專利名稱：使用光透射導(dǎo)管進(jìn)行液體消毒的方法和設(shè)備的制作方法
使用光透射導(dǎo)管進(jìn)行液體消毒的方法和設(shè)備
背景技術(shù)：
使用位于金屬箱中的紫外光源的紫外線液體消毒系統(tǒng)早已是已知的，其 中液體流經(jīng)所述金屬箱。上述金屬箱的壁吸收了大部分入射的紫外光，并 且從紫外光源發(fā)出的光線穿過(guò)水體一次并且基本上被金屬吸收。因此，上 述系統(tǒng)沒(méi)有以有效的方式利用光源。需要比現(xiàn)有系統(tǒng)更有效率的紫外線消 毒系統(tǒng)。


在說(shuō)明書(shū)的結(jié)論部分特別指出并清楚地主張了作為本發(fā)明的目的內(nèi)容。 然而，本發(fā)明的關(guān)于構(gòu)造和操作方法二者，及其目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，可以 通過(guò)參考下列詳細(xì)說(shuō)明并與附圖一起閱讀來(lái)最好地理解。
圖1A和1B是根據(jù)本發(fā)明的一些說(shuō)明性的實(shí)施方案的消毒系統(tǒng)的概念 示意圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一些說(shuō)明性的實(shí)施方案的示范性消毒系統(tǒng)的示意
圖2B是圖2A的示范性消毒系統(tǒng)的橫截面圖3描繪了根據(jù)本發(fā)明的一些說(shuō)明性實(shí)施方案的紫外線透射導(dǎo)管的示 范性示意圖4是根據(jù)本發(fā)明的一些說(shuō)明性實(shí)施方案的在其表面部分上具有反射 涂層的示范性紫外線透射導(dǎo)管的概念示意圖的側(cè)視圖5A-5C是根據(jù)本發(fā)明的一些說(shuō)明性實(shí)施方案的導(dǎo)管的示意圖6A和6B是根據(jù)本發(fā)明的一些說(shuō)明性實(shí)施方案的具有形成流動(dòng)的物 體的消毒器的示意圖7是根據(jù)本發(fā)明的一些說(shuō)明性實(shí)施方案的非圓柱形套管的橫截面示 意圖8是根據(jù)本發(fā)明的一些說(shuō)明性實(shí)施方案的具有圖案化的套管
4(patterned sleeve)的示范性消毒系統(tǒng)的概念示意圖9是根據(jù)本發(fā)明的一些說(shuō)明性實(shí)施方案的具有非圓柱形光源的示范
性消毒系統(tǒng)的概念示意圖10是根據(jù)本發(fā)明的一些說(shuō)明性實(shí)施方案的2-管消毒系統(tǒng)的示意圖。 圖11A-11C是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的示范性示意圖，顯示了消毒系統(tǒng)的
模塊特性；
圖12A-12C是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案基于計(jì)算機(jī)模擬的在示范性導(dǎo)管內(nèi) 部的光通量分配的示意圖12D是與圖12A-12C有關(guān)的劑量分布的柱狀圖13A-13B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的基于計(jì)算機(jī)模擬的在不銹鋼導(dǎo)管 內(nèi)部光通量分布的示意圖；和
圖13C是與圖13A-13B有關(guān)的劑量分布柱狀圖。
可以理解，為了示意圖的簡(jiǎn)單和清楚，圖中顯示的部件沒(méi)有必要精確地 或者按比例繪制。例如，為了清楚， 一些部件的尺寸相對(duì)于其它部件或者 相對(duì)于包括在一個(gè)功能模塊或部件的若干個(gè)物理組件來(lái)說(shuō)可以放大了 。進(jìn) 一步地，在合理的考慮之處，在圖中標(biāo)號(hào)可以重復(fù)以指出相應(yīng)或類似的部 件。另外，圖中繪制的一些模塊可以結(jié)合成單一的功能模塊。
本發(fā)明實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明
在下文的詳細(xì)說(shuō)明中，公開(kāi)了許多細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明的徹底了解。然 而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明可以在沒(méi)有這些細(xì)節(jié)的情況下進(jìn)行 實(shí)際操作。在其他情況下，眾所周知的方法、程序、零件和電路可以沒(méi)有 詳細(xì)描寫(xiě)以免使本發(fā)明模糊。
本發(fā)明的一些說(shuō)明性實(shí)施方案包括具有傳輸待消毒液體的導(dǎo)管和位于 透明套管內(nèi)部的照射源，所述照射源位于基本上垂直于導(dǎo)管的對(duì)稱縱軸和 液體流向的位置。
可以理解，液體消毒過(guò)程可以包括鈍化或除去任何有機(jī)體、細(xì)菌、微生 物(microorganism)、生命、動(dòng)物、微生物(microbe)、芽孢(germ)、病毒、 有機(jī)污染物、無(wú)機(jī)污染物、可氧化的有毒物或污染物；生物學(xué)或化學(xué)來(lái)源 的任何累積性的有害生物種；任何旨在氧化污染物和/或同類的氧化顆粒、
5碎片或元素，例如過(guò)氧化氫或二氧化鈦。本發(fā)明的一些說(shuō)明性實(shí)施方案可
以提到使用紫外線(uv)消毒液體和/或氧化液體內(nèi)的離子。然而，本領(lǐng)域
技術(shù)人員可以理解，在本發(fā)明的其它實(shí)施方案中，任何其它適合光譜的光 都可以使用。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1A和1B，其在概念上圖解了根據(jù)本發(fā)明的一些說(shuō)明性的實(shí) 施方案的消毒系統(tǒng)。消毒系統(tǒng)100可以包括傳輸待消毒液體的管或?qū)Ч?01、 一個(gè)或多個(gè)位于導(dǎo)管101內(nèi)并基本上垂直于導(dǎo)管101的對(duì)稱縱軸109的基 本上光透射的套管102和一個(gè)或多個(gè)各個(gè)位于各自的套管102內(nèi)的光源 104。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，光源104可以是能夠發(fā)出254nm光的紫外線 光源。導(dǎo)管101可以具有入口 106來(lái)從外部液體管接收待消毒的液體，和 出口 108來(lái)通過(guò)外部排放管排放液體。系統(tǒng)100可以進(jìn)一步包括接管110 來(lái)將導(dǎo)管101連接到外部液體管上。接管可以包含O-環(huán)以確保在外部管和 導(dǎo)管之間不透水的連接。
導(dǎo)管101可以基本上由UV透射的玻璃例如石英制造。UV透射套管102 可以是例如石英或Teflor^套管。各個(gè)套管102可以具有小于導(dǎo)管101的內(nèi) 部尺寸的外部尺寸，因此液體可以在導(dǎo)管101內(nèi)的套管102周圍流動(dòng)。套 管102的兩端可以從導(dǎo)管101的壁伸出以允許替換套管102內(nèi)的光源104。 當(dāng)液體在導(dǎo)管中流動(dòng)時(shí)，光源104可以照射待消毒的液體。在這些結(jié)構(gòu)中， 導(dǎo)管101內(nèi)的液體可以作為導(dǎo)波器(waveguide)，并且至少光線的一部分， 例如，發(fā)射的紫外線強(qiáng)度的至少一半，可以在UV透射導(dǎo)管101和圍繞它 的空氣的界面上發(fā)生完全的內(nèi)部反射。導(dǎo)管101可以位于保護(hù)性金屬套管 內(nèi)，所述套管在導(dǎo)管和套管之間具有空氣間隙，如圖2B中所示。全部?jī)?nèi)部 反射(TIR)的效果在圖1B中顯示。
雖然本發(fā)明在這方面不受限制，但是光源104可以產(chǎn)生具有適合的UV 殺菌光譜的紫外線。例如光源104可以包括一個(gè)或多個(gè)UV燈，例如低壓 UV燈、低壓高輸出的UV燈、中壓UV燈、高壓UV燈、和/或微波激發(fā)的 UV燈，與本領(lǐng)域中所有已知的一樣。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，液體可以作為導(dǎo)波器，并且至少光線的一部分， 例如，發(fā)射的紫外線強(qiáng)度的至少一半，可以在玻璃導(dǎo)管和圍繞它的空氣的 界面上發(fā)生完全的內(nèi)部反射。根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施方案，發(fā)射的UV強(qiáng)度的至少70%可以在玻璃導(dǎo)管和圍繞它的空氣的界面上發(fā)生完全的內(nèi)部反 射。如圖1B中所示，待消毒的液體可以圍繞各個(gè)光源104流動(dòng)。在這樣的 結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)可以包括附加光源，以使得即使當(dāng)光源104中的一個(gè)完全或 部分功能失常，也可以使液體的消毒達(dá)到要求的級(jí)別。例如，當(dāng)替換或修 理不工作的光源時(shí)，消毒過(guò)程可以持續(xù)。
應(yīng)該注意，其中光源104基本上位于垂直于導(dǎo)管101內(nèi)的液體流向的位 置的本發(fā)明的實(shí)施方案，在液流橫穿那些特定光源時(shí)，可以確保各個(gè)光源 能夠基本上照射全部的液流。
現(xiàn)在參照顯示示范性消毒系統(tǒng)的圖2A和根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的 示范性消毒系統(tǒng)的橫截面2B。示范性消毒系統(tǒng)200可以包括傳輸待消 毒液體的基本上UV透射的導(dǎo)管201 、位于導(dǎo)管201內(nèi)的基本上垂直于導(dǎo)管 201的對(duì)稱軸209的基本上UV透射的套管202A和202B、各個(gè)位于各自的 套管202內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)UV光源204。在該示范性結(jié)構(gòu)中，套管202A和 202B彼此相互垂直。
然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該了解，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，UV透射套 管202可以以繞導(dǎo)管201的對(duì)稱縱軸209的任何旋轉(zhuǎn)角度彼此相對(duì)放置。 根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施方案，UV透射套管202可以以繞導(dǎo)管201的其它對(duì) 稱軸的任何旋轉(zhuǎn)角放置。雖然顯示了對(duì)稱的圓柱形形狀的導(dǎo)管，但是本領(lǐng) 域技術(shù)人員應(yīng)該了解，導(dǎo)管可以具有其它形狀，不必如同圖5A-5C中相關(guān) 描述的細(xì)節(jié)那樣是對(duì)稱的。
導(dǎo)管201可以位于保護(hù)性金屬管203中，在導(dǎo)管201和金屬管203之間 形成空氣間隙208。雖然本發(fā)明的范圍不受該方面的限制，但是外部管103 可以包括由透明材料如玻璃、塑料或任何其它適合的材料制成的透明窗口 210以使操作員觀察導(dǎo)管201，并且在需要時(shí)包括蓋子212以覆蓋窗口 210。 雖然在圖2A的示范性示意圖中顯示了單一的透明窗口，但是本領(lǐng)域技術(shù)人 員應(yīng)該了解，本發(fā)明在這方面不受限制，并且根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，管 203可以包括多于一個(gè)的任何尺寸和/或形狀的透明窗口。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，其繪制了根據(jù)本發(fā)明的一些說(shuō)明性實(shí)施方案的具有四個(gè) 套管的導(dǎo)管示范性示意圖。圖3的示范性導(dǎo)管301包括四個(gè)UV透射的套 管302A-302D，其位于基本上垂直于導(dǎo)管301的對(duì)稱縱軸309的導(dǎo)管301內(nèi)。在該示范性結(jié)構(gòu)中，臨近的套管對(duì)彼此垂直。因此，套管302A和302B 彼此垂直；套管302B和302C彼此垂直；并且套管302C和302D彼此垂直。 進(jìn)一步地，交替的套管對(duì)彼此平行。因此套管302A和302C彼此平行；并 且同樣地，套管302B和302D彼此平行。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該了解， 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，UV透射套筒302可以以繞導(dǎo)管301的對(duì)稱軸309 的任何旋轉(zhuǎn)角彼此相對(duì)放置。套管可以與導(dǎo)管301熔合以形成單一玻璃結(jié) 構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施方案，套管202可以使用殼、接管、連接管或本 領(lǐng)域中已知任何適合的裝置連接于導(dǎo)管301。例如區(qū)域316A-316D中的每 一個(gè)都可以是用于套管302A-302D中一個(gè)的金屬殼。金屬殼可以在其內(nèi)表 面用反射涂層涂覆，以提高消毒過(guò)程的效率。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，反 射涂層可以涂有UV透射、抗UV和生物-相容的涂層，例如Teflor^涂層。
雖然，套管如現(xiàn)在的舉例是圓柱狀的，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該了解本發(fā)明 的技術(shù)方案在這方面不受限制，并且套管可以具有其它適合的形狀，例如 流體動(dòng)力學(xué)形狀，如下圖7中詳述的。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4，其在概念上圖解根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案的在其表面 部分上具有反射涂層的示范性導(dǎo)管的側(cè)視圖。套管402可以位于導(dǎo)管401 內(nèi)，套管402基本上垂直于導(dǎo)管401的對(duì)稱縱軸409。 UV光源404可以位 于套管402內(nèi)。由于套管402和導(dǎo)管401基本上對(duì)紫外光是透射的，液體 可以作為導(dǎo)波器并且至少光的一部分，例如光線410和411可以在導(dǎo)管401 和圍繞它的空氣的界面408上發(fā)生完全的內(nèi)部反射。
但是，光線例如光線413具有的與導(dǎo)管表面角度超過(guò)臨界角，因此光線 不能經(jīng)受完全的內(nèi)部反射(TIR)。這種光線在橫穿液體僅僅一次之后就傳 送到液體外部。導(dǎo)管401可以包含一個(gè)或多個(gè)鏡子或UV反射涂層區(qū)域407， 以將未被引導(dǎo)的光線，例如光線412反射回液體中。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，導(dǎo)管401的至少部分外表面可以涂有UV 反射涂層407以產(chǎn)生背面鏡像效應(yīng)(rear surface mirror effect),例如，允許來(lái) 自光源404的更大部分的光照射導(dǎo)管401中流動(dòng)的液體。涂層407可以將 到達(dá)套管402相對(duì)臨近的表面的附加光線反射回液體。反射涂層407可以 包含鋁沉積、金沉積或多層絕緣材料。可以使用任何其它適合的反射涂層。
8根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施方案，導(dǎo)管的全部表面都可以涂有反射涂層以提高 背面鏡像效應(yīng)。
雖然本發(fā)明的范圍不受這方面的限制，導(dǎo)管401的至少一部分，例如圍 繞光源404的區(qū)域414可以來(lái)自具有UV反射性質(zhì)的材料，例如鋁或任何 其它金屬。反射區(qū)域414可以將不能經(jīng)受TIR的非引導(dǎo)的光線例如光線413 反射回液體。反射區(qū)域414可以包括其內(nèi)表面上的UV反射涂層或者可以 被具有UV反射性質(zhì)的材料制成的薄片覆蓋。UV反射涂層或薄片可以通過(guò) 使用抗UV、 UV透射的涂層例如Tefloi^涂覆被來(lái)防止受水的損害。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5A、 5B和5C，它們根據(jù)本發(fā)明的一些說(shuō)明性實(shí)施方案繪 制了沿著導(dǎo)管的長(zhǎng)度具有變化的直徑的導(dǎo)管的示意圖。導(dǎo)管的形狀可以預(yù) 先確定以提高消毒過(guò)程的效率。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，導(dǎo)管501的內(nèi)徑 可以沿著其長(zhǎng)度改變，如圖5A、 5B和5C的說(shuō)明性示意圖中所繪制的。導(dǎo) 管的具體形狀可以影響液體流的模式(liquid flow pattern),并且形狀可以預(yù) 先確定以提高消毒系統(tǒng)的總效率。應(yīng)該理解，導(dǎo)管501可以具有任何其它 對(duì)稱或非對(duì)稱形狀。
現(xiàn)在參照?qǐng)D6A和6B，其根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案繪制了具有形成流 動(dòng)的物體的消毒系統(tǒng)的一部分。消毒系統(tǒng)600A和600B中每一個(gè)都可以包 括傳輸待消毒液體的導(dǎo)管601、位于導(dǎo)管601內(nèi)并基本上垂直于導(dǎo)管601對(duì) 稱縱軸的基本上UV透射的套管602和位于套管602內(nèi)的UV光源604。導(dǎo) 管601可以包括一個(gè)或多個(gè)連接于導(dǎo)管的物體614。如圖6A中的圖示，物 體614可以附著于位于距導(dǎo)管表面相對(duì)距離的凸起部。如圖6B中的圖示， 物體614可以附著于導(dǎo)管的表面或者位于表面相對(duì)鄰近區(qū)域。物體614可 以是預(yù)先設(shè)計(jì)的，并且可以位于導(dǎo)管601中的特殊位置以影響液體流動(dòng)模 式。此外或者作為選擇，UV透射物體和/或UV散射物體和/或UV反射物 體可以附著、連接或加至導(dǎo)管601 。形成流動(dòng)的物體可以影響液體流量(liquid flux)和液體徑跡(liquid track)的分布，并且物體形狀和位置可以預(yù)先確定以 提高消毒過(guò)程的總效率。光散射物體和/或光反射物體可以影響UV光線強(qiáng) 度的空間分布，并且物體的形狀和位置可以預(yù)先確定以提高消毒過(guò)程的總 效率。
現(xiàn)在參考圖7，其根據(jù)本發(fā)明的一些說(shuō)明性實(shí)施方案描繪了非圓柱狀套
9管的截面示意圖。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，套管702可以具有流體動(dòng)力學(xué) 的形狀以防止液體停滯區(qū)的形成，所述液體停滯區(qū)可以在接近于套管702 的在面對(duì)導(dǎo)管出口的區(qū)域以低速度流動(dòng)。套管702的特殊形狀可以設(shè)計(jì)成 能夠改善光分布和液體流模式以提高消毒系統(tǒng)的總效率。本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)該理解，具有非圓柱狀形狀的套管702可以位于基本上UV透射的導(dǎo)管 內(nèi)并基本上垂直于液體流方向。或者，非圓柱狀套管可以位于非透明的容 器例如不銹鋼導(dǎo)管或反應(yīng)器內(nèi)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D8，其為根據(jù)本發(fā)明的一些說(shuō)明性實(shí)施方案的具有圖案化套 管的示范性消毒系統(tǒng)的概念示意圖。套管802可以位于導(dǎo)管801內(nèi)部，套 管802基本上垂直于導(dǎo)管801的對(duì)稱縱軸。UV光源804可以位于套管802 內(nèi)部。由于套管802和導(dǎo)管801基本上對(duì)UV光線是透射的，因此液體可 以作為導(dǎo)波器并且至少光線的一部分可以在導(dǎo)管801和其環(huán)境的界面上發(fā) 生完全內(nèi)部反射。對(duì)另一部分不能經(jīng)受TIR的光線來(lái)說(shuō)，導(dǎo)管801可以包 括一個(gè)或多個(gè)鏡子或UV反射涂層區(qū)域807以將射線反射回液體。但是某 些射線可以避開(kāi)了 TIR和UV反射區(qū)域二者。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，套管802可以包括一個(gè)或多個(gè)物體805，其位 于特殊位置并且加工成型以便影響導(dǎo)管801內(nèi)部的光分布。物體805可以 是任何適合材料制成的UV散射或UV反射物體。例如，將光線820指向未 涂有反射涂層的區(qū)域821。因此，在非圖案化的套管中這種光線在通過(guò)區(qū)域 821離開(kāi)導(dǎo)管之前將會(huì)在短距離穿過(guò)液體。通過(guò)使用套管802代替，光線 820可以擊中物體805，改變其方向(箭頭822)，并且到達(dá)反射區(qū)域807而 被反射回液體。
雖然，圖案化套管被描述為位于基本上UV透射導(dǎo)管內(nèi)部并基本上垂直 于液體流方向，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明的實(shí)施方案在這方 面不受限制，并且本發(fā)明的實(shí)施方案同樣適用于在任何容器或?qū)Ч軆?nèi)部相 對(duì)于液體流的任何位置使用這種圖案化套管，所述容器或?qū)Ч馨ǚ峭该?容器例如不銹鋼導(dǎo)管或反應(yīng)器。
現(xiàn)在參照?qǐng)D9，其為根據(jù)本發(fā)明的一些說(shuō)明性實(shí)施方案的具有非圓柱狀 光源的示范性消毒系統(tǒng)的概念示意圖。套管902可以位于導(dǎo)管901內(nèi)部， 使得套管902基本上垂直于導(dǎo)管901的對(duì)稱縱軸。UV光源904可以位于套管902內(nèi)部。由于套管902和導(dǎo)管901 二者基本上對(duì)紫外線透射，因此液 體可以作為導(dǎo)波器，并且至少一部分光線可以在導(dǎo)管901及其環(huán)境的界面 上發(fā)生完全的內(nèi)部反射。對(duì)另一部分不能經(jīng)受TIR的光線來(lái)說(shuō)，導(dǎo)管901 可以包括一個(gè)或多個(gè)鏡子或UV反射涂層區(qū)域907以將光線反射回液體。 光源904可以具有非圓柱幾何形狀；例如，其橫截面可以是橢圓形或任何 其它要求的形狀以產(chǎn)生受控制的光分布。例如，燈的形狀可以旨在產(chǎn)生非 圓形光分布，以致于與向?qū)Ч?01表面的光線相比，更多的光線將會(huì)朝向 液體流的方向。光源904的特殊形狀可以根據(jù)系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)和消毒過(guò)程 的特殊特征來(lái)設(shè)計(jì)，以此提高消毒系統(tǒng)的總效率。
雖然，非圓柱狀的光源被描述為位于基本上UV透射導(dǎo)管內(nèi)并基本上垂 直于液體流方向，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明的實(shí)施方案在這 方面不受限制，并且本發(fā)明的實(shí)施方案同樣適用于在任何容器或?qū)Ч軆?nèi)部 相對(duì)于液體流的任何位置使用這種光源，所述容器或?qū)Ч馨ǚ峭该魅萜?例如不銹鋼導(dǎo)管或反應(yīng)器。
現(xiàn)在參照?qǐng)D10,其根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案繪制了 2-管消毒系統(tǒng)的示范 性示意圖。消毒系統(tǒng)140可以包括輸送待消毒的液體的導(dǎo)管141。導(dǎo)管141 可以包括超過(guò)一個(gè)支管，例如兩個(gè)支管，143A和143B來(lái)增加液體流。具 有超過(guò)一個(gè)支管可以能夠較好的控制導(dǎo)管141中的內(nèi)部壓力。導(dǎo)管141可 以具有入口 146來(lái)從外部液體管接收待消毒的液體，和出口 148來(lái)通過(guò)外 部排放管排出液體。
系統(tǒng)140可以包括一個(gè)或多個(gè)位于支管(branch)143A內(nèi)部并基本上垂直 于支管143A的對(duì)稱縱軸149A的基本上UV透射的套管142A，和各個(gè)位于 各自的套管142A中的一個(gè)或多個(gè)UV光源144A。系統(tǒng)140可以進(jìn)一步包 括一個(gè)或多個(gè)位于支管143B內(nèi)部并基本上垂直于支管143B的對(duì)稱縱軸 149B的基本上UV透射的套管142B，和各個(gè)位于各自的套管142B中的一 個(gè)或多個(gè)UV光源144B。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，雖然描述了 2-支管的導(dǎo)管，但是本發(fā)明的實(shí) 施方案不受這方面的限制，并且根據(jù)本發(fā)明其它實(shí)施方案的消毒系統(tǒng)可以 包括超過(guò)2個(gè)支管用于液體流。
圖11A-11C顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的消毒系統(tǒng)的模塊特性。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，消毒系統(tǒng)的液體流部分可以根據(jù)兩種類型的模塊構(gòu)
建塊導(dǎo)管部件151和套管部件152來(lái)構(gòu)造。套管部件152可以包括具有位 于套管部件152內(nèi)的UV透射套管154的環(huán)153。內(nèi)徑或環(huán)153大于套管 154的外徑。部件152可以還包括位于套管154內(nèi)的UV光源。部件152的 兩端可以包括連接一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管151的接管、連接管或螺旋機(jī)構(gòu)。導(dǎo)管 部件151可以基本上由UV透射材料例如上面詳細(xì)描述的石英制成。導(dǎo)管 151的外徑基本上與環(huán)153的外徑相似。導(dǎo)管151的兩端可以包括與一個(gè)或 多個(gè)部件152連接的接管、連接管或者螺旋機(jī)構(gòu)。在導(dǎo)管151和套管參數(shù) 152之間的連接可以是不透水的連接。
雖然本發(fā)明在這方面不受限制，但如上所述至少一個(gè)套管部件152和兩 個(gè)導(dǎo)管部件151可以制成導(dǎo)管組傳輸如上所述的待消毒的液體。導(dǎo)管組可 以包含n個(gè)導(dǎo)管部件152和n + l個(gè)導(dǎo)管部件151。例如，如圖11B中所示， 導(dǎo)管150可以包含一個(gè)套管部件152和兩個(gè)導(dǎo)管部件151。另一個(gè)實(shí)施例， 在圖11C中展示，導(dǎo)管160可以包含兩個(gè)套管部件152和三個(gè)導(dǎo)管部件151 。
雖然在圖11A-11C的示范性示意圖中顯示了導(dǎo)管150和160，但是本領(lǐng) 域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明不受這方面的限制，并且根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施 方案，任何n+l導(dǎo)管部件151和n套管部件152的組合都可以連接起來(lái)形 成導(dǎo)管組。
雖然本發(fā)明的實(shí)施方案在這方面不受限制，但是應(yīng)該理解和模仿的是， 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的預(yù)先設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)提高了 UV殺毒的效率并提高殺 死概率，亦即使存在于導(dǎo)管101中的液體流中的存在物失去活性的概率。
計(jì)算機(jī)模擬
下面是根據(jù)本發(fā)明的一些說(shuō)明性實(shí)施方案的關(guān)于照射通量分布 (illumination flux distribution)的實(shí)例。應(yīng)該注意到，用于這些實(shí)例中的照射 通量分布并未旨在將本發(fā)明的范圍限定到任何特定的結(jié)構(gòu)和/或照射通量分 布。
圖12A-12C圖解了在液體消毒過(guò)程中，示范性導(dǎo)管內(nèi)部光通量分布的 計(jì)算機(jī)模擬。模擬系統(tǒng)是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的示范性系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括 石英套管內(nèi)部的一個(gè)UV光源，所述套管位于石英導(dǎo)管中間，并使得套管
12垂直于定義為z方向的導(dǎo)管的對(duì)稱縱軸。套管的縱軸定義為x方向。對(duì)
50mVh的液體流進(jìn)行計(jì)算。導(dǎo)管的長(zhǎng)度采用80mm，導(dǎo)管的內(nèi)徑為75mm， 保護(hù)UV光源的套管的外徑為44mm，并且壓力下降為AP (在50n^/h下) =0.27[bar]。用于計(jì)算機(jī)模擬的液體為UVT (紫外線透射)98%的清澈的 水。
圖12A為部分導(dǎo)管在Y-Z平面的橫截面，圖解了在光源和導(dǎo)管出口端 之間的光通量分布。圖12B是同樣部分的導(dǎo)管在X-Z平面的橫截面，圖解 了在光源和導(dǎo)管出口端之間的光通量分布。圖12C是完整的導(dǎo)管在Y-Z平 面的橫截面，圖解了在導(dǎo)管入口端和出口端之間的光通量分布。如同可以 看見(jiàn)的那樣，光線以相當(dāng)大的強(qiáng)度到達(dá)管的完整長(zhǎng)度凹槽。圖12D顯示的 圖說(shuō)明了在石英導(dǎo)管內(nèi)部計(jì)算過(guò)的歸一化的UV劑量分布。歸一化的劑量 分布函數(shù)接近為高斯函數(shù)。
作為比較數(shù)據(jù)，圖13A和13B圖解了常規(guī)不銹鋼容器內(nèi)部的光通量的 計(jì)算機(jī)模擬，所述容器在液體消毒過(guò)程期間具有20%的反射。用于比較模 擬的所有其它參數(shù)與圖12A-12C的模擬類似。如同可以看見(jiàn)的那樣，在 50mm之后光強(qiáng)度幾乎為零的是Z方向。圖13C顯示的圖說(shuō)明了在常規(guī)不 銹鋼導(dǎo)管內(nèi)部的UV劑量分布。正如所料，在具有(48[mJ/cm力的數(shù)值的不 銹鋼導(dǎo)管內(nèi)的平均劑量遠(yuǎn)小于具有(228[mJ/cm^)的數(shù)值的石英導(dǎo)管的平均 劑量。常規(guī)不銹鋼導(dǎo)管的劑量分布比石英導(dǎo)管的劑量分布寬。
雖然本發(fā)明的某些特征己經(jīng)在這里圖解和描述，但是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)可以想到許多修改、置換、變化和等效產(chǎn)品。因此應(yīng)該理解，附加 權(quán)利要求旨在包括屬于本發(fā)明的真實(shí)精神的所有這類改動(dòng)和變化。
權(quán)利要求
1.通過(guò)光進(jìn)行液體消毒的裝置，該裝置包括基本上光透射的導(dǎo)管，用于傳輸待消毒的流動(dòng)液體；基本上光透射的套管，具有小于所述導(dǎo)管內(nèi)部尺寸的外部尺寸，所述套管位于所述導(dǎo)管內(nèi)并基本上垂直于所述導(dǎo)管的對(duì)稱軸；和位于所述套管內(nèi)的光源。
2. 權(quán)利要求1的裝置，其中所述透射套管包含石英。
3. 權(quán)利要求1的裝置，其中所述導(dǎo)管包含石英。
4. 權(quán)利要求1的裝置，其中所述透射套管與所述導(dǎo)管熔合。
5. 權(quán)利要求1的裝置，包括位于所述導(dǎo)管內(nèi)并基本上垂直于所述導(dǎo)管對(duì) 稱軸的附加套管。
6. 權(quán)利要求1的裝置，其中所述透射套管具有流體動(dòng)力學(xué)形狀。
7. 權(quán)利要求1的裝置，其中所述透射套管具有旨在影響所述導(dǎo)管內(nèi)的光 分布的圖案化表面。
8. 權(quán)利要求1的裝置，其中一個(gè)或多個(gè)物體位于所述導(dǎo)管內(nèi)部來(lái)影響水 的流動(dòng)模式。
9. 權(quán)利要求1的裝置，其中一個(gè)或多個(gè)物體位于所述導(dǎo)管內(nèi)部來(lái)影響所 述導(dǎo)管內(nèi)的光分布。
10. 權(quán)利要求1的裝置，其中所述導(dǎo)管具有基本上為圓柱狀并且至少在 所述導(dǎo)管的一部分具有變化的直徑尺寸的形狀。
11. 權(quán)利要求1的裝置，其中所述導(dǎo)管外表面的一部分使用UV反射涂 層涂覆。
12. 權(quán)利要求l的裝置，其中所述導(dǎo)管包括接收液體的入口、 一個(gè)或多 個(gè)傳輸液體的支管和排放液體的出口 。
13. 權(quán)利要求1的裝置，其中所述導(dǎo)管位于具有透明窗口的金屬容器內(nèi)。
14. 權(quán)利要求1的裝置，其中所述光源為紫外線光源。
15. 權(quán)利要求l的裝置，其中所述光源具有非圓柱狀的伸長(zhǎng)的形狀。
16. 權(quán)利要求1的裝置，其中所述導(dǎo)管包括兩個(gè)光透射部分，由包含所 述套管的金屬殼分開(kāi)。
17.權(quán)利要求16的裝置，其中所述金屬殼的內(nèi)表面由紫外線反射涂層
18.權(quán)利要求17的裝置，其中所述紫外線反射涂層使用UV透射、抗 UV涂層涂覆。
全文摘要
本發(fā)明的一些說(shuō)明性實(shí)施方式包括基于照射的液體消毒裝置(100)。該消毒裝置(100)包括用來(lái)傳輸待消毒的流動(dòng)液體的光透射導(dǎo)管(101)、外部尺寸小于導(dǎo)管(101)的內(nèi)部尺寸的基本上光透射的套管(102)和位于套管(102)內(nèi)部的光源(104)，其中導(dǎo)管(101)具有用來(lái)接收液體的入口(106)和用來(lái)排放液體的出口(108)，套管(102)位于導(dǎo)管(101)內(nèi)并基本上垂直于導(dǎo)管(101)的對(duì)稱軸。
文檔編號(hào)C02F1/32GK101588994SQ200780046174
公開(kāi)日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2007年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月14日
發(fā)明者U·利維, Y·羅森貝格, Z·瓦迪爾 申請(qǐng)人:安特蘭德技術(shù)有限公司