CN109152854B - 消费者设备内的uv模块 - Google Patents

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Abstract

提供了用于紫外(UV)流体净化的方法和装置，其中流体是以气体、液体或固体的形式或者其组合，该方法和装置包括具有改进的光提取效率的UV‑C LED模块(10)。UV‑C LED(12)与一个或多个UV‑C透射窗口元件(14)光学联通。

Description

消费者设备内的UV模块
技术领域
本发明涉及在消费者设备内的紫外光发射模块的使用。
背景技术
针对流体的净化，或者更准确地流体的消毒和灭菌(出于简单起见，下文中称为流体净化或者流体的净化)，UV光(特别是UV-C光)的使用是众所周知的并且惯例的技术实践。利用UV-C是用于净化流体贮存器而不需要添加化学剂或者用于频繁清洁的有效方式。足够短的波长下的UV-C光对细菌，病毒和其他微生物具有诱变作用。在大约265nm的波长处，UV破坏微生物的细胞中的DNA的分子键，在DNA中产生胸腺嘧啶二聚体，从而破坏繁殖细胞所必需的DNA结构，使得它们无害或者禁止生长和繁殖。当设计用于有效的UV-C灭活的UV-C系统时的主要考虑是光源强度和曝光时间。源强度(也称为灯强度)是光源的辐射能量与到待辐射的表面的距离的函数。一旦确认了强度因子，确定需要曝光表面多久是简单的。
最近，对于UV-C流体净化设备的需求已经日益增长，该UV-C流体净化设备可以利用来自快速发展的UV-C LED光源领域的技术。众所周知，例如，IIIA族-氮化物(AlxGa1-x- yInyN,[0</＝x+y</＝1])具有直接带隙，其可以用于产生在紫外(UV)波长中的电磁辐射。例如，(AlxGa1-xN(0<x<1))经常被用作用于发光二极管(LED)的部件，从而产生小于365nm的UV辐射。
关于上面提及的流体净化，与更加传统的荧光或白炽UV-C灯相比，UV-C LED解决方案具有许多优势，包括例如快速开关能力、小的形状因子、长寿命和显著“更清洁”的材料成分——包含很少的危险的或有害的组分材料。
因此，期望一种UV-C LED流体净化设备，其包括具有改进的光提取效率的UV-CLED封装，从而允许增加的光强度能力，而不会导致设备的任何增加的体积或重量，也不会显著地增加整体的操作成本。
发明内容
本发明由权利要求限定。
根据本发明的一个方面，提供了一种UV-C净化设备，其包括：
一个或多个UV-C LED模块，用于将UV-C光施用到处于气体、液体或固体的形式或者其组合的流体，每个模块包括：
-一个或多个UV-C LED，以及
-一个或多个UV-C透射窗口元件，
其中一个或多个UV-C LED与一个或多个UV-C透射窗口元件光学联通。
根据本发明的第二方面，提供了一种流体净化方法，其包括：
将UV-C光施用到处于气体、液体或固体的形式或者其组合的流体，UV-C光是由一个或多个UV-C LED模块产生的，每个模块包括：
-一个或多个UV-C LED，以及
-一个或多个UV-C透射窗口元件，
其中一个或多个UV-C LED与一个或多个UV-C透射窗口元件光学联通。
因此，提供了UV-C净化设备，其包括UV-C LED模块，用于将UV-C光应用到处于气体、液体或固体的形式或者其组合的流体，每个模块包括一个或多个UV-C LED以及用于透射由LED所产生的光的一个或多个UV-C透射窗口元件。UV-C透射窗口元件对于具有可见波长的光可以是半透明的、透明的或者甚至是不透明的。UV-C透射窗口元件可以例如包括硅树脂、多晶氧化铝(PCA)、对UVC透明的玻璃、石英、合成石英(SiO2)、氟化乙烯丙烯(FEP)。
在一些实施例中，模块可以位于或者被集成到消费者设备(诸如例如为，咖啡机、室内加湿器、在冰箱前的冷饮分装机)中。UV-C LED可以被布置为将UV-C光施用到咖啡机内处于液体形式的流体，这可以是施用到流体流过的内部管道系统，或者UV-C LED可以被布置为将UV-C光施用到在机器内包含有流体(在该情况中为水)的贮存器。UV-C LED可以被布置为将UV-C光施用到位于设备(例如，冰箱冷冻箱)中的冰贮存器内处于固体形式的流体。优选地，冰贮存器或者冰桶具有外盖。令人惊讶地发现，UV-C LED可以被置于任何地方以将UV-C光施用到处于固体形式的流体(即，冰)，而不是必须在以流体形式的水的水位的下面，对于有效的水净化而言，这几乎总是后者这种情况，这是由于当UV-LED位于水平面上面时在空气-水界面处的反射所导致的。进一步地，UVC LED可以被布置为将UV-C光施用到被集成到冰箱冷冻箱的冷饮分装机内处于液体形式的流体。进一步地，UVC LED可以被布置为将UV-C光施用到同时处于液体和固体两种形式的流体，这可以证明在将冰粒混合物混合到液体中以形成冰沙的情况中是有利的。液体可以是无碳酸果汁，或者诸如咖啡的其它液体。用于制造这种冰沙饮料(slush drinks)的机器通常具有搅拌器或螺旋钻，其以恒定的速度旋转，以混合糖和水分子，使得它们在水结冰之前键合。结果是绵软、湿润的浆状混合物。
在一些实施例中，模块可以位于或者被集成到工业设备(诸如例如为，诸如在餐厅、酒店、公共区域或者快餐店中的冰机)中。在一些实施例中，模块可以位于或者被集成到诸如餐厅、超市、快餐店、备餐区、鱼市场或者罐头厂中的储冰箱中。
本发明的实施例可以被布置为将UV-C光施用到胶体。这种悬浮液的示例是生奶油、涂料、血液和水雾。
胶体是细小颗粒在介质中的均一分散体。细小颗粒具有在1nm和1000nm之间的直径，并且可以是固体、液体或者气体。它们悬浮其中的介质可以是固体、液体或者气体(然而，气体胶体不能悬浮在气体中。)
军团菌病主要通过在包含军团菌细菌的雾气中呼吸来传播。细菌天然存在于淡水中，并且可以污染热水箱、热水浴缸、空调系统(HVAC)、池塘、喷泉等。细菌还可以在包含细菌的水经由抽吸而被吸入时传播。估计，军团菌病是大约2％-9％的世界范围肺炎病例的病因。
主要关注点的是当包含细菌的水被雾化时，即当水的液滴尺寸变小到足以被携带到空气中时。喷雾器是在正确的消毒剂(与水源混合)被雾化时对房间进行消毒的非常有效的方式，或者在灭火时非常有效。不幸的是，如果用于灭火系统或者消毒剂的水源被细菌污染，那么喷雾器也是传播军团病菌的非常有效的方式。这可能会造成严重的健康风险。
军团菌细菌——尤其是军团菌肺炎(超过90％的军团菌病例的病因)——在水生系统中繁殖，其中它是在共生关系的阿米巴变形虫内形成的。在建筑环境中，办公楼、酒店和医院中的中央空调系统是污染水的源头。其可以存在的其它地方包括工业冷却系统中使用的冷却塔、蒸发冷却器、雾化器、加湿器、漩涡水疗、热水系统、淋浴器、挡风玻璃清洗器、喷泉、室内空气加湿器、制冰机和通常在杂货店生产部门中发现的喷雾系统。
如果不严格遵守消毒和维护程序，那么疾病还可能从在热水浴缸中产生的受污染的气溶胶传播。淡水池塘、小溪和观赏喷泉是军团菌的潜在来源。疾病与具有复杂饮用水系统和冷却系统的酒店、喷泉、游轮和医院特别相关联。诸如与受污染的自来水一起使用的加湿器和雾化器的呼吸护理设备可能包含军团菌种类，因此使用无菌水非常重要。
减少军团菌病传播的风险目前通过多种方法来实现：
-保持系统中的水温小于20℃或者大于50℃，
-通过移除任何没有出口的管道系统来防止淤塞，如果不可能防止，那么在使用之前必须进行彻底消毒，
-防止生物膜的形成，这可以通过替换促进生物膜生长的构建材料来实现，或者通过减少进入系统的用于细菌生长的营养物质的量来实现，
-通过适当地使用高温或化学杀灭剂或氯化消毒来对系统的定期消毒，
-减少气溶胶的产生和减少人体对气溶胶的暴露的智能系统设计。
可以看出，在持续维持水温或化学强度的情况下，这些方法是能量密集型的。在系统的出口附近使用UV-C净化设备可以有助于降低传播疾病的风险。由于UV-C LED的形状因子小，因此还可以将它们放置在淋浴头中或者水龙头内，以便在使用前净化流体。医院获得性军团菌肺炎的主要来源是饮用水分配系统，并且目前死亡率超过25％。
本发明的实施例可以被布置为将UV-C光施用到乳化液。乳化液是一种类型的胶体系统，并且是不混溶的一种液体在另一液体中的均一分散体。尽管有时互换地使用术语胶体和乳化液，但是乳化液应该在分散的和连续的两个相都是液体时使用。这种乳化液的一个示例是油和水，油和水当被一起摇晃时形成混浊的悬浮液。如果留下安置，那么油和水将分离。进一步的示例是黄油、人造黄油、护手霜、蛋黄酱和冰淇淋。
冰淇淋是空气、冰晶、脂肪球和液体糖浆的组合。这些被组合以形成胶体系统(也被称为胶体分散体、胶体悬浮液)。两种物质的均匀混合物——两种物质中被称为分散相(或者胶体)的一种物质通过被称为分散体介质(或散布介质)的第二种物质而以细分的状态被均匀地分布。在冷冻期间，大部分水被冻结成冰。需要小冰晶用于光滑的冰淇淋。在冷冻的同时进行打浆和通气，以便形成小的空气气泡。这些小气泡通过去乳化脂肪来稳定。空气构成冰淇淋最终体积的30-50％。可以使用诸如软冰机的使用点(point of use)的解决方案来分装冰淇淋。这些机器的喷嘴需要频繁的清洁和灭菌以防止污染。如果在分装冰淇淋和下一次分装之间出现一段时间，那么合乎情理地微生物可能开始繁殖，因此下一个冰淇淋可能含有包含这些微生物。因此，本发明的实施例可以被布置为将UV-C光施用到靠近喷嘴出口的冰淇淋。UV-C净化设备可以被布置在管道或通道旁边，待净化的流体通过该管道或通道，例如，冰淇淋在混合冰淇淋的机器区域和分装喷嘴之间通过该管道或通道。通道可以穿过UV-C净化设备，或者UV-C设备可以位于通道附近并且被布置成照射通过通道的流体。微生物是过于小以致无法通过独立的肉眼观察到的有机体，并且包括细菌、真菌、古生菌或原生生物和病毒。
本发明的实施例可以被布置为将UV-C光施用到悬浮液。悬浮液是包含固体颗粒的非均相混合物，该固体颗粒足够大以便沉降。通常它们必须大于1微米。这是颗粒在溶剂中自由地到处浮动之时。内相(固体)使用某些赋形剂或悬浮剂通过机械搅拌分散在整个外相(流体)中，不同于胶体，如果不受干扰，悬浮液将随时间沉降。
本发明的实施例可以被布置为在系统中温度最低的点处将UV-C光施用到以气体、液体或固体形式或其组合的流体。这可以是有利的，因为微生物的运动行为受温度的影响。当环境温度在10℃和50℃之间变化时，运动细菌显示出平均平移速度增加了五倍到七倍。在冰内，微生物被有效地困住并且不能移动，这意味着UV-C光具有较高的机会照射微生物。UV-C光被冰有效地反射，并且这可以是由于冰具有微小面表面，或者这可以是由于保持在贮存器内的多个冰块(当适用于饮料时被称为方块)在块之间具有空气间隙，使得光将在空气和冰之间的界面处反射，并且只有一部分会传播到块中。这意味着给定适当长度的驻留时间，UV-C光将反射足够的次数，以照射贮存器的整个内部体积。当贮存器包含薄雾(雾)或者泡沫时该影响甚至进一步被放大，因为这些薄雾(雾)或者泡沫均比保持在相同的贮存器中的水体更有效地反射光。这意味着在一些实施例中，UV-C净化设备被布置在系统中温度最低的点处。这可以是例如制冰机的蒸发器的表面或者存储冰方块的制冰机的采收箱。
在其它实施例中，这可以是冰淇淋混合室和冰淇淋机的分装喷嘴之间的通路。
下面的表1示出每0.1ml融化的冰中微生物的浓度的实验数据。
Figure GDA0003322410420000061
Figure GDA0003322410420000071
表1冰测试结果
可以看出，在55天测试阶段中，在将UV-C光施用到冰的天中，微生物的数目显著降低。
下面的表2示出在没有将UV-C施用到冰时和在将UV-C施用到水和冰时微生物的数目之间的比较。
Figure GDA0003322410420000072
表2UVC测试结果
从表2可以清楚地看出，将UV-C光施用到水和冰大幅地减小在测试样品中存在的微生物的数目。
本发明的实施例进一步包括UV-C LED芯片置于其上的PCB。LED芯片可以包含LED底座和LED裸片。LED底座可以是LED裸片位于其上的平台。PCB具有顶表面和底部表面，并且UV-C LED芯片被安装在顶表面上。附加的电气部件(例如，传感器、电容器、电阻器)可以位于具有UV-C LED芯片的顶部表面上，或者它们可以位于PCB的底部表面上。用于附加部件的该底部表面可以促进更多UVC LED芯片在PCB的顶表面上的定位，这可以允许较小的PCB，从而允许较小的模块和/或者如果PCB的背部暴露于空气则允许改进的冷却。
在一些实施例中，模块可以包括被耦合到单个窗口元件的多个芯片。多个芯片可以被布置为形成阵列，例如使得窗口形成单个宽光发射表面。在其它示例中，然而单个窗口元件可以被耦合到每个个体芯片。根据一些实施例，每个模块可以仅包括单个LED窗口组件，而在其它实施例中，模块可以包括多个LED窗口组件的布置。
在一些实施例中，一个或多个UV-C透射窗口元件可以具有顶部表面和侧表面以及中空的中央部分，以包封PCB，侧表面可以进一步包括沟槽。沟槽在这里是为了允许将模块简单地适配到包含处于气体、液体或固体形式或其组合的贮存器的侧壁中。贮存器中的孔略大于沟槽的内直径，但是小于UV-C透射窗口元件的外直径。沟槽的上下表面起到法兰的作用，其抵靠包含水体或冰体的贮存器的内壁和外壁来密封。这可以证明是有利的，因为它允许在不使用任何附加的工具的情况下将模块简单适配到所需位置中，同时仍然提供充分的密封。在一些实施例中，一个或多个UV-C透射窗口元件可以被添加作为包覆成型件(overmoulding)。也就是说，UV-C透射窗口元件可以部分地或者全部地包封PCB。完全包覆成型可以证明是有利的，因为与部分包覆成型的模块相比，所产生的模块可以具有增加的稳健性和/或水密性。术语包封广泛地旨在表示众所周知的LED包封，其中液体环氧树脂被倾倒在LED裸片、LED模制腔中的子底座以及整个LED模块或其部件的部分或全部包封之上。部分包封可以意味着模块的所有最上面部分被包封，其中下面部分没有包封以使得能够固定。包封可以是永久的、可去除附接的或实际上完全可去除和可更换的。
由于LED模块应该能够在潮湿条件下工作，甚至在水下工作，因此UV-C透射元件可以实现两个重要功能：首先，它允许从LED发射UVC；其次，它提供密封功能。该密封可以是模块和固定位置(例如，包含待消毒的空间的贮存器壁)之间的泄漏密封，和/或密封可以是在LED、PCB和待净化的流体之间。
在一些实施例中，PCB可以位于附加的外壳中，该外壳可以是证明有利的任何形状。例如，PCB外壳可以包围PCB的外边缘。例如，PCB外壳可以是便于将模块定位在将被使用在的最终位置中的形状。在一些实施例中，PCB外壳可以包括外螺纹部分，以允许使用螺母将UV模块机械固定到位。在一些实施例中，PCB外壳具有锥形管柱，该锥形管柱被压入固定位置中的合适尺寸的孔中，例如在贮存器的侧壁中。由于柱部分的锥形，如果孔尺寸正确，那么柱与孔之间的适配开始为间隙适配，随着柱的更多部分穿过孔时则经历过渡适配，并且最终为过盈适配。
在一些实施例中，PCB外壳具有直柱(即，它不是锥形的)，其被压入固定位置中合适尺寸的孔中。
在一些实施例中，PCB外壳具有邻接上述固定位置的表面的环形法兰。法兰可以位于与PCB外壳相对的端部处，以使其可以位于沿着柱部分的长度的任何位置处。法兰可以被设计为对应于在固定位置处的表面特征，这意味着如果固定位置是例如贮存器壁，并且贮存器壁是弯曲的，那么法兰可以被设计成使得其对应于壁的曲率以允许良好的密封。
在一些实施例中，法兰是平坦的，并且在又一实施例中，密封可以用在法兰和固定位置之间，以促进对于待照射的介质的充分密封。
法兰可以被胶合、螺纹连接、螺栓连接、焊接或者以任何其它已知的固定方式在固定位置处就位。
在一些实施例中，一个或多个UV-C透射窗口元件可以具有顶部表面、侧表面、中空的中央部分，以包封PCB和PCB外壳以及部分底部区域。部分底部区域可以与UV-C透射窗口元件的顶部表面相对，也就是说在UV-C透射窗口元件的远离顶部表面的另一端部处。部分底部区域可以从UV-C模块的外直径朝向PCB的中心线延伸。通过示例的方式，这可以意味着从UV-C透射窗口元件的侧表面朝向顶部表面的中心线延伸。
在一些实施例中，部分底部区域具有内表面和外表面。内表面可以邻接PCB外壳的特征，而外表面可用于在最终位置中提供密封。该PCB外壳特征可以是沟槽、法兰、平坦区域、环形区域、底切回路(undercut return)或者任何其它特征，其将提供UV-C透射窗元件可以在其上密封的区域，它也可以被称为密封区域。
在一些实施例中，UV-C透射窗口可以由硅树脂制造。由于弹性的、类似橡胶的特性(超过300％的伸长率)和中等的肖氏(shore)A硬度，硅树脂的使用可以证明对于密封是有利的。进一步的优点是由于材料的顺应性，因此可以使用具有负拔模角度的模具。这意味着现在可以包括通常不能包含在模具工具中的特征，诸如底切，上述特征是由于模制材料不能从工具中释放出来而导致的。这简化了模具工具，并且为模制过程带来了成本效益。
附图说明
现在将参照附图详细描述本发明的示例，其中：
图1示出用于将UV-C光施用到处于气体、液体或固体形式或其组合的流体中的第一示例UV-C LED模块；
图2示出图示在利用UV-C光照射之后在0.1ml水中存在的微生物数目的图形；
图3示出图示在利用UV-C光照射之后在0.1ml冰中存在的微生物数目的第二图形；
图4示出图示在没有利用UV-C光照射之后在0.1ml冰中存在的微生物数目的第三图形；
图5示出用于将UV-C光施用到处于气体、液体或固体形式或其组合的流体中的UV-C LED模块的第二示例；
图6示出用于将UV-C光施用到处于气体、液体或固体形式或其组合的流体中的UV-C LED模块的第三示例。
图7示出用于将UV-C光施用到处于气体、液体或固体形式或其组合的流体中的UV-C LED模块的第四示例。
图8示出用于将UV-C光施用到处于气体、液体或固体形式或其组合的流体中的UV-C LED模块的第五示例。
具体实施方式
图1示出由本发明的实施例所包含的第一示例UV-C LED模块10。UV-C LED芯片12与半透明的窗口元件14光学联通。线20被提供用于将UV-C LED连接到电源(未示出)。该模块可以被置于适合将UV-C光施用到处于气体、液体或固体形式或其组合的流体中的位置中。模块10的示例可以被置于例如管道、贮存器、储物箱、导管、容器、淋浴头或水龙头中。模块可以被集成到旨在用于消费者的家中的消费者设备中，或者模块可以被集成到旨在用于商业环境(诸如例如为工业、餐厅或鱼市场)的专业设备。根据进一步的示例，UV-C LED模块10可以部分或者全部嵌入集成于其中的设备的结构内，其它示例可以简单地放置在设备内的合适的表面上。
图2示出图示在利用UV-C光照射之后在0.1ml水中存在的微生物数目的图形。轴22表示微生物的数目，并且轴24表示小时数。线26表示微生物的数目。如从图中可以看出，在施用16mJ/cm2的剂量的UV-C之后微生物的数目显著减少。该示例中的剂量以单次突发直至达到16mJ/cm2 UV-C的剂量来应用。系统未从周围环境密封。
图3示出图示在利用UV-C光照射之后在0.1ml冰中存在的微生物数目的图形。轴22表示微生物的数目，并且轴24表示小时数。线27表示微生物的数目。如从图中可以看出，在施用16mJ/cm2的剂量的UV-C之后微生物的数目显著减少，最初的急剧下降可以部分归因于样品的冻结。温度的影响是影响微生物的生长和存活的物理因素之一。将温度降低到低于最佳值会减缓或者完全抑制细菌的生命过程。温度决定细菌的活性，尤其是通过代谢的改变和细胞结构(诸如细胞膜的渗透性)的修改。由于在水的冻结期间随着冰晶的形成而导致的细胞质结构的机械损伤，使得低于0℃几度的温度会杀死许多细菌的种群。然而，值得注意的是，非常低的温度以另一种方式影响细菌。细菌可以进入假死-复苏(保持其活力)的状态。将温度突然降低到低于大约-70℃不会破坏细胞组分，血浆结构不受影响。该示例中的剂量通过单次突发直到达到16mJ/cm2 UV-C的剂量来应用。系统未从周围环境密封。
图4示出图示在没有利用UV-C光照射之后在0.1ml冰中存在的微生物数目的图形。轴22表示微生物的数目，并且轴24表示小时数。线28表示微生物的数目。如从图中可以看出，微生物的数目下降到初始数目的大约50％。在测试开始时的急剧下降可以归因于样品的冻结。系统未从周围环境密封。
图5示出用于将UV-C光施用到处于气体、液体或固体形式或其组合的流体中的UV-C LED模块10的第二示例。UV-C芯片12被置于PCB 18上，并且与半透明的窗口元件14光学联通。PCB 18具有底部表面20和顶表面21。在该示例中，未示出附加的电气部件，但是它们可以被置于PCB 18的顶表面21或底部表面20上，只要证明是有利的。可以期望将附加的电气部件置于底部表面20上，使得电气部件能够将它们内部产生的热量消散到周围环境中去。PCB 18的底部表面20上的任何附加的电气部件的位置还可以允许较小的UV-C LED 10，因为它们可以直接位于LED芯片12的下方，从而可以减小PCB 18的尺寸。
图6示出用于将UV-C光施用到处于气体、液体或固体形式或其组合的流体中的UV-C LED模块10的第三示例。UV-C芯片12被置于PCB 18上，并且与半透明的窗口元件14光学联通。此外，在该示例中，半透明的窗口元件14包围并包封UV-C芯片12以及PCB 18的上表面21和侧表面32。该包封可以允许UV-C模块10被置于与流体直接接触。由半透明的窗口元件14提供的该包封还可以具有诸如沟槽31的设计特征，沟槽31被设置在UV-C模块10的侧表面32中，以允许将UV-C模块10轻易地集成到设备中。可以在不使用任何附加的工具的情况下实现适配，同时仍然确保良好的密封，以防止流体的泄漏。在一些示例中，半透明的窗口元件14可以具有中空的中央部分25(未示出)，以充当针对由UV-C LED 12发射的UV-C光的混合腔，或者在其它示例中，半透明的窗口元件14可以被构造为大体上适应UV-C LED裸片12。
图7示出用于将UV-C光施用到处于气体、液体或固体形式或其组合的流体中的UV-C LED模块的第四示例。UV-C芯片12被置于PCB 18上，并且与半透明的窗口元件14光学联通。此外，在该示例中，半透明的窗口元件14包围并包封UV-C芯片12以及PCB 18的上表面21、侧表面32和底部表面33。该包封可以允许UV-C模块10被置于与流体直接接触。由半透明的窗口元件14提供的该包封还可以具有诸如部分底部区域34的设计特征。该部分底部区域可以具有内表面35和外表面36。内表面35提供抵靠PCB 18的底部表面33的良好密封，并且外表面36提供抵靠最终位置的表面(例如，贮存器(未示出)的壁)的良好密封，以允许将UV-C模块10轻易地集成到设备中。在一些示例中，半透明的窗口元件14可以具有中空的中央部分25(未示出)，以充当针对由UV-C LED芯片12发射的UV-C光的混合腔，或者在其它示例中，半透明的窗口元件14可以被构造为大体上适应UV-C LED芯片12。
图8示出用于将UV-C光施用到处于气体、液体或固体形式或其组合的流体中的UV-C LED模块的第五示例。UV-C芯片12被置于PCB 18上，并且与UV-C透射窗口元件14光学联通。此外，在该示例中，UV-C透射窗口元件14包围并包封UV-C芯片12、PCB 18的上表面21、PCB外壳37的上表面38和至少一部分侧表面39。该包封可以允许UV-C模块10被置于与流体直接接触。由UV-C透射窗口元件14提供的该包封还可以具有诸如部分底部区域34的设计特征。该部分底部区域可以具有内表面35和外表面36。内表面35提供抵靠PCB外壳37的台阶表面35的良好密封，并且外表面36提供抵靠最终位置的表面(例如，贮存器(未示出)的壁)的良好密封，以允许将UV-C模块10容易地集成到设备中。在一些示例中，UV-C透射窗口元件14可以具有中空的中央部分25(未示出)，以充当针对由UV-CLED 12发射的UV-C光的混合腔，或者在其它示例中，半透明的窗口元件14可以被构造为大体上顺应于UV-C LED芯片12。在一个优选的实施例中，由于硅树脂的可顺应的材料特性，UVC透射窗口元件14是由硅树脂制成的。
在一些实施例中，UVC透射窗口元件14可以是可去除的和可更换的。在UVC透射元件独立于模块的剩余部分制造的情况下，这可以是可能的。UVC透射窗口元件14可以被模制，然后当装配模块时UVC透射窗口元件可以至少部分地适配在其它元件之上。
在示例性示例中，使用硅树脂材料模制UVC透射元件。UVC透射窗口元件14具有顶部表面19、侧表面23和中空的中央部分25。LED芯片12被安装在PCB 18上，并且PCB位于PCB外壳36内。然后，UVC透射窗口14被适配在LED芯片、PCB和PCB外壳的上部的顶部上方。由于先前所讨论的硅树脂的弹性，UVC透射窗口元件可以在PCB外壳之上伸展，使得LED芯片12位于UVC透射窗口元件的中空的中央部分内。当从UVC透射窗口元件去除张力(stretchingforce)时，它将试图恢复到其未变形的状态。这可能增加导致模块的水密性，因为UVC窗口元件将几乎会收缩超过其它部件。优选地，在一些实施例中，PCB外壳的尺寸将略微大于UVC透射元件14的未变形的尺寸。中空的中央部分25的优势可以是，其允许在LED芯片12和UV-C透射窗口元件14的底侧之间产生空气空间，该空气空间可以允许例如光混合或定制光束图案。在其它实施例中，中空的中央部分25被设计为使得当被适配到模块的剩余部分时，其与LED芯片12相接触。在又一实施例中，中空的中央部分25被设计为使得当装配模块10时其在LED芯片12周围是可顺应的。
此外，如果分立的元件可以在分立的位置中制造，那么模块的制造可以更便宜。专门的半导体工厂可以制造LED芯片12，然后芯片可以被运送到装配设施。可以在PCB制造工厂中制造PCB 18，并且可以在模制工厂中模制PCB外壳和UVC透射窗口元件14。然后这些部件可以被运送到装配设施用于最终的装配。成本减少的原因在于规模经济和/或工厂和设施的位置。
PCB制造设施可以制造大量的PCB，而只有一小部分被切割成为当前的模块的PCB18。类似地，模制工厂可以在同一模制机器上运行其它产品之间模制PCB外壳36和UVC透射窗口元件14。
在一些实施例中，UVC透射窗口元件的顶部表面19可以进一步包括光束整形特征。这些可以是以透镜、圆顶形突起、表面特征等的形式。透镜可以是准直透镜、菲涅耳透镜、发散透镜或其任何组合。表面特征可以是棱镜、圆顶、凹陷或其任何组合。
发明者已经认识到，诸如硅树脂、多晶氧化铝(PCA)、对UVC透明的玻璃、石英、合成石英(SiO2)、氟化乙烯丙烯(FEP)的材料适合用于UV-C透射窗口元件。优选的材料具有弹性特性，可以透射UV-C波长，并且在暴露于UV-C波长辐射时不易受加速老化和退化的影响。
本领域技术人员在实践所要求保护的发明中，通过对附图、本公开内容和所附权利要求的研究，可以理解和实现所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或者“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹事实并不指示这些措施的组合不可以有利地使用。权利要求中的任何参考标记不应该被解释为限制范围。

Claims (13)

1.一种UV-C净化设备，包括：
一个或多个UV-C LED模块(10)，用于将UV-C光施用到处于气体、液体或固体的形式或者其组合的流体，每个模块包括：
-具有底部表面(20)和顶表面(21)的PCB(18)，
-位于所述PCB上的一个或多个UV-C LED，以及
-一个或多个UV-C透射窗口元件(14)，
其中所述一个或多个UV-C LED(12)与所述一个或多个UV-C透射窗口元件(14)光学联通，以及
其中所述一个或多个UV-C透射窗口元件(14)进一步包括顶部表面(19)、侧表面(23)和中空的中央部分(25)，以包封所述PCB(18)，其中所述一个或多个UV-C透射窗口元件(14)是可去除的和可更换的；以及其中所述一个或多个UV-C透射窗口元件包封所述一个或多个UV-C LED以及所述PCB的顶表面和侧表面。
2.根据权利要求1所述的UV-C净化设备，其中所述一个或多个UV-C透射窗口元件进一步包括与所述一个或多个UV-C透射窗口元件的所述顶部表面相对的部分底部区域。
3.根据权利要求2所述的UV-C净化设备，其中所述一个或多个UV-C透射窗口元件的所述部分底部区域能够在从所述UV-C透射窗口元件的所述侧表面朝向所述UV-C透射窗口元件的所述顶部表面的中心线的方向上延伸。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的UV-C净化设备，其中所述设备进一步包括包围所述PCB的PCB外壳。
5.根据权利要求4所述的UV-C净化设备，其中所述PCB外壳包围所述PCB的外边缘。
6.根据权利要求4所述的UV-C净化设备，其中所述PCB外壳进一步包括所述一个或多个UV-C透射窗口元件密封在其上的区域。
7.根据权利要求1、2、3、5和6中任一项所述的UV-C净化设备，其中所述PCB外壳进一步包括用于在期望位置固定所述UV-C LED模块的固定部分。
8.根据权利要求1、2、3、5和6中任一项所述的UV-C净化设备，其中所述设备进一步包括用于输送或者存储所述流体的通道。
9.根据权利要求8所述的UV-C净化设备，其中一个或多个UV-C LED模块(10)被布置为照射所述通道的区域。
10.根据权利要求1、2、3、5、6和9中任一项所述的UV-C净化设备，其中所述一个或多个UV-C透射窗口元件(14)包括硅树脂材料。
11.一种包括根据前述任一权利要求所述的UV-C净化设备的消费者设备，其中所述消费者设备是从以下各项的组中选择的任意消费者设备：冰箱、冷冻箱、咖啡机、冰淇淋机、制冰机、室内加湿器、冷饮分装机、热饮分装机、冰沙饮料机、储冰箱、热水浴缸、空调设备、灭火设备和食物处理器。
12.一种包括根据权利要求1至10中的任一项所述的UV-C净化设备的工业设备，其中所述工业设备是从以下各项的组中选择的任意工业设备：冰箱、冷冻箱、咖啡机、冰淇淋机、制冰机、室内加湿器、冷饮分装机、热饮分装机、冰沙饮料机、储冰箱、热水浴缸、空调设备、灭火设备和食物处理器。
13.一种流体净化方法，包括：
将UV-C光施用到处于气体、液体或固体的形式或者其组合的流体，所述UV-C光是由一个或多个UV-C LED模块产生的，每个模块包括：
-具有底部表面和顶表面的PCB，
-位于所述PCB上的一个或多个UV-C LED，以及
-一个或多个UV-C透射窗口元件(14)，
其中所述一个或多个UV-C LED(12)与所述一个或多个UV-C透射窗口元件(14)光学联通，
其中所述一个或多个UV-C透射窗口元件进一步包括顶部表面、侧表面和中空的中央部分，以包封所述PCB；以及
其中所述一个或多个UV-C透射窗口元件包封所述一个或多个UV-C LED以及所述PCB的顶表面和侧表面。
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