KR102436767B1

KR102436767B1 - 유체의 처리를 위한 유체 처리 방법, 시스템, 및 장치

Info

Publication number: KR102436767B1
Application number: KR1020177005649A
Authority: KR
Inventors: 피터 맥널티
Original assignee: 타이폰 트리트먼트 시스템즈 리미티드
Priority date: 2014-07-28
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2022-08-26
Also published as: EP3174830A1; RU2017106155A3; GB201820888D0; GB201820896D0; GB201503676D0; GB2567343B; KR20170038878A; RU2755797C2; BR112017001802A2; GB2567344A; JP2017530007A; GB2567343A; SG10201900780QA; TW201604140A; GB201820882D0; SG11201700644SA; AU2015295105A1; CN107074590A; US10604423B2; AU2023202542A1

Abstract

본 발명은 처리 유체를 위한 처리 유체 방법, 시스템, 및 장치(10)에 관한 것이다. 유체의 처리를 위한 장치(10)는 유체 챔버(16), 및 유체 챔버(16)의 주위에 배치되는 적어도 하나의 자외선 광 유닛(12, 13)을 포함한다. 적어도 하나의 자외선 광 유닛(12, 13)은 적어도 하나의 자외선 발광 다이오드(13) 및 자외선 광 지향 요소(12)를 포함한다. 자외선 광 지향 요소(12)는, 각각의 자외선 광 유닛(12, 13)으로부터 방출된 자외선 광선이 제1 평면에서 평행하도록, 사용 시 적어도 하나의 자외선 발광 다이오드(13)로부터 방출된 광의 적어도 일부를 시준하도록 구성된다. 또한, 유체 처리 시스템에서 발광 다이오드를 냉각시키기 위한 냉각 방법도 제공된다.

Description

유체의 처리를 위한 유체 처리 방법, 시스템, 및 장치{A METHOD, SYSTEM AND APPARATUS FOR TREATMENT OF FLUIDS}

본 발명은 인간, 동물, 및 자연 환경에 대한 독성 화학물 및/또는 생물학적 병원균의 노출 위험을 감소시키기 위해, 바람직하게는, 최소화하기 위해, 투명하거나 반투명한 액체, 증기형이거나 기체형인 유체의 처리를 위한 자외선(UV) 광을 사용하는 것에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 음용수 처리, 폐수 처리, 및 산업 공정 용수, 예를 들어, 반도체 칩 제조에 사용되는 물의 처리에 적합하지만, 그러나 이에 제한되지 않는다.

UV 유체 처리 기술의 현재 상태는, 유체가 통과되는 챔버에 설치된 수은 가스-충전된 튜브 램프를 사용하고 있다. 챔버 당 램프의 개수는 1개 내지 200개 이상의 범위일 수 있다. 단일의 램프 챔버에 대해, 튜브는 통상적으로 유체 유동과 평행하게 배향된다. 다중-램프 용도에 대해, 램프 및/또는 챔버는 전형적으로 유체 유동과 직교하여 배향된다. 챔버는 높은 유체 유동률을 처리하기 위해 평행하게 설치될 수 있다. 수은 가스-충전된 튜브 램프를 사용하는 데 요구되는 에너지의 양은 높으며 그리고 비용이 소요된다. 또한, 이러한 램프는 오래 지속되지 못하며, 또한 자주 교체될 필요가 있다.

최첨단 유체 처리 시스템은, 수은 증기가 254 나노미터에서 정점인 UV 범위로 광을 방출시키는 램프를 전류가 통과할 것을 요구한다. 전기 에너지의 약 15% 는 광자(photon)로 변환된다. 전기 에너지의 85% 이상은 램프 내측에서 열로 변환된다. 열은 튜브 표면을 통해 유체 내로 전달된다. 유체가 액체, 예를 들어, 물인 경우, 열은 미네랄 스케일링(mineral scaling) 문제를 유발시킬 수 있다. 황산나트륨 및 수산화칼슘과 같은 몇몇 통상적인 무기 염(mineral salt)은 온도가 상승함에 따라 물에 덜 용해되어, 문제를 악화시킨다. 방출된 UV의 세기를 유지하기 위해 각각의 램프가 자주 세척되어야만 하기 때문에, 시스템은 이상적이지 않다.

UV 광선은 램프로부터 통과할 유체 내로 방출된다. 챔버의 벽에 가까운 램프에 의해 방출되는 광자의 비율은, 벽 표면의 재료에 의해 흡수된다. 투명도가 100% 미만인 유체는, 램프로부터 방출되는 광자의 비율을 흡수한다. 투과율은 항상 100% 미만이며, 심지어 수돗물은 90%의 낮은 투과율을 가질 수 있다. 85%의 투과율로 30cm 폭의 물 기둥을 통과하는 UV 광은, 비어의 법칙(Beer's Law)에 의해 표시되는 바와 같이, 그 세기의 95%를 잃을 것이다. 처리 유체가 램프로부터 1cm의 거리에서 방출된 에너지의 25%를 흡수하는 것이 통상적인 것은 아니다. 반투명한 유체에서, 광자가 유기체의 DNA 뉴클레오티드(nucleotide)에 의해 흡수되는 위치를 타격할 광자의 확률은, 처리 챔버에서 광자에 의해 이동된 거리(광자 경로 길이)의 함수이다. 또한, 공급원으로부터 분기되는 광의 세기는 역제곱 법칙(Inverse Square Law)에 따라 쇠퇴된다.

처리될 유체 내의 표적 유기체에 도달하는 광자들의 작은 부분(대략 10^-6)도, 유기체의 DNA 에 대한 손상으로 나타난다. 이러한 손상은 유기체의 생존력 또는 생식 기능을 무력화시킨다. 현탁 고형물과 용해된 화합물에 의해 유발된 흡수, 산란 및 음영(shadowing)의 결과물인 탁도가 증가함에 따라, UV 광 살균 효과가 감소된다. 2006년 미국 환경 보호국(US Environmental Protection Agency) UV 살균 안내 지침서에 열거된 UV의 살균 선량(germicidal dose)은 40 mJ/cm²이다. 따라서 폐수와 같은 유체의 처리에 효과적인 시스템은, 전체 처리 영역에 걸쳐 이러한 UV의 선량을 제공해야 한다. 일부 유기체에 대한 유효 살균 선량(또는 특별한 화학 처리에 요구되는 선량)은, 상기 40 mJ/cm² 선량으로부터 상당히 변할 수 있음을 인식해야 한다.

본 기술분야에서는 UV 반투명 유체를 효율적으로 그리고 효과적으로 처리하고, 바람직하게는 살균하고, 내구성이 있으며, 신뢰성이 있고, 에너지 효율적이며, 기존 시스템보다 적은 유지 보수를 요구하는, 공적 또는 사적 사용을 위한 유체 처리 시스템이 요망되고 있다. 마찬가지로, 본 기술분야에서는 에너지 효율적인 광화학적(photochemical) 처리가 요망되고 있다.

본 발명은, 유체 챔버 및 상기 유체 챔버의 주위에 배치되는 적어도 하나의 자외선 광 유닛을 포함하며, 상기 적어도 하나의 자외선 광 유닛은 적어도 하나의 자외선 발광 다이오드 및 자외선 광 지향 요소를 포함하며, 상기 자외선 광 지향 요소는, 각각의 자외선 광 유닛으로부터 방출된 자외선 광선이 제1 방향으로는 평행하고 제2 방향으로는 평행하지 않도록, 사용 시 상기 적어도 하나의 자외선 발광 다이오드로부터 방출된 광의 적어도 일부를 시준하도록 구성되며, 상기 제2 방향은 제1 방향과 직교하는, 유체 처리 장치를 제공한다.

일 방향으로 광을 시준함으로써, 상기 광의 광자 경로 길이가 감소되며, 이에 따라 역제곱 법칙 및 비어의 법칙과 관련된 에너지 손실을 감소시킨다.

바람직하게는, 상기 자외선 광 지향 요소는 시준된 자외선 광을 상기 제2 방향으로 수렴시키도록 구성된다. 더욱 바람직하게는, 상기 자외선 광 지향 요소는 시준된 자외선 광을 수렴하여, 상기 유체 챔버의 중심 축선에 또는 중심 축선 근처에 집중시키도록 구성된다.

대안적으로, 상기 자외선 광 지향 요소는 시준된 광을 제2 방향으로 산란시키도록 구성된다.

바람직하게는, 상기 장치는 다수의 자외선 광 유닛을 포함한다. 바람직하게는, 상기 다수의 자외선 광 유닛은 유체 챔버의 원주 또는 주위의 둘레로 방사방향으로 배치된다. 바람직하게는, 상기 다수의 자외선 광 유닛은 유체 챔버의 주위의 둘레로 하나 또는 그 이상의 링에 배치된다. 바람직하게는, 자외선 광 유닛의 인접한 링은, 사용 시 처리될 모든 유체의 UV 광에의 균일한 노출을 보장하는 데 요구되는 양만큼 서로 옵셋된다.

바람직하게는, 상기 유체 챔버는 투명하다.

바람직하게는, 적어도 하나의 자외선 광 유닛은 유체 챔버의 외부에 배치된다.

유체 챔버의 외측 상에 UV LED의 배치는 세척, 유지, 및 교체를 위한 접근의 용이성을 개선시킨다.

바람직하게는, 상기 장치는 유체 챔버의 외부에 배치된 커버를 포함하며, 상기 적어도 하나의 자외선 광 유닛이 상기 커버에 장착된다. 바람직하게는, 상기 커버는 자외선 광을 차단하는 재료로 형성되고, 사용 시 자외선 광 유닛에 의해 방출된 자외선 광을 상기 유체 챔버 내로 허용하도록 배치된 적어도 하나의 구멍을 포함한다.

바람직하게는, 상기 광 지향 요소는 반사기(reflector)이다. 가장 바람직하게는, 적어도 하나의 발광 다이오드의 각각은 반사기의 초점에 위치된다. 바람직하게는, 상기 유체 챔버의 중심 축선은 반사기의 초점에 또는 초점 근처에 위치된다.

다른 실시예에 있어서, 본 발명은 유체 챔버 및 상기 유체 챔버의 주위에 배치된 적어도 하나의 자외선 광 유닛을 포함하는 유체의 처리를 위한 장치를 제공하며, 상기 적어도 하나의 자외선 광 유닛은 적어도 하나의 자외선 발광 다이오드 및 자외선 광 지향 요소를 포함하며, 상기 자외선 광 지향 요소는, 각각의 자외선 광 유닛으로부터 방출된 자외선 광선이 단일 방향으로만 평행하도록, 사용 시 상기 적어도 하나의 자외선 발광 다이오드로부터 방출된 광의 적어도 일부를 시준하도록 구성된다.

바람직하게는, 상기 장치는 처리될 유체에서 회전 운동 또는 소용돌이 운동(vortical motion)을 유도하기 위한 하나 또는 그 이상의 요소를 포함한다.

바람직하게는, 상기 장치는 자외선 발광 다이오드의 온도를 제어하기 위한 냉각 장치를 포함한다. 바람직하게는, 상기 냉각 장치는 사용 시 자외선 발광 다이오드로부터 상기 처리될 유체로 열을 제어 가능하게 전달하도록 구성된다.

바람직하게는, 냉각 장치는 냉각제 회로를 포함하며, 상기 냉각제 회로의 제1 부분은 사용 시 냉각제 회로와 자외선 발광 다이오드 사이에서 열의 전달을 위해 상기 자외선 발광 다이오드와 접촉하여 배치되고; 상기 냉각제 회로의 제2 부분은 사용 시 냉각제 회로와 처리될 유체 사이에서 열의 전달을 위한 열교환기를 포함한다. 바람직하게는, 상기 장치는 사용 시 냉각제의 온도 변화에 응답하여 상기 장치의 광 출력을 변경하도록 구성되는 제어 요소를 추가로 포함한다. 바람직하게는, 상기 장치는 사용 시 처리될 유체의 투과율 변화에 응답하여 상기 장치의 광 출력을 변경하도록 구성되는 제어 요소를 추가로 포함한다. 바람직하게는, 상기 장치는 다수의 자외선 광 유닛을 추가로 포함하며, 상기 제어 요소는 냉각제의 온도 상승에 응답하여 광을 방출하는 자외선 광 유닛의 개수를 증가시키도록 구성된다.

다른 실시예에 있어서, 본 발명은 처리될 유체가 그 내부에 포함되어 있는 투명한 파이프의 외측면의 둘레에 방사방향으로 배향되는 자외선 발광 다이오드의 어레이를 포함하며, 상기 각각의 자외선 발광 다이오드는 반사기의 초점에 장착되고, 상기 반사기는 사용 시 상기 파이프의 길이방향 축선의 방향으로 반사된 광을 시준하고 또한 상기 파이프의 횡단면을 통해 상기 반사된 광선을 집중시키는, 유체의 처리를 위한 장치를 제공한다.

다른 실시예에 있어서, 본 발명은 처리될 유체가 그 내부에 포함되어 있는 투명한 파이프의 외측면의 둘레에 방사방향으로 배향되는 자외선 발광 다이오드의 어레이를 포함하며, 상기 각각의 자외선 발광 다이오드는 반사기의 초점에 장착되고, 상기 반사기는 사용 시 상기 파이프의 길이방향 축선의 방향으로 반사된 광을 시준하고 또한 상기 파이프의 횡단면을 통해 상기 반사된 광선을 산란시키는, 유체의 처리를 위한 장치를 제공한다.

다른 실시예에 있어서, 본 발명은 처리될 유체가 그 내부에 포함되어 있는 투명한 파이프의 외측면의 둘레에 방사방향으로 배향되는 자외선 발광 다이오드의 어레이를 포함하며, 상기 각각의 발광 다이오드로부터의 자외선 광이 렌즈를 통과하고, 상기 렌즈는 사용 시 길이방향 축선의 방향으로 광을 시준하고 또한 상기 파이프의 횡단면으로 광을 집중시키는, 유체의 처리를 위한 장치를 제공한다.

다른 실시예에 있어서, 본 발명은 처리될 유체가 그 내부에 포함되어 있는 투명한 파이프의 외측면의 둘레에 방사방향으로 배향되는 자외선 발광 다이오드의 어레이, 및 자외선 발광 다이오드의 상기 어레이를 냉각시키기 위한 냉각 시스템을 포함하며, 상기 냉각 시스템은 열이 i) 자외선 발광 다이오드와 냉각액 사이에서, 그리고 ii) 냉각액과 처리될 유체 사이에서 교환되도록, 상기 냉각액을 순환시키도록 구성되는, 유체의 처리를 위한 장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 냉각액은 글리콜 혼합물(glycol mixture)이다.

다른 실시예에 있어서, 본 발명은 처리될 유체가 그 내부에 포함되어 있는 투명한 파이프의 외측면의 둘레에 방사방향으로 배향되는 자외선 발광 다이오드의 어레이, 및 자외선 발광 다이오드의 상기 어레이를 냉각시키기 위한 냉각 시스템을 포함하며, 상기 냉각 시스템은 냉각액의 온도를 모니터링하기 위한 하나 또는 그 이상의 센서를 포함하며, 상기 냉각 시스템은 냉각액의 온도 상승에 응답하여 자외선 발광 다이오드를 켜고 또한 상기 냉각액의 온도 하강에 응답하여 자외선 발광 다이오드를 끄도록 구성되는, 유체의 처리를 위한 장치를 제공한다.

다른 실시예에 있어서, 본 발명은 처리될 유체가 그 내부에 포함되어 있는 투명한 파이프의 외측면의 둘레에 방사방향으로 배향되는 자외선 발광 다이오드의 어레이, 하나 또는 그 이상의 자외선 전송 센서, 및 처리될 유체의 투과율 증가에 응답하여 자외선 발광 다이오드를 끄고 또한 처리될 유체의 투과율 감소에 응답하여 자외선 발광 다이오드를 끄도록 구성된 처리 모니터링 소프트웨어를 포함하는, 유체의 처리를 위한 장치를 제공한다.

다른 실시예에 있어서, 본 발명은 유체를 처리하기 위해 선행하는 어느 한 항에 청구되는 장치의 사용을 제공한다.

다른 실시예에 있어서, 본 발명은 전술한 바와 같이 다수의 장치를 포함하는 유체의 처리를 위한 시스템을 제공한다.

다른 실시예에 있어서, 본 발명은 이하의 단계, 즉

유체를 유체 챔버 내로 도입하는 단계, 및

자외선 발광 다이오드로부터 방출된 광을 상기 유체 내로 지향시키는 단계를 포함하며,

상기 적어도 하나의 자외선 발광 다이오드로부터 방출된 자외선 광의 적어도 일부는, 각각의 자외선 광 유닛으로부터 방출된 자외선 광선이 단일 방향으로만 평행하도록 시준되는, 유체의 처리를 위한 방법을 제공한다.

다른 실시예에 있어서, 본 발명은 유체 처리 시스템에서 발광 다이오드를 냉각시키기 위한 장치를 제공하며, 상기 장치는 사용 시 발광 다이오드로부터 상기 처리될 유체로 열을 제어 가능하게 전달하도록 구성된다. 바람직하게는, 상기 장치는 냉각제 회로를 포함하며, 상기 냉각제 회로의 제1 부분은 사용 시 냉각제 회로와 발광 다이오드 사이에서 열의 전달을 위해 상기 발광 다이오드와 접촉하여 배치되며; 상기 냉각제 회로의 제2 부분은 사용 시 냉각제 회로와 상기 처리될 유체 사이에서 열의 전달을 위한 열교환기를 포함한다. 바람직하게는, 상기 장치는 사용 시 냉각제의 온도 변화 또는 처리될 유체의 투과율 변화에 응답하여 발광 다이오드의 광 출력을 변경하도록 구성되는 제어 요소를 포함한다.

다른 실시예에 있어서, 본 발명은 이하의 단계를 포함하는, 즉

사용 시 발광 다이오드로부터 시스템에서 처리될 유체로 열을 간접적으로 전달하는 단계를 포함하는,

유체 처리 시스템에서 발광 다이오드를 냉각시키기 위한 방법을 제공한다.

바람직하게는, 간접적인 열전달은 냉각제 회로에 의해 실시된다.

바람직하게는, 사용 시 냉각제의 온도 변화 또는 상기 처리될 유체의 투과율 변화에 응답하여, 상기 발광 다이오드의 광 출력을 제어하는 단계가 제공된다.

광선이 제1 방향으로는 평행하고 그리고 상기 제1 방향과 직교하는 광을 산란하도록 광을 시준하는 본 발명에 따라 자외선 광 유닛의 어레이를 제공함으로써, 상기 장치는 제1 방향으로는 감소된 광자 경로 길이로부터 이익을 얻고, 상기 산란은 광이 양 방향으로 시준된 경우 보다 더 넓은 각도로 방출되는 것을 허용하여, 처리 영역에 걸쳐 최적화된 선량을 제공하면서 상기 유체 챔버의 원주 둘레로 더 적은 발광 유닛이 제공되는 것을 허용한다.

광선이 유체 챔버의 중심 축선과 직교하는 제1 방향으로 평행하도록 광을 시준하고, 그리고 광선이 평행한 방향과 직교하는 제2 방향으로 광을 수렴함으로써, 광의 세기는 공급원으로부터의 거리에 따라 증가한다. 이는 효율을 향상시키며, 또한 UV의 살균 선량이 유체 챔버의 횡단면의 충분한 부분을 가로질러 전달되는 것을 보장한다.

본 발명의 장치의 내면은 작동 중 뜨거워지지 않는 투명한 파이프를 포함하므로, 수은 램프보다 미네랄 스케일링이 상당히 적다. 종래 기술의 시스템에서 처리될 물과 접촉하는 다수의 잠수된 원통형 수은 램프의 모든 수정(quartz) 표면적은, 본 발명의 등가의 수처리 장치에서의 파이프의 표면적보다 상당히 높다. 본 발명에서 처리 유체와 접촉하는 수정의 전체 표면적이 상당히 낮기 때문에, 상기 내면이 쉽게 세척된다.

또한, 시스템의 모든 작동 부품이 파이프의 외부에 있기 때문에, 처리 시스템의 정지 없이 그리고 처리 유동 셀의 배출 없이, 유지가 수행될 수 있다.

LED의 광 출력은 그 작동 온도에 반비례한다. 결과적으로, 뜨거운 LED는 차가운 LED 보다 광을 적게 방출한다. 따라서 광 출력을 유지하기 위해 작동 중 LED를 냉각시킬 필요가 있다.

이제, 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부한 도면을 참조하여 단지 예로서만 기재될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 LED 광의 어레이에 의해 생산된 UV 광을 사용하여 유체를 살균하기 위한 처리 셀의 평행한 뱅크(bank)의 개략도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 단일 처리 셀 조립체의 섹션의 개략적인 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 처리 셀의 단일 반사기 서브조립체의 개략적인 사시도이다.
도 3은 처리 유동 셀의 상류에 유체 전환 베인을 포함하는 단일 유동 처리 셀 조립체의 섹션의 개략적인 사시도이다.
도 4는 유체 챔버의 중심 축선(x)과 정렬된 평면(xy 또는 xz)에서 투시한 바와 같이, 하나의 반사기 서브조립체의 개략적인 확대된 측단면도이다.
도 5는 도 4의 평면과 직교하는 평면(yz)에서 투시한 바와 같이, 도 4에 도시된 바와 같은 반사기 서브조립체의 개략적인 확대 단면도이다.
도 6은 도 4에 도시된 평면과 직교하는 평면(yz)에서 투시한 바와 같이, 도 4에 도시된 바와 같은 대안적인 반사기 서브조립체의 다른 개략적인 확대 단면도이다.
도 7은 도 4의 하나의 LED 반사기로부터의 시준된 UV 광선 패턴을 포함하는 개략적인 파이프 측단면도이다.
도 8은 도 5에 도시된 바에 따른 하나의 반사기 서브조립체로부터 (yz 평면에) 산란된 UV 광선 패턴을 포함하는 처리 셀의 개략적인 단면도이다.
도 9는 도 6에 도시된 바에 따른 반사기로부터 (yz 평면에) 수렴하는 UV 광선 패턴을 도시한 처리 셀의 개략적인 단면도이다.
도 10은 처리 셀의 직경방향으로 반대측에 배치된 도 4 및 도 7의 2개의 반사기 서브조립체로부터 x 축선으로 연장하는 시준된 UV 광선 패턴을 도시한 처리 셀의 개략적인 측면도이다.
도 11은 도 5에 도시된 바에 따른 8개의 반사기 조립체로부터 (yz 평면에) 산란된 UV 광선 패턴을 도시한 처리 셀의 개략적인 단면도이다.
도 12는 도 6에 도시된 바에 따른 8개의 반사기로부터 (yz 평면에) 수렴하는 UV 광선 패턴을 도시한 처리 셀의 개략적인 단면도이다.
도 13은 간접적인 액체 LED 냉각 및 열교환 서브시스템을 포함하는 처리 유동 셀의 섹션의 개략적인 사시도이다.

본 발명은 하나 또는 이상의 UV 발광 다이오드(LED)를 사용하여 유체를 처리하기 위한 방법, 시스템, 및 장치를 제공한다. 본 발명의 시스템은 이하의 특정한 기재에서 전적으로 예로서만 그리고 제한적이지 않게 처리 유동 셀(10)로서 기재되는, 유체를 처리하기 위한 하나 또는 이상의 장치를 포함한다(여기에 사용되는 바와 같이, "셀(cell)"이라는 용어는 동일한 의미를 가지며 또한 "챔버(chamber)"라는 단어와 호환 가능하다).

본 발명의 장치는 이하의 특정한 기재에서 전적으로 예로서만 그리고 제한적이지 않게 파이프(16)의 형태인 도관으로서 기재되고 도시된 유체 챔버를 포함한다. 본 발명의 유체 챔버는 다른 형태를 취할 수 있음을 인식해야 한다. 상기 유체 챔버는 처리될 유체의 유동을 전달하기 위한 도관, 예를 들어, 구조물의 양단부에 개구를 구비한 파이프 또는 도관일 수 있다. 대안적으로, 상기 유체 챔버는 처리를 위해 유체의 본체(body)를 적어도 일시적으로 유지하기 위한 컨테이너일 수 있다. 이들 형태 중 어느 것이라도 취하는 유체 챔버는 원통형일 수 있으며, 또는 원뿔형, 직사각형, 팔각형, 다각형 등의 다른 형상을 가질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 유체 챔버의 채택된 형상과 LED 및 반사기 서브조립체의 배치는, 유체가 유체 챔버를 통해 유동하거나 또는 이를 빠져 나올 때, 유체가 UV 광에 충분한 노출이 제공되어, 살균 선량이 경험될 수 있도록, 이루어질 것이다.

바람직한 실시예에서, 본 발명의 장치는 유체 챔버의 주위의 둘레에 배치되는 UV LED의 어레이를 포함한다. 바람직하게는, 상기 UV LED는 (도 1 및 도 2a에 도시된 바와 같이) 유체 챔버의 원주의 둘레에 방사방향으로 배치된다. 바람직하게는, 상기 UV LED는 챔버의 둘레에 균일하게 분포된다. 바람직하게는, 상기 유체 챔버는 투명한 파이프이고, UV LED는 상기 투명한 파이프의 원주의 외측의 둘레에 방사방향으로 배치된다.

도 1은 처리 유동 셀(10)의 평행한 뱅크를 포함하는 시스템을 도시하고 있다. 대안적인 실시예에 있어서, 상기 유체 처리 셀(10)은 평행하지 않을 수 있다. 본 발명의 시스템은 하나 또는 그 이상의 처리 유동 셀(10)을 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 시스템은 일정한 직경을 구비하는 평행한 처리 유동 셀(10)의 형태인 4개의 장치를 포함한다. 각각의 처리 유동 셀(10)의 직경은 처리되지 않은 유체 입구 파이프(100)의 직경 및 처리된 유체 출구 파이프(110)의 직경보다 더 작다.

다른 실시예에 있어서, 완전히 원통형이 아니거나 전혀 원통형이 아닌 하나 또는 그 이상의 처리 유동 셀(10)을 갖는 것이 가능하며, 예를 들어 상기 셀은 직사각형 또는 임의의 형상 또는 형태일 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 상기 처리 유동 셀(10)의 입구 직경은 처리 유동 셀(10)의 출구 직경보다 더 작거나 또는 더 클 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 시스템에서 처리 유동 셀(10)의 임의의 형상은, 통과하는 유체가 UV 광의 필요로 하는 선량을 모두 수용하도록 제공된다. 이는 유체를 충분히 처리하고 그리고 바람직하게는 유체를 살균하는 데 요구되는 비율로 유체가 처리 유동 셀(10)을 통과하고, 이에 따라 처리 유체에서의 생물학적 병원균의 생존 또는 생존력을 최소화하도록 하는 것이 바람직하다.

또 다른 실시예에 있어서, 하나 또는 그 이상의 처리되지 않은 유체 입구 파이프(100) 및 처리된 유체 출구 파이프(110)는 시스템을 상이한 용도로, 예를 들어, 공공 또는 민간 유체 처리 시스템에 맞추기 위해, 또한 고유한 공간에서 기존의 처리 시스템이나 또는 새롭게 설치된 시스템의 상이한 구성 및 디자인에 쉽게 적용할 수 있도록, 상류 또는 하류에 더 크거나 또는 더 작은 직경을 가질 수 있다.

본 발명의 시스템은 유체의 처리를 위해 하나 또는 그 이상의 장치를 포함하며, 각각의 장치는 유체 챔버와 상기 유체 챔버의 주위에 배치된 적어도 하나의 자외선 광 유닛을 포함한다. 적어도 하나의 자외선 광 유닛은, 적어도 하나의 자외선 발광 다이오드 및 자외선 광 지향 요소를 포함한다. 도시된 실시예에 있어서, 각각의 자외선 광 유닛은 LED 및 반사기 서브조립체(12)의 형태를 취한다.

도 2a는 링에서 원주의 둘레에 방사방향으로 LED(13)를 포함하는 LED 반사기 서브조립체(12)의 어레이에 의해 생성된 UV 광을 사용하여, 유체를 살균하기 위한 처리 유동 셀 장치(10)를 도시하고 있다.

상기 장치는 유체 챔버 둘레에 끼워지고 또한 유체 챔버를 적어도 부분적으로 덮는 커버를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에 있어서, 커버는 구조적 재킷(14)이다. 상기 LED는 투명한 파이프(16)의 외측의 둘레에 끼워지는 구조적 재킷(14) 내에 장착되어, 이와 인터페이스하거나 또는 이에 의해 운반된다. LED 서브조립체(12)의 인접한 링은, 유체 챔버를 통과하는 모든 유체(18)의 UV 에 균일한 노출(이른바 "선행(precession)" 배치)을 보장하는 데 요구되는 양만큼 반사기 서브조립체를 서로 엇갈리도록/옵셋시키도록 배치될 수 있다.

상기 커버는 스테인리스 강, 또는 UV 광을 차단하는 임의의 다른 재료로 형성될 수 있고, 내부 유체(18)로부터의 압력에 견디는 구조적 지지를 제공할 수 있으며, 또한 각각의 반사기 서브조립체(12)를 위한 프레임을 제공할 수 있다. 상기 서브조립체(12)는 임의의 아교, 플라스틱, 또는 커버 LED 광(13)으로부터의 UV 에의 노출로부터 용해되거나 또는 분말로 바뀔 수 있는 다른 접착 재료 없이 커버에 형성될 수 있다. 또한, 반사기 서브조립체는 마찰 끼워 맞춤될 수 있고, 간섭 끼워 맞춤될 수 있으며, 주조될 수 있고, 금속 클립으로 부착되거나, 또는 달리 배치되거나 장착될 수 있다.

상기 유체 챔버(도시된 실시예에서는 투명한 파이프(16))는 내부 유체(18) 압력에 견딜 수 있는 융해된 수정 또는 다른 투명한 재료로 구성되며, 또한 유체(18)가 시스템을 통해 이동함에 따라, 커버(도시된 실시예에서는 구조적 재킷(14))에 의해 지지될 수 있다.

상기 장치는 처리될 유체에서 회전 운동 또는 소용돌이 유체 운동을 유도하기 위해 하나 또는 그 이상의 요소를 포함할 수 있다. 상기 요소는, 예를 들어, 베인(vane)(22)(도 3)의 형태일 수 있다. 상기 베인은 유체 챔버에 또는 유체 챔버의 상류에 배치될 수 있다.

도 3은, 처리 유동 셀의 상류에 한 세트의 유체 전환 베인(22)을 구비한 플랜지형 미니 스풀 부재(20)를 갖는 자외선 광 유닛(여기에서는 LED 반사기 서브조립체(12) 또는 서브조립체(12)로도 지칭됨)의 어레이에 의해 생성된 UV 광을 사용하여, 유체(18)를 살균하기 위한 처리 유동 셀 장치(10)를 도시하고 있다. 상기 전환 베인은 유동 셀(10)을 통해 회전 운동 또는 소용돌이 유체(18) 운동을 유도한다. 또 다른 실시예에 있어서, 유동 셀(10)을 통해 유체(18)의 회전 운동 또는 소용돌이 운동을 유도하는 임의의 구성이 사용될 수 있음을 인식해야 한다. 예를 들어, 정지형 원통형이나 또는 다른 형상의 본체, 또는 진동형이나 스피닝 형상의 본체는, 상기 유체가 이들 본체 중의 임의의 하나 또는 그 이상을 지나 유동하여 운동을 달성하여, 모든 유체가 생물학적 병원균의 살균 및 불활성화 또는 다른 바람직한 처리를 달성하기 위해 적절히 처리되도록, 흡입부 또는 유체 입구(18)의 다른 적절한 영역에 위치될 수 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 각각의 반사기 서브조립체(12)는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 일반적으로 유체 챔버의 중심 축선(19)과 직교하여 정렬되는 내부 반사기 표면(17a), 및 일반적으로 상기 중심 축선(19)과 평행하게 정렬되는 내부 반사기 표면(17b)을 포함한다. 일반적으로 중심 축선(19)과 직교하여 정렬되는 상기 내부 반사기 표면(17a)은, 공통 초점을 공유하는 한 세트의 포물선에 의해 한정된다/형성된다. 일반적으로 중심 축선(19)과 평행하게 정렬되는 상기 내부 반사기 표면(17b)은 포물선 표면과 동일한 공통 초점을 공유하는 한 세트의 타원에 의해 한정된다/형성된다. UV LED 방출면은 공통 초점에 위치된다.

일반적으로 유체 챔버의 중심 축선(19)과 직교하여 정렬되는 내부 반사기 표면(17a)과 반사기 베이스를 대각선으로 양분하는 임의의 가상 수직면과의 교차에 의해 형성되고 또한 (예를 들어, 도 2b에 도시된 바와 같이 선 a-a를 따라) 반사기의 공통 초점을 포함하는 임의의 곡선은, 포물선일 것이다. 반사기 표면(17b)과 상기 반사기 베이스를 대각선으로 양분하는 임의의 가상 수직면과의 교차에 의해 형성되고 또한 상기 반사기의 공통 초점을 포함하는 임의의 곡선은, 타원일 것이다. 따라서 광은 중심 축선 상에 또는 다른 원하는 지점이나 축선 상에 집중되기 위해, 광선이 중심 축선(19)과 직교하는 제1 방향으로 평행하도록 그리고 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 수렴되도록(즉, 도 2a에서 평면(y-z)에 평행한 평면으로 수렴하도록), 시준된다.

대안적인 실시예에 있어서, 일반적으로 중심 축선(19)과 직교하여 정렬되는 상기 내부 반사기 표면(17a)은, 공통 초점을 공유하는 한 세트의 포물선에 의해 형성된다. 일반적으로 파이프의 길이방향 축선과 평행하게 정렬되는 상기 내부 반사기 표면(17b)은, 평탄하다. 따라서 광은 중심 축선이나 그 근처에 또는 다른 원하는 지점이나 축선에 집중되기 위해, 광선이 (중심 축선(19)과 직교하는) 제1 방향으로 평행하도록 시준되어, 상기 광선이 도 2a의 평면(yz)과 평행한 평면으로 산란된다.

도시된 실시예에 있어서, 반사기(26)의 형상은 광이 파이프의 길이방향 x 축선(19)의 방향으로 시준되도록 제공되므로, 상기 광선이 길이방향 x 축선(19)과 직교하는 제1 방향으로 유체 유동의 직경 또는 횡단면을 가로질러 평행하다. 일 실시예에 있어서, 반사기(26)의 내면은 도 4에 도시된 도면의 방향으로 포물선 형상을 갖는다.

대안적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 도 2a의 평면(yz)에 평행한 평면에서 상기 반사기로부터 발산하는 팬 형상을 형성하기 위해, 반사기의 형상은 전술한 바와 같이 제1 방향으로 광을 시준하고 또한 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 광을 산란시키도록 구성될 수 있다. 상기 반사기는 광선이 파이프의 길이방향 축선과 직교하는 방향으로 평행하도록 상기 반사된 광을 시준할 수 있으며, 또한 파이프(16)의 횡단면을 통해 반사된 광선을 산란시킬 수 있으므로, 이에 따라 팬 형상을 형성한다.

대안적으로, 상기 반사기는, 도 9에 도시된 바와 같이, 광선이 길이방향 축선(19)과 직교하는 제1 방향으로 평행하도록, 상기 반사된 광을 전술한 바와 같이 파이프의 길이방향 축선(19)의 방향으로 시준하고, 또한 상기 파이프(16)의 횡단면을 통해 반사된 광을 도 2a의 평면(y-z)과 평행한 평면에 집중시키며, 이에 따라 쐐기 형상을 형성한다. 도 4는, LED 칩(24)이 반사기의 초점에 위치되도록, 반사기(26) 상에 장착된 반도체 다이 칩(24)을 구비한 LED 패키지(13)의 파이프 측면도를 도시하고 있다. 상기 LED 반사기(26)는 구조적 재킷(14)의 내측과 대면하는 알루미늄 코팅을 갖는 내면 코팅을 구비한 플라스틱으로 구성될 수 있다. 각각의 반사기 서브조립체(12)는 구조적 재킷(14) 내에 장착되며, 또한 투명한 파이프(16)의 외면과 동일한 평면에 있다. 도시된 실시예는 파이프(16)의 직경의 약 0.05 배의 폭을 구비한 반사기(26)를 도시하고 있다.

다른 실시예에 있어서, 커버(도시된 실시예에서는 구조적 재킷(14))는 투명한 파이프(16)의 외면에 인접하여, 이와 부분적으로 접촉하거나 또는 완전히 자유롭다. LED 패키지(13) 당 다이오드(24)의 개수는 1을 초과할 수 있다.

도 5 및 6은 상이한 LED(13) 및 반사기(26) 서브조립체(12)를 단면도로 각각 도시하고 있다. 이들 각각의 서브조립체는, 도 4에 도시된 바와 같은 도 5 및 6에 도시된 횡단 섹션과 직교하는 횡단 섹션을 갖는다.

도 5는 LED(13) 및 반사기(26) 서브조립체(12)를 단면도로 도시하고 있다. 도시된 실시예는 파이프(16)의 직경의 약 0.2 배인 베이스 길이를 구비한 반사기(26)를 도시하고 있다. 파이프(16)의 직경에 대한 반사기(26) 길이의 비율은, 링 당 요구되는 LED 서브조립체(12)의 개수의 함수이다. 링 당 더 많은 개수의 서브조립체(12)를 요구하는 실시예는, 더 작은 반사기(26) 폭 대 파이프(16) 직경 비율을 나타낼 것이다. 도시된 도면에서 반사기(26)의 이런 비율 및 내면을 갖는 일 실시예에 있어서, 광은 산란된 UV 광 패턴을 생성한다. 상기 반사기 서브조립체(12)는, 칩(24)이 반사기의 초점에 위치되도록, 반사기(26) 상에 장착된 LED 패키지(13)를 구비하는 것으로 도시되어 있다. LED 패키지(13) 당 다이오드(24)의 개수는 1을 초과할 수 있다. 각각의 반사기 서브조립체(12)는, 투명한 파이프(16)의 외면을 둘러싸는 구조적 재킷(14) 내에 장착된다.

도 6은 또 다른 반사기 서브조립체(12)를 단면도로 도시하고 있다. 도시된 도면에서 반사기(26)의 내면은 타원형이며, 또한 반사기로부터 먼 위치에 광을 집중시킨다. 상기 반사기 서브조립체(12)는, 칩(24)이 반사기의 초점에 위치되도록, 상기 반사기(26) 상에 장착되는 LED 패키지(13)를 구비하는 것으로 도시되어 있다. 상기 각각의 반사기 서브조립체(12)는 투명한 파이프(16)의 외면을 둘러싸는 구조적 재킷(14) 내에 장착된다. LED 패키지(13) 당 다이오드(24)의 개수는 1을 초과할 수 있다.

도 7은 하나의 LED 반사기 서브조립체(12)로부터 직접적으로 방출되는 UV 광선(28), 및 시준된 UV 광선(30)을 도시하고 있다. 반사기(26)의 형상은, 광선이 유체 유동(18)과 직교하는 방향으로 평행하도록, 상기 LED로부터의 반사된 광을 시준하도록 설계된다. 일 실시예에 있어서, 직접적으로 방출된 광선(28)에 대한 시준된 광선(30)의 비율은, 10:1을 초과한다. 바람직하게는, 시준된 광선은 유체 유동의 방향과 직교하는 유체를 통과한다. 구조적 재킷(14)의 측부 횡단면과 투명한 파이프(16)가 도시되어 있다.

도 8은 단일의 LED 반사기 서브조립체(12)를 단면도로 도시하고 있으며, 또한 직접적으로 방출된 UV 광선(28) 및 도 5의 LED 반사기 서브조립체(12)와 유사한 파이프(16)의 횡단면적을 통해 산란되어 시준된 UV 광선(30)을 도시하고 있다. 도 8은 도 7에 도시된 서브조립체(12)의 단면도이다. 횡단면에서 LED 반사기 조립체(12)로부터의 광의 세기는 실질적으로 균일하게 분포되도록 설계된다. 상기 구조적 재킷(14)은 하나 또는 그 이상의 LED 반사기 서브조립체(12)를 가질 것이며, 설명을 위해 여기에서는 오직 하나만 도시되어 있음을 인식해야 한다.

도 9는 단일의 LED 반사기 서브조립체(12)를 단면도로 도시하고 있으며, 또한 직접적으로 방출된 UV 광선(28) 및 도 6의 LED 반사기 서브조립체(12)와 유사한 파이프(16)의 횡단면적을 통해 집중되어 반사된 UV 광선(30)을 도시하고 있다. 도 9는 도 7에 도시된 서브조립체(12)의 단면도이다. 이 도면에서 반사기(26)의 내면 형상은 반사기(26)의 내면으로부터 반사된 광을 LED로부터 상기 반사기로부터 먼 위치에 집중시키도록 설계된다. 일 실시예에 있어서, 반사기(26)의 초점은 대략 파이프(16)의 중심이다. 구조적 재킷(14)은 하나 또는 그 이상의 LED 반사기 서브조립체(12)를 가질 것이며, 설명을 위해 여기에서는 오직 하나만 도시되어 있음을 인식해야 한다.

도 10은 직접적으로 방출된 UV 광(28) 및 유체 유동(18)과 직교하는 파이프(16)를 통해 반사되는 UV 광(30)의 분포를 도시하고 있다. 도시된 LED 반사기 서브조립체(12)는 도 4 및 도 7의 서브조립체(12)와 유사한 포물선 형상을 나타내고 있다. 도시된 실시예에서는 구조적 재킷(14)에 LED 반사기 서브조립체(12)의 하나의 링이 있다. 처리 유동 셀(10)에 포함될 수 있는 링의 개수에 대한 상한값은 없다. 도 3에 도시된 또 다른 실시예에 있어서, 상기 유체(18)는 회전식으로 또는 소용돌이식으로 유동하고 있다.

바람직하게는, 상기 장치는 유체 챔버의 주위의 둘레에 분포되는 다수의 자외선 광 유닛을 포함한다. 가장 바람직하게는, 상기 자외선 광 유닛은 유체 챔버의 원주의 둘레에서 링에 배치될 수 있다. ('링(ring)' 및 '원주(circumference)'라는 용어는 비-원형 횡단면을 갖는 유체 챔버에 대한 그 등가물을 포함하는 것으로 해석되어야 하며, 상기 '원주'는 유체 챔버의 주위 또는 주변이다). 자외선 광 유닛은 원주의 둘레에 균일하게 분포될 수 있다. 상기 장치는 UV 광 유닛의 다수의 링을 포함할 수 있다.

도 11은 파이프(16)의 횡단면을 통해 직접적으로 방출되는 UV 광(28) 및 산란된 반사된 UV 광(30)의 분포를 도시하고 있다. 파이프(16)의 둘레의 구조적 재킷(14)에서의 LED 반사기 서브조립체(12)의 어레이는, 파이프(16)의 횡단면을 통해 UV의 세기를 균일하게 분포시키도록 설계된다. LED 반사기 서브조립체(12)는 도 5에 도시된 서브조립체(12)와 유사한 크기 및 형상을 취하고 있다. 도시된 실시예에는 8개의 LED 반사기 서브조립체(12)가 있다. 링 당 LED 반사기 서브조립체의 개수는, 1개로부터 파이프(16)의 원주의 둘레에 끼워질 수 있을 정도 만큼의 수까지 범위일 수 있다.

광이 수렴되는 실시예에 있어서, 각각의 UV 유닛의 초점은 도 12에 도시된 바와 같이 일치할 수 있다.

도 12는 직접적으로 방출된 UV 광(28) 및 상기 파이프(16)의 횡단면을 통해 집중되어 반사된 UV 광(30)의 분포를 도시하고 있다. LED 반사기 서브조립체(12)의 어레이는 타원형 형상이며, 또한 파이프(16)의 둘레에서 구조적 재킷(14)의 길이방향 축선에 열을 이루어(in row) 엇갈려 있으며, 그 모두는 파이프(16)의 횡단면을 통해 UV의 세기를 균일하게 분포시키도록 설계된다. 도시된 실시예에는 8개의 LED 반사기 서브조립체(12)가 있다. 링 당 LED 반사기 서브조립체(12)의 개수는, 1개부터 파이프(16)의 원주의 둘레에 끼워질 수 있을 정도로 많은 수까지의 범위일 수 있다.

도시되지 않은 상이한 반사기의 기하학적 형상이나 광학적으로 유용한 기하학적 형상의 조합이 링 내에, 또는 상이한 반사기 타입을 포함하는 링의 열로서 사용될 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 상기 LED들은, LED에 의해 생성되는 에너지에 대한 히트 싱크로서 처리되는 유체를 이용하는 순환식 간접 액체 냉각 시스템을 사용함으로써, 냉각시킬 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, LED의 어레이를 위한 냉각은, 각각의 LED의 케이스와 접촉하는 글리콜 혼합물-충전된 구리 튜브와 같은 임의의 간접식 냉각 시스템 및 액체 유동을 유지시키는 펌프를 통해 달성될 수 있다. 수처리의 경우, 물은 열교환 섹션을 통과하여, 글리콜 혼합물을 냉각시키며, 또한 냉각된 글리콜 혼합물은 LED를 냉각시켜, 처리될 물과의 열교환으로 나타난다. 도 13은 간접식 액체 LED 냉각 시스템의 위치 및 구성을 도시하고 있다. 액체 냉각제(32)는 냉각제 펌프(34)에 의해 냉각제 튜브(36)를 통해 펌핑된다. 냉각제 유동 방향은 작동 중 때때로 반전될 수 있음을 인식해야 한다. 냉각제 배관(36)은 처리 유동 셀(10)에서 각각의 LED 패키지(13)의 히트 싱크 케이싱과 접촉한다. 냉각제 배관(36)과 LED 패키지(13) 사이의 접촉점에는, 높은 열전달 계수를 구비한 재료가 사용된다. 각각의 LED 패키지(13)에 의해 발생된 열은, 냉각제 배관(36)을 통해 순환함에 따라 액체 냉각제(32)로 전달된다. 일 실시예에 있어서, LED의 각각의 링은 냉각제 배관의 단일의 링에 의해 접촉된다. 냉각제 배관(36)이 각각의 링에서 LED(13)의 일부 또는 전부와 접촉하는 추가적인 실시예가 있을 수 있다

하나 또는 그 이상의 LED(13)와 접촉한 후, 냉각제(32)는 열교환 섹션(38)으로 이송된다. 상기 열교환 섹션(38)은, LED(13)로부터 처리될 유체(18)로 열을 전달하기 위해, 처리될 유체와 간접적으로 충분히 열접촉된다. 상기 열교환 섹션(38)은 스케일링을 감소시키기 위해 LED의 상류에 배치될 수 있다.

LED UV 광 출력이 LED 작동 온도의 선형 함수이기 때문에, LED 냉각액의 온도의 모니터링 및 제어가 달성될 수 있다. 예를 들어, 차가운 냉각액은 더 밝은 광으로 나타날 것이며, 더 따뜻한 냉각액은 더 희미한 광으로 나타날 것이다. 본 발명의 시스템 내에서 실행되는 소프트웨어 프로그램으로 순환하는 냉각액 내에 장착되는 하나 또는 그 이상의 온도 센서는, 냉각액이 더 따뜻할 때, 추가적인 LED 또는 LED의 링을 켤 수 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 온도 센서(40)는 열교환 섹션(38)을 통해 유동하는 냉각제(32)의 온도를 측정한다. 처리될 유체(18)가 비교적 높은 온도를 가질 때, 그 냉각 효율이 감소될 것이다. 이는 냉각액(32) 온도 센서(40)에 의해 간접적으로 측정될 것이다. 처리 시스템 모니터링 소프트웨어는 처리 유체(18)의 온도가 비교적 높을 때 추가적인 LED(13) 또는 LED의 링을 켜고, 혹은 처리 유체(18)의 온도가 비교적 낮을 때 LED(13) 또는 LED의 링을 끄기 위한 명령을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 시스템은 효율적으로 작동하고 그리고 처리 셀을 통해 유동하는 유체의 투과율을 조정하도록 설계된다. 예를 들어, 정보를 소프트웨어 시스템으로 릴레이하여, 고 투과율 유체에서는 LED 또는 LED의 링을 끄고 투과율이 감소되면 다시 켜기 위해, LED로부터 유동 셀을 가로지르는 UV 투과율 센서가 본 발명의 시스템에 추가될 수 있다.

일정하며 또한 변하지 않는 UV 출력으로 작동하는 시스템에 대해, 이런 최악의 경우에서도 모든 유체가 효과적으로 처리되는 것을 보장하기 위해, 가능성이 가장 높은 온도로 그리고 가능성이 가장 낮은 투과율로 유체를 효과적으로 처리할 UV 출력을 항상 제공하는 것이 필요하다. 그러나 온도 또는 투과율에 기초하여 UV 출력을 변화시킴으로써 본 발명의 시스템의 에너지 사용이 제한될 수 있기 때문에, 온도가 최대값보다 더 낮을 때 및/또는 투과율이 최소값보다 더 높을 때, 상기 시스템은 더 낮은 출력으로 작동될 수 있으며, 이에 따라 작동 효율을 증가시킨다.

본 발명은 화학적 및/또는 생물학적 처리를 실시하기 위해 유체 내로 분사되는, 염소, 오존, 또는 과산화수소와 같은 산화 화학물과 조합하여 사용될 수 있음을 인식해야 한다.

본 발명의 바람직한 실시예가 위에 기재되고 그리고 도면에 도시되었지만, 이들은 단지 예시적이며 비-제한적이다. 본 발명의 영역 및 범위 내에서 많은 대안이 가능하다는 것이 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 인식될 것이다. 예를 들어, 상기 광 지향 요소는 기재된 반사기와 동일한 기능을 수행하는 렌즈 또는 다른 광학적 수단일 수 있다.

대안적인 실시예에 있어서, 유체 챔버는 불투명 재료로부터 형성될 수 있다. 이 실시예에 있어서, LED는 상기 유체 챔버의 내측의 주위의 둘레에 배치될 수 있다.

대안적인 실시예에 있어서, 상기 광 지향 요소는 광의 산란 또는 수렴의 방향이 유체 챔버의 축선과 직교하지 않도록 구성될 수 있다.
대안적인 실시예에 있어서, 상기 중심 축선은 유체 챔버의 길이방향 축선으로부터 45°까지의 각도로 옵셋된다.

본 발명의 시스템은, 시스템의 정지 없이 제1 장치의 내측의 세척을 허용하기 위해, 직렬로 또는 병렬로 배치되고 또한 유동이 임의의 하나의 장치로부터 그리고 하나 또는 그 이상의 대안적인 장치로부터 전환될 수 있도록 구성되는, 다수의 장치를 포함할 수 있다.

상기 장치는 다수의 LED 어레이를 포함할 수 있으며, LED의 각각의 어레이는 LED의 임의의 하나의 어레이의 유지가 장치의 모든 LED를 정지시키지 않고 실시될 수 있도록 LED의 다른 어레이로부터 격리될 수 있다. 이런 방식으로, 상기 장치는 유지 중 계속 기능할 수 있다.

본 발명의 시스템, 장치, 및 방법은 음용수 처리, 폐수 처리, 산업 공정 용수의 처리, 및 처리될 유체의 높은 유체 유동률을 요구하는 다른 용도에 특히 적합하다. 바람직한 실시예에 있어서, 각각의 장치는 시간 당 15 내지 750 입방미터의 물을 처리하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 각각의 장치는 시간 당 30 내지 500 입방미터의 물을 처리하도록 구성될 수 있다. 가장 바람직하게는, 각각의 장치는 시간 당 약 250 입방미터의 물을 처리하도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 장치를 통한 유체 유속은 약 1 m/s 일 수 있다.

전술한 바로부터 상기 장치는 기재된 처리 유동 셀(10)에 제한되지 않음을 인식해야 한다. 예를 들어, 유체 챔버는 도관(예를 들어, 파이프(16))보다는 오히려 처리를 위해 유체의 본체를 적어도 일시적으로 유지하기 위한 용기일 수 있다. 이 실시예에서, 유체는 장치를 통해 직접적으로 유동할 필요가 없다. 대신에, 유체는 처리를 위한 시간 주기 동안 용기에 보유될 수 있다. 상기 장치에는, 처리를 위해 유체가 UV 광을 통해 지나가도록, 유체 챔버 내에서 유체를 순환시키거나 또는 교반하기 위한 수단, 예를 들어, 펌프가 제공될 수 있다.

본 명세서(첨부한 청구범위 및 도면을 포함하는)에 기재된 각각의 특징부는, 첨부된 청구범위에 설명된 바와 같이, 달리 명시하지 않는 한, 동일하거나, 균등하거나, 또는 유사한 목적을 제공하는 대안적인 특징부에 의해 대체될 수 있다. 따라서 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 기재된 각각의 특징부는 첨부된 청구 범위에 설명된 바와 같이, 균등하거나 또는 유사한 특징의 일련의 일반적인 특징부의 일례에 불과할 뿐이다. 또한, 본 명세서(첨부된 청구범위 및 도면을 포함하는)에 기재된 모든 특징부 및/또는 이렇게 기재된 임의의 방법이나 공정의 모든 단계는, 첨부된 청구범위에 설명된 바와 같이, 이러한 특징부 및/또는 단계의 적어도 일부가 서로 배타적이지 않은 조합을 제외하고는, 임의의 조합으로 조합될 수 있다. 따라서 본 발명의 많은 상이한 실시예가 위에 기재되었지만, 기재된, 도시된 및/또는 첨부된 청구범위에 청구된 특징부 중 임의의 하나 또는 그 이상 또는 모두는, 첨부된 청구범위에 설명된 바와 같이, 임의의 실시예에서 단독으로 또는 다양한 조합으로 사용될 수 있다. 따라서 임의의 하나 또는 그 이상의 특징부가 제거될 수 있고, 기재된 임의의 특징부 조합으로 대체될 수 있고 및/또는 이에 추가될 수 있다. 의심의 여지를 피하기 위해, 임의의 실시예의 하나 또는 그 이상의 특징부는, 첨부된 청구 범위에 설명된 바와 같이, 임의의 실시예로부터의 임의의 다른 특징부 또는 특징부들을 구비한 상이한 실시예에서 조합될 수 있고 및/또는 사용될 수 있다.

Claims

유체의 처리를 위한 유체 처리 장치로서:
중심 축선을 포함하는 유체 챔버; 및
적어도 하나의 자외선 광 유닛을 포함하며,
상기 적어도 하나의 자외선 광 유닛은, 적어도 하나의 자외선 발광 다이오드 및 적어도 하나의 자외선 광 지향 요소를 포함하며,
상기 적어도 하나의 자외선 광 지향 요소는,
a) i) 시준된 광선이 상기 중심 축선과 일치하거나 또는 중심 축선과 평행한 제1 평면에서 평행하도록, 그리고 ii) 시준된 광선이 상기 중심 축선에 직교하도록, 사용 시 상기 적어도 하나의 자외선 발광 다이오드로부터 방출된 광선의 적어도 일부를 시준하도록 구성되고,
b) 수렴된 또는 산란된 광선이 상기 제1 평면과 직교하는 제2 평면에서 평행하지 않도록, 사용 시 상기 적어도 하나의 자외선 광 유닛으로부터 방출된 광선의 적어도 일부를 수렴하거나 또는 산란시키도록 구성되는, 유체 처리 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 자외선 광 지향 요소는 제2 평면에 광선을 수렴시키도록 구성되는, 유체 처리 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 자외선 광 지향 요소는 광선을 수렴하여, 중심 축선에 또는 중심 축선 근처에 집중시키도록 구성되는, 유체 처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 자외선 광 지향 요소는 제2 평면에 광선을 산란시키도록 구성되는, 유체 처리 장치.
청구항 1에 있어서,
다수의 자외선 광 유닛을 포함하는, 유체 처리 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 다수의 자외선 광 유닛은 유체 챔버의 원주에 또는 주위에 배치되는, 유체 처리 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 다수의 자외선 광 유닛은 유체 챔버의 원주 또는 주위의 둘레에 방사방향으로 배치되는, 유체 처리 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 다수의 자외선 광 유닛은 유체 챔버의 원주 또는 주위로부터 이격되는, 유체 처리 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 다수의 자외선 광 유닛은 유체 챔버의 원주 또는 주위의 둘레로 하나 또는 그 이상의 링 또는 링 부분에 배치되는, 유체 처리 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 자외선 광 유닛의 인접한 링은, 사용 시 처리될 유체의 UV 광에 원하는 노출 패턴을 보장하는 데 요구되는 양만큼 서로 회전 가능하게 옵셋되는, 유체 처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 유체 챔버는 투명한, 유체 처리 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 적어도 하나의 자외선 광 유닛은 유체 챔버의 외부에 또는 외측 상에 배치되는, 유체 처리 장치.
청구항 13에 있어서,
상기 유체 챔버의 외부에 배치되는 커버를 더 포함하며, 상기 적어도 하나의 자외선 광 유닛은 상기 커버 내에 장착되어 커버와 상호작용하거나, 또는 커버에 의해 지지되는, 유체 처리 장치.
청구항 14에 있어서,
상기 커버는 자외선 광을 차단하는 재료로 형성되고, 사용 시 자외선 광 유닛에 의해 방출된 자외선 광을 상기 유체 챔버 내로 허용하도록 배치된 적어도 하나의 구멍을 포함하는, 유체 처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 광 지향 요소는 반사기인, 유체 처리 장치.
청구항 16에 있어서,
상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 각각은 반사기의 초점에 위치되는, 유체 처리 장치.
청구항 16에 있어서,
상기 유체 챔버의 중심 축선은 반사기의 초점에 또는 초점 근처에 위치되는, 유체 처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 중심 축선은 유체 챔버의 길이방향 축선을 포함하는, 유체 처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 중심 축선은 유체 챔버의 길이방향 축선으로부터 45°까지의 각도로 옵셋되는, 유체 처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 유체 챔버는 파이프인, 유체 처리 장치.
유체의 처리를 위한 유체 처리 장치로서:
유체 챔버; 및
적어도 하나의 자외선 광 유닛을 포함하며,
상기 적어도 하나의 자외선 광 유닛은, 적어도 하나의 자외선 발광 다이오드 및 적어도 하나의 자외선 광 지향 요소를 포함하며,
상기 적어도 하나의 자외선 광 지향 요소는,
a) 적어도 하나의 자외선 광 유닛으로부터 방출된 시준된 자외선 광선이 제1 평면에 평행하도록, 사용 시 상기 적어도 하나의 자외선 발광 다이오드로부터 방출된 광선의 적어도 일부를 시준하도록 구성되고,
b) 수렴된 또는 산란된 광선이 상기 제1 평면과 직교하는 제2 평면에서 평행하지 않도록, 사용 시 상기 적어도 하나의 자외선 광 유닛으로부터 방출된 광선의 적어도 일부를 수렴하거나 또는 산란시키도록 구성되는, 유체 처리 장치.
청구항 1에 있어서,
사용 시 처리될 유체에 회전 운동 또는 소용돌이 운동을 도입하기 위한 하나 또는 그 이상의 요소를 더 포함하는, 유체 처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 자외선 발광 다이오드의 온도를 제어하기 위한 냉각 장치를 더 포함하는, 유체 처리 장치.
청구항 24에 있어서,
상기 냉각 장치는 사용 시 적어도 하나의 자외선 발광 다이오드로부터 처리될 유체로 열을 제어 가능하게 전달하도록 구성되는, 유체 처리 장치.
청구항 24에 있어서,
상기 냉각 장치는 냉각제를 포함하는 냉각제 회로를 포함하며,
상기 냉각제 회로의 제1 부분은, 사용 시 자외선 발광 다이오드와 냉각제 사이에서 열의 전달을 위해 적어도 하나의 자외선 발광 다이오드와 접촉하여 배치되며,
상기 냉각제 회로의 제2 부분은, 사용 시 냉각제와 처리될 유체 사이에서 열의 전달을 위해 열교환기를 포함하는, 유체 처리 장치.
청구항 26에 있어서,
사용 시 상기 냉각제의 온도 변화에 응답하여, 상기 유체 처리 장치의 광 출력을 변경하도록 구성되는 제어 요소를 더 포함하는, 유체 처리 장치.
청구항 26에 있어서,
사용 시 처리될 유체의 투과율 변화에 응답하여, 상기 유체 처리 장치의 광 출력을 변경하도록 구성되는 제어 요소를 더 포함하는, 유체 처리 장치.
청구항 27에 있어서,
다수의 자외선 광 유닛을 포함하며, 상기 제어 요소는 냉각제의 온도 상승 및/또는 하강에 응답하여 광을 방출하는 자외선 광 유닛의 개수를 증가 및/또는 감소시키도록 구성되는, 유체 처리 장치.
청구항 1 또는 청구항 22에 있어서,
처리될 유체가 그 내부에 포함되어 있는 투명한 파이프의 외측면의 둘레에 방사방향으로 배향되는 자외선 발광 다이오드의 어레이를 포함하며,
각각의 상기 자외선 발광 다이오드는 반사기의 초점에 장착되고,
상기 반사기는 사용 시 반사된 광을 상기 파이프의 길이방향 축선의 방향으로 시준하고, 또한 파이프의 횡단면을 통해 반사된 광을 집중시키는, 유체 처리 장치.
청구항 1 또는 청구항 22에 있어서,
처리될 유체가 그 내부에 포함되어 있는 투명한 파이프의 외측면의 둘레에 방사방향으로 배향되는 자외선 발광 다이오드의 어레이를 포함하며,
각각의 상기 자외선 발광 다이오드는 반사기의 초점에 장착되고,
상기 반사기는 사용 시 반사된 광을 상기 파이프의 길이방향 축선의 방향으로 시준하고, 또한 파이프의 횡단면을 통해 반사된 광을 산란시키는, 유체 처리 장치.
청구항 1 또는 청구항 22에 있어서,
처리될 유체가 그 내부에 포함되어 있는 투명한 파이프의 외측면의 둘레에 방사방향으로 배향되는 자외선 발광 다이오드의 어레이를 포함하며,
각각의 상기 발광 다이오드로부터의 자외선 광은 렌즈를 통과하고,
상기 렌즈는 사용 시 광을 길이방향 축선의 방향으로 시준하고, 광을 상기 파이프의 횡단면에 집중시키는, 유체 처리 장치.
청구항 1 또는 청구항 22에 있어서,
처리될 유체가 그 내부에 포함되어 있는 투명한 파이프의 외측면의 둘레에 방사방향으로 배향되는 자외선 발광 다이오드의 어레이; 및
상기 자외선 발광 다이오드의 어레이를 냉각시키기 위한 냉각 시스템을 포함하며,
상기 냉각 시스템은, 열이 i) 자외선 발광 다이오드와 냉각액 사이에서, 그리고 ⅱ) 냉각액과 처리될 유체 사이에서 교환되도록 상기 냉각액을 순환시키도록 구성되는, 유체 처리 장치.
청구항 33에 있어서,
상기 냉각액은 글리콜 혼합물인, 유체 처리 장치.
청구항 1 또는 청구항 22에 있어서,
처리될 유체가 그 내부에 포함되어 있는 투명한 파이프의 외측면의 둘레에 방사방향으로 배향되는 자외선 발광 다이오드의 어레이; 및
상기 자외선 발광 다이오드의 어레이를 냉각시키기 위한 냉각 시스템을 포함하며,
상기 냉각 시스템은 냉각액의 온도를 모니터링하기 위해 하나 또는 그 이상의 온도 센서를 포함하며,
상기 냉각 시스템은 냉각액의 온도 상승에 응답하여 자외선 발광 다이오드를 켜고, 또한 냉각액의 온도 하강에 응답하여 자외선 발광 다이오드를 끄도록 구성되는, 유체 처리 장치.
청구항 1 또는 청구항 22에 있어서,
처리될 유체가 그 내부에 포함되어 있는 투명한 파이프의 외측면의 둘레에 방사방향으로 배향되는 자외선 발광 다이오드의 어레이;
하나 또는 그 이상의 자외선 투과 센서; 및
처리될 유체의 투과율 증가에 응답하여 자외선 발광 다이오드를 끄고, 또한 처리될 유체의 투과율 감소에 응답하여 자외선 발광 다이오드를 켜도록 구성되는 처리 모니터링 소프트웨어를 포함하는, 유체 처리 장치.
청구항 1 또는 청구항 22에 있어서,
처리될 유체가 그 내부로 이송되거나 또는 그 내부에 포함되어 있는 투명한 파이프에 대해 방사방향으로 또는 주위로 제공되는 자외선 발광 다이오드의 어레이를 포함하며,
각각의 상기 자외선 발광 다이오드(들)는 반사기의 초점에 제공되며,
상기 반사기는 사용 시 반사된 광선의 적어도 일부를 파이프의 길이방향 축선의 방향으로 시준하고, 또한 반사된 광선의 적어도 일부를 파이프의 횡단면을 통해 집중시키는, 유체 처리 장치.
청구항 1 또는 청구항 22에 있어서,
처리될 유체가 그 내부로 이송되거나 또는 그 내부에 포함되어 있는 투명한 파이프에 대해 방사방향으로 또는 주위로 제공되는 자외선 발광 다이오드의 어레이를 포함하며,
각각의 상기 자외선 발광 다이오드(들)는 반사기의 초점에 장착되며,
상기 반사기는 사용 시 반사된 광선의 적어도 일부를 파이프의 길이방향 축선의 방향으로 시준하고, 또한 반사된 광선의 적어도 일부를 파이프의 횡단면에 산란시키는, 유체 처리 장치.
청구항 1 또는 청구항 22에 있어서,
처리될 유체가 그 내부로 이송되거나 또는 그 내부에 포함되어 있는 투명한 파이프에 대해 방사방향으로 또는 주위로 제공되는 자외선 발광 다이오드의 어레이를 포함하며,
각각의 상기 발광 다이오드로부터의 자외선 광선은 렌즈를 통과하며,
상기 렌즈는 사용 시 광을 파이프의 길이방향 축선의 방향으로 시준하고, 또한 광을 파이프의 횡단면에 집중시키는, 유체 처리 장치.
청구항 1 또는 청구항 22에 있어서,
처리될 유체가 그 내부로 이송되거나 또는 그 내부에 포함되어 있는 투명한 파이프에 대해 방사방향으로 또는 주위로 제공되는 자외선 발광 다이오드의 어레이; 및
자외선 발광 다이오드의 적어도 하나의 어레이를 냉각시키기 위한 냉각 시스템을 포함하며,
상기 냉각 시스템은, 열이 ⅰ) 적어도 하나의 자외선 발광 다이오드와 냉각제 사이에서, ⅱ) 냉각제와 처리될 유체 사이에서 교환되도록 냉각액을 순환시키도록 구성되는, 유체 처리 장치.
청구항 40에 있어서,
상기 냉각제는 글리콜 혼합물인, 유체 처리 장치.
청구항 1 또는 청구항 22에 있어서,
처리될 유체가 그 내부로 이송되거나 또는 그 내부에 포함되어 있는 투명한 파이프에 대해 방사방향으로 또는 주위로 제공되는 자외선 발광 다이오드의 어레이; 및
자외선 발광 다이오드의 적어도 어레이 상에서의 냉각을 위한 냉각 시스템을 포함하며,
상기 냉각 시스템은 냉각제의 온도를 모니터링하기 위해 하나 또는 그 이상의 온도 센서를 포함하며,
상기 냉각 시스템은 냉각제의 온도 상승에 응답하여 상기 자외선 발광 다이오드를 켜고, 또한 냉각제의 온도 하강에 응답하여 상기 자외선 발광 다이오드를 끄도록 구성되는, 유체 처리 장치.
청구항 1 또는 청구항 22에 있어서,
처리될 유체가 그 내부로 이송되거나 또는 그 내부에 포함되어 있는 투명한 파이프에 대해 방사방향으로 또는 주위로 제공되는 자외선 발광 다이오드의 어레이;
하나 또는 그 이상의 자외선 투과 센서; 및
처리될 유체의 투과율 증가에 응답하여 자외선 발광 다이오드를 끄고, 또한 처리될 유체의 투과율 감소에 응답하여 자외선 발광 다이오드를 켜도록 구성된 처리 모니터링 장치 및/또는 소프트웨어를 포함하는, 유체 처리 장치.
유체를 처리하기 위해 청구항 1에 따른 유체 처리 장치를 사용하는 단계를 포함하는 유체 처리 방법.
청구항 1에 청구된 유체 처리 장치를 다수 포함하는 유체의 처리를 위한 유체 처리 시스템.
유체의 처리를 위한 유체 처리 방법으로서:
중심 축선을 포함하는 유체 챔버 내로 유체를 도입하는 단계; 및
적어도 하나의 자외선 발광 다이오드로부터 방출된 광을 상기 유체 내로 적어도 하나의 자외선 광 지향 요소에 의해 지향시키는 단계를 포함하며,
상기 적어도 하나의 자외선 광 지향 요소에 의해 지향되는 자외선 광의 적어도 일부가,
a) i) 자외선 광선이 상기 중심 축선과 일치하거나 또는 중심 축선과 평행한 제1 평면에서 평행하도록, 그리고 ii) 자외선 광선이 상기 중심 축선에 직교하도록, 시준되고,
b) 수렴된 또는 산란된 광선이 상기 제1 평면과 직교하는 제2 평면에서 평행하지 않도록, 수렴되거나 또는 산란되는, 유체 처리 방법.
삭제
청구항 1에 따른 유체 처리 장치에서 적어도 하나의 발광 다이오드를 냉각시키기 위한 냉각 장치에 있어서,
상기 냉각 장치는 사용 시 발광 다이오드로부터 처리될 유체로 열을 제어 가능하게 전달하도록 구성되는, 냉각 장치.
청구항 48에 있어서,
상기 냉각 장치는 냉각제 회로를 포함하며,
상기 냉각제 회로의 제1 부분은, 사용 시 냉각제 회로의 냉각제와 적어도 하나의 발광 다이오드 사이에서 열의 전달을 위해 상기 적어도 하나의 발광 다이오드와 접촉하여 배치되며,
상기 냉각제 회로의 제2 부분은, 사용 시 냉각제 회로의 냉각제와 처리될 유체 사이에서 열의 전달을 위해 열교환기를 포함하는, 냉각 장치.
청구항 49에 있어서,
사용 시 냉각제의 온도 변화 또는 처리될 유체의 투과율 변화에 응답하여, 적어도 하나의 발광 다이오드의 광 출력을 변경하도록 구성되는 제어 요소를 더 포함하는, 냉각 장치.
청구항 45에 따른 유체 처리 시스템에서 적어도 하나의 발광 다이오드를 냉각시키기 위한 냉각 방법으로서:
사용 시 적어도 하나의 발광 다이오드로부터 시스템에서 처리될 유체로 열을 간접적으로 전달하는 단계를 포함하는, 냉각 방법.
청구항 51에 있어서,
간접적인 열전달은 냉각제 회로에 의해 실시되는, 냉각 방법.
청구항 52에 있어서,
사용 시 냉각제의 온도 변화 또는 처리될 유체의 투과율 변화에 응답하여, 상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 광 출력을 제어하는 단계를 더 포함하는, 냉각 방법.