CN102361823A - Uv消毒设备 - Google Patents

Abstract

提出一种很好地适合于家庭和户外使用的消毒设备。该设备包括具有内部容积(24)的容器壳(12)，该内部容积可以容纳待消毒的物体或者液体。容器壳(12)包括侧壁(16)和端盖(14)。提供用于向容积(24)中发射紫外线光的电介质势垒放电灯(32)。灯(32)包括具有气体填充物的灯管(34)和与气体填充物电绝缘布置的电极(42，44)。向电极(42，44)施加的交变电压引起气体填充物中的放电。灯管(34)具有平面窗口，在放电期间从该窗口发射紫外线光(46)。窗口布置于端盖(14)中。

Description

UV消毒设备

技术领域

本发明涉及消毒设备领域，并且更具体地涉及一种用于通过紫外线光(UV)对物体和/或液体进行消毒的设备。

背景技术

紫外线光可以用于液体或者物体消毒。例如已知将低压或者中压汞电弧放电灯生成的UV辐射用于处理废水。UV-C辐射(波长范围为200nm-280nm)通过破坏污染微生物的DNA来实现消毒。然而迄今为止，UV消毒尚未广泛使用于家庭应用中。

US-A-2005/0258108描述一种用于净化水的容器。该容器具有盖，该盖具有一个或者多个UV LED作为辐射源。在盖中也集成用于操作LED的太阳能电池板和可再充电电源。盖通过线或者扣合连接可移开地附着到容器。在一些替代实施例中，UV LED布置于从盖向容器中延伸的伸长构件上或者容器壁上布置的肋状物上。LED发射UV-C范围为200nm-265nm的光。该设备包括示出充分消毒的如下指示器，该指示器可以仅基于辐射时间来控制或者可以处理来自运动传感器的输入以考虑搅拌的内含物将被更迅速地净化这样的事实。

发明内容

本发明的目的在于提供一种很好地适合于家庭和户外使用的消毒设备。

这一目的根据本发明由权利要求1限定的设备实现。从属权利要求涉及本发明的优选实施例。

根据本发明，该设备包括具有内部容积的容器壳。内部容积由至少侧壁和端盖(可以例如是顶盖)的内部延伸限定。这里和在下文说明书中应当注意，涉及设备竖立位置的指代(比如“顶部”、“底部”和“侧部”)用来举例说明彼此相关的部分的位置而不应理解为限制设备本身的可能定向。

根据本发明，布置UV灯使得UV光从端盖中(例如容器壳的顶盖中)的窗口发射。根据本发明提出的灯是尤其适合装配于端盖中的电介质势垒放电灯。

灯包括具有气体填充物的灯管和与气体填充物电绝缘布置的电极。布置于电极与气体填充物之间的电介质将通常为灯管的材料、优选为石英。不同组成可以用于气体填充物。灯由交变电压驱动，该交变电压引起电介质势垒放电以生成光。光的光谱组成依赖于气体填充物。如将关于优选实施例说明的那样，气体填充物优选地包括氙。电介质势垒氙受激准分子放电灯具有中心位于172nm的发射频带。取而代之，气体填充物可以包括氙、氪、氩、氖和卤化物中的一种或者多种。对于生成在200nm至280nm的UVC范围以外的光的气体填充物，磷光体转换层可以沉积于灯管的内侧上。优选实施例包括气体填充物以及例如在US 6398970 B1中描述的磷光体层，该气体填充物包括氙作为主要构成。

电介质势垒放电灯的灯管具有平面窗口，从该平面窗口发射来自放电的光。优选地，灯的形状完全为平面，其中电极布置于平坦放电管的相对平面侧部上。

电介质势垒放电灯的窗口布置于端盖中，从而容器壳的内部容积由从灯发射的光照射。在一个优选实施例中，灯的朝向容器内部的侧部由部分透明电极(例如线网或者印刷网状式电极结构)覆盖并且连接到高压变压器的接地电极。该电极允许由灯发射的UV光穿过并且提供与受激准分子灯外侧的接地电接触。

根据本发明，因此提出一种具有内部容积的消毒设备，该内部容积由来自布置于端盖内的具体适配的电介质势垒放电灯的UV光照射。灯很好地适合于高效产生UV光。另外，它的具有平面窗口的几何结构很好地集成于容器壳中。因此提供一种可以高效处理布置于容积内的物体和/或流体的很紧凑的设备。

根据本发明的一个优选实施例，容器的内部容积具有柱形形状。这在本文中理解为意指内部容积的横截面(至少在中心部分中在它的长度的50％以上或者更多)保持相同。这里，横截面形状可以例如是圆形、方形、矩形或者其它形状。对于柱形形状，来自端盖方向的对容积的照射有效处理容积的所有部分。另外，可以低成本产生侧壁的对应简易形状。

另外优选该设备为可便携的，这意味着它的尺寸和重量允许易于握持和运输。优选地，容器壳可以具有适合于用作饮用杯的形状和尺寸。尽管在原理上有可能提供可以通过连接到市电电压来供电的设备，但是优选具有电池供电的设备。根据本发明的一个优选实施例，该设备包括可以是可再充电的电池和用于灯的镇流器设备。镇流器设备由电池供电并且生成用于灯的适当驱动电压，即如下交变电压，该交变电压的幅度、波形和频率被选择成获得灯管内的适当放电。

根据本发明的一个实施例，该设备具有可移开端盖(在这一情况下优选为顶盖)并且成形为使得内部容积可以由液体填充。因此，该设备可以用于处理液体、比如饮用水。

在又一实施例中，容器壳除了端盖之外也包括在相对端上的盖。在这一情况下，当优选端盖固定到侧壁时，相对端盖可移开以打开容器。尽管这一类型的设备也可以最终用于处理液体，其中液体由来自端盖以下的UV光照射，但是它主要旨在于用于通过将容器壳放在可以放置于内部容积内的物体之上来处理物体。

根据又一实施例，容器壳的两个端盖可以各自包括用于照射容器内部的电介质势垒放电灯。因此，容器的内部可以由UV辐射很密集地照射以获得彻底消毒。事实上，端盖可以被构造成基本上相同，即二者具有灯、驱动器电子器件和能量源(例如电池)。优选地，电连接这两个端盖以同步操作。

UV辐射并且尤其是这里优选的200nm-280nm UV-C辐射对人类皮肤有害并且可能引起严重的眼睛损害。因此，出于安全原因，优选的是该设备包括用于检测容积打开的闭合传感器。该设备的控制装置与闭合传感器配合以仅在未检测到打开时才操作灯。闭合传感器可以是检测可移开端盖和/或相对端盖是否闭合的机械传感器。取而代之，可以使用其它类型的传感器，例如感测环境光水平的光学传感器，其中如果在操作之前在容积内未检测到光则控制装置才操作灯。

根据又一优选实施例，用于光学感测容器闭合的闭合传感器可以包括优选为可见光范围中的光源和检测这一范围中的光的光传感器，其中光源和光传感器被布置成无直接光学接触。如果容器正确闭合(即如果可拆卸端盖稳固地处于容器上)才会照射光传感器，从而从光源发射的光向光传感器中反射。

可以组合上述不同类型的闭合传感器以增加安全性。

为了监视操作或者保证有效处理，该设备可以包括UV传感器。由于另外不可以从外侧观察灯在闭合容积内的操作，所以UV传感器可以在处理期间简单地检测UV光的存在以用信号通知正确操作。取而代之，UV传感器可以感测容积内的UV强度水平。根据一个优选实施例，提供如下控制单元，该控制单元处理来自传感器的信号以确定例如与随时间积分的强度值对应的UV剂量值。UV剂量值表明容积内容纳的物体或者液体的处理。由于灯的UV光输出在寿命期内可能变化，所以确定UV剂量值优于简单地考虑处理时间。

在透射率有限(即具有悬浮粒子)的液体的情况下，可以建议确定透射的UV光的量。因而在一个优选实施例中，传感器布置于端盖内，并且容器壳包括在相对端的反射表面。传感器然后观察从灯发射(例如经过容积内容纳的液体)并且在反射表面反射的紫外线光强度。这里，传感器优选地不直接而是仅经由反射来接收从灯发射的光。待用的反射表面包括例如铝、不锈钢、PTFE(特氟龙)、Al2O3陶瓷。不要求相对端的容器表面整体由这些材料制成；而是，片状件可以被附着到容器的内部表面以从朝向检测器开口的相对盖反射UV光。作为又一实施例，对UV光敏感的光传感器可以布置于容器的与灯相对的末端。因此，可以直接监视、在穿过容器期间衰减的灯的操作。在灯布置于容器两端的情况下，每端也可以包括用于监视相对侧上的灯操作的传感器。

为了有效用于消毒，灯可以发射光谱组成不同的UV光。一方面，发射光谱依赖于电介质势垒放电灯的气体填充物。根据一个优选实施例，还可以在灯管上(例如在窗口的整个表面上或者在其部分上)布置发光层。如果发光层由通过放电发射的(初级)光激励，则它发射不同波长的(次级)紫外线光。如结合优选实施例的描述将变得清楚的那样，可以具体选择发光层的组成以获得希望的光谱组成以求高效消毒。

附图说明

根据下文描述的实施例将清楚并且参照这些实施例将阐明本发明的上述和其它目的、特征以及优点。

在附图中，

图1示出了消毒设备的第一优选实施例的透视侧视图；

图2示出了图1的设备的部分象征横截面图；

图3示出了根据图1、图2的设备的顶盖的放大部分象征横截面图；

图4a、图4b示出了根据替代实施例的容器壁的放大横截面；

图5示出了消毒设备的第二实施例的透视侧视图；

图6示出了图4的设备的部分象征横截面图；

图7示出了消毒设备的第三实施例的透视侧视图。

具体实施方式

图1示出了包括容器壳12的消毒设备10的第一实施例，该容器壳12具有可拆卸顶盖14。

图2示出了设备10的横截面。容器壳12包括侧壁16、底部18和充当顶盖的可拆卸盖14。如图2中所示，侧壁16和底部18一体形成为不锈钢容器20。侧壁16的形状使得它为在整个高度内具有不变的圆形横截面的圆柱。容器壳12由于它的一体构造而密封到侧部和底部，从而它可以在它的内腔24中容纳液体。侧壁16和底部18一起形成如下杯，该杯可以例如容纳水并且该杯的形状和尺寸使得它可以作为饮用杯(即用来从杯直接饮用)来握持。

图3示出了设备10的盖14(上端盖)的放大截面图。在下部装配于侧壁16上的塑料壳30中，电介质势垒放电灯32与驱动器和控制电路一起布置。

电介质势垒放电灯32包括盘形闭合玻璃管，其中按照限定闭合放电空间40的距离布置玻璃管34的平面上壁36和同样平面下壁38。

在上壁36的外区域之上提供第一电极42例如作为在玻璃管34的这一部分上的金属涂层。以允许与放电空间40电容耦合而又仍然允许向容器壳12的内部容积中发光这样的方式在下壁38的外侧上提供第二电极44。例如可以将第二电极44提供为线网。作为又一替代，印刷传导网状结构可以用于电极44。

在放电空间40内填充的气体包括压强为50mbar-500mbar的氙。为了操作灯32，提供驱动器电路48以在灯电极42、44处供应脉冲形驱动电压。由此，在放电空间40内激发电介质势垒放电，从而生成VUV波长为172nm的初级光50。电压的幅度在2kV与4kV峰值之间，并且峰峰电压在2.5kV与6kV之间。脉冲重复频率在30kHz与150kHz之间，并且占空比在5％与50％之间。灯输入功率在1W与5W之间。电路拓扑包括匝数比为1∶5上至1∶10的一个高压变压器和在回扫拓扑中操作的一个单个半导体开关。

在放电管34的内侧上提供由发光材料制成的涂层52。发光材料由放电发射的初级光50激发并且又根据对发光材料的选择而发射光谱组成不同的次级光46。

在当前优选实施例中，发光材料为YPO₄:Bi。可以代之以使用其它组成，比如在通过引用结合于此的US 6398970中提到的组成。

图3中所示上端盖14还包括用于控制灯32的操作的中央控制单元56以及用于向控制电路和镇流器48供应电功率的镇流器48。机械闭合传感器58、布置于传感器保持器62内的UV光传感器60以及在上端盖14的外侧上的显示器64和用户控制元件66连接到控制单元56。

根据控制元件56的功能，设备10可以操作如下：

为了对水进行消毒，可以通过移开顶盖14来打开容器12。然后可以向容器壳12的下部16中填充水。

然后通过按压顶盖14上的按钮66来激活消毒过程。在启动灯32之前，控制单元56首先检查容器12的闭合状态。如果机械闭合传感器58表明顶盖14稳固地位于下部16上，则通过向镇流器48供电以产生向灯32的电极42、44供应的适当交变电压来启动UV处理。因此在放电空间40中引起放电从而向发光层52发射初级光50。继而向内部容积24中发射次级光46以处理容纳的水。

然后从灯32经过它的充当窗口的下壁38发射的UV光处理内部容积24中容纳的水达一段时间。UV处理一方面直接通过对水中的微生物的DNA进行破坏的UV辐射而另一方面通过UV辐射在水和其余空气中产生的氧化剂(比如臭氧和过氧化物)来有效地用于对水进行消毒。容器壁的反射将帮助增加水中的平均辐射水平。

在处理期间，UV传感器60持续地测量接收的UV光强度。如图2中所示，UV传感器60布置于传感器保持器62上，从而它仅经由反射从灯32接收光，其中传感器信号的主要部分由容器的反射底表面26生成。传感器保持器62为传感器60遮蔽灯32的直射光46。在控制单元56内通过计算与UV剂量值对应的随时间的积分值来处理传感器60递送的强度值。

以这一方式，控制单元56确定至少预定剂量的UV光处理内部容积24中容纳的水，由此保证高效消毒。

在已经达到预定最小剂量值之后，控制单元56经由显示器64用信号通知处理结束。例如，如果未检测到容器12闭合或者如果传感器60接收的UV光强度不足(这可能归因于灯32的故障)或者如果待处理的水不够干净以致于来自灯32的UV光未充分穿透，则显示器64也可以用来用信号发送任何错误。

在上述第一优选实施例中，容器壳12的侧壁16和底部18包括壁厚度例如为0.3mm-1mm的单个不锈钢件，其使得容器足够稳定。不锈钢材料也在某种程度上反射UVC辐射，从而底表面26的反射对于上述的强度测量是足够的。当然有可能例如通过铝层来增加反射率，这会将反射率增加约3倍。

尽管具有厚壁的不锈钢容器由于它廉价、稳定和反射而目前视为最优，但是代之以有可能向容器壳12的侧壁16提供不同材料。

图4a示出了第一替代侧壁16’，该侧壁包括相当薄(0.3mm以下)的不锈钢壁8，因此该不锈钢壁8由塑料盖22覆盖以求机械稳定性和减震。如在优选第一实施例中那样，可以优选地选择不锈钢材料作为食品级材料。

图4b示出了又一替代，其中容器12的侧壁16”包括玻璃壁21，该玻璃壁具有可以例如通过热蒸发来提供的薄铝层的(可选)反射外侧覆盖物27。为了保护玻璃21和反射层27，这里也提供外塑料盖22。具体而言，减震材料如软塑料橡胶可以用来减少破裂风险。常规玻璃材料可以用于容器壁21，从而获得适合容纳饮用水(食品级)的相对廉价的容器。然而例如具有70％硅的常规玻璃材料将吸收大部分UV辐射，因此减少内部容积24中的强度。因此优选使用石英玻璃、即由高纯度硅(例如多于95％的硅)制成的玻璃。石英玻璃部分透射UVC辐射，从而UV光将在反射层27反射。

图5、图6示出了消毒设备110的第二实施例。替代设备110旨在用于物体而不是液体消毒。下文将仅说明在这一替代实施例与上述第一实施例之间的不同。在实施例之间共同的部分将由相似标号标示。

在消毒设备110的第二实施例中，顶盖14优选地固定到柱形容器壳16。取而代之地，顶盖14也可以在第二实施例中如上文描述的那样可拆卸。柱形壳16在底部打开并且可以由底盖117闭合。

如图6中所示，物体125可以放置于内部容积24内(如图所示通过将它放置于底盖117内或者代之以通过将物体125放置于任何平坦表面上并且将容器壳16放在它之上)。

如上文针对第一实施例描述的那样实现消毒设备110的操作。对于固定灯盖14而言，机械闭合开关(未示出)可以布置于可移开底盖117；取而代之或者除此之外，内部容积24的闭合由光学传感器60检测，该传感器也测量可见光的强度。在控制单元56中评估来自传感器60的信号，从而仅在传感器60未接收环境光时才启动消毒过程。

使用光学传感器60的安全功能确保如果光学传感器60免于在可见光范围中的辐射才允许UV灯接通。可以通过使用以下实施例来增加安全水平：在设备处提供附加光源(例如LED)而未与光学传感器60直接光学接触。LED朝相对端盖发光，该端盖优选地在380nm与800nm之间的可见光或者接近可见光范围中至少部分反射来自该LED的光。在并且仅在相对盖闭合时，LED的反向反射光才辐射光学传感器60。如果使用两个光学传感器则达到最大安全性：在UV灯接通之前第一光学传感器必须免于辐射；以及在UV灯接通之前第二光学传感器必须被描述的LED信号辐射至预定义最小水平。

图7示出了消毒设备210的第三实施例。替代设备10不同于上文讨论的实施例在于它不仅包含可拆卸顶盖14(包括电介质势垒放电灯和驱动器电路)而且包含类似相同的可拆卸底盖214(也包括电介质势垒放电灯和关联驱动器电路)。

如在上述实施例中那样，容器壳12的侧壁16优选为不锈钢(但是可以代之以选择如上文讨论的其它材料)。

在根据第三实施例的消毒设备210中，放置于内部容积24内的物体125或者容纳于内部容积24(在这一情况下，在容器壳12的可拆卸下盖214与侧壁16之间的连接由垫圈密封防漏)中的液体通过来自上方和下方的UV-C辐射非常高效地消毒。这通过减少遮蔽效果以有助于物体消毒。在UV穿透深度有限的液体的情况下，来自两侧的辐射的消毒更高效。另外实现冗余性，其中在灯之一失效的情况下仍然可以使用设备210。

如图7中所示，上盖14和下盖214包括机械闭合传感器58、258和光学传感器60、260。如上文说明的那样通过按压上盖14的开关66来操作设备210。仅在两个机械闭合传感器58、258均表明盖14、214稳固地处于空心柱形侧壁16上才启动操作。在盖14、214(在图7中未示出)之间的电连接适于连接控制单元并且同步操作。

在操作期间，光学传感器60监视从布置于相对端盖214中的灯接收的UV强度，而下盖214的光学传感器260从顶盖14中的灯接收UV光。因此监视两盏灯。

如上文说明的那样，灯32发射的紫外线光46不仅对内部容积24的内含物直接进行消毒而且生成基团，比如在内部容积24中容纳的空气或者水中的臭氧或者过氧化物。在内部容积24内生成的基团适于提供对内部容积24内容纳的物体125或者液体的高度有效的消毒。

已经在附图和前文说明书中具体图示和描述了本发明。这样的图示和描述将视为说明性的或者示例性的而非限制性的；本发明并不限于公开的实施例。

例如有可能在如下实施例中实施本发明，其中壳的形状不同于图中所示示例形状。另外，第二消毒设备110的光学闭合传感器也可以与第一实施例结合使用。类似地，可以在第二实施例中提供机械闭合传感器。

本领域技术人员可以在实施要求保护的本发明时从对附图、说明书和所附权利要求的研读中理解和实现对公开的实施例的其它变化。在权利要求中，字眼“包括”并不排除其它单元或者步骤，并且不定冠词“一个/一种”并不排除多个/多种。单个单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施这仅有的事实并未表明不能有利地使用这些措施的组合。在权利要求中的任何标号不应理解为限制范围。

附图标记

10    设备

12    容器壳

14    顶盖

16，16’，16”侧壁

18    底部

20    钢容器

21    内玻璃容器

22    外塑料覆盖物

24    内部容积

26    底表面

27    反射层

30    塑料壳

32    放电灯

34    玻璃管

36    上壁

38    下壁

40    放电空间

42    第一电极

44    第二电极

46    次级光

48    镇流器

50    初级光

52    涂层

54    电池

56    中央控制单元

58    机械闭合传感器

60    UV光传感器

62    传感器保持器

64    显示器

66    用户控制元件

110   消毒设备的第二实施例

117   底盖

125   物体

210   消毒设备的第三实施例

214   底盖

258   闭合传感器

260   光传感器

Claims (13)

1.一种消毒设备，包括：

-容器壳(12)，具有内部容积(24)，

-所述壳至少包括侧壁(16)和端盖(14)，

-所述设备还包括用于向所述容积(24)中发射紫外线光的电介质势垒放电灯(32)，所述灯(32)包括具有气体填充物的灯管(34)和与所述气体填充物电绝缘布置的电极(42，44)，其中向所述电极(42，44)施加的交变电压引起所述气体填充物中的放电，

-其中所述灯管(34)具有平面窗口(38)，在放电期间从所述窗口发射紫外线光，

-其中所述窗口(38)布置于所述端盖(14)中。

2.根据权利要求1所述的设备，其中：

-所述灯管(34)具有平面盘的形状，其中所述电极(42，44)布置于所述盘的相对侧部上，

-并且其中所述窗口(38)为所述盘的所述侧部之一。

3.根据上述权利要求之一所述的设备，其中：

-所述内部容积(24)具有柱形形状。

4.根据上述权利要求之一所述的设备，所述设备还包括：

-电池(54)，

-以及镇流器设备(48)，连接到所述电池(54)用于供应所述交变电压。

5.根据上述权利要求之一所述的设备，其中：

-所述容器壳(12)被成形为使得所述容积(24)可以由液体填充，

-并且其中所述端盖(14)可移开以打开所述容器壳(12)。

6.根据上述权利要求之一所述的设备，其中：

-所述容器壳(12)还包括与所述端盖(14)相对布置的相对端盖(117)，其中所述相对端盖(117)可移开以打开所述容器壳(12)。

7.根据权利要求5、6之一所述的设备，所述设备还包括：

-闭合传感器(58，60)，用于检测所述容积(24)的开口，

-以及控制装置(56)，用于如果所述闭合传感器(58，60)未检测到打开才操作所述灯(32)。

8.根据权利要求7所述的设备，其中所述闭合传感器包括：

-光源和光学传感器，布置成使得在所述光源与所述光传感器之间无直接光学接触，

-其中如果所述容器壳(12)闭合则所述光源经由反射间接照射所述光传感器。

9.根据上述权利要求之一所述的设备，所述设备还包括：

-光传感器(60)，用于感测所述容积(24)内的紫外线光强度。

10.根据权利要求9所述的设备，其中：

-所述传感器(60)布置于所述端盖(14)处，

-并且其中所述容器壳(12)还包括与所述端盖(14)相对布置的相对端盖(18)，

-其中所述相对端盖(18)包括用于反射从所述灯(32)发射的所述紫外线光的反射表面(26)，

-并且其中所述传感器(60)感测在所述反射表面(26)处反射的紫外线光强度。

11.根据权利要求9、10之一所述的设备，其中：

-控制单元(56)被提供用于处理来自所述传感器(60)的信号，

-其中所述控制单元(56)被设置成根据所述信号确定UV剂量值。

12.根据上述权利要求之一所述的设备，其中：

-所述灯(32)包括如果受来自所述放电的初级紫外线光(50)激励，则发射次级紫外线光的发光层(52)。

13.根据上述权利要求之一所述的设备，其中：

-所述容器壳(12)还包括与所述端盖(14)相对布置的相对端盖(214)，其中灯的所述相对端盖(214)被布置用于用紫外线光照射所述容积(42)。

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