通過將流體暴露於紫外線來使流體受到消毒處理的設備的製作方法

2023-05-11 10:34:41 2

專利名稱：通過將流體暴露於紫外線來使流體受到消毒處理的設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於通過將流體暴露於紫外線來使流體受到消毒處理的設備，所述設備包括反應器，反應器具有內空間，用於使流體進入內空間的入口以及用於使流體從該內空間流出的出口，其中在內空間中配置用於發射紫外光的裝置，其中，該光線發射裝置包括單個電極，並且其中，環繞內空間的壁被適配為作為電極並且包括導電材料。
背景技術：
用於通過將流體暴露於紫外線(UV)來使流體受到 消毒處理的設備是公知的。例如，對於飲用水的微生物消毒，已知使用用於發射具有波長量級為100到280nm的相對短的波長的紫外光的所謂的UV-C輻射的源/燈。對於家庭應用，UV-C源通常被封裝在不透明外罩中，允許流體暴露於UV-C輻射同時防止該輻射對於環境的有害影響。為了充分的殺菌動作，需要特定劑量的紫外線輻射，其中，通過該源的輻照度乘以外罩內部的流體處理區域中的微生物/病菌的停留時間來確定該劑量。由源的類型和該流體的特性特別是流體傳輸紫外光的能力來確定該源的輻照度，而由經過該流體處理區域的流通路徑的長度確定該停留時間。在許多情況中，使用低壓水銀燈作為紫外線源。燈的備選的類型是被設計為根據所謂的介質阻擋放電原理來起作用的燈，其被稱為DBD燈。該燈的優點包括該燈的即時使用即不需要預熱、該燈的操作的降低的溫度依賴性、增加的UV-C輸出(可以基於此來最小化)以及無水銀或其他有害材料的應用。DBD燈可以僅裝配有一個電極，在該情況中，僅當該燈與導電流體或材料接觸時才可以點燃該燈。當在用於使流體受到消毒處理的設備中應用該燈時，使流體圍繞該燈並且是該設備中從該燈內部的電極到另一個電極的電氣路徑的一部分，其中由環繞這樣一種空間的壁構成該另一個電極，其中該燈和該流體出現在該空間中。在該情況中，該流體是液體如水，可以由例如金屬片製造該壁。如果該流體是氣體如空氣，則該壁可以是線框，並且可以由例如鐵絲網製造。在後一種情況中，鑑於當例如涉及導電時空氣比水具有更差的質量的事實，該壁位於該燈的外泡體附近或者與之接觸是重要的。在實踐中，當使用線框時，該框被放置在該燈的外表面(泡體)周圍。當應用紫外線燈來消毒流體時，必須謹記燈的輻照度隨著到該燈的徑向距離的增加而降低。特別是如果要處理的流體具有低的透射性，則該紫外光進入該流體的滲透深度受到限制。例如，如果要處理的流體是飲用水，則滲透深度通常是幾釐米，並且如果要處理的流體是果汁或其他高度吸收的液體，滲透深度可能小於一毫米。紫外光的強度隨著距離的降低限制具有紫外線燈的設備中的通過量，或者需要配置該燈的空間的最小體積，或者需要強的混合和擾動，增加該空間上的壓力損失。可以通過增大紫外線輻照度來實現燈的消毒能力的增加或組裝體積的減小。這可以通過例如增加到燈的功率輸入來實現。但是，該技術方案具有一些缺點，包括燈的壽命降低。

發明內容
本發明的一個目標在於提供用於補償紫外線強度隨著距離而減小的另一個選項，其產生有用的結果，並且其可以實現在包括光線發射裝置、反應器以及導電反應器壁的設備中，其中該反應器具有用於容納該光線發射裝置並且用於將一些流體暴露於該光線發射裝置的內部空間。藉助進一步包括這樣一種裝置的設備來實現本發明的該目標，其中該裝置也包括導電材料並且被配置為用於局部地增強在該反應器壁與該光線發射裝置之間的空間中的導電性。當應用本發明時，可以在需要的位置處，即通過提供包括導電材料並且被配置為用於局部地增強在該反應器壁與該光線發射裝置之間的空間中的導電性的裝置來補償紫外線強度隨著距離的減小。在該情況中，該光線發射裝置包括DBD燈，並且要處理的流體具有差的導電性，在該燈的末端處該紫外線強度有可能極大地降低。根據本發明，可以通過使 用用於局部地增強該燈的末端處的導電性的裝置來解決該問題，因而，在那些位置處可以降低電阻。結果，在那些位置處可以增加紫外線強度，並且可以獲得該燈的更加均勻分布的紫外線輸出，因而可以增大該反應器的該入口和該出口處的消毒容量。在本發明的環境中執行的實驗已經顯示當要處理的流體的導電性低時特別是當該流體的時間常數大於電極之間的電壓脈衝的上升時間時，尤其獲得上述增加效果。可以用無需涉及昂貴的組件的應用的各種方式實現用於局部地增強在該反應器壁與該光線發射裝置之間的空間中的導電性的裝置。相反，該裝置可以包括從該反應器壁朝向該光線發射裝置延伸的至少一個細長元件，其中該元件可以例如簡單地是金屬棒或線。通常，該元件可以是棒形元件或者線形元件，並且可以被配置為例如在該反應器壁與該光線發射裝置的外殼之間延伸，但是不需要該元件與該光線發射裝置之間的物理接觸。根據另一個選項，用於局部地增強在該反應器壁與該光線發射裝置之間的空間中的導電性的該裝置可以包括具有孔洞的至少一個盤。該實施方式的優點在於該裝置可以具有用於拉直經過該反應器的流體的流動的附加功能，這導致紫外線輻射的劑量的增強。在實際實施方式中，該盤可以具有閉合的中心部分即中心部分沒有孔洞，因而該盤適合於被用在這樣一種紫外線燈的末端並且通過覆蓋該燈的末端執行屏蔽功能，其中該紫外線燈在反應器中具有中心位置，該反應器還具有中心定位入口。通常，如果用於局部地增強在該反應器壁與該光線發射裝置之間的空間中的導電性的裝置被設計為不幹擾經過該反應器的流體的流動，或者甚至具有流形成功能，則是有利的。此外，對於該裝置而言，重要的是在需要紫外線輸出的位置處不阻斷光線發射裝置的紫外線輸出，以保證根據規格的最小紫外線劑量性能。用於局部地增強在該反應器壁與該光線發射裝置之間的空間中的導電性的該裝置有利地進一步被適配為反射紫外光。例如，該裝置可以包括反射材料或者可以被反射層覆蓋。基於反射，可以增加紫外光輻射的強度，因為反射材料確保迫使大部分紫外光在到達出現那些材料的表面之後往回朝向要處理的流體。對於用於局部地增強在該反應器壁與該光線發射裝置之間的空間中的導電性的該裝置而言，被進一步適配為屏蔽該設備的一部分也是有利的，其中在該部分中在操作期間遠離由該光線發射裝置發射的紫外線輻射放置該裝置。例如，如上所述，當用於局部地增強在該反應器壁與該光線發射裝置之間的空間中的導電性的該裝置包括具有被配置在閉合中心部分的外部的孔的至少一個盤時，這是有可能的。通常，當該裝置被設計為執行各種功能時，該裝置所位於的設備可以具有部件數量最小的緊湊的設計。總之，本發明在用於使流體受到消毒處理的設備的反應器中的任意希望位置處提供紫外線強度的增加。為此目的，該設備裝配有具有導電屬性的裝置，該裝置被配置在該反應器內部以便局部地增強在該反應器壁與該光線發射裝置之間的空間中的導電性。該裝置可以包括例如至少一個細長元件或具有孔洞的盤。在後一種情況中，該裝置還可以用於在經過該反應器的流體的流上執行拉直功能。該裝置可以具有其他附加功能即反射紫外線輻射的功能和/或屏蔽來自紫外線輻射的一部分的功能。參考包括反應器和紫外線燈的水消毒設備的以下詳細描述，具體而言參考與該設備一起使用並且具有用於局部地增強在該燈與用作該設備的兩個電極中的一個電極的反應器的壁之間的空間中的導電性的功能的元件或盤的各種實施方式的詳細描述，本發明的上述以及其他方案將變得顯而易見並且得以闡述。


現在將參考附圖更詳細地描述本發明，其中由相同的附圖標記表示相同的或類似的部分，並且其中圖1示意性地顯示包括反應器和紫外線燈的水消毒設備；圖2示意性地顯示水消毒設備的燈的末端部分、反應器的末端部分以及多功能元件，其中該多功能元件用於形成經過該反應器的水的流並且用於反射紫外光並且用於局部地增強在該反應器的壁與該燈之間的空間中的導電性並且該多功能元件被配置在該燈的末端上；圖3示意性地顯示多功能元件的第一實施方式；圖4示意性地顯示多功能元件的第二實施方式；圖5示意性地顯示多功能元件的第三實施方式；圖6示意性地顯示水消毒設備的燈的末端部分、反應器的末端部分以用於局部地增強在該反應器的壁與該燈之間的空間中的導電性的元件並且該元件被配置在該燈的末端附近。
具體實施例方式圖1顯示了被設計為用於消毒水的設備I。為了完整起見，注意到將該設備I描述為在本發明的範圍中可行的多個設備的一個實例，包括空氣淨化設備和用於消毒除了水之外的液體的設備。水消毒設備I包括反應器10即具有內空間11的容器，其中在內空間11中在設備I的操作期間發生水消毒過程。反應器10具有用於讓要處理的水進入的入口 12和用於出水的出口 13。此外，水消毒設備I包括用於發射紫外光的燈20，該燈被配置在反應器10內部。在所示示例中，燈20具有細長的形狀，並且具有在反應器10中的中心位置，這是最實際的位置，因為這允許燈20的整個表面的有效使用。燈20可以被設計為根據所謂介質阻擋放電原理來運行，在該情況中該燈被稱為DBD燈。該燈20具有一個電極21，並且反應器10的壁14包括導電材料如金屬以便構成另一個電極，其中反應器壁14被接地。當用水填充反應器10時，水是電氣路徑的一部分，從燈20內部的電極21向外部電極即導電反應器壁14引導電流。因此僅當有水圍繞燈時才可以點燃該燈20。在圖1中，將到燈20內部的電極21的電源示意性地顯示為方框，並且由附圖標記22指示。當操作水消毒設備I時，使水流經反應器10，從入口 12流到出口 13，並且操作燈20以發射紫外光。在該紫外光的影響下，水的消毒過程按照已知的方式發生。為了按照達到規定的劑量的紫外光的方式實現水消毒過程，採取措施來改善紫外線輻射的強度，該強度通常隨著距燈20的距離而減小。具體而言，水消毒設備I裝配有用於局部增加紫外線強度的反射器元件30。例如在設備I中可能存在兩個反射器元件30，其中每個反射器元件30被配置在燈20的另一個末端處。在圖2中示出了一個該反射器元件30。為了保證最佳性能，優選反射器元件30不·幹擾經過燈20的水流的場。因此，如果反射器元件30是不幹擾流的元件或者甚至是流形成元件則是有利的。反射器元件30還應該被配置為在需要紫外線輸出的位置處避免阻斷光線發射裝置20的紫外線輸出，以保證根據規定的最小紫外線劑量性能。基於紫外光的一部分被送回即在反射器元件30的反射表面處被反射的事實，反射器元件30能夠局部地增加紫外線強度。當使用不反射材料時，到達該不反射材料的全部紫外光被所述材料吸收。另一方面，反射材料確保迫使到達該反射表面的紫外光的相當大的一部分再次朝向水折回。此外，如前所示，反射器元件30可以具有用於形成水流的附加功能。就這點而言，圖3、4和5說明適用於形成反射功能和流拉直功能的反射器元件30的各種實施方式。在全部所示實施方式中，元件30的中心部分31是閉合的，而元件30在該部分31的外部具有孔洞32。基於該孔洞32的出現，能夠在元件30中具有足夠的開口空間，以便允許水經過。在如圖3中所示的第一實施方式中，元件30具有在中心部分31與圓環34之間延伸的4個輪輻33。因此，在元件30中存在四個相對大的孔洞32。在如圖4中所示的第二實施方式和如圖5中所示的第三實施方式中，存在更多孔洞32，其中，在第三實施方式中，孔洞32的數量最大並且孔洞32的直徑最小。當元件30被配置在反應器10的入口面上時，閉合的中心部分31具有降低來自入口 12的水的噴射的功能，而孔洞32扮演形成水流的角色。如果在反應器10的出口側上使用類似的元件30，其中元件30可以具有用於允許元件30被放置在燈20的末端部分上的中心孔洞，則是有利的。當使用該元件30時，元件30作為分隔物盤，該分隔物盤具有避免水找到去向出口 13的最快路徑的角色。如果不存在元件30，並且如同圖1中所示的實例中的情況那樣出口 13將在反應器壁14中具有非中心位置，則將造成偏斜的速度分布。因此，基於該分隔物盤的存在，能夠實現水的流分布的優化和紫外線強度的增加，其中，後者是該盤的反射特性的結果。為了完整起見，注意到如前所述的反射器元件30的位置僅僅是可能的位置的實例，並且在本發明的範圍中其他位置也是可能的。根據本發明，除了用於反射由燈20發射的紫外光並且拉直水流的功能之外，反射器元件30具有另一個功能即用於局部地降低燈20與接地的反應器壁14之間的電阻的功能。具有該三個功能的反射器元件30包括具有導電特性的材料。當圍繞燈20的水的導電性低並且結果在燈20的末端處的紫外線強度低於在燈20的中心的紫外線強度時，典型地涉及到所述用於局部地降低電阻的功能。當反射器元件30具有導電特性並且被配置在燈20的末端處時，得以實現增加在燈20的末端處的紫外線強度並且更均勻地分布沿燈20的長度的紫外線輸出。這導致在反應器10的入口 12和出口 13處的消毒能力的增加。不需要元件30與燈20之間的物理接觸。導電材料靠近燈20的表面的放置已經局部地增加紫外線強度。因此，能夠使元件30與燈20的表面相距一定距離。可以以這樣一種方式放置它們，其中在該方式中將紫外線輻射被阻擋的程度最小化，或者在反應器10內部的特定位置中完全不存在阻擋，因而元件30的反射功能可以最佳。在水的處理具有低的導電性的情況中，基於元件30的反射特性和導電特性局部地增加紫外線強度。當將元件30形成為例如盤子時並且當將元件30放置在燈20的末端處時，在反應器10的入口 12和出口 13附近可能存在與元件30相關的第四個功能即用於將水消毒設備I的一部分與紫外線輻射屏蔽的功能。設備I可以例如包括端蓋，其中入口 12和出口 13被 配置在該端蓋中，並且當確保由燈20發射的紫外線輻射不能到達該端蓋時，可以由相對便宜並且易於成形的材料製造它們。適用於元件30的材料包括例如鋁、(不鏽)鋼等金屬，其中這些金屬可以被電拋光。只要考慮紫外線輻射的反射，可以可選擇地使用膨體聚四氟乙烯(ePTFE)或高帶隙陶瓷如Al2O3來實現它。該材料具有漫反射，而金屬具有直接反射。可以使用兩種類型的反射材料以及在相關波長範圍內具有低吸收的不透明材料。在本發明的範圍中，對於一個元件30而言沒有必要組合用於流形成、反射紫外光並且局部地降低電阻的各種功能。在單個元件30中還有可能具有這些功能中的一個或兩個。圖6顯示了被適配為避免幹擾水流並且改善導電性的元件35的一個實例。元件35可以是從反應器壁14延伸並且還有可能接觸燈20的表面的金屬線或者棒。該線或者棒能夠局部地改善導電性，因而局部地改善紫外線強度，同時由於線或者棒具有小的表面面積的事實，生成最小的屏蔽效應和最小的流幹擾效應。圖6示出了在反應器10中能夠應用相似等級上的多個線或者棒的事實，其中該線或者棒可以沿燈20的圓周均勻地分布。例如，在一個等級上的該線或者棒的數量可以是二、三或四。對於本領域的熟練技術人員而言，顯然本發明的範圍不限於前文中討論的實例，而是在不脫離如所附權利要求中所定義的本發明的範圍的前提下，他們的多個修改和改進是可行的。雖然在附圖和說明書中說明並且詳細描述了本發明，但是該說明和描述僅應該被認為是說明性或示例性的而不是限制性的。本發明不限於所公開的實施方式。通過附圖、說明書和所附權利要求的學習，在實施所要求的發明時，本領域的熟練技術人員可以理解並且實現所公開的實施方式的變形。在權利要求中詞語「包括」不排除其他步驟或元素並且不定冠詞「一」或「一個」不排除多個。在相互不同的從屬權利要求中所述的特定的措施的單純的事實並不表示不可以有利地使用這些措施的組合。不應該將權利要求中的任意附圖標記解釋為限制本發明的範圍。注意到在本文的環境中，術語「紫外光」和「紫外線輻射」用於指示一個且相同的現象即具有在紫外線範圍內的波長的光波。此外，術語「流體」意味著包括液體和氣體。
本發明適用於與任意類型的DBD燈20並且與該燈20的任意應用一起應用。用於局部地增強導電性並且還可以用於反射紫外光並且用於屏蔽紫外光的一部分並且/或者用於拉直流體的流的元件30的使用在將要藉助燈20來消毒高紫外線吸收材料的情況中是特別有利的。因此本發明非常適用於應用在灰水或廢水消毒的領域。其他應用領域是空氣淨化和有可能在水龍頭系統中的可攜式水的處理，其中將紫外線處理設備直接安裝水龍頭上或者甚至在去往水龍頭的管道內部。可以將本發明概述如下。一種用於通過將流體暴露於紫外線來使流體受到消毒處理的設備I包括反應器10，反應器10具有內空間11，用於使流體進入內空間11的入口 12以及用於使流體從該內空間11流出的出口 13，其中在內空間11中配置用於發射紫外光的裝置20。該光線發射裝置20包括單個電極21，其中，環繞內空間11的壁14被適配為作為電極並且包括導電材料，並且其中，該設備還包括也包括導電材料並且被配置為局部地增 強該反應器壁14與該光線發射裝置20之間的空間的導電性的裝置30、35。通過應用這些裝置30、35，可以改善紫外光的消毒效果。
權利要求
1.一種用於通過將流體暴露於紫外線來使流體受到消毒處理的設備(I)，所述設備包括反應器(10)，反應器(10)具有內空間(11)，用於使流體進入所述內空間(11)的入口(12)以及用於使流體從所述內空間(11)流出的出口(13)，其中在所述內空間(11)中配置用於發射紫外線的裝置(20)，其中，所述光線發射裝置(20)包括單個電極(21)，其中，環繞所述內空間(11)的壁(14)被適配為作為電極並且包括導電材料，並且其中，所述設備(I)還包括也包括導電材料並且被配置為局部地增強所述反應器壁(14)與所述光線發射裝置(20)之間的空間中的導電性的裝置(30、35)。
2.如權利要求1所述的設備(I)，其中，所述用於局部地增強所述反應器壁(14)與所述光線發射裝置(20)之間的空間中的導電性的裝置(30、35)包括從所述反應器壁(14)朝向所述光線發射裝置(20)延伸的至少一個細長元件(35)。
3.如權利要求2所述的設備(I)，其中，所述細長元件(35)在所述反應器壁(14)與所述光線發射裝置(20)的外殼之間延伸。
4.如權利要求2所述的設備(I)，其中，所述細長元件(35)是棒形元件。
5.如權利要求2所述的設備(I)，其中，所述細長元件(35)是線形元件。
6.如權利要求1所述的設備(I)，其中，所述用於局部地增強所述反應器壁(14)與所述光線發射裝置(20)之間的空間中的導電性的裝置(30、35)進一步被適配為形成流體的流。
7.如權利要求6所述的設備(I)，其中，所述用於局部地增強所述反應器壁(14)與所述光線發射裝置(20)之間的空間中的導電性的裝置(30、35)進一步被適配為反射紫外線。
8.如權利要求6所述的設備(I)，其中，所述用於局部地增強所述反應器壁(14)與所述光線發射裝置(20)之間的空間中的導電性的裝置(30、35)進一步被適配為在操作期間將所述設備(I)的一部分與由所述光線發射裝置(20)發射的紫外線輻射屏蔽。
9.如權利要求6所述的設備(I)，其中，所述用於局部地增強所述反應器壁(14)與所述光線發射裝置(20)之間的空間中的導電性的裝置(30、35)包括至少一個具有孔洞(32)的盤(30)。
10.如權利要求9所述的設備(I)，其中，所述盤(30)的中心部分(31)沒有孔洞(32)。
11.如權利要求9所述的設備(I)，其中，所述光線發射裝置(20)包括細長的燈(20)，並且其中，所述盤(30)被配置在所述燈(20)的末端處。
12.如權利要求1所述的設備(I)，其中，所述用於局部地增強所述反應器壁(14)與所述光線發射裝置(20)之間的空間中的導電性的裝置(30、35)進一步被適配為反射紫外線。
13.如權利要求1所述的設備(I)，其中，所述用於局部地增強所述反應器壁(14)與所述光線發射裝置(20)之間的空間中的導電性的裝置(30、35)進一步被適配為在操作期間將所述設備(I)的一部分與由所述光線發射裝置(20)發射的紫外線輻射屏蔽。
全文摘要
一種用於通過將流體暴露於紫外線來使流體受到消毒處理的設備包括反應器(10)，反應器(10)具有內空間(11)，用於使流體進入內空間(11)的入口(12)以及用於使流體從該內空間(11)流出的出口，其中在內空間(11)中配置用於發射紫外光的裝置(20)。該光線發射裝置(20)包括單個電極，其中，環繞內空間(11)的壁(14)被適配為作為電極並且包括導電材料，並且其中，該設備還包括也包括導電材料並且被配置為局部地增強該反應器壁(14)與該光線發射裝置(20)之間的空間中的導電性的裝置(30)。通過應用這些裝置(30)，可以改善紫外光的消毒效果。
文檔編號H01J61/10GK103025665SQ201180036816
公開日2013年4月3日 申請日期2011年7月11日 優先權日2010年7月26日
發明者E·蒙特, E·霍爾沃達, 林大雄, G·格洛伊爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司