用於液體淨化組件的照射組件、淨化組件與飲料分配器的製作方法

2023-06-09 18:35:01 1

本發明涉及用於液體淨化設備的照射組件，該照射組件利用紫外線照射防止病原微生物繁殖。本發明尤其涉及用於小型液體淨化設備的照射室，以及包括這種液體淨化設備的飲料分配器(例如飲水器)。

背景技術：

本發明整體涉及包括用於淨化液體的照射室的淨化設備。本發明尤其涉及液體淨化組件、包括這種淨化設備的飲料分配器，以及用於淨化液體的方法。

淨化用於飲用的液體(諸如水)的最基本的工作之一是消毒，以確保水中存在的任何病原微生物(例如細菌、病毒和原生動物)不會導致飲水的任何人患病。通過紫外線(UV)照射方法進行該消毒是已知的，在該方法中，用紫外線形式的高能輻射轟擊一定體積的待處理的水。紫外線損害病原微生物的DNA和RNA，破壞它們的繁殖能力並且有效地消除它們引起疾病的能力。

由於這種系統使用光線進行消毒，在天然不透明的或者未經過濾去除懸浮固形物的液體上，這種系統的有效性下降。出於本文檔的目的，「淨化」的範圍因此應被理解為涵蓋其中濁度極小的液體的消毒。

傳統的紫外線液體淨化系統採用了氣體放電燈特別是汞蒸氣燈作為紫外線來源。最近，越來越普遍的是採用紫外線發光二極體(UV-LED)作為照射用紫外光的來源。UV-LED具有許多益處，吸引人們將其用於紫外線液體淨化系統，值得注意的益處是其尺寸緊湊、可靠並且沒有常規燈具中存在的有毒組分(如汞蒸氣)。UV-LED的固態特性還使其能夠立即接通和切斷，這是相對於常規的氣體放電燈的又一個優點。

現有技術中有若干個採用UV-LED通過紫外線照射來淨化液體的示例。例如，文檔CN 202175579描述了一種照射裝置，其中單根照射管螺旋盤繞在UV-LED陣列周圍，從而允許連續處理液體。文檔DE102005057875公開了一種裝置，該裝置在小型汙水處理與淨化廠中採用依序分批式反應器方法對汙水進行滅菌。然而，在所公開的裝置中，未經處理的水將處理過的水推出裝置，這可能給流體動力帶來麻煩(諸如產生捷徑和停滯區)，導致所公開的裝置不能保證實際上完全淨化所有流過該裝置的水。

一般而言，為確保處理過的液體得到有效淨化，必須用紫外線照射所述液體足夠長的時間。已知的小型淨化設備(例如，飲水器中使用的小型淨化設備)通常包括照射室，在從淨化設備抽取液體時，液體在照射室內連續流動。

由於照射室具有一定容積，所以液體在照射室內流動的平均速度減小，從而延長了液體在照射室內的停留時間，因此延長了照射時間。

典型的照射室基本上為圓筒形，其每一端都由直壁閉合。

但是，在這種液體淨化設備中，照射時間(這是通過紫外線照射來淨化液體的一個重要因素)取決於照射室內液體的流速。

實際上，照射時間等於在照射室內的停留時間(假設UV-LED已接通)，該停留時間取決於流流速。尤其是在小型淨化設備中，不但要求液體具有較小的流速，還需要大量的紫外線源。

此外，流體在照射室內流動時，可能存在死體積(即，照射室內流體停滯的那些部分)和捷徑(流體流線不減速，從照射室的入口直達出口)。死體積和捷徑降低了照射室的消毒效率。最後，在本領域現有技術已知的淨化設備中，由於處理過的液體被未經處理的液體推出照射室，所以處理過的液體和未經處理的液體之間可能出現交叉汙染。

因此，本發明的目標是提供一種使用紫外線照射的液體淨化組件，該液體淨化組件可解決或減輕至少一個上文提到的缺點。

技術實現要素：

在本發明的第一方面，提供了一種使用紫外線照射防止病原微生物繁殖的液體淨化組件，該液體淨化組件包括照射室，該照射室具有內部容積並包括入口和出口，其中照射室設有紫外線發光裝置，該紫外線發光裝置被配置成利用紫外線照射該照射室內的液體。照射室包括被配置成引起照射室內部容積的變化的機構，所述內部容積的變化在照射室容積增大時將液體吸入照射室，並在照射室容積減小時將液體壓出照射室。

使用這種組件，可採用分批依序模式淨化液體。由於處理過的液體不是被未經處理的液體推出照射室，而是被機構壓出照射室，因此用戶可以確信所有的液體都得到了充分處理，並且處理過的液體和未經處理的液體之間沒有交叉汙染。另外，這使得可以高效地淨化精確量的液體。最後，這可減輕進行連續淨化的設備中可能存在的流體動力學問題。

在一些實施方案中，液體淨化組件還可替代通常用於淨化設備中的循環泵。

液體淨化組件可包括被配置成允許液體流過入口進入照射室的第一單向閥，和被配置成允許液體流過出口離開照射室的第二單向閥。

在本發明的一個實施方案中，液體淨化組件包括一端由壁閉合的圓筒，以及被封閉在所述圓筒內的可移動活塞，該活塞的移動引起照射室的被包含在活塞與將圓筒的一端閉合的壁之間的內部容積的變化。

在這個實施方案中，入口和出口可位於將圓筒的一端閉合的壁上。另選地，入口可位於將圓筒的一端閉合的壁上，而出口可位於活塞上；出口可位於將圓筒的一端閉合的壁上，而入口可位於活塞上。入口和出口都可位於活塞上。

紫外線發光裝置可被包括在活塞上。紫外線發光裝置可被包括在將圓筒的一端閉合的壁上。在本發明的一個變型中，圓筒具有透明的側壁，紫外線發光裝置可設置在所述側壁上。

在本發明的另一個實施方案中，相應的液體淨化組件可包括形成照射室的壁的可變形膜，所述膜變形引起照射室內部容積的變化。

紫外線發光裝置可包括或可為紫外線發光二極體。

液體淨化組件還可包括電子控制器，該電子控制器被配置成控制照射室的容積和/或紫外線發光裝置的發光。

液體淨化組件還可包括至少一種用於防止因空氣進入組件而造成汙染的系統，該系統選自以下系統：

·位於照射室入口前方的空氣微濾系統；

·無菌空氣環路；以及

·對照射室進行滅菌和乾燥的快速加熱系統；

本發明還涉及包括如上所述的液體淨化組件的飲料分配器(諸如飲水器)，該飲料分配器被配置成先利用紫外線照射將飲料淨化，再將飲料輸送出去。

本發明還涉及一種用於淨化液體的方法，包括：

·提供根據權利要求1至13中任一項所述的液體淨化組件，其中照射室處於最小容積；

·增大照射室的容積，由此造成壓力降低，從而通過入口將液體吸入照射室；

·使用紫外線發光裝置照射所述照射室中容納的液體，由此將照射室中容納的液體淨化；

·減小照射室的容積，由此將淨化過的液體壓出照射室。

附圖說明

本發明的額外特徵和優點在下文參照附圖給出的目前優選實施方案的說明中有所描述，並且這些特徵和優點將從該說明中顯而易見，其中：

圖1為液體淨化設備的一個示例的示意圖，該液體淨化設備代表包括照射室的液體淨化設備；

圖2為根據本發明的一個實施方案的液體淨化組件的示意圖；

圖3為根據圖2的實施方案的第一變型的液體淨化組件的示意圖；

圖4為根據圖2的實施方案的第二變型的液體淨化組件的示意圖；

圖5為根據圖2的實施方案的第三變型的液體淨化組件的示意圖；

圖6示意性地呈現了根據本發明的另一方面的方法。

具體實施方式

為了完全理解本發明及其優點，參考對本發明的以下詳細說明。

現參考以下實施例進一步描述本發明。應當理解，受權利要求書保護的本發明並非旨在以任何方式限制於這些實施例。

還應當理解，本發明的各實施方案可以與本發明的其他實施方案組合，並且僅是製備和使用本發明的具體方式的示例，當以權利要求書和以下詳細說明進行考慮時並不限制本發明的範圍。

圖1為本領域現有技術已知的液體淨化設備100(尤其是被包括在飲料分配器諸如飲水器中的液體淨化設備)的示意圖。以下對液體淨化設備的描述涉及這種液體淨化設備的一個示例的總體構造。

液體淨化設備100具有貯存器101，其中容納一定體積的液體102。在本實施方案中，液體102為水，但液體可任選地為任何足夠透明的液體。液體102從貯存器101中抽出，經過泵管103進入泵104。液體102從泵104被引導進入循環管105。

如圖所示，循環管105從泵104延伸穿過照射裝置106，在泵104與淨化設備的排出口107之間建立起流體連通。

在照射裝置106中，通過紫外線照射來淨化液體。在圖示實施方案中，照射裝置106包括具有內表面108的管狀結構。內表面108是反射性的，優選地由高度拋光的金屬製成，或者另選地被反射性金屬箔覆蓋。多個主紫外線發光二極體(UV-LED)109設置在所述主照射裝置106的內表面108上，從而在照射室111內投射紫外線照射110。

照射室在一端包括入口，在其另一端包括出口。

液體102在照射室111內得到照射、因此得到消毒之後，流到排出口107而從設備100排出。

任選地，淨化設備可進一步設置次照射裝置112，該次照射裝置包括至少一個次UV-LED 113。次照射裝置112將紫外線110投射到排出口107上，用於對排放的流體進行滅菌。

設置在主照射裝置106上的UV-LED 109和設置在次照射裝置112上的UV-LED 113的輸出和數量可根據設備100的具體特性和將在其中採用該設備的應用而改變。

在圖示實施方案中，設備100還包括控制裝置114，該控制裝置被配置成以電子方式控制主照射裝置106、次照射裝置112和泵104的操作。優選地，控制裝置114還與設置在主照射裝置106內的光傳感器115通信。控制裝置114利用光傳感器115的輸出來校準主UV-LED 109發出的紫外線照射110的強度、監控設備100的操作，以及在出現任何故障時提醒用戶。

儘管本文討論的設備採用了光傳感器115，但應當理解，設備100可配置其他傳感器(例如流量計、水透明度傳感器、熱電偶等)，所述其他傳感器與控制裝置114通信，並允許控制裝置不斷地調整液體淨化裝置的操作參數。因此，控制裝置114的確切配置和操作程序會根據將在其中採用該液體淨化裝置的應用而改變。

圖2為根據本發明的一個實施方案的液體淨化組件的示意圖。該淨化組件基本上對應於如圖1所示的淨化裝置106。在一些應用中，該淨化組件也可替代泵104。圖示的液體淨化組件包括照射室200。提供了一種機構，來引起照射室的內部容積的變化。在圖示的示例中，液體淨化組件包括一端由壁202閉合的圓筒。活塞203被封閉在所述圓筒內。活塞203是可移動的，可在圓筒201內平移。活塞203的移動引起照射室200的(在本發明的實施方案中)被包含在活塞203與壁202之間的內部容積的變化。活塞可由致動器(未示出)致動，其中致動器例如電動致動器或液壓致動器。活塞的移動可由控制器控制(經由致動器的控制項控制)，所述控制器例如與圖1所示的控制器114類似的控制器或另一個專用控制器。控制器可命令照射室200的容積發生任何變化，最多達到照射室的最大容積。控制器可被配置成命令照射室的容積發生特定次數的預定變化。因此，該淨化組件使得可以淨化精確量的液體。被吸入照射室中並且其總量由照射室的容積的變化限定的液體，在給定的照射時間內得到了有效照射。

照射室包括入口204和出口205。待消毒的液體可通過入口204流入照射室，並通過出口205流出照射室。為確保液體沿該流動方向流動，在圖示的示例性實施方案中，第一單向閥206被配置成允許液體流過入口204進入照射室，第二單向閥207被配置成允許液體流過出口205離開照射室。單向閥可以是被動單向閥，也就是說，在其兩端的壓差作用下開啟或閉合。在其他實施方案中，單向閥可以是主動單向閥，也就是說，受先導控制而開啟或閉合。在這種情況下，可使用電磁閥。

在本示例性實施方案中，入口和出口都位於壁202上。入口204和出口205也可位於許多其他位置，如圖3、圖4和圖5以舉例的方式示出，以及如下文所述。

照射室200設有紫外線發光裝置208。更具體地講，在本示例性實施方案中，紫外線發光裝置208為紫外線發光二極體(UV-LED)。紫外線發光裝置208適於在照射室200內發出紫外線。在圖示的實施方案示例中，UV-LED位於壁202上。UV-LED也可具有許多其他配置，如圖3、圖4和圖5以舉例的方式示出，以及如下文所述。

圖3為根據圖2的實施方案的第一變型的液體淨化組件的示意圖。更具體地講，該圖示出了入口、出口和紫外線發光裝置的位置的第一種可能的變型。所示的淨化組件具有與圖2的淨化組件相同的總體結構。該淨化組件包括：照射室300、一端由壁302閉合的圓筒301，以及包括活塞303的機構。入口304位於活塞303上，並包括相應的第一單向閥306。出口305位於壁302上，並包括相應的第二單向閥307。紫外線發光裝置308被布置在壁302和活塞303上。

當然，在具有這種配置的紫外線發光裝置308的一個變型中，入口304可位於壁302上而出口305可位於活塞303上，或者，入口304和出口305可都位於壁302上、或可都位於活塞303上。

圖4為根據圖2的實施方案的第二變型的液體淨化組件的示意圖。更具體地講，該圖示出了入口、出口和紫外線發光裝置的位置的第二種可能的變型。此處所示的淨化組件具有與圖2的淨化組件相同的總體結構。該淨化組件包括：照射室400、一端由壁402閉合的圓筒401，以及包括活塞403的機構。入口404位於壁402上，並包括相應的第一單向閥406。出口405位於活塞403上，並包括相應的第二單向閥407。紫外線發光裝置408被布置在壁402上。

當然，在具有這種配置的紫外線發光裝置408的一個變型中，入口404可位於活塞403上而出口405可位於壁402上，或者，入口404和出口405可都位於壁402上、或可都位於活塞403上。

圖5為根據圖2的實施方案的第三變型的液體淨化組件的示意圖。更具體地講，該圖示出了入口、出口和紫外線發光裝置的位置的第三種可能的變型。所示的淨化組件具有與圖2的淨化組件相同的總體結構。該淨化組件包括：照射室500、一端由壁502閉合的圓筒501，以及包括活塞503的機構。入口504位於活塞503上，並包括相應的第一單向閥506。出口505也位於活塞503上，並包括相應的第二單向閥507。紫外線發光裝置508被布置在圓筒501上。

當然，在具有這種配置的紫外線發光裝置508的一個變型中，入口504可位於活塞503上而出口505可位於壁502上，或者入口504可位於壁502上而出口505可位於活塞503上，或者入口504和出口505可都位於壁502上。

紫外線發光裝置可具有許多其他配置。另外，照射室的內表面可塗覆有紫外線反射材料，以改善紫外線分布。

根據第二方面，本發明涉及一種用於淨化液體的方法。該方法的一個示例性實施方案示於圖6中。

為實施參照圖6所述的方法，提供了如前所述的液體淨化組件。圖6所示的方法實施參照圖2所述的液體淨化組件。

然而，可使用根據本發明的任何其他組件。

該方法從填充步驟S1開始。在填充步驟S1開始時，照射室具有最小容積。該最小容積可為零或接近零，或為由液體淨化組件的活塞(或任何其他機構)的預定位置限定的某個小容積。

將照射室的容積逐漸增至最大容積(或預定容積)；照射室內的壓力降低，因此，照射室入口處的第一單向閥開啟，液體被吸入照射室。

當照射室已達到最大容積，在照射步驟S2接通紫外線發光裝置。利用紫外線照射對已在填充步驟S1期間被吸入照射室內的液體進行消毒。在該方法的圖示實施方案中，照射室的容積在照射步驟期間不發生變化。因此，液體在淨化期間不在照射室內循環。

在預定時間之後，認為液體已得到淨化，所述預定時間取決於照射室內液體的量，以及在所述液體中發出的紫外線的強度。一般說來，照射室內液體的體積越大，照射時間越長。

在排空步驟S3中，減小照射室的容積。這導致照射室內的壓力增大，因此，照射室出口處的第一單向閥開啟，淨化過的液體被壓出照射室。

根據所述方法的變型實施方案，照射步驟S2可與填充步驟S1和/或排空步驟S3重疊。換句話說，可在填充步驟S1和/或排空步驟S3期間接通紫外線發光裝置。這延長了所處理的液體的平均照射時間。

在這種方法中，採用分批依序模式淨化液體。這使得可以減輕採用連續淨化方法時可能出現的流體動力學問題(湍流、死體積(液體在其中停滯)等等)。此外，由於處理過的液體不是被未經處理的液體推出照射室，而是被機構壓出照射室，因此用戶可以確信所有的液體都得到了充分處理，並且處理過的液體和未經處理的液體之間沒有交叉汙染。

由於根據本發明的液體淨化組件充當容積泵，所以在一些實施方案中可替代有些淨化設備中所用的循環泵。

本說明書中使用的詞語「包括」、「包含」和類似的詞語，都不應被理解為具有排他性或窮舉性的含義。換句話講，這些詞語用來指「包括但不限於」的意思。

不能將本說明書中對現有技術文獻中的任何參考視為承認此類現有技術為眾所周知的技術或構成本領域普遍常識的一部分。

儘管以舉例的方式對本發明進行了描述，但應當理解，在不脫離權利要求書中所限定的本發明範圍的前提下，可作出變型和修改。例如，可以設想使用許多已知的機構來引起照射室的容積的變化。此外，對於具體的特徵如果存在已知的等同物，則應如同在本說明書中明確提到的那樣來引入這些等同物。