KR20220038679A - 유체의 제어 방사를 위한 다중 반사 광반응기 - Google Patents

Abstract

UV 반응기는 일반적으로 종방향으로 연장되는 메인 챔버를 포함한다. 메인 챔버는 UV-LED 및 메인 챔버의 대향하는 종방향 단부에 위치된 반사 벽을 포함할 수 있다. 유체는 유체 입구를 통해 메인 챔버로 들어가고, 유체 출구를 통해 메인 챔버를 빠져나간다. 유체 입구는 메인 챔버의 반사 벽 단부에 위치될 수 있다. 유체 출구는 메인 챔버의 UV-LED 단부에 위치될 수 있다.

Description

유체의 제어 방사를 위한 다중 반사 광반응기

본 출원은 2019년 6월 24일자로 출원된 미국 출원 제62/865484호 및 2019년 12월 5일자로 출원된 미국 출원 제62/944321호로부터의 우선권을 주장한다. 미국의 효용상, 본 출원은 2019년 6월 24일자로 출원된 출원 제62/865484호 및 2019년 12월 5일자로 출원된 출원 제62/944321호에 대해 35 U.S.C. §119 하에서 혜택을 주장한다. 이 단락에서 언급된 모든 출원은 본 명세서에 참조로 포함된다.

본 명세서에 기술된 이 기술은 방사선-기반(radiation-based)(예를 들어, 자외선(UV)) 광반응기(photoreactors)에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 하나 이상의 솔리드 스테이트 방사선 방출기(예를 들어, UV LED)를 포함하는 방사선 광반응기에 관한 것이다. 이러한 광반응기는, 예를 들어, 물 및 공기 정화에 적용된다. 특정 실시예는 방사선-기반 광반응기에서 원하는 방사선 분배 및/또는 유체 속도 분포를 제공하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.

자외선(UV) 광반응기는 UV 방사선을 조사하는 반응기이다. UV 반응기는 전형적으로 UV 방사선을 챔버 또는 도관을 통해 흐르는 유체에 UV 방사선을 조사하는 UV 소스(source)를 포함한다. 일반적인 UV 소스는 저압 수은 램프 및 중압 수은 램프를 포함한다. UV 반응기는 전형적으로 다양한 광반응, 광촉매 반응, 및 광개시 반응을 용이하게 하는데 사용된다. UV 반응기에 대한 예시적인 상업적 적용은 물 및 공기 정화를 포함한다.

발광 다이오드(LED)는 전기 전위가 LED에 걸쳐 인가될 때 광자를 방출하는 반도체(솔리드 스테이트) 방사원(radiation source)이다. LED는 전형적으로 좁은 대역폭을 갖는 방사선을 방출한다. 일부 적용에 있어서, LED에서 방출되는 방사선은 효과적으로 단색으로 간주될 만큼 충분히 좁은 대역폭을 갖는다. LED는 전자기 스펙트럼의 자외선(UV) 영역에서 방사선을 방출할 수 있다. 유리하게는, 이러한 자외선 LED(UV-LED)는 상이한 적용(예를 들어, DNA 흡수, 광촉매 활성화 등)을 위해 상이한 파장에서 UV 방사선을 생성하도록 설계될 수 있다. 따라서 UV-LED는 종종 UV 반응기에서 1차 UV 소스로 사용된다.

　UV 광반응기에 유체를 방사하기 위한 UV-LED를 사용하는 것이 공지되어 있다(예를 들어, 물 소독과 같은 적용에 해당). 본 기술의 UV 반응기의 상태를 갖는 하나의 문제는 UV-LED의 방사속(radiant power) 분포에 상당한 변화가 존재하고, 이는 결국 불균일한 방사 플루언스 레이트(radiant fluence rate) 분포를 초래할 수 있다는 것이다. 플루언스 레이트(W/m ² )는, dA에 의해 나누어지는, 단면 영역(dA)의 극도록 작은 구체(infinitesimally small sphere)를 통해 모든 방향으로부터 통과하는 방사속(radiant flux (power))이다. 광반응기 설계에서의 또 다른 문제는 반응기를 통해 흐르는 유체(예를 들어, 물)의 속도 분포에서 일반적으로 변화이며, 이는 다시 반응기를 통해 이동하는 유체의 체류 시간 분포를 초래할 수 있다는 것이다. 이들 문제들 중 어느 하나 또는 둘 모두는 UV 반응기를 통과하는 유체 엘리먼트들에 전달되는 UV 도즈(dose)(플루언스 레이트 및 체류 시간의 곱) 분포의 상당히 넓은 범위를 야기할 수 있다. 즉, UV 플루언스 레이트 분포에서의 변화 및/또는 유체 속도 분포에서의 변화는 충분한 UV 도즈를 수용하지 않고 UV 반응기를 통해 흐르도록 유체의 부분들을 야기시킬 수 있다. 이러한 문제는 때때로 UV 소독의 분야에서 단락(short-circuiting)으로 지칭된다.

UV 반응기에서 단락을 방지, 최소화 또는 경감시키기 위한 일반적인 요구가 있다.

또한, UV 반응기를 통과하는 유체에 전달되는 도즈 균일성을 강화하기 위한 일반적인 요구가 있다.

관련 기술 및 이와 관련된 제한의 전술한 예는 예시적인 것이며 배타적인 것은 아니다. 관련 기술의 다른 제한은 본 명세서의 판독 및 도면들의 연구에서 당업자에게 명백할 것이다.

다음의 실시예 및 그 측면들은 범위를 제한하지 않고 예제적이고 예시적인 것으로 의도된 시스템, 도구 및 방법과 함께 설명되고 도시된다. 다양한 실시예들에서, 상술된 문제들 중 하나 이상이 감소되거나 또는 제거되었지만, 다른 실시예들은 다른 개선들에 관한 것이다.

본 발명의 측면은 제한되는 것은 아니지만 다음을 포함한다:

광반응기를 통해 이동하는 유체에 UV 방사선을 조사하는 방법 및 시스템;

UV-LED의 방사 프로파일(radiation profile)을 제어하기 위한 방법 및 장치; 및

UV 광반응기를 통해 흐르는 유체에 대해 원하는 유체 속도 분포 및/또는 UV 방사선의 원하는 양을 제공하기 위한 방법 및 장치.

본 발명의 일 측면은, 다음을 포함하는 유체 처리 장치를 제공한다: 몸체(body)에 의해 정의되는 메인 챔버(main chamber) - 상기 메인 챔버는 종방향으로 연장됨 - ; 및 상기 메인 챔버의 제1 종방향 단부에 위치된 방사선 방출기(radiation emitter). 상기 방사선 방출기는 다음을 더 포함한다: 반사 원추 오목부(reflector cone concavity)를 정의하는 반사면을 포함하는 반사 원추(reflector cone); 및 상기 반사 원추 오목부 내에 위치된 방사원(radiation source). 상기 반사 원추의 반사면은 종방향으로 배향된 적어도 하나의 구성요소를 갖는 방향으로 상기 방사원으로부터 상기 메인 챔버로 방사선을 지향시키도록 형성된다. 상기 장치는 상기 메인 챔버의 대향하는 제2 종방향 단부에 위치된 반사 벽을 더 포함한다. 상기 반사 벽은 상기 메인 챔버와 대면하는 반사면을 포함한다.

본 발명의 다른 측면은 유체 처리 방법을 제공한다. 상기 방법은 다음을 포함한다: 메인 챔버(main chamber)를 정의하는 몸체(body)를 제공하는 단계 - 상기 메인 챔버는 종방향으로 연장됨 - ; 및 상기 메인 챔버의 제1 종방향 단부에 방사선 방출기(radiation emitter)를 위치시키는 단계. 상기 방사선 방출기는 다음을 더 포함한다: 반사 원추 오목부(reflector cone concavity)를 정의하는 반사면을 포함하는 반사 원추(reflector cone); 및 상기 반사 원추 오목부 내에 위치된 방사원(radiation source). 상기 반사 원추의 반사면은, 종방향으로 배향된 적어도 하나의 구성요소를 갖는 방향으로 상기 방사원으로부터 상기 메인 챔버로 방사선을 지향시키도록 형성된다. 상기 방법은, 상기 메인 챔버의 대향하는 제2 종방향 단부에 반사 벽을 위치시키는 단계를 포함한다. 상기 반사 벽은 상기 메인 챔버와 대면하는 반사면을 포함한다.

상기 반사 벽은 메인 챔버와 유체 연통하는 하나 이상의 개구를 한정하도록 형성될 수 있다. 상기 하나 이상의 개구는 메인 챔버 내로 유체를 전도하기 위한 입구, 및 메인 챔버 외부로 유체를 전도하기 위한 출구 중 적어도 하나를 제공할 수 있다. 상기 반사 벽의 반사면은 메인 챔버의 제1 종방향 단부에서 메인 챔버의 횡방향 단면보다 큰 횡방향 표면적을 갖을 수 있다.

상기 메인 챔버의 적어도 종방향 중앙 영역은 종방향으로 배향된 대칭축을 중심으로 대칭일 수 있다. 반사면이 형성되어 메인 챔버로 방출되는 방사선이 종방향으로 배향된 주요 광축을 가질 수 있다. 상기 종방향으로 배향된 주요 광축 및 상기 메인 챔버의 대칭축은 동축(co-axial)일 수 있다.

상기 반사 원추의 반사면은, 상기 반사면의 제1 부분 위에 포물면(paraboloidic)으로 형성될 수 있고, 상기 반사면의 제2 부분 위에 타원체로 형성될 수 있다. 상기 반사면의 제1 부분은 방사원에 대해 상대적으로 근접할 수 있고, 상기 반사면의 제2 부분은 방사원에 대해 상대적으로 멀리 있을 수 있다. 상기 반사면의 제1 부분은 방사원에 대해 상대적으로 멀리 있을 수 있고, 상기 반사면의 제2 부분은 방사원에 상대적으로 근접할 수 있다. 상기 반사면의 제1 부분은 제1 방위각의 범위에 걸쳐 연장될 수 있고, 상기 반사면의 제2 부분은 제2 방위각의 범위에 걸쳐 연장될 수 있다. 상기 반사 원추의 반사면은 상기 반사면의 제3 부분 위에 포물면으로 더 형성될 수 있다. 상기 제2 부분은 상기 제1 부분과 상기 제3 부분 사이에 위치될 수 있다.

상기 반사 벽 내의 하나 이상의 개구는 메인 챔버 내로 유체를 전도하기 위한 입구를 제공할 수 있다. 상기 장치는 상기 메인 챔버 외부로 유체를 전도하기 위한 출구를 더 포함할 수 있다. 상기 출구는 입구에 비해 상기 방출기에 상대적으로 근접해 있을 수 있다. 상기 반사 벽 내의 하나 이상의 개구는 반사 벽 내에 불균일하게 분포될 수 있다. 상기 반사 벽 내의 하나 이상의 개구는 메인 챔버 내로의 유체의 불균일한 유동을 제공하도록 형성될 수 있다. 상기 반사 벽 내의 하나 이상의 개구는, 출구로부터 상대적으로 먼 영역에서 더 높은 유체 유량을 제공하도록 형성될 수 있고, 상기 출구에 상대적으로 근접한 영역에서 더 낮은 유체 유량을 제공하도록 형성될 수 있다. 상기 반사 벽 내의 하나 이상의 개구는, 출구로부터 상대적으로 먼 영역에서 상기 반사 벽의 단위 면적 당 더 큰 단면적을 가지고, 출구에 상대적으로 근접한 영역에서 상기 반사 벽의 단위 면적 당 더 낮고 더 작은 단면적을 가질 수 있다. 상기 출구는 메인 챔버의 하나의 횡방향 영역에 위치될 수 있고, 상기 반사 벽 내의 하나 이상의 개구는 하나의 횡방향 영역으로부터 상대적으로 먼 횡방향 영역에서 더 높은 유체 유량을 제공하고, 상기 하나의 횡방향 영역에 상대적으로 근접한 횡방향 영역에서 더 낮은 유체 유량을 제공하도록 형성될 수 있다. 상기 출구는 메인 챔버의 하나의 횡방향 영역에 위치될 수 있고, 상기 반사 벽 내의 하나 이상의 개구는 하나의 횡방향 영역으로부터 상대적으로 먼 횡방향 영역에서 반사 벽의 단위 면적 당 더 큰 단면적을 가지고, 상기 하나의 횡방향 영역에 상대적으로 근접한 횡방향 영역에서의 반사 벽의 단위 면적 당 더 낮고 더 작은 단면적을 가질 수 있다.

상기　장치는 복수의 보조 반사기를 포함할 수 있다. 상기 보조 반사기 각각은 하나 이상의 개구 중 적어도 하나를 부분적으로 커버하도록 반사 벽에 대해 배치될 수 있다. 상기 보조 반사기는 하나 이상의 개구를 통과하는 방사선 방출기에 의해 방출된 방사선의 적어도 일부의 추가적인 반사를 제공하도록 위치될 수 있고, 메인 챔버와 하나 이상의 개구 사이의 유체 연통을 계속 허용할 수 있다.

상기 장치는 복수의 보조 반사기를 포함할 수 있다. 상기 보조 반사기 각각은 비직교(non-orthogonal) 방향으로 반사면으로부터 연장될 수 있다. 상기 보조 반사기 각각은 하나 이상의 개구를 통과하는 방사선 방출기에 의해 방출된 방사선의 적어도 일부의 추가적인 반사를 제공하기 위한 반사면을 포함하며, 메인 챔버와 하나 이상의 개구 사이의 유체 연통을 계속 허용할 수 있다.

상기 장치는 상기 반사 벽으로부터 종방향으로 이격되어 있는 제2 반사 벽을 포함할 수 있다. 상기 제2 반사 벽은 통과하는 제2 개구를 제공하도록 형성되고, 상기 제2 반사 벽의 적어도 일부는 상기 반사 벽에서 하나 이상의 개구와 함께 종방향으로 중첩되도록 위치되어, 상기 제2 반사 벽의 적어도 일부는 상기 반사 벽에서 하나 이상의 개구 중 적어도 일부를 커버하며, 메인 챔버, 제2 반사 벽 내의 제2 개구 및 상기 반사 벽 내의 하나 이상의 개구 사이의 유체 연통을 계속 허용할 수 있다.

상기 장치는 방사원으로부터의 방사선을 굴절시키도록 위치된 하나 이상의 렌즈를 포함할 수 있다.

상기 장치는 다음을 포함할 수 있다: 메인 챔버의 제2 종방향 단부에 위치된 제2 방사선 방출기. 상기 제2 방사선 방출기는, 제2 반사 원추 오목부를 정의하는 제2 반사면을 포함하는 제2 반사 원추; 및 상기 제2 반사 원추 오목부 내에 위치된 제2 방사원을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 반사 원추의 상기 제2 반사면은, 방사원으로부터 적어도 하나의 방사선 구성요소(component of radiation)와 반대 방향으로 그리고 종방향으로 배향되는 적어도 하나의 구성요소를 갖는 방향으로 상기 제2 방사원으로부터 메인 챔버로 방사선을 지향시키도록 형성될 수 있다. 상기 장치는 다음을 포함할 수 있다: 상기 메인 챔버의 제1 종방향 단부에 위치되는 제2 반사 벽. 상기 제2 반사 벽은 상기 메인 챔버와 대면하는 제2 반사면을 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2 방사원 각각은, 대응하는 복수의 솔리드 스테이트 방사선 방출기를 포함할 수 있다.

종방향으로 이격된 위치에서 상기 메인 챔버의 횡방향 단면은 동일한 크기 및 형상을 갖을 수 있다.

상기　장치는 상기 메인 챔버 내에 위치하는 종방향 연장 벽을 포함할 수 있다. 상기 종방향 연장 벽 및 상기 몸체는 메인 챔버 내에 복수의 채널을 적어도 부분적으로 정의할 수 있다. 상기 방사선 방출기는 상기 복수의 채널 각각에 방사선을 방출하도록 위치될 수 있다. 상기 장치는 상기 복수의 방사선 방출기를 포함하고, 각각의 방사선 방출기는 상기 복수의 채널 중 대응하는 하나의 채널 내로 방사선을 방출하도록 위치될 수 있다. 상기 종방향 연장 벽의 적어도 일부는 반사면을 포함할 수 있다. 상기 종방향 연장 벽의 적어도 일부는 UV 투과성일 수 있다. 상기 종방향 연장 벽의 적어도 일부는 광촉매 재료를 포함할 수 있다. 상기 종방향 연장 벽은, 상기 방사원에 상대적으로 근접한 단부에서 그리고/또는 다른 적절한 위치에서, 횡방향에 대해 하나 이상의 각도로 배향되는 하나 이상의 돌출부(protrusions) 및/또는 리세스(recesses)를 포함할 수 있다.

상기 방사선 방출기는 복수의 솔리드 스테이트 방출기(solid state emitter)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 솔리드 스테이트 방출기 각각은 p-n 접합(p-n junction)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 솔리드 스테이트 방출기 각각은 칩-온-보드(chip-on-board)로서 제공될 수 있다. 상기 복수의 솔리드 스테이트 방출기는 단일 기판 상에 제공될 수 있다. 상기 단일 기판은 열 전도성일 수 있다. 상기 반사 원추가 형성될 수 있고, 상기 방사원이 위치될 수 있어서, 파라미터 Δ가 0.0≤Δ≤0.6의 관계를 만족하되, Δ=x/L이고, L은 반사 원추 오목부의 유효 정점(effective apex)과 상기 반사 원추 오목부의 대향하는 종방향 에지(edges) 사이의 상기 반사 원추 오목부의 종방향 깊이이고, x는 상기 유효 정점과 상기 방사원의 종방향 위치 사이의 거리일 수 있다.

상기 메인 챔버와 대면하는 반사 벽의 표면은 제한되는 것은 아니나 석영(quartz) 또는 용융 실리카(fused silica)와 같은 UV 투과성(UV-transparent) 재료로 코팅될 수 있다.

본 발명의 다른 측면은, 다음을 포함하는 유체 처리 장치를 제공한다: 유동 경로에 따른 제1 단부 및 상기 제1 단부에 대해 대향하는 제2 단부 사이에서 유동 경로를 따라 연장되는 몸체(body) - 상기 제1 단부는 상기 유동 경로에 따른 입구를 포함하고, 상기 제2 단부는 상기 유동 경로에 따른 출구를 포함함 - ; 상기 유동 경로를 따라 상기 몸체 내부에서 연장되어 상기 입구로부터 상기 출구로 유체를 지향시키는 유동 채널; 상기 유동 경로를 따라 상기 유동 채널에서 방사선을 방출하도록 상기 유동 채널 내의 캐비티(cavity) 내에 장착 가능한 솔리드 스테이트 방사원(solid-state radiation source); 및 상기 솔리드 스테이트 방사원은 상기 캐비티 내에 장착되고, 유체가 입구로부터 출구로 유동될 때, 유체에 의해 접촉되도록 위치되고 그리고 상기 솔리드 스테이트 방사원에 열로 결합되는(thermally coupled) 열 전도체; 상기 솔리드 스테이트 방사원으로부터 상기 유동 채널로 방사선을 반사시키도록 형성된 반사 원추(reflector cone).

상기 장치는 상기 메인 챔버 내의 구조물에 지지되는 광촉매를 포함할 수 있다.

상기 장치는 상기 메인 챔버 내의 유체 유동을 억제하기 위한 유동 억제 요소를 포함하고, 상기 유동 억제 요소는 스테틱 믹서(static mixer), 배플(baffle), 및 와류 발생기(vortex generator) 중 적어도 하나를 포함한다.

상기 몸체의 표면을 정의하는 하나 이상의 메인 챔버는 광촉매 재료를 지지(support)할 수 있다. 상기 몸체의 표면을 정의하는 하나 이상의 메인 챔버는 반사면을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면은 다음을 포함하는 유체 처리 장치를 제공한다: 몸체(body)에 의해 정의되는 메인 챔버(main chamber) - 상기 메인 챔버는 종방향으로 연장됨 - ; 및 상기 메인 챔버의 제1 종방향 단부에 위치된 방사선 방출기. 상기 방사선 방출기는 다음을 더 포함한다: 반사 원추 오목부(reflector cone concavity)를 정의하는 반사면을 포함하는 반사 원추(reflector cone) - 상기 반사면은, 상기 반사면의 제1 부분 위에 포물면(paraboloidic)으로 형성되고, 상기 반사면의 제2 부분 위에 타원체로 형성됨 - ; 및 상기 반사 원추 오목부 내에 위치된 방사원. 상기 반사 원추의 반사면은 종방향으로 배향된 적어도 하나의 구성요소를 갖는 방향으로 상기 방사원으로부터 상기 메인 챔버로 방사선을 지향시키도록 형성된다.

상기 반사면의 제1 부분은 상기 방사원에 대해 상대적으로 근접할 수 있고, 상기 반사면의 제2 부분은 상기 방사원에 대해 상대적으로 멀리 있을 수 있다. 상기 반사면의 제1 부분은 상기 방사원에 대해 상대적으로 멀리 있을 수 있고, 상기 반사면의 제2 부분은 상기 방사원에 대해 상대적으로 근접할 수 있다. 상기 반사면의 제1 부분은 제1 방위각의 범위(range of azimuthal angles)에 걸쳐 연장될 수 있고, 상기 반사면의 제2 부분은 제2 방위각의 범위에 걸쳐 연장될 수 있다.

상기 반사 원추의 반사면은 상기 반사면의 제3 부분 위에 포물면으로 더 형성될 수 있다. 상기 제2 부분은 상기 제1 부분과 상기 제3 부분 사이에 위치될 수 있다.

상술된 예시적인 측면들 및 실시예들에 더하여, 또 다른 측면들 및 실시예들은 도면들을 참조하여 그리고 다음의 상세한 설명들에 대한 연구에 의해 명백해질 것이다.

예시적인 실시예들은 도면들에 대해 참조되는 도면으로 도시된다. 본 명세서에 개시된 실시예들 및 도면들은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 UV 반응기의 개략적인 종방향으로 배향된 횡단면도이다. 도 1a는 도 1에 개략적으로 도시된 UV 반응기의 잠재적인 구현의 종방향으로 배향된 횡단면도이다. 도 1b는 도 1의 UV 반응기의 사시도이다.
도 2a 내지 2c는 도 1에 도시된 라인 B-B'에 따른 도 1의 UV 반응기의 개략적인 단면도이며, 예시적인 실시예의 숫자에 따라 도 1의 UV 반응기의 반사 벽을 도시한다.
도 3a 및 3b는 반사 벽 내의 개구를 부분적으로 커버하도록, 그리고 반사 벽 내의 개구를 통과할 수 있는 도 1의 방출기로부터의 방사선의 적어도 일부의 추가적인 반사를 제공하도록, 도 1의 UV 반응기의 반사 벽에 대해 배치된 예시적인 보조 반사기를 개략적으로 도시한다. 도 3c는 반사 벽 대신에 제공된 보조 반사기들의 예시적인 세트를 개략적으로 도시한다.
도 4a 내지 4d는 도 1의 반응기의 다양한 실시예에서 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있는 다양한 반사 원추의 예시적인 구성을 개략적으로 도시한다.
도 5a 내지 5e는 도 1의 반응기의 예시적인 실시예에서 사용될 수 있는 상이한 반사면 형상을 갖는 반사 원추에 위치된 UV-LED를 포함하는 방출기에 의해 방출된 방사 패턴을 도시한다.
도 6a 내지 6h는 도 1의 반응기의 반사 벽을 시뮬레이션하는 방출기와 이격된 반사면과 함께 도 1 의 반응기의 예시적인 실시예들에서 사용될 수 있는 상이한 반사면 형상을 갖는 반사 원추들에 위치된 UV-LED를 포함하는 방출기에 의해 방출된 방사 패턴들을 도시한다.
도 7a 내지 7h는 다수의 예시적인 실시예에 따라 일반적으로 단일 방출 방향(예를 들어, 종방향)으로 배향된 UV 방출기를 포함하는 UV 반응기의 종방향으로 배향된 횡단면도이다. 도 7i는 특정 실시예에 따른 UV 반응기의 단면 사시도이며, 이는 도 7h의 개략도와 유사한 실시예의 구현 상세를 제공한다.
도 8a 내지 8d는 다수의 예시적인 실시예에 따른 다수의 방향(예를 들어, 다수의 대향 방향)으로 일반적으로 배향된 UV 방출기를 포함하는 UV 반응기의 개략적인 종방향으로 배향된 횡단면도이다.
도 9a 내지 9c는 반사 원추의 꼭지점(vertex)과 관련하여 다양한 위치에 위치된 방출기에 의해 방출되는 예시적인 방사 패턴을 도시하는 개략도이다.
도 10a 내지 10i는 본 발명의 특정 실시예에 따라 설계된 UV 반응기의 다양한 실험 시뮬레이션 결과를 나타내는 개략도이다.
도 11은 특정 실시예에 따른 도 7e 내지 7h의 실시예에서의 디바이더(divider)의 종방향 단부에 대한 비제한적(non-limiting) 예시적인 패턴화 혼합-촉진(patterned, mixing-promoting) 에지 표면(edge surfaces)을 도시한다.
도 12a 내지 12d는 대응하는 반사 원추를 구비하는 각각의 방사원을 갖는 복수의 방사원들(예를 들어, UV_LED)을 포함하는 방출기들의 다양한 비제한적 예들을 도시한다.
도 13a 내지 13c는 다수의 예시적인 실시예에 따른 다수의 UV 방출기를 포함하는 UV 반응기의 계략적인 종방향으로 배향된 단면도이다.

다음의 설명 전반에 걸쳐, 당업자들에게 보다 철저한 이해를 제공하기 위해 특정 세부사항들이 설명된다. 그러나, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 잘 알려진 요소들이 상세히 도시되지 않거나 또는 설명되지 않을 수 있다. 따라서, 설명 및 도면은 제한적인 의미가 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 한다.

본 명세서에 기술된 실시예들은 방사선-기반 솔리드 스테이트 반응기(radiation-based solid state reactor)(예를 들어, 하나 이상의 UV-LED 방사원을 포함하는 UV 광반응기)를 이동하는 유체에 대해 원하는 도즈 균일성(desirable dose uniformity)을 제공하기 위한 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다. 이러한 원하는 도즈 균일성은 유체 및 광학 환경 모두를 제어함으로써, 반응기를 이동하는 유체의 유체 속도 프로파일 및 반응기의 상이한 위치에서 방사선의 플루언스 레이트 프로파일(fluence rate profiles)을 제어하여 달성될 수 있다. 일부 실시예들은 특정 방사원들, 유체, 및 방사선 유형들을 참조하여 설명된다. 예를 들어, 방사원은 UV-LED와 같은 솔리드 스테이트 방사원일 수 있고, 유체는 물일 수 있고, 방사선은 UV 방사선을 포함할 수 있다. 청구항들에 명확히 기재되지 않는 한, 이들 예들은 편의성 및 간결성을 위해 예시들이 제공되며, 이들 예시들은 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는다. 따라서, 본 명세서에서 설명된 임의의 구조적 실시예들은 임의의 유사한 방사원들, 유체, 및/또는 방사선 유형들로 이용될 수 있다.

정의

본 명세서 및 첨부된 청구항들에 있어서, 다수의 표면들이 반사면들로서 기술된다. 이러한 반사면은 UV-투명 보호 재료, UV-강화 재료 및/또는 생체적합성(biocompatible) 물질(예를 들어, 음용수와 접촉하는데 안전한 재료)로 코팅되거나 또는 그렇지 않으면 커버될(covered) 수 있다. 문맥에서 달리 언급하지 않는 한, 이러한 반사면에 대한 본 명세서의 참조는 여기서 임의의 이러한 보호, UV-강화 및/또는 생체적합성 재료에 의해 커버되는 반사면을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

예시적인 실시예

도 1은 예시적인 실시예에 따른 반응기(10)의 개략적인 측면도이다. 도 1a 및 1b는 도 1 에 개략적으로 도시된 반응기(10)의 잠재적인 구현의 다른 도면들을 도시한다. 반응기(10)는 유체 입구(110)와 하나 이상의 유체 출구(111)(도 1의 실시예에서 단일 유체 출구로 도시됨) 사이의 대체로 종방향(102)으로 연장하는 메인 챔버(100)를 정의하는 몸체(예를 들어, 반응기 몸체 또는 도관 몸체)(101)를 포함한다. 유체(11)는 입구(110)를 통해 메인 챔버(100)에 진입하고, 메인 챔버(100)를 통해 흐르고, 출구(111)에서 메인 챔버(100)를 빠져나간다. 메인 챔버(100)는, 입구(100)(및/또는 반응기(10)의 입구 단부(101B))에 상대적으로 더 가까운 위치에서 더 큰 횡단면 영역(예를 들어, 종방향(102)에 평행한 법선 벡터를 가지거나 또는 종방향(102)에 직교하는 평면 상의 횡단면), 및 출구(111)에(그리고/또는 반응기(10)의 출구 단부(101A)에) 상대적으로 더 가까운 위치에서 더 작은 횡단면 영역을 제공하도록 설계될 수 있다. 메인 챔버(100)는 일부 실시예에서 원추형으로 또는 절두 원추형(frustro-conically)으로 형성될 수 있다.

솔리드 스테이트 방사선 방출기(200)는 유체(11)가 메인 챔버(100)를 통해 유동할 때 유체(11)에 방사선(12)을 전달하기 위해 메인 챔버(100)의 종방향 단부에 위치된다(예를 들어, 몸체(101)에 결합됨). 도 1의 실시예에서, 방출기(200)는 메인 챔버(100)의 유체 출구 단부(101A)에(즉, 메인 챔버(100)의 대향하는 종방향 단부(유체 입구 단부(101B))와 비교할 때, 유체 출구(111)에 대해 상대적으로 가까운 그리고/또는 유체 입구(110)로부터 상대적으로 멀리있는 메인 챔버(100)의 종방향 단부에) 위치된다. 방출기(200)는 금속, 금속 합금, 열 전도성 중합체, 금속 아질산염, 금속 질화물, 세라믹 등과 같은 적절한 열 전도성 재료로 제조된 외부 케이싱(outer casing)(201)을 포함할 수 있다(도 1A-B 참조). 열 전도성 케이싱(201)은 몸체(101)에 열전도적으로 결합될 수 있다.

도 1의 예시적인 실시예에서, 방출기(200)는 반사 원추(reflector cone)(250)를 통해 UV 방사선을 지향시키도록 위치된 자외선(UV) 방사원(210)을 포함한다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 반사 원추(250)는 엄격한 의미에서 원추형으로 형성될 필요는 없다. 대신에, 용어 원추(cone)는 편의성 및/또는 간결성을 위해 본 명세서에서 사용된다. 일부 실시예에서, 반사 원추(250)는 단일 꼭지점(apex)을 갖지 않도록 절단될 수 있다. UV 방사원(210)은, 유체 출구 단부(101A)로부터 반응기(10)의 유체 입구 단부(101B)를 향하여 종방향(102)으로 배향된 그들의 주요 광축(principal optical axes)을 가지는, UV 발광 다이오드(UV-LED) 등과 같은 하나 이상의 적절한 솔리드 스테이트 UV 방출기를 포함할 수 있다. 반사 원추(250)(엄밀히 원추형일 필요는 없음)은, 종방향(102)을 따라 방사원(210)으로부터 상대적으로 더 멀리 떨어진 위치에서 보다 큰 횡단면 영역(예를 들어, 종방향(102)에 평행한 법선 벡터를 가지거나 또는 종방향(102)에 직교하는 평면 상의 횡단면), 및 종방향(102)을 따라 방사원(210)에 상대적으로 더 가까운 위치에서 더 작은 횡단면 영역을 가지는 반사 원추 오목부(253)를 정의하도록 형성될 수 있다. 반사 원추(250)는 방사원(210)에 의해 방출된 UV 방사선(12)을 집속(focus), 지향(direct) 및/또는 시준(collimate)하도록 형성될 수 있다.

일부 실시예에서, 반사 원추(250)는 방출기(200)에 의해 방출된 방사선에 대해 반사성인 재료(예를 들어, 알루미늄)로 코팅되거나 이를 포함하는 표면을 포함한다. 반사 원추(250)의 반사면은 반사 원추 오목부(253)를 정의하는 반사 원추(250)의 표면일 수 있다. 반사 원추(250)의 반사면(들)은 방출기(200)에 사용되는 방사원의 파장에서 실질적으로 정반사될(specularly reflective) 수 있다. 일부 비제한적 실시예에서, 방출기(200)에 사용되는 방사원은 UV-C 범위 내의 UV-LED 소스(예를 들어, 250 내지 290 nm 정도의 파장)를 포함할 수 있고, 반사 원추(250)의 반사면(들)은 이들 UV-C 파장에서 실질적으로 정반사될 수 있다. 일부 실시예에서, 반사 원추(250)의 반사 재료는 UV 강화(UV-enhanced) 및/또는 UV 보호(UV-protective) 코팅 재료(예를 들어, 유전체, 불소계 화합물 등)로 코팅되거나 또는 그렇지 않으면 커버되거나 또는 그렇지 않으면 이를 포함한다. 일부 실시예에서, 반사 원추(250)의 반사면은 산화, 부식 등으로부터 표면을 보호하기 위한 적절한 UV 투과성 재료(UV-transparent materials)로 코팅되거나 또는 이를 포함한다. 일부 실시예에서, 반사 원추(250)의 반사면은 적절한 생체적합성 재료로 코팅되거나 또는 그렇지 않으면 이를 포함한다. 본 개시의 목적을 위해, 문맥에서 달리 언급하지 않는 한, 반사 원추(예를 들어, 반사 원추(250))에 대한 참조는 여기에서의 임의의 이러한 보호, UV 강화 및/또는 생체적합성 재료에 의해 커버되는 반사 원추의 반사면을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1의 실시예의 방출기(200)는 반사 원추(250)의 전방에 위치된 선택적인 UV 투과성 윈도우(window)(220)(예를 들어, 석영 윈도우)를 더 포함한다. 윈도우(220)는 방사원(210)로부터 메인 챔버(100)로 UV 방사선(12)의 전달(transmission)을 가능하게 하는 한편, 유체(11)가 메인 챔버(100)로부터 방출기(200)의 내부로 흐르는 것을 방지한다(예를 들어, 유체가 반사 원추 오목부(253)에 접근하는(accessing) 것을 방지).

특정 실시예에서, 방출기 캡(미도시)은 몸체(101)의 출구 단부(101A)에 고정되어 방출기(200)를 몸체(101)에 고정시킬 수 있다. 예를 들어, 도 1a 및 1b의 도시된 예에서, 암나사(internal threads)를 갖는 방출기 캡은 메인 챔버(100)의 출구 단부(101A)에 위치된 몸체(101)의 나사 부분(threaded portion)(230) 위에 나사 결합될(threaded) 수 있다. 방출기 캡이 부분(230) 상에 완전히 나사 결합될 때, 방출기 캡은 몸체(101)로부터 상대적으로 먼 방출기(200)의 표면(212)에 맞닿는다. 방출기(200)의 외부 케이싱(201)은, 방출기 캡을 부분(230) 상에 나사 결합시켜 플랜지(flange)(201A)가 몸체(101)의 표면에 맞닿도록 형성되는 횡방향 연장 플랜지(201A)를 포함할 수 있고, 이에 의해 방출기(200)를 몸체(101)에 견고하게 유지한다. 방출기 캡을 몸체(101)에 나사식으로 부착하는 것은 방출기(200)를 몸체(101)에 장착하기 위한 임의의 수의 가능한 방식을 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 방출기 캡은 마찰 결합(friction fit), 용접, 적합한 접착제 또는 다른 적절한 기계적 연결의 방식으로 몸체(101)에 고정될 수 있다.

도 1a 및 1b는 또한 특정 실시예에 따라 반사 벽(150)이 몸체(101)(예를 들어, 몸체(10)의 입구 단부(101B))에 고정될 수 있는 방법을 도시한다. 챔버(100)는　반사기(150)의 원하는 종방향 위치를 유지하기 위해 유체 입구 단부(101B)에서 횡방향으로 내측으로 연장하는 플랜지(154)를 포함할 수 있다. 도 1a, 1b 실시예의 몸체(101)는 유체 입구 단부(101B)에 위치된 나사 부분(232)을 포함한다. 플랜지형 슬리브(flanged sleeve)(234)는 유체 입구 단부(101B)에서 몸체의 내경(inner diameter)에 대응하는 외경(outer diameter)을 갖는다. 반응기(10)의 유체 입구 단부(101B)는 플랜지(154)에 대해 챔버(100) 내로 반사기(150)를 먼저 삽입하고, 반사기(150)에 대해 플랜지형 슬리브(234)를 삽입하고, 나사 부분(232) 위에 암나사를 갖는 입구 캡(미도시)을 나사 결합함으로써 조립될 수 있다. 입구 캡은 슬리브(234)의 대응하는 횡방향 연장 플랜지에 대해 접하는 횡방향 연장 플랜지(transversely extending flange)를 포함할 수 있고, 이는 차례로 몸체(101)의 표면에 맞닿아서, 입구 캡을 완전히 나사 결합(threading)하는 것은, 반사체(150) 및 슬리브(234)를 몸체(101)에 견고하게 유지시킨다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 슬리브(234)의 적절하게 형성된 부분은 유체 입구 또는 출구(도시된 예에서 유체 입구(110))를 통한 유체의 유동을 수용하도록 절단되거나 또는 그렇지 않으면 생략될 수 있다.

입구 캡을 몸체(101)에 나사 방식으로 부착하는 것은 몸체(101)로 반사 벽(150)에 대한 임의의 수의 가능한 방법 중 하나의 예일 뿐이다. 다른 예시적인 실시예에서, 입구 캡은 마찰 결합, 용접, 적합한 접착제 또는 다른 적절한 기계적 연결의 방식으로 몸체(101)에 고정될 수 있다. 일부 실시예에서, 유체 입구(110)는 몸체(101) 대신에 입구 캡 상에 제공될 수 있다. 본 명세서에 기술된 UV 반응기의 다른 실시예에서, 유체 입구(110) 및 유체 출구(111)가 모두 입구 캡 상에 제공될 수 있다.

반사 벽

도 1의 실시예에서, 몸체(101)는 메인 챔버(100)의 유체 입구 단부(101B)에 위치된 반사 벽(150)을 포함한다. 반사 벽(150)은 유체(11)가 입구(110)로부터 메인 챔버(100)로 반사 벽(150)을 통과하도록 하는 복수의 개구(openings)(151)를 정의하도록 형성된다(도면 1b 참조). 반사 벽(150)은 방출기(200)에 의해 방출된 방사선에 대해 반사하는 재료의 (메인 챔버(100)을 향하는 반사 벽(150)의 표면(153) 상에) 하나 이상의 표면 층을 포함할 수 있다. UV 방사선의 경우, 이러한 반사성 재료는 알루미늄, 은, 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene)(PTFE, 통상적으로 테플론(Teflon^TM)으로 알려짐) 등을 포함할 수 있다.반사 벽(150)의 반사면(153)은 방출기(200)에 사용되는 방사원의 파장에서 주로 확산 반사될(diffusively reflective) 수 있다. 일부 비제한적인 실시예에서, 방출기(200)에 사용되는 방사원은 UV-C 범위(예를 들어, 250 내지 290 nm 정도의 파장)에서 UV-LED 소스를 포함할 수 있고, 반사 벽(150)의 반사면(153)은 이들 UV-C 파장에서 주로 확산 반사될 수 있다. 그러나, 이는 필수적인 것은 아니며, 반사면(153)은 정반사될 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 반사성 재료는 반사 벽(150)의 표면(153)을 산화, 부식 등으로부터 보호하기 위해 UV 투과성 필름으로 코팅되거나 또는 이를 포함한다. 일부 실시예에서, 반사 벽(150)의 반사면(153)(또는 본 명세서에 기술된 임의의 다른 반사 벽의 반사면)은 UV 강화 및/또는 UV 보호 코팅 재료(예를 들어, 유전체, 불소계 화합물 등)으로 코팅되거나 또는 그렇지 않으면 이를 포함한다. 일부 실시예에서, 이러한 반사성 재료는 UV 투과성 생체적합성 재료로 코팅되거나 또는 이를 포함한다. 본 개시의 목적을 위해, 문맥에서 달리 언급하지 않는 한, 반사 벽(150)의 반사면(153)(또는 본 명세서에 설명된 임의의 다른 반사 벽의 반사면)에 대한 참조는 여기서 임의의 이러한 보호, UV 강화 및/또는 생체적합성 재료에 의해 커버되는 반사면을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 일부 실시예들에서, 반사면(153)은 반사 벽(150) 상에 충돌하는 방사선(12)의 확산 반사 및/또는 정반사를 제공하기 위해 표면 마감(surface finish)을 포함한다. 예를 들어, 반사 벽(150)의 반사면(153)은 정반사를 제공하기 위해 방사선(12)의 파장(예를 들어, 250 nm)의 0.1 내지 3 배 정도의 표면 거칠기(surface roughness)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 표면(153)과 유사한 반사면을 가지는 제2(secondary) UV 반사판(reflective plate)이 몸체(101)의 먼 단부(far-end)에(예를 들어, 반사 벽(150)보다 더 멀리) 위치되어, 표면(153)을 통해 챔버(100)내로 다시 통과하는 방사선을 반사시키킬 수 있다.

반사 벽(150)에 충돌하기 전에, 방출기(200)에 의해 방출되는 방사선(12)은 유체 출구 단부(101A)로부터 유체 입구 단부(101B)를 향해 종방향(102)으로(예를 들어, 일반적으로 유체 흐름의 평균 방향과 반대로) 배향된 구성요소와 방향성(directionality)을 가질 수 있다. 반사 벽(150) 상에 충돌하는 방사선(12)은 반사 벽(150)으로부터 반사되고, 유체 입구 단부(101B)로부터 유체 출구 단부(101BA)를 향해 종방향(102)으로 배향된 구성요소와 방향성을 가질 수 있다(예를 들어, 일반적으로 유체 흐름의 평균 방향으로 정렬됨).

일부 실시예에서, 반사 벽(150)은 반사 벽(150)으로부터 (종방향(102)으로) 이격된 위치에서 메인 챔버(100)보다 큰 횡단면적(transverse cross-sectional area)을 갖는다. 일부 실시예에서, 반사 벽(150)은 윈도우(220)보다 큰 횡단면적을 갖는다.

도 2a 내지 2c는 도 1에 도시된 라인 B-B'를 따라 도 1의 UV 반응기의 개략적인 단면도이며, 예시적인 실시예의 숫자에 따라 도 1의 UV 반응기의 반사 벽(150)으로서 사용하기에 적합한 반사 벽(150A, 150B, 150C)을 각각 도시한다. 각각의 반사 벽(150A, 150B, 150C)(집합적으로, 반사 벽(150))은 유체(11)가 입구(110)로부터 메인 챔버(100)로 유동하게 하는 복수의 각각의 개구(151A, 151B, 151C)(집합적으로, 개구(151))를 제공하도록 형성된다.

일반적으로, 메인 챔버(100) 내에서 비교적 높은 유체 유량(fluid flow rate)을 갖는 것이 바람직한 횡방향 위치에서, 반사 벽(150)의 전체 면적에 대한 비율(fraction)로서 반사 벽(150) 내의 개구(151)의 횡방향 영역이 상대적으로 클 수 있다. 반대로, 메인 챔버(100)내에서 상대적으로 낮은 유체 유량을 갖는 것이 바람직한 횡방향 위치에서, 반사 벽(150)의 전체 면적에 대한 비율로서 반사 벽(150)내의 개구(151)의 횡방향 영역이 상대적으로 작을 수 있다.

도 1 및 도 2a 내지 2c에 도시된 예시적인 실시예에서, 출구 횡방향 측(152A)(예를 들어, 도 1의 도시된 도면에서 메인 챔버(100)의 상부 및 도 2a 내지 2c의 반사 벽(150)의 상부)에 상대적으로 근접한 횡방향 위치에서 상대적으로 낮은 유체 유량을 갖는 것이 바람직하며, 이는 출구(111)가 메인 챔버(100)의 출구 횡방향 측(152A)에 위치되기 때문이며, 결과적으로, 메인 챔버(100)의 출구 횡방향 측(152A)에 근접한 유체(11)는 대향하는 횡방향 측(152B)(예를 들어, 도 1의 도시된 도면에서 메인 챔버(100)의 하부 및 도 2a 내지 2c의 반사 벽(150)의 하부)에 근접한 유체(11)보다 메인 챔버(100) 내에서 이동하는 거리가 더 짧다. 메인 챔버(100)의 출구 횡방향 측(152A)에 상대적으로 근접한 위치에서 상대적으로 낮은 유체 유량을 갖는 것은, 메인 챔버(100)의 출구 횡방향 측(152A)에 상대적으로 근접한 위치에서 흐르는 유체(11)가 메인 챔버(100)의 반대의 횡방향 측(152B)에 근접한 위치에서 흐르는 유체(11)와 유사한 체류 시간(residence time)을 갖도록 허용하며, 이러한 유체(11)는 출구 횡방향 측(152A)에 근접한 유체(11)보다 메인 챔버(100) 내에서 이동하는 더 큰 거리를 갖는다. 체류 시간의 이러한 균일성은, 도즈가 플루언스 레이트 및 체류 시간의 곱이기 때문에, 유체(11)가 일부 상황들에서 메인 챔버(100)를 통해 흐를 때 유체(11)에 전달되는 도즈 균일성(dose uniformity)을 유리하게 향상시킬 수 있다.

개구(151)는, 더 낮은 유체 유량을 가지는 것이 바람직한 메인 챔버(100)의 횡방향 위치에 대응하는 반사 벽(150)의 횡방향 위치에서 개구(151)의 더 낮은 횡방향 영역 및 더 높은 유체 유량을 가지는 것이 바람직한 메인 챔버(100)의 횡방향 위치에 대응하는 반사 벽(150)의 횡방향 위치에서 개구(151)의 더 큰 횡방향 영역을 제공하기 위해 다양한 방식(예를 들어, 크기, 형상 및/또는 위치)으로 설계될 수 있다.

도 2a의 실시예에서, 반사 벽(150A)은 일반적으로 동일한 크기의 원형 개구(151A)를 정의한다. 도 2a의 실시예의 반사 벽(150A)은 메인 챔버(100)의 대향하는 횡방향 측(152B)에 대응하는 반사 벽(150A)의 횡방향 위치에서(예를 들어, 유체 출구(111)로부터 상대적으로 멀리 있고 도 2a의 반사 벽(150A)의 하부에서) 개구(151A)에 대해 더 큰 밀도를 제공하고, 메인 챔버(100)의 출구 횡방향 측(152A)에 대응하는 반사 벽(150A)의 횡방향 위치에서(예를 들어, 유체 출구(111)에 상대적으로 근접하고 도 2a에서 반사 벽(150A)의 상부에서) 개구(151A)에 대해 더 낮은 밀도를 제공한다. 반사 벽(150A)에 걸친 개구(apertures)(151A)의 밀도에서의 이러한 변화(또는 동등하게 개구(151A)의 집합 횡방향 단면의 변화) 는 메인 챔버(100)의 출구 횡방향 측(152A)에 상대적으로 근접한 위치에서 비교적 낮은 유체 유량을 유리하게 제공할 수 있고, 메인 챔버(100)의 대향하는 횡방향 측(152B)에 상대적으로 근접한 위치에서 상대적으로 높은 유체 유량을 유리하게 제공할 수 있다. 도 2a에 도시된 원형 개구(151A)는 모두 동일한 크기를 갖지만, 반드시 필요한 것은 아니다. 또한, 도면 2a에 도시된 개구(151A)의 일부 또는 전부는 상이한 형상을 가질 수 있다.

도 2b의 실시예에서, 반사 벽(150B)은 일반적으로 직사각형 형상인 개구(151B)를 포함한다. 반사 벽(150B)은, 메인 챔버(100)의 대향하는 횡방향 측(152B)에 대응하는 반사 벽(150B)의 횡방향 위치에서(예를 들어, 유체 출구(111)로부터 상대적으로 멀리 있고 도 2b의 반사 벽(150B)의 하부에서) 비교적 큰 횡방향 단면, 및 메인 챔버(100)의 출구 횡방향 측(152A)에 대응하는 반사 벽(150B)의 횡방향 위치에서(예를 들어, 유체 출구(111)로부터 상대적으로 근접하고 도 2b에서 반사 벽(150B)의 상부에서) 비교적 작은 횡방향 단면을 갖는 개구(151B)를 제공할 수 있다. 반사 벽(150B)에 걸친 개구(151B)의 횡방향 단면의 이러한 변화는, 메인 챔버(100)의 출구 횡방향 측(152A)에 상대적으로 근접한 위치에서 비교적 낮은 유체 유량을 유리하게 제공할 수 있고, 메인 챔버(100)의 대향하는 횡방향 측(152B)에 상대적으로 근접한 위치에서 비교적 높은 유체 유량을 유리하게 제공할 수 있다.

도 2c의 실시예에서, 개구(151C')가 반사 벽(150C)의 횡방향 중심 축(155)으로부터 상대적으로 먼 위치에서 더 큰 단면적, 및 중심 축(155)에 상대적으로 근접한 위치에서 더 작은 단면적을 제공하도록 형성되는 것을 제외하고, 개구(151C)는 개구(151B)와 대체로 동일한 특징을 갖는다. 이러한 설계는 예를 들어, 유체 출구(111)가 중심 축(155)을 따라 위치되는 경우에 적절할 수 있다. 다른 개구(151C)가 형성되어 151C', 및/또는 횡방향 중심 축(155)으로부터 상대적으로 먼 위치에서 더 큰 영역을 가지고(그리고 이에 따라 상대적으로 높은 유체 유량을 제공하고), 및 횡방향 중심 축(155)에 상대적으로 가까운 위치에서 더 작은 영역을 가지는(그리고 이에 따라 상대적으로 낮은 유체 유량을 제공하는) 다른 적절하게 형성된 단면과 유사한 형상을 제공할 수 있다.

본 명세서에서의 개시로부터, 메인 챔버(100)의 출구 횡방향 측(152A)에 상대적으로 근접한 위치에서 상대적으로 낮은 유체 유량을 제공하고, 메인 챔버(100)의 대향하는 횡방향 측(152B)에 상대적으로 근접한 위치에서 상대적으로 높은 유체 유량을 제공하거나, 그렇지 않으면 반사 벽(150)에 걸쳐 메인 챔버(100) 내부에 상이한 유체 속도 프로파일을 제공하도록, 개구(151)는 일반적으로 형성되고, 크기가 변경되고 그리고/또는 위치될 수 있다.

보조 반사기

도 1의 실시예의 반응기(10)는 하나 이상의 보조 반사기(160)를 포함할 수 있으며, 이는 반사 벽(150)에 하나 이상의 개구(151)를 부분적으로 커버하고, 개구(151)를 통과할 수 있는 방출기(200)로부터의 방사선의 적어도 일부의 추가적인 반사를 제공하도록, 반사 벽(150)에 대해 배치될 수 있으며, 입구(110)로부터 메인 챔버(100)로 개구(151)를 통해 유체 유동을 계속 허용한다.

도 3a 내지 3c는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 보조 반사기들(160A 및 160B)의 측면도들을 도시하는 개략도이다.

도 3a의 예시적인 실시예에서, 대응하는 개구(151)의 영역에서 반사 벽(150)의 반사면(153)으로부터 먼 각도(θ)로 연장되는 각각의 보조 반사기(160A)를 구비하는, 복수의 보조 반사기(160A)가 제공된다. 각각의 보조 반사기(160A)가 반사면(153)으로부터 멀리 연장되는 각도(θ)는 보조 반사기(160A)가 대응하는 개구(151)의 일부를 부분적으로 커버하도록 허용할 수 있으며, 개구(151)를 통해 그리고 반사기(160A)와 반사 벽(150) 사이에 약간의 유체 흐름을 허용할 수 있다. 일부 실시예에서, 반사 벽(150)과 보조 반사기(160A) 사이의 각도(θ)는 100° 내지 170° 의 범위에 있을 수 있다. 각각의 보조 반사기(160A)는, 그렇지 않으면 (보조 반사기(160A)의 존재에 대해) 개구(151)를 통과하는 방출기(200)로부터의 방사선의 적어도 일부의 추가적인 반사를 제공하도록 배치될 수 있는 반사면(163A)을 포함할 수 있다. 이러한 추가적인 반사는 메인 챔버(100) 내의 유체에 대한 방사 플루언스(radiation fluence)를 증가시킬 수 있고, 반응기(10)를 통한 유체 단락의 가능성을 완화시킬 수 있다. 보조 반사기(160A)가 반사 벽(150)에 대해 배치되는 각도(θ)는 개구(151)를 통해 입구(100)로부터 메인 챔버(100)로 허용되는 유체 흐름의 양 및 보조 반사기(160A)의 반사면(163A)으로부터 반사되어 챔버(100) 내로 다시 반사될 수 있는 UV 방사선의 양 사이에서 교환(trade-offs)을 밸런싱하도록(balance) 선택될 수 있다. 각도(θ)는 보조 반사기(160A)의 반사면(163A)에 충돌하는 UV 방사선의 입사각의 분포를 제어하도록 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 보조 반사기들(160A)은 각도(θ)가 조정가능하게(예를 들어, 사용자 조정가능하도록) 반사 벽(150)에 장착된다.

도 3a의 도시된 실시예에서 보조 반사기(160A)는 서로 동일한 방향 및 개구(151)와 일대일(one-to-one) 대응을 가지나, 이들 특징 중 어느 것도 필요하지 않다. 일부 실시예에서, 보조 반사기(160A)의 일부 또는 전부는 반사 벽(150)에 대해 상이한 각도(θ)로 또는 종방향(102)에 직교하는 횡방향으로 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 개구(151)의 일부는 임의의 보조 반사기(160A)에 의해 커버되지 않으며, 유체는 이러한 개구(151)를 통해 방해받지 않고 유동하도록 허용된다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 보조 반사기(160A)가 단일 개구(151)를 부분적으로 커버하도록 사용된다. 도 3a의 도시된 실시예에서, 보조 반사기(160A)는 일반적으로 평면 표면을 갖지만, 반드시 필요한 것은 아니다. 일부 실시예에서, 보조 반사기(160A)의 반사면(163A)(또는 다른 표면)은 곡률(curvature)을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 보조 반사기(160A)는 일체로 형성되거나 또는 서로 결합될(coupled) 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 보조 반사기(160A)는 분리될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 보조 반사기(160A)는 반사 벽(150) 및/또는 몸체(101)의 다른 부분과 일체로 형성되거나 또는 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 보조 반사기(160A)는 반응기(10) 내에 위치된 별개의 구성요소 또는 층 상에 제공될 수 있다. 도 3a의 도시된 실시예에서, 보조 반사기(160A)는 보조 반사기(150A)의 반사면(163A)이 반사 벽(150)의 하류에(downstream) 위치하도록 배치된다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 보조 반사기(160A)의 반사면(163A)은 반사 벽(150)의 상류에(upstream) 위치된다.

도 3b는 다른 예시적인 실시예에 따른 보조 반사기(160B)를 도시한다. 도 3b의 예시적인 실시예에서, 보조 반사기(160B)는 반사 벽(150)으로부터 종방향(102)으로 이격된 제2(secondary) 반사 벽(165)의 형태로 제공될 수 있다. 제2 반사 벽(165)은 제2 개구(secondary openings)(161)를 제공하도록 형성된다. 제2 반사 벽(165)의 적어도 일부 부분(167B)은 반사 벽(150) 내의 개구(151)와 (종방향(102)에서) 중첩되도록 위치되어, 부분(167B)은 대응하는 개구부(151)의 일부를 커버하며, 개구(151)를 통해, 반사 벽(150)과 제2 반사 벽(165) 사이에서, 개구(161)를 통해 메인 챔버(100) 내로 일부 유체 유동을 허용한다. 제2 반사 벽(165)의 부분(167B)은, (보조 반사기(160B)의 존재를 제외하고) 개구(151)를 통과하는 방출기(200)로부터의 방사선의 적어도 일부의 추가적인 반사를 제공하도록 배치될 수 있는 반사면(163B)을 포함할 수 있다. 이러한 추가적인 반사는 메인 챔버(100) 내의 유체에 대한 방사 플루언스를 증가시킬 수 있고, 반응기(10)를 통한 유체 단락의 가능성을 완화시킬 수 있다.

도 3b의 도시된 실시예에서 제2 반사 벽(165)의 부분(167B)은 개구(151)와 일대일 대응을 갖지만, 반드시 필요한 것은 아니다. 일부 실시예에서, 개구(151)의 일부는 보조 반사기(160B)의 임의의 부분에 의해 커버되지 않으며, 유체는 이러한 개구(151)를 통해 방해받지 않게 유체를 유동시키도록 허용된다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 보조 반사기 부분(167B)은 단일 개구(151)를 부분적으로 커버하는데 사용된다. 도 3b의 도시된 실시예에서, 보조 반사기 부분(167B)은 제2 반사 벽(165B)의 일부이다. 이것은 필요하지 않다. 일부 실시예에서, 임의의 또는 모든 보조 반사기 부분(167B)이 개별적으로 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 보조 반사기 부분(167B)은 반사 벽(150) 및/또는 몸체(101)의 다른 부분과 일체로 형성되거나 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 보조 반사기(160B)는 반응기(10) 내에 위치된 별개의 구성요소 또는 층 상에 제공될 수 있다. 도 3b의 도시된 실시예에서, 보조 반사기(160B)는 반사 벽(150)의 하류에 위치되어 배치된다. 일부 실시예에서, 보조 반사기(160B)는 반사 벽(150)의 상류에 위치된다. 도 3b의 도시된 실시예에서 개구(161)는 균일하게 이격되어 있지만, 이는 필요하지 않다. 다른 실시예에서, 개구(161)의 일부 또는 전부는 상이한 거리로 이격된다. 개구(161)는 일부 실시예에서 선택적으로 상이한 크기 및/또는 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 반사 벽(150) 내의 개구(151)의 일부는 보조 반사기(160B) 내의 개구(161)와 정렬되어, 이를 통하는 차단되지 않은 유체 유동을 허용한다.

본 발명의 다른 실시예는 보조 반사기(160A, 160B)의 특징의 조합을 포함하는 하나 이상의 보조 반사기(160)를 제공할 수 있다. 예를 들어, 일부 개구(151)는 보조 층(160A)에 의해 부분적으로 커버될 수 있는 반면에, 다른 개구(151)는 보조 층(160B)에 의해 커버될 수 있다.

일부 실시예에서, 반사 벽(150) 자체는 종방향(10)에 직교하는 횡방향에 대해 각도(θ)로 배향된 하나 이상의 대응하는 반사면(163C)을 제공하도록 지지되는 하나 이상의 반사 부재(reflective members)(169)에 의해 제공될 수 있다. 반사 부재(169)는 도 3a의 실시예의 보조 반사기(160A)와 유사할 수 있고, 또한 본 명세서에서 보조 반사기(160C)로 지칭될 수 있다. 반사 부재(169)는 그 사이에 유체 유동 개구(151)를 정의할 수 있다. 반사 부재는 지지부(supports)(171)(도 3c에 점선으로 도시됨)에 의해 반응기(10)에서 지지될 수 있다. 일부 실시예에서, 반사 부재(169)는 각도(θ)가 조정가능하도록(예를 들어, 사용자 조정가능하게) 지지된다.

일부 실시예에서, 보조 반사기(160A, 160B, 160C)(집합적으로, 보조 반사기(160))의 반사면(163A, 163B, 163C)(집합적으로, 반사면(163))은, 일부 실시예에서, 방출기(200)에 사용되는 방사원의 파장에서 주로 확산 반사될 수 있다. 일부 비제한적인 실시예에서, 방출기(200)에 사용되는 방사원은 UV-C 범위(예를 들어, 250 내지 290 nm 정도의 파장) 내의 UV-LED 소스를 포함할 수 있고, 보조 반사기(160)의 반사면(163)은 이들 UV-C 파장에서 주로 확산 반사될 수 있다. 그러나, 이는 필수적인 것은 아니며, 반사면(163)은 정반사될(specularly reflective) 수 있다. 일부 실시예에서, 반사면(163)은 UV 강화 및/또는 UV 보호 코팅 재료(예를 들어, 유전체, 불소계 화합물 등)로 코팅되거나 또는 그렇지 않으면 커버되거나 또는 이를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 보조 반사기(160)의 반사면(163)은 산화, 부식 등으로부터 표면을 보호하기 위한 적절한 UV 투과성 재료로 코팅되거나 또는 그렇지 않으면 이를 포함한다. 일부 실시예에서, 보조 반사기(160)의 반사면(163)은 UV 투과성 생체적합성 재료로 코팅되거나 또는 그렇지 않으면 이를 포함한다. 본 개시의 목적을 위해, 문맥에서 달리 언급하지 않는 한, 여기서 보조 반사기의 반사면에 대한 참조는 임의의 이러한 보호, UV 강화 및/또는 생체적합성 재료에 의해 커버되는 보조 반사기의 반사면을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

반사 원추

도 4a 내지 도 4d는 반사 원추(250A 내지 250D)(집합적으로, 반사 원추(250))에 대한 비제한적인 예시적인 구성을 개략적으로 도시하며, 이는 다양한 도 1의 반응기(10)의 실시예에서 사용될 수 있다. 도 4a 내지 4d의 실시예에 도시된 각각의 반사 원추(250)는 대응하는 반사 원추 오목부(253A 내지 253D)(집합적으로, 반사 원추 오목부(253))를 정의하도록 형성된다. 반사 원추(250)는, 주요 방사축(211) 및/또는 종방향(102)을 따라 각각의 방사원(210)으로부터 상대적으로 더 멀리 떨어진 위치에서 더 큰 횡단면 영역(예를 들어, (도 1 의 종방향(102)과 일치하는) 방사원(210)의 주요 방사축(211)에 직교하는 평면 상의 단면들)을 가지고, 주요 방사축(211) 및/또는 종방향(102)을 따라 각각의 방사원(210)에 상대적으로 더 가까운 위치에서 더 작은 횡단면 영역을 갖는 반사 원추 오목부(253)를 정의하도록 형성될 수 있다. 반사 원추 오목부(253)를 정의하는 반사 원추(250)의 표면은 그들 각각의 방출기(200)에 의해 방출되는 방사선에 대해 반사성인 재료로 코팅되거나 또는 그렇지 않으면 이를 포함할 수 있다.

도 4a 내지 4d의 예시적인 실시예에서, UV 방사원(210)은 주요 방사축(211)을 갖는 UV 방사선을 방출하는 UV-LED를 포함할 수 있다. UV-LED(210)는 일부 실시예에서 인쇄 회로 기판(PCB)의 일부로서 납땜되거나 또는 그렇지 않으면 제조될 수 있다. 도 4a의 예시적인 실시예에서, 반사 원추(250A)는 방출된 UV 방사선을, 소스(210)로부터, 소스(210)로부터 떨어져 위치된 원하는 지점(desired spot)으로 지향시키기(direct) 위해, 타원체 형상의 반사면을 포함한다. 도 4b의 예시적인 실시예에서, 반사 원추(250B)는 저널(zonal) 형상의 반사면을 포함한다. 도 4c의 예시적인 실시예에서, 반사 원추(250C)는 쌍곡선 형상의 반사면을 포함한다. 도 4d의 예시적인 실시예에서, 반사 원추(250D)는 소스(210)로부터 방출된 UV 방사선을 시준하도록 포물면 형상의 반사면을 포함한다. 도 1의 반응기(10)에 사용된 반사 원추는 도 4 a 내지 4d에 도시된 것들로 제한되지 않는다. 일부 실시예에서, 도면 4a-4d에 도시된 반사 원추 형상의 다양한 조합이 도 1의 반응기(10)에서 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 도 1의 반응기(10)에서 사용되는 반사 원추는 UV 반사성 재료로 제조된 자유 형태(free-form) 형상을 포함할 수 있다.

반사 원추(250)는 일반적으로 전술한 형상 중 임의의 것(예를 들어, 포물면, 타원형, 저널, 쌍곡선 등)을 갖는 반사면을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사 원추(250)는 전술한 형상(예를 들어, 포물면, 타원형, 저널, 쌍곡선 등) 및/또는 복수의 동일한 형태(family)의 형상들 중 임의의 2 개 이상의 조합을 갖는 반사면을 포함할 수 있지만, 방출기(200)의 방사선 분포를 선택적으로 제어하기 위해 상이한 파라미터들(parameters)을 갖는다.

예를 들어, 반사 원추(250)는 부분적으로 포물면 형상이고 부분적으로 타원형인 반사면을 포함할 수 있어서, 반사 원추(250)는 제1 방위각 및/또는 극각(azimuthal and/or polar angles) 범위에 걸쳐 포물면이고 제2 방위각 및/또는 극각 범위에 걸쳐 타원형이다. 패턴은 일부 실시예들에서 반복되어, 반사 원추(250)의 반사면은 상이한 방위각 및/또는 극각 범위에 걸쳐 포물면 형상과 타원형 형상이 되도록 번갈아 반복될 수 있다. 다른 예로서, 반사 원추(250)는 제1 방위각 및/또는 극각 범위에 걸쳐 제1 초점 파라미터(focal parameter)를 갖는 제1 포물면 부분을 갖고 제2 방위각 및/또는 극각 범위에 걸쳐 제2 초점 파라미터를 갖는 제2 포물면 부분을 갖는 반사면을 포함할 수 있다.

(바람직하게 형성된 반사 표면을 갖는 반사 원추(250)을 사용하여) 방출기(200)의 방사선 분포를 제어하는 것은 메인 챔버(100) 내의 UV 플루언스 레이트 분포 및/또는 전체 UV 커버리지(coverage)의 균일성(uniformity)을 향상시킬 수 있다. 상대적으로 균일한 UV 플루언스 레이트 분포를 제공하고 그리고/또는 총 UV 커버리지를 증가시키는 것은, 유리하게는 (예를 들어, 반응기(10)를 통과하는 액체에 전달되는 도즈 균일성을 증가시키고 그리고/또는 반응기(10)를 통한 액체의 단락 완화시킴으로써) 반응기(10)의 전체 성능을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 비교적 균일한 UV 플루언스 레이트 분포를 제공하는 것은, 메인 챔버(100) 내부의 유체 유동이 비교적 균일한 실시예들에서 바람직할 수 있다. 대조적으로, 메인 반응기 챔버(main reactor chamber)(100) 내부의 상이한 위치에서 더 높은 및 더 낮은 UV 플루언스 레이트 분포를 제공하기 위해 (바람직하게 성형된 반사면을 갖는 반사 원추(250)을 사용하여) 방출기(200)의 방사선 분포를 제어하는 것은, 메인 반응기 챔버(100) 내부의 유체 흐름이 불균일한 실시예에서 바람직할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 상대적으로 더 높은 UV 플루언스 레이트 분포는, 유체(12)가 상대적으로 더 높은 속도를 갖는 메인 챔버(100) 내의 위치들에 제공될 수 있는 반면에, 상대적으로 더 낮은 UV 플루언스 레이트 분포는, 유체(12)가 상대적으로 더 낮은 속도를 갖는 메인 챔버(100) 내의 위치들에 제공될 수 있다.

도 5 a 내지 5e는, 반응기(10)의 예시적인 실시예들에서 사용될 수 있는 상이한 반사면 형상을 갖는 반사 원추(250D-250I) (또한, 본 명세서에서는 집합적으로 반사 원추(250)으로 지칭됨)에 위치된 UV-LED(210)를 포함하는 방출기(200)에 의해 방출되는 방사 패턴을 도시한다(도1 참조). 도 5 a 내지 5e의 검은 점(black spots)의 밀도는 방출기(200)의 플루언스 레이트에 비례하고, 여기서 더 어두운 음영(darker shadings)은 더 높은 플루언스 레이트에 대응한다. 도 5a 내지 도 5c에서, 반사 원추(250D, 250G 및 250F)는 UV 투과성 윈도우(220)의 전방에서 공간(103)에 대응하는 방사선 프로파일을 생성하도록 각각 타원형으로 형성되고, 포물면으로 형성되며, 그리고 쌍곡면 모양으로 형성된 반사면을 갖는다. 공간(103)은 메인 챔버(100) 내에 전체적으로 또는 부분적으로 포함되는 볼륨(volume)에 대응할 수 있다.

도 5d의 예시적인 실시예에서, 하이브리드 반사 원추(hybrid reflector cone)(250H)는 공간(103)에서의 방사 플루언스 레이트 분포의 균일성을 향상시키기 위해 부분적으로 포물면 및 부분적으로 타원형일 수 있다. 구체적으로, 도 5d의 실시예의 반사 원추(250H)는, (방사원(210)에 가장 근접한) 제1 포물면 형상의 반사면 부분(250H-1)과 (방사원(210)으로부터 가장 먼) 제2 포물면 형상의 반사면 부분(250H-2) 사이에 위치된 타원체 형상의 반사면 부분(250H-3)을 포함한다. 제1 포물면 형상 표면 부분(250H-1), 제2 포물면 형상 표면 부분(250H-2) 및/또는 타원체 형상 표면 부분(250H-3)의 의 대칭축은 중심 축(255)에서 일치될 수 있다. 중심 축(255)은 또한 방출기(200) 및/또는 UV-LED(210)의 주 광학 방출 축(principal optical emission axis)(211)과 일치할 수 있다. 순수한 포물면 반사기(250G)(도 5b)와 비교하여, 하이브리드 반사 원추(250H)는 유리하게는 방출기(200)로부터 이격된 위치에서 중심 대칭축(255) 주위의 영역(105)에서 방사선 플루언스 레이트를 증가시킨다. 순수한 타원형 반사기(250D)(도 5a)와 비교하여, 하이브리드 반사 원추(250H)은 유리하게는 대칭축(255)으로부터 횡방향으로 이격된 영역(107)에서 방사선 플루언스 레이트를 증가시킨다.

도 5e의 예시적인 실시예에서, 자유 형태 반사 원추(250I)는 상이한 방위각 및 극각에 걸쳐 상이한 형상을 결합(joining)시킴으로써 형성된다. 이러한 형상 및 상이한 각도는, 중심 축(255)을 따라 영역(109)에서 상대적으로 높은 방사선 플루언스 레이트를 갖고 중심 축(255)을 따라 데드 존(dead zones)을 완화(mitigates)시키는 방사선 플루언스 레이트 프로파일(radiation fluence rate profile)을 제공하기 위해 (예를 들어, 계산 최적화 프로세스(computational optimization process)와 함께 시뮬레이션의 조합을 사용하여) 최적화될 수 있다.

도 6a 내지 6h는 반응기(10)의 반사 벽(150)(및/또는 보조 반사기(160))을 시뮬레이션하는 방출기(200)로부터 이격된 반사면(260)과 함께 반응기(10) (도1 참조)의 예시적인 실시예에서 사용될 수 있는 상이한 반사면 형상을 갖는 반사 원추(250) 내에 위치된 UV-LED(210)를 포함하는 방출기(200)에 의해 방출된 방사 패턴을 도시한다. 도 6a 내지 6h의 검은 점의 밀도는 방출기(200)의 플루언스 레이트에 비례하고, 더 어두운 음영은 더 높은 플루언스 레이트에 대응한다. 반사면(260)은 반사면(260)에 의해 시뮬레이션되는 반사 벽(150) 및/또는 보조 반사기(160)와 유사한 반사적 특성을 가질 수 있다.

도 6a-6c에서, 반사 원추(250D, 250G 및 250F)는 각각 타원형으로 형성되고, 포물면으로 형상되고 그리고 쌍곡면 모양으로 형성되어 방출기(200)가 UV 투과성 윈도우(220)와 반사면(260)사이의 볼륨(113)에서 대응하는 방사선 프로파일을 생성하는 것을 돕는 반사면을 갖는다. 볼륨(113)은 메인 챔버(100) 내에 전체적으로 또는 부분적으로 포함되는 영역에 대응할 수 있다.

도 6d 및 6e는 도 5d 및 5e에 도시된 것과 동일한 하이브리드 반사 원추(250H 및 250I)을 도시한다. 도 6d 및 6e는 방출기(200)로부터 볼륨(113)을 가로질러 이격된 반사면(260)을 제공하는 효과를 도시한다. 반사면(260)에 충돌하는 UV 방사선은 볼륨(113)으로 다시 반사되고 데드 존을 완화시킬 수 있고, 방사 플루언스 레이트 균일성을 더 향상시키고, 중심 축(255)을 따라 방사 플루언스 레이트를 더 향상시킬 수 있거나 또는 그렇지 않으면 바람직한 방사 특성을 제공할 수 있다. 도 5d 내지 도 6d를 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 반사면(260)은 유리하게는 반사 원추(250H)의 가장 넓은 횡방향 부분에 의해 횡방향으로 경계지워지는(bounded) 볼륨(113)의 중앙 부분의 전방 위치에서 비교적 균일한 방사 플루언스 레이트 분포를 제공하는 것을 도울 수 있다. 유사하게는, 도 5e를 도 6e와 비교하면, 반사면(260)은 중심 축(255) 주위의 볼륨에서 반사 원추(250I)에 대한 방사선 플루언스 레이트를 더 증가시키는 효과를 갖는다는 것을 도시한다.

도 6f 내지 6h는 다양한 비대칭 방사선 프로파일을 생성하기 위해 방출기(200)에 대한 추가의 예시적인 설계 변경을 위한 방사 패턴을 도시한다. 도 6f의 실시예에서, 주 광학 방출 축(211)이 반사면(260)에 비직교(경사) 각도로 배향되도록 하이브리드 반사기(250H)가 배향된다. 도 6g의 예시적인 실시예에서, 불규칙 형상의(irregular-shaped) 반사 원추(250J)는 UV-LED(210)의 주 광학 방출 축(211)에 대해 비대칭적이다. 도 6h의 예시적인 실시예에서, 하이브리드 반사 원추(250H)의 중심 축(255)은 UV-LED(210)의 주요 광축(211)과 평행하지만 동축적이지 않다. 중심 축(255) 및 주 광축(211)은 도면 6h 도면에서 평행하지만, 이는 필요하지 않다.

일부 실시예에서, 반사 원추(250)는, UV-LED 가 제조 또는 장착되는 PCB(미도시) 또는 UV-LED(210)에 열적으로 연결된 열 전도성 재료로 제조되거나 또는 그렇지 않으면 이를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 반사 원추(250)는 종방향(102)으로 반응기의 메인 챔버 내로 연장될 수 있으며, 여기서 유체(11)와 접촉할 수 있다(도 7d 실시예의 반응기(70D)의 메인 챔버(700) 내로 반사 원추(250)의 연장 참조). 메인 챔버 내로의 반사 원추(250)의 이러한 확장은 UV-LED(210)에 의해 발생된 열이 메인 챔버를 통해 흐르는 유체(11)로 전달되도록 할 수 있다. 이러한 구성은 유리하게는 UV-LED(210)를 위한 별도의 히트 싱크(heat sink)의 필요를 없앨 수 있다(또는 별도의 히트 싱크의 크기를 감소시킬 수 있다).

반사 원추(250)는 음용수를 접촉하는데 안전한 액체(11)(도 7d 참조)와 접촉하는 부분(251)에서 재료로 코팅될 수 있다.

도 9a 내지 9c를 참조하면, 일부 실시예에서, 반사 원추(250)는 최대로 오목한 부분(maximal concavity)에 위치된 꼭지점(apex)(257)을 갖는 것으로 정의될 수 있다. 꼭지점(257)은 주 광학 방출 축(211)과 대칭축(255) 중 하나 또는 둘 모두에 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 반사 원추(250)는 단일 꼭지점을 갖지 않도록 절단될 수 있다. 이러한 실시예에서, 꼭지점(257)은 주 광학 방출 축(211)과 대칭축(255) 중 하나 또는 둘 모두에 있는 절단 평면 상의 위치인 것으로 고려될 수 있다. 반사 원추(250)의 길이(L)는 반사 원추(250)의 꼭지점(257)과 에지(들)사이의 최대 거리로 정의될 수 있다(도 9a 내지 9c 참조)(예를 들어, 반사 원추(250)의 종방향 깊이). 거리(x)는 꼭지점(257)으로부터 UV-LED(210)의 거리로 정의될 수 있다. 파라미터

는 UV-LED(210)의 배치 및 반사 원추(250)의 형상 사이의 관계를 특징짓는 데 정의되고 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, Δ는 0.0≤Δ≤0.6의 범위에 있다. 일부 실시예에서, 이 범위는 0.0≤Δ≤0.4이다. 도 9a에 도시된바와 같이 일부 실시예에서, 파라미터 x는 UV-LED(210)가 반사 원추(250)의 초점(focal point)에 또는 그 근처에 위치되도록 선택되며, 이는 방출기(200)가 상대적으로 시준된 방사선을 제공하는 것을 도울 수 있다. 일부 실시예에서, 도 9b에 도시된 바와 같이, UV-LED(210)는 꼭지점(257)에 (도 9a에 도시된 것보다) 더 가까운 거리 x에 위치된다. 이러한 구성은 방출기(200)가 발산 방사 패턴(diverging radiation pattern)을 제공하도록 도울 수 있다. 일부 실시예에서, 도 9c에 도시된 바와 같이, UV-LED(210)는 꼭지점(257)으로부터 (도 9a에 도시된 것보다) 더 멀리 있는 거리 x 에 위치된다. 이러한 구성은 방출기(200)가 수렴 방사 패턴(converging radiation pattern)을 제공하도록 도울 수 있다.

도 7a 내지 7h는 다른 예시적인 실시예에 따른 다른 예시적인 UV 반응기(70A, 70B, 70C, 70D, 70E, 70F, 70G, 70H)(집합적으로 반응기(70))의 개략적인 종방향으로 배향된 단면도이다. UV 반응기(70)는 본 명세서의 다른 곳에서 기술된 UV 반응기(10)(도 1)와 많은 측면에서 유사하고, 달리 구체적으로 설명하지 않는 한, UV 반응기(70)는 UV 반응기(10)에 대해 본 명세서에 기술된 임의의 특징을 포함할 수 있다. 유사하게는, 반응기(10)(도 1)는 본 명세서에 기술된 반응기(70)의 임의의 특징을 포함하도록 적절하게 변형될 수 있다.

도 7a의 실시예의 반응기(70A)는 메인 챔버(700A)가 메인 챔버(100)와 상이하게 형성된 것을 제외하고는 반응기(10)와 유사한 특징을 포함한다. 보다 구체적으로, 메인 챔버(700A)는, 메인 챔버(700A) 내에 다양한 유체 속도 및/또는 UV 방사선 프로파일을 수용하도록 적절하게 설계될 수 있는 절단형 원추(truncated cone)(절두 원추형)의 일반적인 형상을 갖는다. 반응기(70A)는 메인 챔버(700A)를 위한 다른 형상을 갖도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 메인 챔버(700A)의 가능한 형상들은 반응기(10)의 메인 챔버(100), 원통형 형상, 타원형 형상 및 직사각형 형상들과 더 유사한 형상들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. UV 반응기(70A)는 단일 UV 방출기(200), 메인 챔버(700A) 및 반사 벽(150A)을 포함한다. UV 방출기(200)는 메인 챔버(700) 내로 방사선을 지향시키기 위해 종방향(102)으로 배향된 주 광학 방출 축(211)으로 배향된다.

도 7b의 실시예의 반응기(70B)는, 반응기(70B)의 방출기(200B)가 2x2 어레이(array)로 배열된 방사원(210A-1, 210A-2) 및 다른 방사원(미도시)을 포함하는 방사원(radiation sources)을 포함한다는 점을 제외하고는, 본원의 다른 곳에서 설명된 반응기(10)(도 1) 및/또는 반응기(70A)와 유사한 특징을 포함한다. 일부 실시예에서 복수의 방사원(210)을 포함하는 어레이를 수용하기 위해 반사 원추(250)의 치수(dimensions)는 일부 실시예에서 최적화될 수 있다. 이러한 복수의 방사원은 다양한 공간 배향을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 복수의 방사원은 종방향(102)으로 연장될 수 있는 대칭축(255)(또는 주요 광학 방출 축(21))을 중심으로 대칭적으로 배향될 수 있지만, 반드시 필요한 것은 아니다. 방사원(210)의 예시적인 구성은, 표면 실장 소자(SMD: surface mount device), 다양한 치수의 칩 온 보드(COB: chip on board) 어레이, 다양한 치수의 LED 패키지(packages), 금속 질화물(metal nitrides) 기반의 것을 포함하는 p-n 접합(p-n junctions)을 갖는 다른 형태의 방출기 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.

도 7c의 실시예의 반응기(70C)는 반응기(10)(도 1)와 유사한 특징을 포함한다. 반응기(70C)는 반응기(70C)가 챔버(700)내로 연장되는 부분(251)을 포함하는 반사 원추를 포함한다는 점에서 반응기(10)와 상이하다.

도 7d의 실시예의 반응기(70D)는 반응기(10)(도 1)와 유사한 특징을 포함한다. 반응기(70D)는 반응기(70D)가 유체가 이동할(travel) 수 있는 개구(openings)(151) 없이 반사 벽(750)을 포함한다는 점에서 반응기(10)와 상이하다(즉, 도 7d의 실시예의 반사 벽(750)은 솔리드 평면(solid planar) 반사면(753)을 포함할 수 있다). 반사 벽(750)의 이러한 구성을 용이하게 하기 위해, 반응기(70D)는 (예를 들어, 반사 벽(750)보다 LED(210)에 종방향으로 더 가까운) 메인 챔버(700D)와 유체 연통하는 하나 이상의 입구(720)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 입구(720)는 출구(111)로부터 반응기(70D)의 횡방향 대향 측 상에 제공될 수 있다.

도 7e의 실시예의 반응기(70E)는 반응기(10)(도 1)와 유사한 특징을 포함한다. 반응기(70E)는 (반응기(10)의 입구(110) 및 출구(111)와 비교하여) 상이한 위치에 있는 입구(710) 및 출구(711), 및 입구 채널(121) 및 출구 채널(122)을 생성하기 위해 대칭축(255)을 따라 메인 챔버(700E) 내에 위치된 종방향 연장 디바이더(longitudinally extending divider)(120)를 포함하는 메인 챔버(700E)를 포함한다. 디바이더(120)는 반사 원추(250)의 중심 축(255) 및/또는 방출기(200)의 주요 광축(211)을 따라 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 유체(11)는, 디바이더(120)의 하나의 횡방향 측에 위치된 반사 벽(150)의 부분(150-1) 및 유체 입구(710)를 통해 입구 채널(121)에 들어가고, 디바이더(120)의 종방향 단부(123) 주위로 흐르고, 출구 채널(122)을 통해 그리고 디바이더(120)의 다른 횡방향 측 상에 위치된 반사 벽(150)의 제2 부분(150-2)을 통해 유체 출구(711)로 다시 흐른다. 반응기(70E)의 반사 벽(150)은 유체 입구(710)와 입구 채널(121) 사이에 위치된 반사 벽 부분(150-1)과, 유체 출구(711)와 출구 채널(122) 사이에 위치된 반사 벽 부분(150-2)을 포함한다.

도 7f의 반응기(70F)는, 반응기(70F)가 반응기(70E)에 존재하는 반사 벽(150)을 포함하지 않는 것을 제외하고 반응기(70E)와 유사한 특징을 포함한다. 유체(11)는 유체 입구(710)로부터 입구 채널(121)으로 들어가고, 디바이더(120)의 종방향 단부(123) 주위로 흐르고, 출구 채널(122)을 통해 다시 흐르고, 유체 출구(71)로부터 출구 채널(122)을 빠져나간다. 일부 실시예에서, 벽(157)은 입구(710) 및 출구(711)가 비반사성인 메인 챔버(700F)를 정의한다. 그러나, 선택적으로, 벽(157)은 반사형일 수 있다. 반응기(70F)의 실시예들(특히, 비반사 벽(157)을 갖는 것들)은 비용이 중요한 고려 대상인 경우에 유리할 수 있다. 예를 들어, 다수의 개구를 갖는 반사 벽(150)을 포함하는 도 7e에 도시된 예시적인 실시예와 비교하여, 반응기(70F)의 실시예(특히, 벽(157)이 비반사성인 것)는 일반적으로 제조하는데 덜 비싸다. 또한, 비반사 벽(157)의 사용은 반응기 몸체(101)에 대해 원하는 재료를 선택하는데 있어서 보다 큰 설계 유연성을 제공한다. 유체(11)에 대한 다양한 속도 프로파일은 입구(710) 및 출구(711)의 상이한 파라미터(예를 들어, 개구의 위치 및 치수)를 변화시킴으로써 수용될 수 있다.

도 7g의 예시적인 실시예의 반응기(70G)는, 반응기(70G)가 복수의 방사원(210B-1, 210B-2, 210B-3, 210B-4 … (집합적으로 방사원(210B))를 포함한다는 점을 제외하고, 반응기(70F)와 유사한 특징을 포함하며, 각각의 방사원(210B)은 대응하는 반사 원추(250A-1, 250A-2, 250A-3, 250A-4 … (집합적으로, 반사 원추(250A))를 포함한다. 반사 원추(250A)는 반사 원추(250)의 원리에 따라 동작하여, 방사원(210B)에 의해 방출된 UV 방사선을 집속, 지향 및/또는 시준하게 한다. 반사 원추(250A)는 본 명세서에 기술된 반사 원추(250)의 임의의 다른 실시예 및 특징을 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 반응기(70G)는 방사원(210B) 및 반사 원추(250A)의 4 × 4 어레이(four by four array)를 포함할 수 있지만, 방사원(210B) 및 반사 원추(250A)에 대해 다른 숫자 및 배열이 가능하다. 도 12a 내지 12d는 방사원(210B) 및 반사 원추(150A)의 다른 숫자 및 배열의 비제한적인 예를 도시한다.

다중 방사원(210B)를 갖는 것은 유리하게는 메인 챔버(700G) 내부의 UV 플루언스 속도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 반응기(70G)를 통과하는 유체(11)에 전달되는 도즈의 균일성을 개선시킬 수 있으며, 이들 모두는 본 명세서에 기술된 바와 같은 특징일 수 있다. 일반적으로, 도 7g에 도시된 반응기(70G)의 방사원(210B)은 그들의 주요 방사축이 종방향으로 배향되도록(즉, 중심 축(255)과 평행한 방향(102)으로) 배향된다. 그러나, 일반적으로, 복수의 방사원(210B)은 다양한 공간 배향(spatial orientations)을 가질 수 있다.

단일 반사 원추를 구비하는 다중 방사원 또는 단일 방사원을 가지는 본 명세서에 도시되고 설명된 임의의 실시예는, 복수의 방사원으로 대응하는 방사원 및 반사 원추(reflective cone)를 대체하기 위도록 도 7g의 실시예와 유사한 방식으로 변형될 수 있으며, 각각의 방사원은 대응하는 반사 원추(reflector cone)를 갖는다.

도 7h의 예시적인 실시예의 반응기(70H)는, 반응기(70H)가 채널(700H)을 입구 및 출구 채널(121, 122)로 분할하는(splits) 디바이더(120)를 포함하고, 또 다른 반응기(70H)는 비반사성 벽(157)을 포함한다는 점에서 반응기(70F)와 유사한 특징을 포함한다. (도 7h의 실시예의) 반응기(70H)는, 반응기(70H)의 방출기(200)가 복수의 UV 방사원(예를 들어, UV-LED)(210C1, 210C2, … (집합적으로, 방사원(210C))를 포함한다는 점에서 (도 7f의 실시예의) 반응기(70F)와 다르며, 상기 UV 방사원은 반응기(70B)의 방사원(210A)과 유사한 방식으로 반사 원추(250)을 공유한다. 반응기(70H)는, 반응기(70H)의 반응기(101H)가 일반적으로 원통형으로 형성된다는 점에서 반응기(70F)와 또한 다르며, 이는 반응기(70H)의 입구 및 출구 채널(121, 122)에 반응기(70F)의 입구 및 출구 채널(121, 122)의 형상과 상이한 형상을 차례로 제공한다. 반응기(70H)는 또한 반응기(70H)에서 유체(11)를 혼합하는데 도움을 줄 수 있는 스테틱 믹서(static mixer)(259)로 도시된다. 도시된 실시예에서, 반응기(70H)는 입구(710)에 상대적으로 가까운 입구 채널(121)에서 단일 스테틱 믹서(259)를 포함하지만, 일부 실시예에서, 반응기(70H)는 다수의 스테틱 믹서(259)를 포함할 수 있고, 이러한 믹서는 입구 채널(121) 및/또는 출구 채널(120)에 위치될 수 있다. 스테틱 믹서(259)가 본 명세서에 기술된 임의의 다른 반응기 실시예에서 제공될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 도 7i는 특정 실시예에 따른 UV 반응기(70I)의 단면 사시도이며, 이는 도 7h의 개략도와 유사한 실시예의 구현 상세를 제공한다. 명료함을 위해, 도 7i에 도시된 반응기(70I)는 스테틱 믹서(259)를 생략한다. 그렇지 않으면, 도 7i의 반응기(70I)는 도 7h 반응기(70H)와 유사한 특징을 포함하고, 본 명세서에 기재된 반응기(70H)의 특징을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 7e 내지 도 7h의 실시예에서, 디바이더(120)는 일반적으로 방출기(200)에 가장 근접한 횡방향으로 배향된 종방향 단부(123)를 가진다. 단부(123)는, 도 11의 패턴화된(patterned) 표면(123A-F)으로 도시된 바와 같이 종방향 및 횡방향으로 연장되는 돌출부(protrusions) 및/또는 리세스(recesses)를 포함하는 다수의 가능한 형상을 포함할 수 있으며, 이는 입구 채널(121)과 출구 채널(122) 사이의 스테틱 혼합(static mixing)을 촉진한다. 패턴화된 표면(123B-F) 각각은 종방향 단부(123)의 일반적인 횡방향 배향에 대해 다수의 상이한 각도로 배향된 돌출부 및/또는 리세스를 포함한다. 패턴화된 표면(123B-F) 상의 돌출부 및/또는 리세스는 입구 채널(121)과 출구 채널(122) 사이의 스테틱 혼합을 촉진할 수 있다.

도 8a 내지 8d는 다수의 예시적인 실시예에 따른 다수의 UV 방출기(200)를 포함하는 UV 반응기(80A 내지 80D)(집합적으로 반응기(80))의 개략적인 종방향으로 배향된 단면도이다. 도 8a 내지 8d는 다양한 상이한 LED 방출기 위치 및/또는 반사 벽 위치를 갖는 반응기를 도시한다. UV 반응기(80)는 각각 방사선을 각각의 메인 챔버(800A, 800B, 800C, 800D(집합적으로, 메인 챔버(800))로 지향시키도록 배향된 복수의 방출기(200)를 포함한다. 각각의 반응기(80)에 대해, 유체(11)는 각각의 입구(810A, 810B, 810C, 810D(집합적으로, 입구(810))로부터 메인 챔버(800) 내로 흐르고, 각각의 출구(811A, 811B, 811C, 811D(집합적으로, 출구(811))로부터 메인 챔버(800) 밖으로 흐른다. 일부 실시예에서, 메인 챔버(800)(방출기(200)의 영역 이외의 것)를 정의하는 일부 또는 모든 표면은 방출기(200)에 의해 방출되는 방사선(12)에 대해 반사하는 재료로 코팅되거나 또는 그렇지 않으면 이를 포함한다. 다수의 방출기(200)를 갖는 것은 유리하게는 메인 챔버(800) 내부의 UV 플루언스 속도를 향상시킬 수 있다.

메인 챔버(800)는 도 8a 내지 8d에 도시된 예시적인 실시예에서 일반적으로 직육면체(cuboid) 형상이지만, 반드시 필요한 것은 아니다. 메인 챔버(800)는 유체(11)에 대한 다양한 속도 프로파일을 수용하기 위해 원통형, 타원형 등일 수 있다.

도 8a의 반응기(80A)에서, 입구(810A) 및 출구(811B)는 메인 챔버(800A)의 대향하는 횡방향(방향(102)에 직교함) 측 상에 그리고 대향하는 종방향(방향(102)) 단부에 위치된다. 반응기(80A)는 메인 챔버(800A)의 대향면에 위치된 2 개의 방출기(200)를 포함한다. 반응기(80A)는 유리하게는 단일 방출기(200)를 갖는 실시예와 비교하여 메인 챔버(800A)에서 더 많은 방사선 플루언스 레이트 및/또는 더 많은 방사선 커버리지를 제공할 수 있다. 또한, 도 8a의 예시적인 실시예의 반응기(80A)에서, 반응기(80A)의 몸체는 균일한(일정한) 횡단면을 가지며, 이는 가변적인 횡단면을 갖는 일부 다른 실시예보다 제조가 더 용이하게 할 수 있다.

도 8b의 반응기(80B)에서, 입구(810B) 및 출구(811B)는 메인 챔버(800B)의 대향하는 종방향 면(805 및 806)에 위치하지만, 동일한 횡방향 위치에 위치된다(이는 반응기(80B)의 횡방향 중심에 있게 할 수 있지만, 반드시 필요한 것은 아니다). 반응기(80B)는 제1 종방향 단부면(805)에 위치된 2 개의 방출기(200)와 제2 종방향 단부면(806)에 위치된 2 개의 방출기(200)를 포함한다. 일부 실시예에서, 대향하는 면(805 및 806)에 위치된 한 쌍의 방출기(200)의 주 광학 방출 축은 동축이고(co-axial), 종방향(102)으로 배향된다. 도 8b의 반응기(80B)는 도 8a에 도시된 반응기(80A)의 장점 중 일부를 공유할 수 있다.

도 8c의 반응기(80C)는, 방출기(200)가 종방향(102)에 대해 다양한 각도로 배향되도록 그들의 주 광학 방출 축으로 배향되는 것을 제외하고, 반응기(80B)와 유사한 특징을 포함한다. 이러한 방출기 배향은 메인 챔버(800C)의 중심에 위치한 볼륨(801)에서 UV 방사선(12)을 집속할 수 있다. 이는 볼륨(801)에서 UV 플루언스 레이트를 향상시키고, 여기서 유체(11)의 속도는 높을 수 있다. 낮은 유체 속도를 갖는 위치에서 높은 유체 속도 및 낮은 UV 플루언스 레이트를 갖는 위치에서 더 높은 UV 플루언스 레이트를 제공하는 것은 유리하게는 반응기(80C)를 통과하는 유체(11)에 전달되는 도즈 균일성을 향상시킬 수 있다. 도 8c의 반응기(80C)는 도 8a에 도시된 반응기(80A)의 장점 중 일부를 공유할 수 있다.

도 8d의 예시적인 실시예의 반응기(80D)에서, 입구(810C) 및 출구(811C)는 메인 챔버(800D)의 횡방향으로 대향하는 면에 위치되고, 방출기(200)는 메인 챔버(800D)의 종방향으로 대향하는 면에 위치된다. 방출기(200)는 반응기(80D)에서 유체(11)의 유동 방향에 대체로 직교하는 방향으로 방사선(12)을 방출하고, 이는 일부 실시예에서, 유동 방향과 정렬되는 방사선에 대해 보다 높은 UV 플루언스 레이트를 제공할 수 있다.

도 13a 내지 13c는 다수의 예시적인 실시예에 따른 다수의 UV 방출기(200)를 포함하는 UV 반응기(90A 내지 90C)(집합적으로 반응기(90))의 개략적인 종방향으로 배향된 단면도이다. 도 13a 내지 13c는 다양한 상이한 LED 방출기 위치 및 구성을 갖는 반응기를 도시한다. UV 반응기(90)는 각각 방사선을 각각의 메인 챔버(900A, 900B, 900C)(집합적으로, 메인 챔버(900)) 내로 지향시키도록 배향된 복수의 방출기(200)를 포함한다. 각각의 반응기(90)에 대해, 유체(11)는 각각의 입구(910A, 910B, 910C)(집합적으로, 입구(910))로부터 메인 챔버(900) 내로 흐르고, 각각의 출구(911A, 911B, 911C)(집합적으로, 출구(911))로부터 메인 챔버(900) 밖으로 흐른다. 일부 실시예에서, (방출기(200)의 영역 이외의) 메인 챔버(800)를 정의하는 일부 또는 모든 표면은 방출기(200)에 의해 방출되는 방사선(12)에 대해 반사하는 재료로 코팅되어가 또는 그렇지 않으면 이를 포함한다. 다수의 방출기(200)를 갖는 것은 유리하게는 메인 챔버(900) 내부의 UV 플루언스 레이트를 향상시킬 수 있다.

메인 챔버(900)는 일반적으로 도면 13a 내지 13c에 도시된 예시적인 실시예에서 균일한 횡단면으로 일반적으로 원통형으로 형성되지만, 반드시 필요한 것은 아니다. 메인 챔버(900)는 유체(11)에 대한 다양한 속도 프로파일을 수용하기 위해 직육면체, 타원형 등일 수 있다. 도면 13a 내지 13c의 각각의 실시예에서, 입구(910) 및 출구(911)는 대향하는 종방향(방향(102)) 단부에 그리고 메인 챔버(900A)의 대향하는 횡방향(방향(102)에 직교하는) 측 상에 위치된다. 또한, 도 13a 내지 13c의 각각의 실시예에서, 메인 챔버들(900)의 대향하는 단부들에서 대응하는 캐비티에 위치된 하나 이상의 방출기(200)가 존재한다. 이러한 대향하는 방출기(200)는 유익하게는 단일 측면(single-sided) 방출기(200)를 갖는 실시예와 비교하여 메인 챔버(900)에서 더 많은 방사선 플루언스 레이트 및/또는 더 많은 방사선 커버리지를 제공할 수 있다. 도 13a 내지 13c의 각각의 실시예에서, 하나 이상의 열 전도체(미도시)는 그들 각각의 솔리드 스테이트 방사원에 열로(thermally) 결합될(coupled) 수 있고, 유체가 입구로부터 출구까지 흐를 때 유체에 의해 차례로 접촉하는 각각의 방출기 하우징과 열 접촉한다.

반응기(900A, 900B 및 900C)는 방출기(200)의 구성과 상이하다.

도 13a의 반응기(900a)에서, 반응기(900A)의 각각의 종방향 단부는, 대응하는 반사 원추(250)의 베이스(base)에 위치된 각각의 방출기(200)에 대응하는 하나 이상의 LED를 구비하는, 복수의 이격된 UV-LED (명확히 도시되지 않음)를 지지하는 단일 PCB를 포함하는 방출기 하우징(964)을 포함한다. 예시된 실시예의 방출기 하우징(964)은 UV-LED 및 반사 원추(250)를 위한 하우징의 일부를 형성하는 단일 UV 투과성(예를 들어, 석영) 윈도우(220)를 포함한다. 유체(11)는 챔버(900A)의 입구 단부 및 출구 단부에서 방출기 하우징(964)의 횡방향 둘레 주위로 흐른다. 하나 이상의 열 전도체(미도시)는 각각의 솔리드 스테이트 방사원에 열로 결합될 수 있고, 입구 및 출구 방출기 하우징(964)과 열 접촉하여, 방출기 하우징(964)의 횡방향 주변으로 흐르는 유체(11)가 UV-LED에 의해 발생된 열을 방출시키거나 또는 그렇지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 개별 방출기(200)에 대한 반사 원추(250)의 형상은 방출기(200)의 위치에(예를 들어, 중심 축(255)에 대한 방출기의 위치에) 따라 변할 수 있다. 일부 실시예에서, 모든 UV-LED가 단일 PCB 상에 위치되는 것이 필요하지 않다. 일부 실시예에서, 방출기 하우징(964)은 복수의 PCB를 포함하고, 각각의 PCB는 각각의 방출기(200)에 대응하는 하나 이상의 UV-LED를 지지한다. 일부 실시예에서, 방출기 하우징(964) 내에 수용된 반사 원추(250)의 일부 또는 전부는 단일 반사기 지지부에 의해 지지되고, 하나 이상의 PCB는 하나 이상의 UV-LED가 각각의 반사 원추(250)의 베이스에 위치하도록 위치된 복수의 UV-LED를 포함한다.

도 13b의 반응기(900B)는 반응기(900B)가 그 종방향 단부 각각에서 단일 방출기(200)를 포함하는 것을 제외하고 도 13a의 반응기(900A)와 유사하다.

도 13c의 반응기(900C)는 또한 다수의 방출기를 수용하는 반응기 하우징을 갖는 것을 제외하고는 도 13a의 반응기(900A)와 유사하지만, 반응기(900C)는, 그 자체의 UV-LED(명확히 도시되지 않음) 및 반사 원추(250)을 수용하고, 각각은 자체 UV 투과성 윈도우(220)를 포함하는 복수의 모듈형 방출기 하우징(modular emitter housings)(966)을 포함한다. 유리하게는, 도 13c의 실시예의 방출기(200) 및 방출기 하우징(966)의 모듈성도(modularity)는, 방출기(200) 중 하나가 실질적인 방식으로 수행되는 경우에 상호교환되도록 허용한다. 도시된 실시예에서, 방출기 하우징(966)은 홀더 플레이트(holder plate)(968)에 의해 그들 각각의 위치에서 지지된다. 홀더 플레이트(968)는 필수적인 것은 아니지만, 일부 실시예에서, 방출기 하우징(966)은 다른 지지 기구(mechanisms)에 의해 적절한 위치에서 지지될 수 있다. 도시된 실시예에서, 유체(11)는 챔버(900C)의 입구 단부 및 출구 단부에서 홀더 플레이트(968)의 횡방향 주변부 주위로 유동한다. 하나 이상의 열 전도체(미도시)는 그들 각각의 솔리드 스테이트 방사원에 열로 결합될 수 있고, 그들의 대응하는 입구 및 출구 방출기 하우징(966)과 열 접촉하여, 방출기 하우징(966) 주위에 흐르는 유체(11)가 UV-LED에 의해 발생된 열을 방출하거나 그렇지 않을 수 있다. 홀더 플레이트(968)의 횡방향 둘레 주위의 유체(11)의 흐름은 필수적이지 않다. 일부 실시예에서, 유체(11)는 지지 기구 내의 적절하게 형성된 개구 또는 도관을 통해 개별 모듈형 방출기 하우징들(966) 사이에서 유동한다. 유리하게는, 개별 모듈형 방출기 하우징들(966) 사이의 이러한 유체(11)의 흐름은, 복수의 더 작은 방출기 하우징(966)과 연관된 비교적 큰 표면적 및 개별 방출기 하우징(966)으로의 흐름의 근접에 기인하여 유체(11)에 의한 열 방산을 향상시킬 수 있다.전술한 바와 같이, 하나 이상의 열 전도체(미도시)는 그들 각각의 솔리드 스테이트 방사원(들)에 열로 결합될 수 있고, 유체가 입구로부터 출구로 흐를 때 유체에 의해 차례로 접촉하는 각각의 방출기 하우징과 열 접촉한다. 일부 실시예에서, 개별 방출기(200)에 대한 반사 원추(250)의 형상은 방출기(200)의 위치에(예를 들어, 중심 축(255)에 대한 방출기의 위치에) 따라 변할 수 있다.

시뮬레이션 연구

일부 실시예에서, UV 반응기에서 방사선 및 유체 속도 프로파일을 제어하는 것이 바람직하므로, 유체 속도가 더 높은 반응기의 영역에서 더 높은 방사선 플루언스 레이트가 존재한다. 본 발명자들은 방사선이 UV 방사선이고, 유체가 물이며, 다수의 가상 프로토타입 광반응기가 미생물의 UV 불활성화를 위해 사용된 여러가지 시뮬레이션된 케이스 연구를 고려하였다. 도 10a 내지 10i는 본 발명자들에 의해 관찰된 시뮬레이션 결과를 도시한다. 시뮬레이션은 가상 프로토타이핑 소프트웨어를 사용하여 광반응기 내의 방사선, 유체 역학 및 디스인펙션 키네틱스(disinfection kinetics)를 시뮬레이션하고, 반응기(10)(도 1)의 특징을 갖는 광반응기의 성능이 방사선 및 속도 분포의 강력한 기능(function)인 것으로 관찰되었다. 시뮬레이션된 광반응기(10)는 UV-C 반사 후면판(reflective back plate) 및 방사 패턴을 제어하기 위한 UV-C 반사기(즉, 반사 원추(250))를 사용하여 두가지 요인(both factors)을 다룬다(addresses)(즉, 유체 유입구에 대한 최적화된 개구부를 통해 속도 프로파일을 제어하는 것뿐만 아니라 방사 패턴 제어에 대한 기여). 이러한 구성요소들을 이용하여, 광범위한 속도의 범위 및 방사 패턴이 유지될 수 있다.

속도 프로파일(반응기 수력학)은 개구(151)의 레이아웃 및 치수를 최적화함으로써 적절한 유동 분배기가 되도록 반사 벽(150)을 설계함으로써 제어될 수 있다. 반사 원추(250)를 설계함으로써, 반사 원추(250)의 형상 및 치수를 최적화하고, 반사 벽(150)의 UV 반사 특성을 최적화함으로써, 방사선 프로파일(반응기의 광학)이 제어될 수 있다. 도 10a 내지 10c는 속도 프로파일(반응기 수력학)을 제어하기 위한 반사 벽(150)의 설계의 유효성을 나타내고, 여기서 반사 벽(150)의 다양한 개구(151) 구성은 비교적 균일한 속도 프로파일(도 10a), 비교적 선형 속도 프로파일(도 10b), 및 비교적 바람직한/최적화된 속도 프로파일(도 10c)을 포함하지만 이에 제한되지 않는 표적화/원하는 속도 프로파일을 야기한다. 개구를 갖는 표면을 통과하는 유체의 결과적인 유체 속도 프로파일은 표면의 개구의 형상(크기 포함) 및 위치의 함수(function)로서 알려져 있다. 유체 역학의 일반적인 규칙으로서, 더 많은 유동이 보다 적은 압력 강하(drop)(제한)를 갖는 개구를 통과하므로, 원하는 속도 프로파일(예를 들어, 균일한, 선형 또는 최적화)이 개구(151)의 최적화된 설계를 통해 유지될 수 있다. 특히, 챔버(101) 내의 원하는 속도 프로파일은 최적화 문제의 목적 함수(objective function)로서 구성될 수 있는데, 이에 대한 최적화를 위한 변수들은 반사 벽(150) 내의 개구들(151)의 파라미터들(예를 들어, 존재, 형상, 및/또는 위치들)을 포함할 수 있다. 도 10a는 목적 함수를 구성하기 위해 균일한 속도가 사용되는 시뮬레이션을 도시하며, 도 10b는 선형 속도 프로파일이 목적 함수를 구성하는데 사용되는 시뮬레이션을 나타내고, 도 10c는 최적 속도 프로파일이 목적 함수를 구성하는데 사용되는 시뮬레이션을 도시한다. 도 10a 내지 도 10c는 개구(151)의 적절한 형성 및 위치설정에 의해 속도 및 체류 시간 분포가 어떻게 제어될 수 있는지를 도시한다.

반응기 내의 동일한 방사 패턴과 함께(조합된 타원형/포물선형 반사기(250H)(도 5d)는 추가 시뮬레이션 연구를 위해 사용됨), 반응기의 효율은 균일한 속도 프로파일을 갖는 반응기에 대해 51%로부터(도 10d), 선형 속도 프로파일을 갖는 반응기에 대해 59%로(도 10e), 그리고 최종적으로 바람직한/최적화된 속도 프로파일을 갖는 반응기에 대해 63%까지 변한다(도 10f). 유사하게는, 반사기(250)는 반응기 내의 플루언스 레이트를 제어하도록 설계될 수 있다. 동일한 개구(151)를 갖는 동일한 반사 벽(150)을 사용하여, 반응기 내에서 동일한 속도 프로파일을 초래하며, 반응기의 효율은 도 10g에 도시된 바와 같이 타원형 반사기(250D)(도 5a)를 갖는 반응기에 대해 53%에서, 도 10h에 도시된 바와 같이 포물선형 반사기(250G)(도 5b)를 갖는 반응기에 대해 51%로, 도 10i에 도시된 바와 같이 바람직한/최적화된 반사기(250H)(도 5d)를 갖는 반응기에 대해 결국 63%까지 변화한다.

본 발명의 범위는 반응기(10)에 대한 다양한 가능한 보충 설계들 및/또는 반응기(10)의 다른 측면들을 포함한다. 적합한 경우, 이들 변형들은 본 명세서에 설명된 임의의 반응기 실시예들 중 어느 것에 적용될 수 있고, 다음을 포함하지만, 제한되는 것은 아니다:

메인 챔버(100, 700, 800, 900)을 정의하는 벽의 표면은 그들의 대응하는 방출기에 의해 방사선 방출기에 대해 반사성인 적절한 반사 재료로 코팅될 수 있거나 또는 그렇지 않으면 포함할 수 있다;

소스(210)는 전자기 스펙트럼을 따라 임의의 적절한 파장의 방사선을 방출할 수 있다(예를 들어, 적외선 방사선, 가시광선, 자외선 방사선 등);

유체(11)는 임의의 적절한 액체 및/또는 가스를 포함할 수 있다;

임의의 적절한 방사원(210)(예를 들어, UV 램프)는 적절한 방사선 플루언스 레이트 분포를 제공하기 위해 임의의 반사 원추(250)에 대해 위치될 수 있다;

적어도 부분적으로 UV 반사 재료로 만들어진 하나 이상의 유동 억제기(restrainer) 또는 유동 변경기(modifiers)(예를 들어, 스태틱 믹서, 배플, 와류 발생기 또는 다른 유형의 유동 믹서)는, 메인 챔버(100, 700, 800, 900) 내에 위치될 수 있다. 이러한 배플은 메인 챔버 내의 유체 유동을 형성하는데 도움을 줄 수 있다;

광촉매 재료는 메인 챔버(100, 700, 800, 900) 내에 위치될 수 있다;

화학 시약은 메인 챔버(100, 700, 800, 900) 내에 위치될 수 있다;

방사원(210)은 외부 신호에 의해 켜지거나/꺼질(turned on and off) 수 있다;

방출기(200)는 방사원(210)의 전방에 위치되는 하나 이상의 렌즈(예를 들어, 시준 렌즈)를 포함하여 방사원(210)에 의해 방출된 방사선(12)을 굴절(예를 들어, 시준)시킬 수 있다; 그리고

방출기(200)는 방사선(12)을 검출하기 위해 방사원(210)에 인접하게 위치된 UV 센서(예를 들어, 포토다이오드), 및 UV 센서에 데이터를 송수신하기 위한 적절한 전자장치를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 다이나믹 믹서(dynamic mixer)가 메인 챔버(100, 700, 800, 900) 내에 제공될 수 있다. 다이나믹 믹서는 유체 흐름으로부터의 모멘텀(momentum)으로 이동하여 유체(11)의 유동을 더 혼합할 수 있다. (차례로, 하나 이상의 델타 윙형 믹서(delta wing shaped mixers) 및/또는 트위스트 테이프형 믹서(twisted tape shaped mixers) 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는) 하나 이상의 스태틱 믹서가 반응 챔버(100, 700, 800, 900) 내에 제공될 수 있다. 델타 윙형 믹서 및/또는 트위스트 테이프형 믹서는 몇몇 부분에서(예를 들어, 베이스 또는 꼭지점(vertex)에서) 서로 연결될 수 있다. 델타 윙형 믹서 및/또는 트위스트 테이프형 믹서는 서로 인접하여 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 다이나믹 믹서 및/또는 하나 이상의 스태틱 믹서가 유체 입구(110, 710, 810, 910)에 근접하여 위치된다.

일부 실시예는 메인 챔버(100, 700, 800, 900)내의 유체 유동 채널의 일부에 걸쳐 와류(vortex) 또는 와류들를 생성하기 위한(즉, 스태틱 또는 다이나믹 믹서를 사용하는) 메커니즘(mechanisms)을 제공한다. 이러한 메커니즘은 유체(11)가 더 높은 방사선 플루언스 레이트 및 더 낮은 방사선 플루언스 레이트 모두의 영역에서 이동하게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 낮은 플루언스 레이트를 갖는 메인 챔버(100, 700, 800, 900)의 영역에서 유체가 고속으로 흐르는 것을 방지하기 위해 하나 이상의 유동 변경기가 적용될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 유동 변경기는 낮은 플루언스 레이트를 갖는 메인 챔버(100, 700, 800, 900)의 영역으로부터 높은 플루언스 레이트를 갖는 메인 챔버(100, 700, 800, 900)의 영역으로 흐름을 재지향시킬 수 있다.

일부 실시예들에서, 반응 챔버들(100, 700, 800, 900)은 폴리머 제조 공정들로 제조된다. 적합한 중합체 제조 공정은 사출 성형 등을 포함한다. 일부 이러한 실시예들에서, 반사 벽을 위한 하우징 및 몸체는 단일 유닛(single unit)으로서 제공될 수 있다.

일부 실시예에서, 반응 챔버(100, 700, 800, 900)는 강철(steel) 제조 공정으로 제조된다. 적합한 강철 제조 공정은 딥 드로잉(deep drawing)등을 포함한다. 일부 이러한 실시예들에서, 반사 벽을 위한 하우징 및 몸체는 단일 유닛으로서 제공될 수 있다.

일부 실시예들은 냉각 소스(cooling source)(210)를 위해 채택된 다양한 열 관리 전략들을 제공한다. 열 관리 전략들의 예들은 다이렉트 물 냉각(direct water cooling), 전기 팬(electric fan)의 사용, 열전 냉각기(thermoelectric cooler)의 사용, 및 히트 싱크(heat sink)의 사용을 포함한다.

“일부 실시예들”에 존재하는 것으로 본 명세서에서 다양한 특징들이 설명된다. 이러한 특징은 필수적인 것은 아니며, 모든 실시예에서 존재하지 않을 수 있다. 본 발명의 실시예들은 이러한 특징들 중 0, 임의의 하나 또는 둘 이상의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 이는 당업자가 이러한 양립할 수 없는(incompatible) 특징들을 조합하는 실제 실시예를 구성하는 것이 불가능하다는 의미에서 이러한 특징들 중 특정 특징들이 이러한 특징들의 다른 특징들과 양립할 수 없는 정도로만 제한된다. 결과적으로, “일부 실시예들”이 특징 A를 가지고, “일부 실시예들”이 특징 B를 가진다는 설명은 본 발명자들이 특징 A와 B를 결합하는 실시예도 또한 고려한다는 명시적 표시로 해석되어야 한다(설명에서 이와는 달리 명시하지 않거나 또는 특징 A와 B가 근본적으로 양립할 수 없는 경우 제외).

많은 예시적인 측면들 및 실시예들이 서술되었지만, 당업자는 그들의 특정 변경, 치환, 추가 및 하위 조합을 알 수 있을 것이다. 다음과 같은 비제한적인 예가 있다:

전술한 실시예들에서, 방사원(210)의 주요 광축(211)은 반사 원추(250)의 중심 축(예를 들어, 대칭축)(255)과 정렬된다. 이는 필수적인 것은 아니다. 일부 실시예에서, 방사원(210)의 주요 광축(211)은 반사 원추(250)의 중심 축(255)에 대해 비스듬할(skewed) 수 있다. 일반적으로, 방사원(210)의 주요 광축(211)은 임의의 적절한 방사선 분포 목적을 달성하는데 유용한 임의의 적절한 배향을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 방사원은 각각 상이한 주요 광축들을 가질 수 있는 여러 개의 LED 또는 다른 방사원을 포함할 수 있다. 이러한 상이한 주요 광축들은 동일한 방향 또는 상이한 방향으로 배향될 수 있다. 일부 이러한 실시예에서, 방사원(210)은 다수의 주요 광축들을 갖는 것으로 간주될 수 있고, 이들 축들은 상이한 배향을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 상이한 배향들은 반사 원추(250)의 중심 축(255)에 대해 대칭일 수 있지만, 반드시 필요한 것은 아니다.

본 명세서에 기술된 임의의 방출기들은 복수의 방사원들(예를 들어, UV-LED들)을 포함하도록(또는 그렇지 않으면 포함할 수 있도록) 변경될 수 있으며, 각각의 방사원은 그 자신의 반사 원추를 갖는다. 도 12a 내지 12d는 방사원들 및 그들의 대응하는 반사 원추들의 상이한 숫자 및 배열의 비제한적인 예를 보여준다.

따라서, 이하의 다음으로 첨부된 청구항 및 청구항들은 전체적으로 명세서에 대해 가장 넓은 해석과 일치하는 모든 이러한 변경, 치환, 추가 및 하위 조합을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (72)

1. 유체 처리 장치에 있어서,
   몸체(body)에 의해 정의되는 메인 챔버(main chamber) - 상기 메인 챔버는 종방향으로 연장됨 - ;
   상기 메인 챔버의 제1 종방향 단부에 위치된 방사선 방출기(radiation emitter)
   상기 메인 챔버의 대향하는 제2 종방향 단부에 위치된 반사 벽
   을 포함하고,
   상기 방사선 방출기는,
   반사 원추 오목부(reflector cone concavity)를 정의하는 반사면을 포함하는 반사 원추(reflector cone); 및
   상기 반사 원추 오목부 내에 위치된 방사원(radiation source)
   을 더 포함하되,
   상기 반사 원추의 반사면은, 종방향으로 배향된 적어도 하나의 구성요소를 갖는 방향으로 상기 방사원으로부터 상기 메인 챔버로 방사선을 지향시키도록 형성되고,
   상기 반사 벽은 상기 메인 챔버와 대면하는 반사면을 포함하는 유체 처리 장치.
   
2. 제1항 또는 다른 청구항에 있어서,
   상기 반사 벽은 메인 챔버와 유체 연통하는 하나 이상의 개구를 한정하도록 형성되고,
   상기 하나 이상의 개구는 메인 챔버 내로 유체를 전도하기 위한 입구, 및 메인 챔버 외부로 유체를 전도하기 위한 출구 중 적어도 하나를 제공하는 유체 처리 장치.
   
3. 제1항 내지 제2항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 반사 벽의 반사면은 메인 챔버의 제1 종방향 단부에서 메인 챔버의 횡방향 단면보다 큰 횡방향 표면적을 갖는 유체 처리 장치.
   
4. 제1항 내지 제3항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 메인 챔버의 적어도 종방향 중앙 영역은 종방향으로 배향된 대칭축을 중심으로 대칭이고, 반사면이 형성되어 메인 챔버로 방출되는 방사선이 종방향으로 배향된 주요 광축을 가지는 유체 처리 장치.
   
5. 　제4항 또는 다른 청구항에 있어서,
   상기 종방향으로 배향된 주요 광축 및 상기 메인 챔버의 대칭축은 동축(co-axial)인 유체 처리 장치.
   
6. 　제1항 내지 제5항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 반사 원추의 반사면은,
   상기 반사면의 제1 부분 위에 포물면(paraboloidic)으로 형성되고,
   상기 반사면의 제2 부분 위에 타원체로 형성되는 유체 처리 장치.
   
7. 제6항 또는 다른 청구항에 있어서,
   상기 반사면의 제1 부분은 방사원에 대해 상대적으로 근접하고,
   상기 반사면의 제2 부분은 상기 방사원에 대해 상대적으로 먼 유체 처리 장치.
   
8. 제6항 또는 다른 청구항에 있어서,
   상기 반사면의 제1 부분은 방사원에 대해 상대적으로 멀리 있고,
   상기 반사면의 제2 부분은 상기 방사원에 대해 상대적으로 근접한 유체 처리 장치.
   
9. 제6항 내지 제8항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 반사면의 제1 부분은 제1 방위각의 범위에 걸쳐 연장되고,
   상기 반사면의 제2 부분은 제2 방위각의 범위에 걸쳐 연장되는 유체 처리 장치.
   
10. 제6항에 있어서,
    상기 반사 원추의 반사면은 상기 반사면의 제3 부분 위에 포물면으로 더 형성되는 유체 처리 장치.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 부분은 상기 제1 부분과 상기 제3 부분 사이에 위치되는 유체 처리 장치.
    
12. 제2항 내지 제11항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 벽 내의 하나 이상의 개구는 메인 챔버 내로 유체를 전도하기 위한 입구를 제공하고,
    상기 장치는 상기 메인 챔버 외부로 유체를 전도하기 위한 출구를 더 포함하며,
    상기 출구는 입구에 비해 상기 방출기에 상대적으로 근접해 있는 유체 처리 장치.
    
13. 제12항 또는 다른 청구항에 있어서,
    상기 반사 벽 내의 하나 이상의 개구는 상기 반사 벽 내에 불균일하게 분포되는 유체 처리 장치.
    
14. 제12항 내지 제13항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 벽 내의 하나 이상의 개구는 메인 챔버 내로의 유체의 불균일한 유동을 제공하도록 형성되는 유체 처리 장치.
    
15. 제12항 내지 제14항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 벽 내의 하나 이상의 개구는,
    출구로부터 상대적으로 먼 영역에서 더 높은 유체 유량을 제공하도록 형성되고,
    상기 출구에 상대적으로 근접한 영역에서 더 낮은 유체 유량을 제공하도록 형성되는 유체 처리 장치.
    
16. 제12항 내지 제15항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 벽 내의 하나 이상의 개구는,
    출구로부터 상대적으로 먼 영역에서 상기 반사 벽의 단위 면적 당 더 큰 단면적을 가지고,
    상기 출구에 상대적으로 근접한 영역에서 상기 반사 벽의 단위 면적 당 더 낮고 더 작은 단면적을 가지는 유체 처리 장치.
    
17. 제12항 내지 제16항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출구는 메인 챔버의 하나의 횡방향 영역에 위치되고,
    상기 반사 벽 내의 하나 이상의 개구는, 하나의 횡방향 영역으로부터 상대적으로 먼 횡방향 영역에서 더 높은 유체 유량을 제공하고, 상기 하나의 횡방향 영역에 상대적으로 근접한 횡방향 영역에서 더 낮은 유체 유량을 제공하도록 형성되는 유체 처리 장치.
    
18. 제12항 내지 제17항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출구는 메인 챔버의 하나의 횡방향 영역에 위치되고,
    상기 반사 벽 내의 하나 이상의 개구는, 하나의 횡방향 영역으로부터 상대적으로 먼 횡방향 영역에서 반사 벽의 단위 면적 당 더 큰 단면적을 가지고, 상기 하나의 횡방향 영역에 상대적으로 근접한 횡방향 영역에서 반사 벽의 단위 면적 당 더 낮고 더 작은 단면적을 가지는 유체 처리 장치.
    
19. 제1항 내지 제18항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 보조 반사기
    를 포함하고,
    상기 보조 반사기 각각은 하나 이상의 개구 중 적어도 하나를 부분적으로 커버하도록 반사 벽에 대해 배치되고,
    상기 보조 반사기는 상기 하나 이상의 개구를 통과하는 방사선 방출기에 의해 방출된 방사선의 적어도 일부의 추가적인 반사를 제공하도록 위치되고,
    메인 챔버와 상기 하나 이상의 개구 사이의 유체 연통을 계속 허용하는 유체 처리 장치.
    
20. 제1항 내지 제18항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 보조 반사기
    를 포함하고,
    상기 보조 반사기 각각은 비직교(non-orthogonal) 방향으로 반사면으로부터 연장되고,
    상기 보조 반사기 각각은 하나 이상의 개구를 통과하는 방사선 방출기에 의해 방출된 방사선의 적어도 일부의 추가적인 반사를 제공하기 위한 반사면을 포함하며, 메인 챔버와 상기 하나 이상의 개구 사이의 유체 연통을 계속 허용하는 유체 처리 장치.
    
21. 제1항 내지 제18항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 벽으로부터 종방향으로 이격되어 있는 제2 반사 벽
    을 포함하고,
    상기 제2 반사 벽은 통과하는 제2 개구를 제공하도록 형성되고,
    상기 제2 반사 벽의 적어도 일부는 상기 반사 벽에서 하나 이상의 개구와 함께 종방향으로 중첩되도록 위치되어, 상기 제2 반사 벽의 적어도 일부는 상기 반사 벽에서 하나 이상의 개구 중 적어도 일부를 커버하며, 메인 챔버, 상기 제2 반사 벽 내의 제2 개구 및 상기 반사 벽 내의 하나 이상의 개구 사이의 유체 연통을 계속 허용하는 유체 처리 장치.
    
22. 제1항 내지 제21항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    방사원으로부터의 방사선을 굴절시키도록 위치된 하나 이상의 렌즈
    를 포함하는 유체 처리 장치.
    
23. 제1항 내지 제18항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    메인 챔버의 제2 종방향 단부에 위치된 제2 방사선 방출기; 및
    상기 메인 챔버의 제1 종방향 단부에 위치되는 제2 반사 벽
    을 포함하고,
    상기 제2 방사선 방출기는,
    제2 반사 원추 오목부를 정의하는 제2 반사면을 포함하는 제2 반사 원추; 및
    상기 제2 반사 원추 오목부 내에 위치된 제2 방사원
    을 더 포함하되,
    상기 제2 반사 원추의 상기 제2 반사면은, 방사원으로부터 적어도 하나의 방사선 구성요소와 반대 방향으로 그리고 종방향으로 배향되는 적어도 하나의 구성요소를 갖는 방향으로 상기 제2 방사원으로부터 메인 챔버로 방사선을 지향시키도록 형성되고,
    상기 제2 반사 벽은 상기 메인 챔버와 대면하는 제2 반사면을 포함하는 유체 처리 장치.
    
24. 제1항 내지 제23항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 방사원 각각은,
    대응하는 복수의 솔리드 스테이트 방사선 방출기
    를 포함하는 유체 처리 장치.
    
25. 제1항 내지 제24항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    종방향으로 이격된 위치에서 상기 메인 챔버의 횡방향 단면은 동일한 크기 및 형상을 갖는 유체 처리 장치.
    
26. 제1항 내지 제25항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 챔버 내에 위치하는 종방향 연장 벽
    을 포함하는 유체 처리 장치.
    
27. 　제26항 또는 다른 청구항에 있어서,
    상기 종방향 연장 벽 및 상기 몸체는 메인 챔버 내에 복수의 채널을 적어도 부분적으로 정의하는 유체 처리 장치.
    
28. 제27항 또는 다른 청구항에 있어서,
    상기 방사선 방출기는 상기 복수의 채널 각각에 방사선을 방출하도록 위치되는 유체 처리 장치.
    
29. 제27항 또는 다른 청구항에 있어서,
    복수의 방사선 방출기
    를 포함하고,
    각각의 방사선 방출기는 상기 복수의 채널 중 대응하는 하나의 채널 내로 방사선을 방출하도록 위치되는 유체 처리 장치.
    
30. 제26항 내지 제29항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 종방향 연장 벽의 적어도 일부는 반사면을 포함하는 유체 처리 장치.
    
31. 제26항 내지 제29항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 종방향 연장 벽의 적어도 일부는 UV 투과성인 유체 처리 장치.
    
32. 제26항 내지 제31항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 종방향 연장 벽의 적어도 일부는 광촉매 재료를 포함하는 유체 처리 장치.
    
33. 제1항 내지 제32항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사선 방출기는 복수의 솔리드 스테이트 방출기(solid state emitter)를 포함하는 유체 처리 장치.
    
34. 제33항에 있어서,
    상기 복수의 솔리드 스테이트 방출기 각각은 p-n 접합(p-n junction)을 포함하는 유체 처리 장치.
    
35. 제33항 내지 제34항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 솔리드 스테이트 방출기 각각은 칩-온-보드(chip-on-board)로서 제공되는 유체 처리 장치.
    
36. 제33항 내지 제35항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 솔리드 스테이트 방출기는 단일 기판 상에 제공되는 유체 처리 장치.
    
37. 제36항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단일 기판은 열 전도성인 유체 처리 장치.
    
38. 제1항 내지 제37항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 원추가 형성되고, 상기 방사원이 위치되어, 파라미터 Δ가 0.0≤Δ≤0.6의 관계를 만족하되,
    

    

    이고, L은 반사 원추 오목부의 유효 정점(effective apex)과 상기 반사 원추 오목부의 대향하는 종방향 에지(edges) 사이의 상기 반사 원추 오목부의 종방향 깊이이고, x는 상기 유효 정점과 상기 방사원의 종방향 위치 사이의 거리인 유체 처리 장치.
    
39. 제1항 내지 제38항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 챔버와 대면하는 반사 벽의 표면은 UV 투과성(UV-transparent) 재료로 코팅되는 유체 처리 장치.
    
40. 제1항 내지 제39항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 챔버 내의 구조물에 지지되는 광촉매
    를 포함하는 유체 처리 장치.
    
41. 제1항 내지 제40항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 챔버 내의 유체 유동을 억제하기 위한 유동 억제 요소
    를 포함하고,
    상기 유동 억제 요소는 스테틱 믹서(static mixer), 배플(baffle), 및 와류 발생기 중 적어도 하나를 포함하는 유체 처리 장치.
    
42. 제1항 내지 제41항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몸체의 표면을 정의하는 하나 이상의 메인 챔버는 광촉매 재료를 지지하는 유체 처리 장치.
    
43. 제1항 내지 제41항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몸체의 표면을 정의하는 하나 이상의 메인 챔버는 반사면을 포함하는 유체 처리 장치.
    
44. 유체 처리 장치에 있어서,
    몸체(body)에 의해 정의되는 메인 챔버(main chamber) - 상기 메인 챔버는 종방향으로 연장됨 - ;
    상기 메인 챔버의 제1 종방향 단부에 위치된 방사선 방출기
    를 포함하고,
    상기 방사선 방출기는,
    반사 원추 오목부(reflector cone concavity)를 정의하는 반사면을 포함하는 반사 원추(reflector cone) - 상기 반사면은, 상기 반사면의 제1 부분 위에 포물면(paraboloidic)으로 형성되고, 상기 반사면의 제2 부분 위에 타원체로 형성됨 - ; 및
    상기 반사 원추 오목부 내에 위치된 방사원
    을 더 포함하고,
    상기 반사 원추의 반사면은, 종방향으로 배향된 적어도 하나의 구성요소를 갖는 방향으로 상기 방사원으로부터 상기 메인 챔버로 방사선을 지향시키도록 형성되는 유체 처리 장치.
    
45. 제44항 또는 다른 청구항에 있어서,
    상기 반사면의 제1 부분은 상기 방사원에 대해 상대적으로 근접하고,
    상기 반사면의 제2 부분은 상기 방사원에 대해 상대적으로 먼 유체 처리 장치.
    
46. 제44항 또는 다른 청구항에 있어서,
    상기 반사면의 제1 부분은 상기 방사원에 대해 상대적으로 멀리 있고,
    상기 반사면의 제2 부분은 상기 방사원에 대해 상대적으로 근접한 유체 처리 장치.
    
47. 제44항 내지 제46항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사면의 제1 부분은 제1 방위각의 범위에 걸쳐 연장되고,
    상기 반사면의 제2 부분은 제2 방위각의 범위에 걸쳐 연장되는 유체 처리 장치.
    
48. 제44항에 있어서,
    상기 반사 원추의 반사면은 상기 반사면의 제3 부분 위에 포물면으로 더 형성되는 유체 처리 장치.
    
49. 제48항에 있어서,
    상기 제2 부분은 상기 제1 부분과 상기 제3 부분 사이에 위치되는 유체 처리 장치.
    
50. 제44항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1항 내지 제43항 중 어느 한 항의 특징, 특징의 조합 또는 특징의 하위 조합(sub-combinations) 중 어느 하나를 포함하는 유체 처리 장치.
    
51. 제26항 내지 제32항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사원에 상대적으로 근접한 종방향 연장 벽의 종방향 단부에서, 상기 종방향 단부는 상기 종방향 단부를 통과하는 유체의 혼합을 촉진하기 위한 하나 이상의 돌출부 및/또는 리세스(recesses)를 포함하는 유체 처리 장치.
    
52. 유체 처리 장치에 있어서,
    몸체(body)에 의해 정의되는 메인 챔버(main chamber) - 상기 메인 챔버는 종방향으로 연장됨 - ;
    상기 메인 챔버 내에 위치된 종방향 연장 벽 - 상기 종방향 연장 벽 및 상기 몸체는 상기 메인 챔버 내의 복수의 채널을 적어도 부분적으로 정의함 - ; 및
    상기 메인 챔버의 제1 종방향 단부에 위치된 방사선 방출기
    를 포함하고,
    상기 방사선 방출기는,
    반사 원추 오목부를 정의하는 반사면을 포함하는 반사 원추; 및
    상기 반사 원추 오목부 내에 위치된 방사원
    을 더 포함하되,
    상기 반사 원추의 반사면은, 종방향으로 배향된 적어도 하나의 구성요소를 갖는 방향으로 상기 방사원으로부터 메인 챔버로 방사선을 지향시키도록 형성되고,
    상기 메인 챔버는, 상기 메인 챔버 내로 유체를 전도하기 위한 입구, 및 상기 메인 챔버 외부로 유체를 전도하기 위한 출구와 유체 연통하는 하나 이상의 개구를 정의하도록 형성되는 유체 처리 장치.
    
53. 제52항에 있어서,
    상기 방사원에 상대적으로 근접한 종방향 연장 벽의 횡방향 단부에서, 상기 종방향 연장 벽은 하나 이상의 리세스를 정의하고, 상기 하나 이상의 리세스는 횡방향에 대해 하나 이상의 각도로 배향되는 유체 처리 장치.
    
54. 제52항 내지 제53항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 챔버의 제1 종방향 단부에서 상기 메인 챔버의 횡방향 단면은 상기 메인 챔버의 대향하는 종방향 단부에서의 횡방향 표면 영역보다 작은 유체 처리 장치.
    
55. 제52항 내지 제53항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    종방향으로 이격된 위치에서 상기 메인 챔버의 횡방향 단면은 동일한 크기 및 형상을 갖는 유체 처리 장치.
    
56. 제52항 내지 제55항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몸체의 표면을 정의하는 하나 이상의 메인 챔버는 반사면을 포함하는 유체 처리 장치.
    
57. 제1항 내지 제56항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 방사선 방출기
    를 포함하고,
    상기 복수의 방사선 방출기 각각은, 반사 원추 오목부 내에 위치된 방사원 및 반사 원추 오목부를 정의하는 반사면을 포함하는 반사 원추를 포함하고,
    상기 반사 원추의 반사면은, 종방향으로 배향된 적어도 하나의 구성요소를 갖는 방향으로 상기 방사원으로부터 상기 메인 챔버로 방사선을 지향시키도록 형성되는 유체 처리 장치.
    
58. 제1항 내지 제57항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몸체의 제1 종방향 단부에서 방사선 방출기를 유지하기 위해 상기 몸체에 연결 가능한 방출기 캡(emitter cap)
    을 포함하는 유체 처리 장치.
    
59. 제1항 내지 제58항 또는 다른 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 챔버의 제2 종방향 단부에서 반사 벽을 유지하기 위한 캡(cap)
    을 포함하는 유체 처리 장치.
    
60. 제59항 또는 다른 청구항에 있어서,
    상기 반사 벽을 유지하기 위한 캡은 상기 메인 챔버와 유체 연통하는 하나 이상의 개구를 정의하도록 형성되고,
    상기 하나 이상의 개구는 상기 메인 챔버 내로 유체를 전도하기 위한 입구 및 상기 메인 챔버 외부로 유체를 전도하기 위한 출구 중 적어도 하나를 제공하는 유체 처리 장치.
    
61. 유체 처리 방법에 있어서,
    메인 챔버(main chamber)를 정의하는 몸체(body)를 제공하는 단계 - 상기 메인 챔버는 종방향으로 연장됨 - ;
    상기 메인 챔버의 제1 종방향 단부에 방사선 방출기(radiation emitter)를 위치시키는 단계;
    상기 메인 챔버의 대향하는 제2 종방향 단부에 반사 벽을 위치시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 방사선 방출기는,
    반사 원추 오목부(reflector cone concavity)를 정의하는 반사면을 포함하는 반사 원추(reflector cone); 및
    상기 반사 원추 오목부 내에 위치된 방사원(radiation source)
    을 더 포함하되,
    상기 반사 원추의 반사면은, 종방향으로 배향된 적어도 하나의 구성요소를 갖는 방향으로 상기 방사원으로부터 상기 메인 챔버로 방사선을 지향시키도록 형성되고,
    상기 반사 벽은 상기 메인 챔버와 대면하는 반사면을 포함하는 방법.
    
62. 제61항에 있어서,
    제1항 내지 제43항 및 제57항 내지 제60항 중 어느 한 항의 특징, 특징의 조합 또는 특징의 하위 조합(sub-combinations) 중 어느 하나를 포함하는 방법.
    
63. 유체 처리 방법에 있어서,
    메인 챔버(main chamber)를 정의하는 몸체(body)를 제공하는 단계 - 상기 메인 챔버는 종방향으로 연장됨 - ;
    상기 메인 챔버의 제1 종방향 단부에 방사선 방출기를 위치시키는 단계;
    종방향으로 배향된 적어도 하나의 구성요소를 갖는 방향으로 상기 방사 원추의 반사면으로부터 상기 메인 챔버로 반사되는 방사선을 지향시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 방사선 방출기는,
    반사 원추 오목부(reflector cone concavity)를 정의하는 반사면을 포함하는 반사 원추(reflector cone) - 상기 반사면은, 상기 반사면의 제1 부분 위에 포물면(paraboloidic)으로 형성되고, 상기 반사면의 제2 부분 위에 타원체로 형성됨 - ; 및
    상기 반사 원추 오목부 내에 위치된 방사원
    을 더 포함하는 방법.
    
64. 제63항에 있어서,
    제44항 내지 제51항 및 제57항 내지 제60항 중 어느 한 항의 특징, 특징의 조합 또는 특징의 하위 조합(sub-combinations) 중 어느 하나를 포함하는 방법.
    
65. 유체 처리 방법에 있어서,
    메인 챔버(main chamber)를 정의하는 몸체(body)를 제공하는 단계 - 상기 메인 챔버는 종방향으로 연장됨 - ;
    상기 메인 챔버 내에 종방향 연장 벽을 위치시키는 단계 - 상기 종방향 연장 벽 및 상기 몸체는 상기 메인 챔버 내의 복수의 채널을 적어도 부분적으로 정의함 - ; 및
    상기 메인 챔버의 제1 종방향 단부에 방사선 방출기를 위치시키는 단계;
    상기 메인 챔버 내로 유체를 전도하기 위한 입구, 및 상기 메인 챔버 외부로 유체를 전도하기 위한 출구와 유체 연통하는 하나 이상의 개구를 정의하도록 상기 메인 챔버를 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 방사선 방출기는,
    반사 원추 오목부를 정의하는 반사면을 포함하는 반사 원추; 및
    상기 반사 원추 오목부 내에 위치된 방사원
    을 더 포함하고,
    상기 반사 원추의 반사면은, 종방향으로 배향된 적어도 하나의 구성요소를 갖는 방향으로 상기 방사원으로부터 메인 챔버로 방사선을 지향시키도록 형성되는 방법.
    
66. 제63항에 있어서,
    제52항 내지 제60항 중 어느 한 항의 특징, 특징의 조합 또는 특징의 하위 조합(sub-combinations) 중 어느 하나를 포함하는 방법.
    
67. 유체 처리 장치에 있어서,
    유동 경로에 따른 입구와 유동 경로에 따른 출구 사이에서 유동 경로를 따라 연장되는 몸체(body) - 상기 출구는 상기 입구로부터 상기 유동 경로의 반대측 단부에 있음 - ;
    상기 유동 경로를 따라 상기 몸체 내부에서 연장되어 상기 입구로부터 상기 출구로 유체를 지향시키는 유동 채널;
    상기 유동 경로를 따라 상기 유동 채널에서 방사선을 방출하도록 상기 유동 채널 내의 캐비티(cavity) 내에 장착 가능한 솔리드 스테이트 방사원(solid-state radiation source); 및
    상기 솔리드 스테이트 방사원에 열로 결합되는 하나 이상의 열 전도체
    상기 솔리드 스테이트 방사원으로부터 상기 유동 채널로 방사선을 반사시키도록 형성된 반사 원추(reflector cone)
    을 포함하되,
    상기 솔리드 스테이트 방사원은 상기 캐비티 내에 장착되고, 유체가 입구로부터 출구로 유동될 때, 유체에 의해 접촉되도록 위치된 상기 하나 이상의 열 전도체의 적어도 일부분에서, 다른 하나에 대해, 상기 열 전도체가 하나보다 많은 유체 처리 장치.
    
68. 제67항 또는 다른 청구항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열 전도체는 솔리드 스테이트 방사원 및 반사 원추를 수용하는 방출기 하우징(emitter housing)의 일부를 포함하는 유체 처리 장치.
    
69. 제68항 또는 다른 청구항에 있어서,
    복수의 솔리드 스테이트 방사원 및 대응하는 복수의 반사 원추를 포함하고,
    상기 방출기 하우징은 상기 복수의 솔리드 스테이트 방사원 및 상기 대응하는 복수의 반사 원추를 수용하는 유체 처리 장치.
    
70. 제67항 또는 다른 청구항에 있어서,
    복수의 솔리드 스테이트 방사원, 대응하는 복수의 반사 원추 및 복수의 방출기 하우징을 포함하고,
    각각의 방출기 하우징은 하나 이상의 솔리드 스테이트 방사원 및 대응하는 반사 원추를 수용하는 유체 처리 장치.
    
71. 본 명세서에 기술된 바와 같은 새롭고 진보적인 특징, 특징들의 조합 또는 특징들의 하위 조합을 갖는 장치.
    
72. *?*본 명세서에 기술된 바와 같은 새롭고 진보적인 단계들, 동작들, 단계들 및/또는 동작들의 조합, 또는 단계들 및/또는 동작들의 하위 조합을 갖는 방법.
    

Images