면이 노출되는 열 접촉 영역을 포함하고, 상기 열 전도 도관 본체와 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면 사이의 상기 열 접촉을 행하는 단계는 상기 열 접촉을 상기 열 접촉 영역에서 행하는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 29 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 PCB의 솔더 마스크 코팅을 상기 PCB의 상기 열 접촉 영역으로부터 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 29 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 PCB는 상기 열 접촉 영역에 인접한 회로 영역에서 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면을 커버하는 솔더 마스크를 포함하며, 상기 UV-LED를 상기 PCB에 동작가능하게 연결시키는 단계는 상기 UV-LED를 상기 회로 영역에 위치시키는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 23 내지 청구항 31 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 유체 도관을 통해 유동하는 상기 유체는 상기 유체 도관의 상기 하나 이상의 열 전도 벽으로부터의 열을 상기 유체 내로 소산시키기 위해 상기 유체 도관의 상기 하나 이상의 열 전도 벽과 접촉하는, 방법.
청구항 32 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 유체 도관을 통해 유동하는 상기 유체와 상기 유체 도관의 상기 하나 이상의 열 전도 벽 사이의 상기 접촉은, 적어도 부분적으로, 상기 반응기의 UV 활성 영역 내부에서 일어나는, 방법.
청구항 1 내지 청구항 11 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항 중 어느 한 청구항에 있어서, 복수의 유체 유동 채널 - 각각의 유체 유동 채널은 하나 이상의 열 전도 벽에 의해 정의됨 -; 및 상기 복수의 유체 유동 채널 중 적어도 2개의 유체 유동 채널의 단부들에 위치되고 상기 적어도 2개의 유체 유동 채널 사이의 유체 연통을 제공하기 위한 매니폴드를 포함하도록 상기 유체 도관을 성형하는 단계를 포함하며; 상기 열 전도 도관 본체와 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면 사이의 상기 열 접촉을 행하는 단계는 상기 매니폴드와 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면 사이의 상기 열 접촉을 행하는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 34 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 매니폴드를 상기 복수의 유체 유동 채널과 일체로 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 34 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 매니폴드를 상기 복수의 유체 유동 채널에 조인시켜 상기 매니폴드와 상기 복수의 유체 유동 채널 간의 열 접촉을 행하는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 23 내지 청구항 33 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항 중 어느 한 청구항에 있어서, 복수의 유체 유동 채널 - 각각의 유체 유동 채널은 하나 이상의 열 전도 벽에 의해 정의됨 -; 및 상기 복수의 유체 유동 채널 중 적어도 2개의 유체 유동 채널의 단부들에 위치되고 상기 적어도 2개의 유체 유동 채널 사이의 유체 연통을 제공하기 위한 매니폴드를 포함하도록 상기 유체 도관을 성형하는 단계를 포함하며; 상기 열 전도 도관 본체와 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면 사이의 상기 열 접촉을 행하는 단계는 상기 열 전도 도관 본체와 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면 사이에 열 전도 매니폴드를 개재시키는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 37 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 열 전도 도관 본체와 상기 PCB의 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면 사이의 상기 열 접촉을 행하는 단계는 상기 열 전도 도관 본체와 상기 열 전도 기판의 상기 제1 표면 사이에 열 접촉 향상 컴포넌트를 개재시키고 그에 의해 상기 열 전도 도관 본체와 상기 PCB의 상기 열 전도 기판 사이의 열 접촉 저항을 감소시키는(열 접촉 전도율을 증가시키는) 단계를 포함하는, 방법.
청구항 38 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 열 접촉 향상 컴포넌트는 열 전도성 및 변형가능 열 패드를 포함하는, 방법.
청구항 38 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 열 접촉 향상 컴포넌트는 열 전도성 젤 또는 페이스트를 포함하는, 방법.
청구항 24 내지 청구항 40 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 주 광학 축은 상기 유체 도관을 통한 상기 유체의 유동의 방향과 대체로 평행한, 방법.
청구항 24 내지 청구항 41 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항 중 어느 한 청구항에 있어서, 복수의 길이방향으로 연장되는 유체 유동 채널 - 각각의 길이방향으로 연장되는 유체 유동 채널은 하나 이상의 열 전도 벽에 의해 정의됨 - 을 포함하도록 상기 열 전도 도관 본체를 성형하는 단계를 포함하며, 상기 주 광학 축은 상기 복수의 길이방향으로 연장되는 유체 채널을 통한 유체 유동의 길이 방향과 대체로 평행한, 방법.
청구항 42 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 광학 축이 상기 UV-LED로부터 상기 유체 도관으로 연장되는 상기 제1 방향은 상기 복수의 유체 유동 채널 중 적어도 하나의 유체 유동 채널 내에서의 유체 유동의 상기 길이 방향과 반대인, 방법.
청구항 42 또는 청구항 43 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 광학 축이 상기 UV-LED로부터 상기 유체 도관으로 연장되는 상기 제1 방향은 상기 복수의 유체 유동 채널 중 적어도 하나의 유체 유동 채널 내에서의 유체 유동의 상기 길이 방향과 동일한, 방법.
유체의 유동을 UV 방사선으로 조사하기 위한 자외선(UV) 반응기로서,
유체 도관 - 그를 통한 유체의 유동을 가능하게 하기 위한 하나 이상의 열 전도 벽에 의해 정의됨 -;
열 접촉 향상 컴포넌트 - 상기 열 접촉 향상 컴포넌트는 상기 유체 도관의 상기 하나 이상의 열 전도 벽과 열 접촉함 -;
열 전도성 인쇄 회로 보드 상에 동작가능하게 마운팅된 적어도 하나의 UV 발광 다이오드(UV-LED) - 상기 UV-LED는 방사선을 상기 유체 도관 내로 지향시키도록 배향됨 -
를 포함하며;
상기 인쇄 회로 보드는 솔더 마스크 코팅이 없는 열 접촉 영역을 포함하고;
상기 인쇄 회로 보드의 상기 열 접촉 영역은 상기 인쇄 회로 보드의 상기 열 접촉 영역, 상기 열 접촉 향상 컴포넌트 및 상기 유체 도관의 상기 하나 이상의 열 전도 벽 사이의 열 접촉을 제공하도록 상기 열 접촉 향상 컴포넌트에 열 접촉하는, 반응기.
청구항 45 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 인쇄 회로 보드의 상기 열 접촉 영역, 상기 열 접촉 향상 컴포넌트 및 상기 유체 도관의 상기 하나 이상의 열 전도 벽 사이의 상기 열 접촉은 직접 또는 다른 열 전도성 컴포넌트들을 통해 행해지는, 반응기.
청구항 45 또는 청구항 46 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항 중 어느 한 청구항에 있어서, 상기 유체 도관은: 상기 하나 이상의 열 전도 벽에 의해 정의된 복수의 유체 유동 채널; 및 상기 복수의 유체 유동 채널 사이에서 유체를 지향시키도록 성형된 매니폴드를 포함하는, 반응기.
청구항 47 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 열 접촉 향상 컴포넌트는 상기 인쇄 회로 보드의 상기 열 접촉 영역과 상기 매니폴드 사이에 배치되고 상기 인쇄 회로 보드의 상기 열 접촉 영역 및 상기 매니폴드와 열 접촉하는 열 전도성 및 변형가능 열 패드를 포함하는, 반응기.
유체의 유동을 UV 방사선으로 조사하기 위한 자외선(UV) 반응기에서의 열 관리를 위한 방법으로서,
하나 이상의 열 전도 벽에 의해 정의된 유체 도관을 통한 유체의 유동을 가능하게 하는 단계;
상기 유체 도관의 상기 하나 이상의 열 전도 벽과 열 접촉하는 열 접촉 향상 컴포넌트를 제공하는 단계;
적어도 하나의 UV 발광 다이오드(UV-LED)를 인쇄 회로 보드 상에 동작가능하게 마운팅하고 방사선을 상기 유체 도관 내로 지향시키도록 상기 UV-LED를 배향시키는 단계;
상기 인쇄 회로 보드의 솔더 마스크 코팅을 상기 인쇄 회로 보드의 열 접촉 영역으로부터 제거하는 단계;
상기 인쇄 회로 보드의 상기 열 접촉 영역, 상기 열 접촉 향상 컴포넌트 및 상기 유체 도관의 상기 하나 이상의 열 전도 벽 사이의 열 접촉을 행하는 단계
를 포함하는, 방법.
청구항 49 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 인쇄 회로 보드의 상기 열 접촉 영역, 상기 열 접촉 향상 컴포넌트 및 상기 유체 도관의 상기 하나 이상의 열 전도 벽 사이의 열 접촉을 행하는 단계는 상기 열 접촉을 직접 또는 다른 컴포넌트들을 통해 행하는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 50 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 하나 이상의 열 전도 벽에 의해 정의된 복수의 유체 유동 채널; 및 상기 복수의 유체 유동 채널 사이에서 유체를 지향시키도록 성형된 매니폴드를 포함하도록 상기 유체 도관을 성형하는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 51 또는 본 명세서에서의 임의의 다른 청구항에 있어서, 상기 열 접촉 향상 컴포넌트는 상기 인쇄 회로 보드의 상기 열 접촉 영역과 상기 매니폴드 사이에 배치되고 상기 인쇄 회로 보드의 상기 열 접촉 영역 및 상기 매니폴드와 열 접촉하는 열 전도성 및 변형가능 열 패드를 포함하는, 방법.
본 명세서에 인용된 다른 청구항들 중 임의의 것의 그리고/또는 본 명세서에 기술되거나 첨부 도면들에 도시된 실시예들 또는 양태들 중 임의의 것의 상기 특징들, 특징들의 조합들 또는 특징들의 부분조합들 중 임의의 것을 포함하는, UV 반응기.
본 명세서에 인용된 다른 청구항들 중 임의의 것의 그리고/또는 본 명세서에 기술되거나 첨부 도면들에 도시된 실시예들 또는 양태들 중 임의의 것의 상기 특징들, 특징들의 조합들 또는 특징들의 부분조합들 중 임의의 것을 포함하는, 방법.