CN106536421A - 用于液体净化装置的照射室、净化装置和饮料分配器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于使用紫外光照射来阻止病原微生物繁殖的液体净化装置的照射室(300)，所述照射室包括入口部分(302)、出口部分(303)和具有细长的形状的主体部分(301)，所述照射室(300)具有限定腔室的内表面，所述照射室(300)设置有被配置用来用紫外光照射所述照射室(300)中的液体的紫外光发射装置，所述主体部分(301)具有与所述入口部分(302)相比扩大的形状。所述照射室(300)的限定所述腔室的所述内表面是三维的圆化的表面，没有会形成凹陷部的边缘。本发明还涉及一种液体净化装置以及涉及一种饮料分配器。

Description

用于液体净化装置的照射室、净化装置和饮料分配器

技术领域

本发明涉及一种用于使用紫外光照射来阻止病原微生物繁殖的液体净化装置的照射室。具体地讲，本发明涉及用于小型液体净化装置的照射室和涉及具有这种液体净化装置的饮料分配器，例如饮水器。

背景技术

本发明主要涉及具有用于液体净化的照射室的液体净化装置。本发明还涉及具有这种净化装置的饮料分配器。

净化用于饮用的液体(如水)的最基本的工作之一是消毒，以确保水中存在的任何病原微生物(例如细菌、病毒和原生动物)不会在任何饮水的人中引起疾病。已知通过紫外光(UV)照射方法进行该消毒，在该方法中，用紫外光形式的高能辐射轰击一定体积的被处理的水。紫外光损害病原微生物的DNA和RNA，破坏它们的繁殖能力并且有效地消除它们引起疾病的能力。

由于这种系统使用光线进行消毒，在天然不透明的或者未经过滤去除悬浮固形物的液体上，这种系统的有效性下降。出于本文件的目的，“净化”的范围因此应被理解为涵盖其中浊度极小的液体的消毒。

传统的紫外光液体净化系统采用了气体放电灯特别是汞蒸气灯作为紫外光来源。最近，越来越普遍的是采用紫外光发光二极管(UV-LED)作为照射用紫外光的来源。UV-LED具有许多益处，吸引人们将其用于紫外光液体净化系统，值得注意的益处是其尺寸紧凑、可靠并且没有常规灯具中存在的有毒组分(如汞蒸气)。UV-LED的固态特性还使其能够立即接通和切断，这是相对于常规的气体放电灯的又一个优点。

现有技术中，有数种UV-LED实例正被应用于通过紫外光照射净化液体。例如，文献CN 202175579描述了一种照射装置，其中单根管螺旋围绕着UV-LED阵列，而文献KR20110007554描述了一种龙头，其具有内置的UV-LED灭菌器用于处理从其流出的液体。另外，文献KR 20040073732描述了一种用于净化水的系统，其中水从贮存器抽取并经过灭菌器直接送到管口用于分配。

一般而言，为了确保被处理的液体的有效净化，所述液体要经过紫外光照射足够的时间。已知的净化装置通常包括照射室，液体在其中被照射。由于此照射室中提供的体积，相应体积的液体可被照射和净化，使得该体积的经净化液体可立即供应使用。照射室的容积还可降低在照射室中流动的液体的平均速度，从而提高液体在该室中的停留时间，并且因此提高照射时间。

典型的照射室大体上具有圆柱的形状，每个端部由平坦的壁封住。

本申请人已发现，在经典的照射室中存在着许多死容积。“死容积”是照射室中流体不流动的部分，甚至当在照射室中建立流体流时也是如此。应避免这种死容积，因为它们会降低照射室的有效容积：当一部分液体不流动时，该室中的其余部分的水流动速度比没有死容积时的流动速度更快。死容积还促进照射室中形成无机沉积物。

本申请人还已发现，死容积通常存在于照射室中的入口周围。因而，进入照射室的液体不能在其一进入照射室(即从照射室的所述入口进入)时就被有效地处理。

在小型净化装置中，如饮水器中采用的净化装置中，照射室具有相对较小的容积(例如100mL至200mL)。在这种小照射室中，死容积是一个特别严重的问题，因为实际可利用并被用于处理液体的容积的任何损失都应避免，否则，为了所有流出照射室的液体都达到一定的最低照射时间，照射室的容积必须增大和/或流速必须下降。等待照射室中存在的流体自然混合并均化是不可能的，因为通常来说，与照射室的容积相比要递送的液体的量迫使在照射室中存在明显的连续流。

可设想加入混合器来产生湍流。但是，在所有的反应器形状中，使用混合器都不是有效的，并且可能具有其他缺点。例如，可能要求电源，或者这可能增加维护需求。可设想使用没有扩大的照射室的线路(即照射是在形成该线路的软管的一部分中进行)，但由于消毒所要求的照射时间，这在大多数应用中是不可能的。还可设想在照射室内设置挡板。但是挡板会在照射室中产生角落，这可能会有利于微生物的发展和生物膜的形成。

因此，本发明的一个目标是提供一种用于使用紫外光照射的液体净化装置的照射室，该照射室能解决或减少上述缺点中的至少一个缺点。

发明内容

在本发明的第一方面，提供一种用于使用紫外光照射来阻止病原微生物繁殖的液体净化装置的照射室，该照射室包括入口部分、出口部分和具有细长的形状的主体部分，该照射室具有限定腔室的内表面，该照射室设置有被配置用来用紫外光照射该照射室中的液体的紫外光发射装置，该主体部分具有与该入口部分相比扩大的形状。该照射室的限定该腔室的该内表面是三维的圆化的表面，没有会形成凹陷部的边缘。

限定该照射室的平缓地圆化的表面可减少所述室中的死容积。该照射室的所有或几乎所有的容积都被用来净化在所述室中流动的液体。

在本发明的一个实施方案中，该照射室的限定该腔室的该内表面是回转面，该回转面的母线是曲线的一部分，在该曲线的整个所述部分上都没有会切点(cusp)。换句话说，限定该回转面的母线的数学函数在该曲线的限定该回转面的整个部分上都是可微分的。

该照射室的主体部分可通过平缓地曲化的连接部分连接到该入口部分和该出口部分。该主体部分可尤其包括圆柱形部分。在这个情况中，该连接部分可由曲面构成，每个曲面的曲率半径大于或等于该圆柱形部分的半径。具体而言，该连接部分由曲面构成，每个曲面的曲率半径大于或等于0.5cm。

在一个实施方案中，该照射室的该主体部分的长度可介于5cm至15cm之间，包括5cm和15cm。该照射室的该主体部分可具有内部等横截面，该内部等横截面的面积介于0.5cm²至4cm²之间，包括0.5cm²和4cm²。

通常，该照射室的该主体部分的容积可为200mL或更少，优选100mL左右。

在本发明的一种构造中，该出口部分与该入口部分在同一直线上。在另一种构造中，该出口部分与该入口部分大体上正交。

该紫外光发射装置可包括紫外光发光二极管。作为另一种选择，该紫外光发射装置可包括光纤部分，所述光纤部分被连接到至少一个紫外光光源并且被配置用于将紫外光从所述至少一个光源传输到该照射室中。

本发明还涉及具有如前所述的照射室的净化装置。本发明最后涉及具有这种被配置用于通过紫外光照射来在递送饮料前净化饮料的液体净化装置的饮料分配器，如饮水器。

附图说明

本发明的额外特征和优点在下文参照附图给出的目前优选实施方案的说明中有所描述，并且这些特征和优点将从该说明中显而易见，其中：

图1是具有照射室的液体净化装置的一个实例的示意图；

图2A是一种用于小型净化装置的照射室的示意图，所述照射室具有通常在现有技术中实施的设计；

图2B是图1的照射室的一个区段的示意图，其中示意性表现了照射室中流动的液体的流线；

图3A是根据本发明的一个实施方案的照射室的示意图；

图3B是图4的照射室的一个区段的示意图，其中示意性表现了照射室中流动的液体的流线；

图4是根据本发明的另一个实施方案的照射室的一个区段的示意图。

具体实施方式

为了完全理解本发明及其优点，参考对本发明的以下详细说明。

现参考以下实施例进一步描述本发明。应当理解，受权利要求书保护的本发明并非旨在以任何方式限制于这些实施例。

还应理解，本发明的各实施方案可以与本发明的其他实施方案组合，并且仅是制备和使用本发明的具体方式的示例，并且当以权利要求书和以下详细说明进行考虑时并不限制本发明的范围。

图1是液体净化装置100的示意图，具体而言是被包括在饮料分配器如饮水器中的净化装置。下文对液体净化装置的描述涉及使用紫外光照射的液体净化装置的一个实例的总体布局。这个一般描述可涉及现有技术已知的装置及根据本发明的一个实施方案的装置，因为本发明具体而言涉及用于这种净化装置的照射室，而并不改变这种装置的总体布局。

液体净化装置100设置有装着一定体积的液体102的贮存器101。在本实施方案中，液体102是水，但可以任选是任何具有足够透明度的液体。液体102通过泵管103从贮存器101抽出并进入泵104中。从泵104，液体102被引导到循环管105中。

循环管105从泵104延伸进入主照射装置106(如图所示)，从而在泵104和净化装置的排出口107之间建立流体连通。

在主照射装置106中，液体通过紫外光照射被净化。在所示出的实施方案中，照射装置106具有管形结构，该管形结构具有内表面108。内表面108是反射性的，优选由高度抛光的金属制成，或者用反射性金属箔覆盖。在所述主照射装置106的内表面108上，设置有多个主紫外光发光二极管(UV-LED)109，这些发光二极管在照射室111内投射紫外光照射110。

该照射室将参考图2至4进行详细描述。

液体102在照射室111中被照射并因此并消毒后流到排出口107，于是从装置100排出。

任选地，该净化装置可以还设置有第二照射装置112，该第二照射装置具有至少一个第二UV-LED 113。第二照射装置112投射紫外线110到排出口107上，以对被排出的流体进行灭菌。

布置在主照射装置106和第二照射装置112中的UV-LED 109和113的输出功率和数量，可根据装置100的具体特征及要采用该装置的应用而改变。

在所示出的实施方案中，装置100还具有控制部件114，该控制部件被配置用于对主照射装置106和第二照射装置112及泵104的运行进行电力控制。优选地，控制部件114还与被布置在主照射装置106内的光传感器115连通。控制部件114使用光传感器115的输出来校准从主UV-LED109发射的紫外光照射110的强度，以及监测装置100的运行和对用户警示任何故障。

虽然本文讨论的装置采用光传感器115，但是应认识到，装置100可被配置具有其他传感器(例如流量计、水澄清度传感器、热电偶等)，这些其他传感器与控制部件114连通并使它连续调整液体净化装置的运行参数。因此，控制部件114的确切构造和运行程序将根据要采用液体净化装置的应用而变。

图2A、2B、3A和3B是用于小型净化装置的照射室的示意图，更具体而言是由照射室的内表面限定的腔室的示意图。所示出的净化室可对应于图1中所示出的净化装置的净化室111。当然，这种净化室可被用于各种类型的装置和应用，而不限于饮料分配器。

图2A中所示出的净化室200具有根据现有技术的典型设计。净化室200包括主体部分201、入口部分202和出口部分203。

主体部分201(更具体地讲其内表面)具有带被封住的末端的圆柱的形状。形成主体部分201的圆柱的末端由平坦壁204封住。入口部分202和出口部分203被连接到壁204。

在主体部分201的每个末端，壁在主体部分内部形成凹陷部或角落205，所述凹陷部或角落处于所述主体部分末端的周边。

在角落205中，可出现无机沉积物。此外，在角落205中产生死容积206。死容积对应于照射室中流体不流动或者与照射室中的平均流体速度相比流动得非常慢的部分。

图2B说明了这个现象。图2B是图1的照射室的一个区段的图示。在照射室200中从入口部分202流到出口部分203的液体的流线由箭头示意性示出。所示出的流动仅仅是说明性的，但显示了死容积206(在图3中以阴影线表示)尤其存在于主体部分201的入口和出口的周围，在主体部分201的壁204和圆柱形壁207之间形成的角落中。由于从入口部分202流到出口部分203的液体不在死容积中循环，与照射室的几何容积(总容积)相比，用来使液体减速并确保在照射室中(尤其是在主体部分201)中有充足停留时间的照射室有效容积减少了。死容积还促进无机沉积物在照射室中的形成。

尤其是，死容积206通常存在于照射室的主体部分201的入口周围。因此，进入主体部分201的液体没有在其一进入时就得到有效处理。

图3A是根据本发明的一个实施方案的照射室300的示意图。它尤其被设计用于小型净化装置如饮用水饮器。

照射室300具有大体上圆柱形的主体部分301、入口部分302和出口部分303。与图1的照射室相比，图3中所示出的照射室的入口部分302和出口部分303通过平缓地曲化、圆化的连接部分304、305连接到主体部分301。

具体地讲，连接部分304、305各自的凹度是渐进变化的。这样得到的照射室限定出其内表面没有明显边缘的腔室，所述明显边缘会形成凹陷部或角落。照射室的内表面限定出其内部容积，要进行消毒的液体在该内部容积中流动。一般而言，根据本发明任何实施方案的照射室限定出具有圆化的内表面的腔室，该内表面的凹度平缓地变化。

在本发明的一个具体实施方案中，由照射室限定的腔室的表面是回转面。这个回转面的母线上没有会切点。换句话说，限定该回转面的母线的数学函数在该曲线的限定该回转面的整个部分上都是可微分的。

由于在照射室的内表面中没有凹陷部，因此可防止无机沉积物。穿过照射室的液体在照射室的整个容积中流动。没有明显的死容积，或者至少死容积被大大限制。

图4显示根据本发明的另一个实施方案的照射室的一个区段的示意图。在本实施方案中，照射室400具有大体上圆柱形的主体部分401、入口部分402和出口部分403。该出口部分与该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。当然，在不偏离本发明的情况下，入口部分402和出口部分403之间可形成任何角度值。

与图3中所显示的本发明实施方案一样，入口部分402通过平缓、圆化的第一连接部分404连接到主体部分401。将主体部分401连接到出口部分403的第二连接部分405是弯部。这样形成的弯部优选尽可能大且圆化。

如本发明的上述实施方案中所显示，根据本发明的照射室的内表面没有会形成角落的边缘。

可以有许多种构造。照射室具有细长的形状，以便更容易地布置紫外光发射装置，并且增加在照射室中流动的液体的照射时间。紫外光发射装置一般而言是能够在照射室中照射紫外光的装置。紫外光发射装置可包括例如紫外光发光二极管(UV-LED)或连接到至少一个紫外光光源的光纤部分，所述光纤部分被配置用于在照射室中传输紫外光。主体部分可具有实质上圆柱形的形状，截面为圆形。在其他实施方案中，它可具有椭圆截面，或者其他细长的形状。主体部分的截面可以是恒等的，即沿着主体部分，截面可具有相同的形状或者尺寸，或者沿着主体部分，截面可演变。在其他实施方案中(未示出)，照射室的主体部分自身可以是弯曲的，例如为L形或U形，在所述主体部分的各分部之间具有圆化的弯部。

用于小型净化装置的照射室的典型容积在200mL以下，例如100mL左右。如果照射室具有细长的形状，其长度可在10cm左右。如果照射室的主体部分的内部横截面沿着其长度方向是恒等的，则该横截面的表面积通常可介于0.5cm²至4cm²之间。如果横截面是圆形的(主体部分是回转圆柱)，则其直径可例如介于1cm至2cm之间。

必须认识到，这些值仅仅是典型的数量级，并不限制本发明的范围。

在本发明的任何实施方案中，连接部分可被成形为不包括任何具有0.5cm以下的曲率半径的曲面。在本发明的其中照射室的主体部分为回转圆柱的一个实施方案中，连接部分通常可被成形为不包括任何具有小于形成主体部分的圆柱的半径的曲率半径的曲面。

照射室中不存在棱角或角落，就可以避免水在照射室中不流动。水流过照射室，流线循着照射室的圆化形状。这种圆化的形状可以防止照射室中细菌过度发展、生物膜形成和无机物沉积。

本说明书中使用的词语“包括”、“包含”和类似的词语，都不应被理解为具有排他性或穷举性的含义。换句话讲，这些词语用来指“包括但不限于”的意思。

不能将本说明书中对现有技术文献中的任何参考视为承认此类现有技术为众所周知的技术或构成本领域普遍常识的一部分。

尽管以举例的方式对本发明进行了描述，但应当理解，在不脱离权利要求书中所限定的本发明范围的前提下，可作出变型和修改。此外，对于具体的特征如果存在已知的等同物，则应如同在本说明书中明确提到的那样来引入这些等同物。

Claims (15)

1.一种用于使用紫外光照射来阻止病原微生物繁殖的液体净化装置的照射室(300,400)，所述照射室(300,400)包括入口部分(302,402)、出口部分(303,403)和具有细长形状的主体部分(301,401)，所述照射室(300,400)具有限定腔室的内表面，所述照射室(300,400)设置有被配置用来用紫外光照射所述照射室(300,400)中的液体的紫外光发射装置，所述主体部分(301,401)具有与所述入口部分(302,402)相比扩大的形状，

其中所述照射室(300,400)的所述限定腔室的内表面是三维的圆化的表面，没有会形成凹陷部的边缘。

2.根据权利要求1所述的照射室(300,400)，其中所述照射室(300,400)的所述限定腔室的内表面是回转面，所述回转面的母线是曲线的一部分，在所述曲线的整个所述部分上都没有会切点。

3.根据权利要求1或2所述的照射室(300,400)，其中所述照射室(300,400)的主体部分(301,401)通过平缓地曲化的连接部分(304,305)连接到所述入口部分和所述出口部分。

4.根据权利要求3所述的照射室(300,400)，其中所述主体部分(301,401)包括圆柱形部分。

5.根据权利要求4所述的照射室(300,400)，其中所述连接部分由曲面构成，每个曲面的曲率半径大于或等于所述圆柱形部分的半径。

6.根据权利要求3至5中的任一项所述的照射室(300,400)，其中所述连接部分由曲面构成，每个曲面的曲率半径大于或等于0.5cm。

7.根据权利要求3至6中的任一项所述的照射室(300,400)，其中所述照射室(300,400)的所述主体部分(301,401)的长度介于5cm至15cm之间，包括5cm和15cm。

8.根据权利要求3至7中的任一项所述的照射室(300,400)，其中所述照射室(300,400)的所述主体部分(301,401)具有内部等横截面，所述内部等横截面的面积介于0.5cm²至4cm²之间，包括0.5cm²和4cm²。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的照射室(300,400)，其中所述照射室(300,400)的所述主体部分(301,401)的容积为200mL或更少，优选100mL左右。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的照射室(300,400)，其中所述出口部分(303,403)与所述入口部分(302,402)在同一直线上。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的照射室(300,400)，其中所述出口部分(303,403)与所述入口部分(302,402)实质上正交。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的照射室(300,400)，其中所述紫外光发射装置包括紫外光发光二极管。

13.根据权利要求1至11中的任一项所述的照射室(300,400)，其中所述紫外光发射装置包括光纤部分，所述光纤部分被连接到至少一个紫外光光源并且被配置用于将紫外光从所述至少一个光源传输到所述照射室(300)中。

14.一种液体净化装置(100)，所述液体净化装置具有根据前述权利要求中的任一项所述的照射室(300,400)。

15.一种饮料分配器如饮水器，所述饮料分配器具有根据权利要求14所述的液体净化装置，所述液体净化装置被配置用于通过紫外光照射来在递送所述饮料前净化所述饮料。