用於液體淨化裝置的照射室、淨化裝置和飲料分配器的製作方法

2023-06-09 18:16:51 1

本發明涉及一種用於使用紫外光照射來阻止病原微生物繁殖的液體淨化裝置的照射室。具體地講，本發明涉及用於小型液體淨化裝置的照射室和涉及具有這種液體淨化裝置的飲料分配器，例如飲水器。

背景技術：

本發明主要涉及具有用於液體淨化的照射室的液體淨化裝置。本發明還涉及具有這種淨化裝置的飲料分配器。

淨化用於飲用的液體(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)不會在任何飲水的人中引起疾病。已知通過紫外光(UV)照射方法進行該消毒，在該方法中，用紫外光形式的高能輻射轟擊一定體積的被處理的水。紫外光損害病原微生物的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。出於本文件的目的，「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。

傳統的紫外光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光來源。最近，越來越普遍的是採用紫外光發光二極體(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光液體淨化系統，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，有數種UV-LED實例正被應用於通過紫外光照射淨化液體。例如，文獻CN 202175579描述了一種照射裝置，其中單根管螺旋圍繞著UV-LED陣列，而文獻KR 20110007554描述了一種龍頭，其具有內置的UV-LED滅菌器用於處理從其流出的液體。另外，文獻KR 20040073732描述了一種用於淨化水的系統，其中水從貯存器抽取並經過滅菌器直接送到管口用於分配。

一般而言，為了確保被處理的液體的有效淨化，所述液體要經過紫外光照射足夠的時間。已知的淨化裝置通常包括照射室，液體在其中被照射。由於此照射室中提供的體積，相應體積的液體可被照射和淨化，使得該體積的經淨化液體可立即供應使用。照射室的容積還可降低在照射室中流動的液體的平均速度，從而提高液體在該室中的停留時間，並且因此提高照射時間。

典型的照射室大體上具有圓柱的形狀，每個端部由平坦的壁封住。

本申請人已發現，在經典的照射室中存在著許多死容積。「死容積」是照射室中流體不流動的部分，甚至當在照射室中建立流體流時也是如此。應避免這種死容積，因為它們會降低照射室的有效容積：當一部分液體不流動時，該室中的其餘部分的水流動速度比沒有死容積時的流動速度更快。死容積還促進照射室中形成無機沉積物。

本申請人還已發現，死容積通常存在於照射室中的入口周圍。因而，進入照射室的液體不能在其一進入照射室(即從照射室的所述入口進入)時就被有效地處理。

在小型淨化裝置中，如飲水器中採用的淨化裝置中，照射室具有相對較小的容積(例如100mL至200mL)。在這種小照射室中，死容積是一個特別嚴重的問題，因為實際可利用並被用於處理液體的容積的任何損失都應避免，否則，為了所有流出照射室的液體都達到一定的最低照射時間，照射室的容積必須增大和/或流速必須下降。等待照射室中存在的流體自然混合併均化是不可能的，因為通常來說，與照射室的容積相比要遞送的液體的量迫使在照射室中存在明顯的連續流。

可設想加入混合器來產生湍流。但是，在所有的反應器形狀中，使用混合器都不是有效的，並且可能具有其他缺點。例如，可能要求電源，或者這可能增加維護需求。可設想使用沒有擴大的照射室的線路(即照射是在形成該線路的軟管的一部分中進行)，但由於消毒所要求的照射時間，這在大多數應用中是不可能的。還可設想在照射室內設置擋板。但是擋板會在照射室中產生角落，這可能會有利於微生物的發展和生物膜的形成。

因此，本發明的一個目標是提供一種用於使用紫外光照射的液體淨化裝置的照射室，該照射室能解決或減少上述缺點中的至少一個缺點。

技術實現要素：

在本發明的第一方面，提供一種用於使用紫外光照射來阻止病原微生物繁殖的液體淨化裝置的照射室，該照射室包括入口部分、出口部分和具有細長的形狀的主體部分，該照射室具有限定腔室的內表面，該照射室設置有被配置用來用紫外光照射該照射室中的液體的紫外光發射裝置，該主體部分具有與該入口部分相比擴大的形狀。該照射室的限定該腔室的該內表面是三維的圓化的表面，沒有會形成凹陷部的邊緣。

限定該照射室的平緩地圓化的表面可減少所述室中的死容積。該照射室的所有或幾乎所有的容積都被用來淨化在所述室中流動的液體。

在本發明的一個實施方案中，該照射室的限定該腔室的該內表面是迴轉面，該迴轉面的母線是曲線的一部分，在該曲線的整個所述部分上都沒有會切點(cusp)。換句話說，限定該迴轉面的母線的數學函數在該曲線的限定該迴轉面的整個部分上都是可微分的。

該照射室的主體部分可通過平緩地曲化的連接部分連接到該入口部分和該出口部分。該主體部分可尤其包括圓柱形部分。在這個情況中，該連接部分可由曲面構成，每個曲面的曲率半徑大於或等於該圓柱形部分的半徑。具體而言，該連接部分由曲面構成，每個曲面的曲率半徑大於或等於0.5cm。

在一個實施方案中，該照射室的該主體部分的長度可介於5cm至15cm之間，包括5cm和15cm。該照射室的該主體部分可具有內部等橫截面，該內部等橫截面的面積介於0.5cm2至4cm2之間，包括0.5cm2和4cm2。

通常，該照射室的該主體部分的容積可為200mL或更少，優選100mL左右。

在本發明的一種構造中，該出口部分與該入口部分在同一直線上。在另一種構造中，該出口部分與該入口部分大體上正交。

該紫外光發射裝置可包括紫外光發光二極體。作為另一種選擇，該紫外光發射裝置可包括光纖部分，所述光纖部分被連接到至少一個紫外光光源並且被配置用於將紫外光從所述至少一個光源傳輸到該照射室中。

本發明還涉及具有如前所述的照射室的淨化裝置。本發明最後涉及具有這種被配置用於通過紫外光照射來在遞送飲料前淨化飲料的液體淨化裝置的飲料分配器，如飲水器。

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是具有照射室的液體淨化裝置的一個實例的示意圖；

圖2A是一種用於小型淨化裝置的照射室的示意圖，所述照射室具有通常在現有技術中實施的設計；

圖2B是圖1的照射室的一個區段的示意圖，其中示意性表現了照射室中流動的液體的流線；

圖3A是根據本發明的一個實施方案的照射室的示意圖；

圖3B是圖4的照射室的一個區段的示意圖，其中示意性表現了照射室中流動的液體的流線；

圖4是根據本發明的另一個實施方案的照射室的一個區段的示意圖。

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，並且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是液體淨化裝置100的示意圖，具體而言是被包括在飲料分配器如飲水器中的淨化裝置。下文對液體淨化裝置的描述涉及使用紫外光照射的液體淨化裝置的一個實例的總體布局。這個一般描述可涉及現有技術已知的裝置及根據本發明的一個實施方案的裝置，因為本發明具體而言涉及用於這種淨化裝置的照射室，而並不改變這種裝置的總體布局。

液體淨化裝置100設置有裝著一定體積的液體102的貯存器101。在本實施方案中，液體102是水，但可以任選是任何具有足夠透明度的液體。液體102通過泵管103從貯存器101抽出並進入泵104中。從泵104，液體102被引導到循環管105中。

循環管105從泵104延伸進入主照射裝置106(如圖所示)，從而在泵104和淨化裝置的排出口107之間建立流體連通。

在主照射裝置106中，液體通過紫外光照射被淨化。在所示出的實施方案中，照射裝置106具有管形結構，該管形結構具有內表面108。內表面108是反射性的，優選由高度拋光的金屬製成，或者用反射性金屬箔覆蓋。在所述主照射裝置106的內表面108上，設置有多個主紫外光發光二極體(UV-LED)109，這些發光二極體在照射室111內投射紫外光照射110。

該照射室將參考圖2至4進行詳細描述。

液體102在照射室111中被照射並因此並消毒後流到排出口107，於是從裝置100排出。

任選地，該淨化裝置可以還設置有第二照射裝置112，該第二照射裝置具有至少一個第二UV-LED 113。第二照射裝置112投射紫外線110到排出口107上，以對被排出的流體進行滅菌。

布置在主照射裝置106和第二照射裝置112中的UV-LED 109和113的輸出功率和數量，可根據裝置100的具體特徵及要採用該裝置的應用而改變。

在所示出的實施方案中，裝置100還具有控制部件114，該控制部件被配置用於對主照射裝置106和第二照射裝置112及泵104的運行進行電力控制。優選地，控制部件114還與被布置在主照射裝置106內的光傳感器115連通。控制部件114使用光傳感器115的輸出來校準從主UV-LED109發射的紫外光照射110的強度，以及監測裝置100的運行和對用戶警示任何故障。

雖然本文討論的裝置採用光傳感器115，但是應認識到，裝置100可被配置具有其他傳感器(例如流量計、水澄清度傳感器、熱電偶等)，這些其他傳感器與控制部件114連通並使它連續調整液體淨化裝置的運行參數。因此，控制部件114的確切構造和運行程序將根據要採用液體淨化裝置的應用而變。

圖2A、2B、3A和3B是用於小型淨化裝置的照射室的示意圖，更具體而言是由照射室的內表面限定的腔室的示意圖。所示出的淨化室可對應於圖1中所示出的淨化裝置的淨化室111。當然，這種淨化室可被用於各種類型的裝置和應用，而不限於飲料分配器。

圖2A中所示出的淨化室200具有根據現有技術的典型設計。淨化室200包括主體部分201、入口部分202和出口部分203。

主體部分201(更具體地講其內表面)具有帶被封住的末端的圓柱的形狀。形成主體部分201的圓柱的末端由平坦壁204封住。入口部分202和出口部分203被連接到壁204。

在主體部分201的每個末端，壁在主體部分內部形成凹陷部或角落205，所述凹陷部或角落處於所述主體部分末端的周邊。

在角落205中，可出現無機沉積物。此外，在角落205中產生死容積206。死容積對應於照射室中流體不流動或者與照射室中的平均流體速度相比流動得非常慢的部分。

圖2B說明了這個現象。圖2B是圖1的照射室的一個區段的圖示。在照射室200中從入口部分202流到出口部分203的液體的流線由箭頭示意性示出。所示出的流動僅僅是說明性的，但顯示了死容積206(在圖3中以陰影線表示)尤其存在於主體部分201的入口和出口的周圍，在主體部分201的壁204和圓柱形壁207之間形成的角落中。由於從入口部分202流到出口部分203的液體不在死容積中循環，與照射室的幾何容積(總容積)相比，用來使液體減速並確保在照射室中(尤其是在主體部分201)中有充足停留時間的照射室有效容積減少了。死容積還促進無機沉積物在照射室中的形成。

尤其是，死容積206通常存在於照射室的主體部分201的入口周圍。因此，進入主體部分201的液體沒有在其一進入時就得到有效處理。

圖3A是根據本發明的一個實施方案的照射室300的示意圖。它尤其被設計用於小型淨化裝置如飲用水飲器。

照射室300具有大體上圓柱形的主體部分301、入口部分302和出口部分303。與圖1的照射室相比，圖3中所示出的照射室的入口部分302和出口部分303通過平緩地曲化、圓化的連接部分304、305連接到主體部分301。

具體地講，連接部分304、305各自的凹度是漸進變化的。這樣得到的照射室限定出其內表面沒有明顯邊緣的腔室，所述明顯邊緣會形成凹陷部或角落。照射室的內表面限定出其內部容積，要進行消毒的液體在該內部容積中流動。一般而言，根據本發明任何實施方案的照射室限定出具有圓化的內表面的腔室，該內表面的凹度平緩地變化。

在本發明的一個具體實施方案中，由照射室限定的腔室的表面是迴轉面。這個迴轉面的母線上沒有會切點。換句話說，限定該迴轉面的母線的數學函數在該曲線的限定該迴轉面的整個部分上都是可微分的。

由於在照射室的內表面中沒有凹陷部，因此可防止無機沉積物。穿過照射室的液體在照射室的整個容積中流動。沒有明顯的死容積，或者至少死容積被大大限制。

圖4顯示根據本發明的另一個實施方案的照射室的一個區段的示意圖。在本實施方案中，照射室400具有大體上圓柱形的主體部分401、入口部分402和出口部分403。該出口部分與該入口部分基本上正交。照射室及其限定出的腔室因而是L形的。當然，在不偏離本發明的情況下，入口部分402和出口部分403之間可形成任何角度值。

與圖3中所顯示的本發明實施方案一樣，入口部分402通過平緩、圓化的第一連接部分404連接到主體部分401。將主體部分401連接到出口部分403的第二連接部分405是彎部。這樣形成的彎部優選儘可能大且圓化。

如本發明的上述實施方案中所顯示，根據本發明的照射室的內表面沒有會形成角落的邊緣。

可以有許多種構造。照射室具有細長的形狀，以便更容易地布置紫外光發射裝置，並且增加在照射室中流動的液體的照射時間。紫外光發射裝置一般而言是能夠在照射室中照射紫外光的裝置。紫外光發射裝置可包括例如紫外光發光二極體(UV-LED)或連接到至少一個紫外光光源的光纖部分，所述光纖部分被配置用於在照射室中傳輸紫外光。主體部分可具有實質上圓柱形的形狀，截面為圓形。在其他實施方案中，它可具有橢圓截面，或者其他細長的形狀。主體部分的截面可以是恆等的，即沿著主體部分，截面可具有相同的形狀或者尺寸，或者沿著主體部分，截面可演變。在其他實施方案中(未示出)，照射室的主體部分自身可以是彎曲的，例如為L形或U形，在所述主體部分的各分部之間具有圓化的彎部。

用於小型淨化裝置的照射室的典型容積在200mL以下，例如100mL左右。如果照射室具有細長的形狀，其長度可在10cm左右。如果照射室的主體部分的內部橫截面沿著其長度方向是恆等的，則該橫截面的表面積通常可介於0.5cm2至4cm2之間。如果橫截面是圓形的(主體部分是迴轉圓柱)，則其直徑可例如介於1cm至2cm之間。

必須認識到，這些值僅僅是典型的數量級，並不限制本發明的範圍。

在本發明的任何實施方案中，連接部分可被成形為不包括任何具有0.5cm以下的曲率半徑的曲面。在本發明的其中照射室的主體部分為迴轉圓柱的一個實施方案中，連接部分通常可被成形為不包括任何具有小於形成主體部分的圓柱的半徑的曲率半徑的曲面。

照射室中不存在稜角或角落，就可以避免水在照射室中不流動。水流過照射室，流線循著照射室的圓化形狀。這種圓化的形狀可以防止照射室中細菌過度發展、生物膜形成和無機物沉積。

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。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。