CN111212816B - 用于处理流体的辐照反应器的辐照装置以及辐照反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种被设计成安装到辐照反应器（20）的辐照装置（1），该辐照装置包括：辐照源（2），优选地为UV‑LED，其安装在导热基底（3）上；盘状散热器（4），其被构造成可移除地接收导热基底（3），使得有可能在接触表面（4a）处进行从基底（3）到散热器（4）的热传递，并且使得当辐照装置（1）安装到辐照反应器（20）时来自辐照源（2）的辐照能够穿过散热器（4）的开口（5）传入到辐照反应器（20）的内部体积（21）中，其中，散热器（4）的开口（5）由石英窗（6）封闭；固定器件（7），其将基底（3）可释放地偏压成抵靠散热器（4）的接触表面（4a）；以及流体通道（8），其沿着散热器（4）延伸和/或延伸穿过散热器（4），其中，流体通道（8）布置成与辐照反应器（20）的流体入口或出口端口（22）连通、以及与用于将所述流体排放到辐照反应器（20）的内部体积（21）中的一个或多个出口开口（9）或与用于将流体从辐照反应器（20）的内部体积（21）馈送入流体通道（8）中的一个或多个入口开口（9）连通。

Description

用于处理流体的辐照反应器的辐照装置以及辐照反应器

技术领域

本发明涉及一种用于处理流体的辐照反应器的辐照装置，该流体优选地为水，其存储在反应器的内部体积中或循环通过反应器的内部体积并通过以适合控制细菌生长和/或总有机碳（TOC）的波长进行辐照来处理。本发明还涉及一种包括所述辐照装置的辐照反应器。

本发明的优选应用领域是水净化，优选地在用于产生超纯水的实验室水净化系统中。

背景技术

本发明所涉及的类型的水净化反应器旨在产生供在实验室中使用的净化水，并且该水净化反应器通常包括：反应器主体，其包括用于待处理流体的流体入口端口和用于经处理的流体的流体出口端口；以及辐照装置，其安装到反应器主体，使得辐照被引入到存储在辐照反应器中或循环通过辐照反应器的流体中。

现有技术的辐照装置通常设置有基于汞的灯，该灯发射具有254 nm的波长的UV辐射以控制水净化系统中的细菌生长。这些低压汞放电灯通常被集成在并入于由不锈钢制成的反应器主体中的石英筒中，以便用使在反应器主体中循环的水暴露于辐射。计算灯功率要考虑到反应器主体的内部体积和水的流率，以确保将通过接收临界的最小辐射剂量来灭活所有细菌。

然而，由于汞被认为对环境不友好，因此在过去几年中替代性UV光源已应运而生。在它们当中，更频繁地使用UV-C光源，其发射在从265到285 nm的紫外线范围内的辐射并被实现为LED光源。UV LED光源通常包括固定的基底和UV LED电路。适合于在实验室水净化系统中的此类辐照反应器中使用的典型LED的功率在1至12瓦的范围内。该功率的大部分以热的形式耗散掉，并且有必要进行热移除和将LED温度维持到最高85°C，以确保LED的正确辐射并维持其有效寿命，否则寿命将迅速劣化。

可用的冷却思路是将热耗散到外部空气。在环境温度高的情况下，该方法可能会很困难或不足。因此，在前一种方法中，确定散热器的尺寸以实现所需的温度耗散可导致昂贵且大型的散热器外加主动风扇冷却。

从冷却的立场来看，两种类型的LED在市场上有售，一种经由光学元件来耗散热，且另一种经由基底或铜垫来耗散热。

进一步地，由于LED具有有限的寿命，该寿命在任何情况下都比在其中它被使用的辐照反应器的寿命短，因此它需要定期更换，这会导致维护成本增加并且遇到即使在维护和更换光源后也将保证辐照反应器的液密性的问题。另一方面是避免污染辐照反应器的暴露于待处理流体的各部分。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于处理流体的辐照反应器的辐照装置以及一种辐照反应器，该辐照装置优选地供在被设计成产生用于实验室环境的纯水和超纯水的水净化系统中使用，其至少在上文所概述的缺陷中的一些方面得到改进。

解决方案

为了解决该问题，本发明提供了一种具有本发明的特征的用于辐照反应器的辐照装置以及包括本发明的特征的辐照反应器。在优选实施方式中限定了辐照装置和反应器的优选实施例。

因此，本发明提供一种被设计成安装到辐照反应器的辐照装置，该辐照装置包括：

辐照源，优选地为UV-LED，其安装在导热基底上；

盘状散热器，其被构造成可移除地接收导热基底，使得有可能在接触表面处进行从基底到散热器的热传递，并且使得当辐照装置安装到辐照反应器时来自辐照源的辐照能够穿过散热器的开口而传入到辐照反应器的内部体积中，其中，散热器的开口由石英窗封闭；

固定器件，其将基底可释放地偏压成抵靠散热器的接触表面；以及

流体通道，其沿着散热器延伸和/或延伸穿过散热器，其中，该流体通道布置成与辐照反应器的或用于辐照反应器的流体入口或出口端口连通、以及与用于将流体排放到辐照反应器的内部体积中的一个或多个出口开口或与用于将流体从辐照反应器的内部体积馈送入流体通道中的一个或多个入口开口连通。

优选地，散热器与辐射反射器结合，使得流体通道形成在反射器和散热器之间的接口处。

优选地，流体通道包围散热器的开口和反射器的中心开口，来自辐照源的辐射能够通过这些开口传入到辐照反应器的内部体积中。

优选地，出口开口或入口开口绕反射器的外围布置并与流体通道连通。

优选地，辐照装置具有电接口，该电接口用于使与基底上的辐照源连接的端子与辐照装置上的对应端子可释放地电连通。

优选地，电接口包括导电弹簧，该导电弹簧布置成以便将端子偏压成彼此分开。

优选地，一旦移除固定器件，就可从辐照装置的外部通达基底，并且基底布置成以便只要它位于辐照装置中就屏蔽辐照以免于逸出到外部。

优选地，固定器件包括螺母、螺栓或夹具，所述螺母、螺栓或夹具通过螺纹连接、通过卡口型连接或通过卡扣连接与辐照装置、优选地与其散热器可释放地接合。

优选地，散热器由不锈钢制成。

优选地，基底由导热金属制成，优选地由铝或铜制成。

优选地，辐照装置包括另外的散热器，优选地呈肋状件和/或电扇的形式，该另外的散热器暴露于外部并附接到辐照装置，以便允许进行从基底到该另外的散热器的热传递。

因此，本发明还提供一种用于处理流体的辐照反应器，其包括：

反应器主体，其限定用于接收待处理流体的内部体积，其中，该反应器主体至少在在操作中暴露于辐射的内表面的部分上优选地由PTFE制成，该反应器主体包括用于待处理流体的流体入口端口和用于经处理的流体的流体出口端口；以及

根据本发明的辐照装置，

其中，辐照装置安装到反应器主体，使得辐照装置的流体通道与反应器主体的流体入口或出口端口连通。

优选地，辐照装置被压配合到反应器主体的开口中。

优选地，压配合连接件具有形成在辐照装置上的凸起，这些凸起用于切入反应器主体的材料中。

附图说明

在下文中，将基于一个优选的示例性实施例使用附图作为参考来描述本发明。

图1以截面示出了具有本发明的辐照装置的辐照反应器的实施例。

图2示出了图1中所示出的辐照装置和辐照反应器的分解图。

图3示出了图2的辐照装置和辐照反应器的透视分解图。

具体实施方式

下文结合图1至图3来描述根据本发明的辐照装置和用于处理流体的辐照反应器的实施例，辐照装置能够安装到该辐照反应器。

辐照装置1被设计成关联并安装到辐照反应器20，该辐照反应器包含待通过辐照进行处理的流体（例如，水）。示例实施例的辐照反应器是流通式反应器，水在暴露于辐射的同时通过该流通式反应器从入口端口流到出口端口。

然而，本发明的辐照装置也能够与呈存储容器形式的辐照反应器结合使用（如果辐照装置的尺寸被选择为以便与此类容器中的开口的尺寸匹配）。在该使用中，可使用或可不使用沿着散热器延伸和/或延伸穿过散热器以用于与流体入口或出口端口（稍后描述）连通的流体通道，即，一旦辐照装置安装在容器的相应开口中，流体通道就可不起作用并简单地被封闭，或者可将流体通道省略。

示例性实施例的流通式辐照反应器20包括：反应器主体23，其限定用于接收待处理流体的内部体积21；流体入口端口（22或24），其用于将待处理流体引入到内部体积21中；以及流体出口端口（22或24），其用于将经处理的流体从内部体积21排出到下游回路（circuitry）。

因此，在一个实施例中，流通式辐照反应器20包括：反应器主体23，其限定用于接收待处理流体的内部体积21；流体入口端口（22），其用于将待处理流体引入到内部体积21中；以及流体出口端口（24），其用于将经处理的流体从内部体积21排出到下游回路。在另一实施例中，流通式辐照反应器20包括：反应器主体23，其限定用于接收待处理流体的内部体积21；流体入口端口（24），其用于将待处理流体引入到内部体积21中；以及流体出口端口（22），其用于将经处理的流体从内部体积21排出到下游回路。换句话说，在一个实施例中，待处理流体将从顶部传送通过反应器主体23到达底部，而在另一优选实施例中，流体将从底部传送通过反应器主体到达顶部。辐照装置1安装到反应器主体23的一个开口端或开口26。尽管在示例实施例中示出了一个辐照装置，但是相同类型的第二辐照装置能够以与在示例实施例中描述的一个辐照装置1类似的方式设置在反应器主体23的相对的开口端或开口28处。因此，反应器主体23能够是相对简单的筒状管。出口或入口端口24能够被集成在以密封的方式封闭反应器主体23的相对的开口端或开口28的盖27中（如所示出的），或能够设置在反应器主体23上。

反应器主体23的内部体积21的在操作中暴露于辐射的内表面至少部分地由PTFE（聚四氟乙烯）制成，其中它由PTFE材料制成或用PTFE材料覆盖或涂覆，因为此类材料改进了在设想的UV波长范围内辐射的反射。

在示例实施例中，辐照装置1被压配合到筒状反应器主体23的开口26中，并且能够通过在辐照装置1的接触表面上提供凸起25来增强压配合连接件的机械强度和液密性，这些凸起用于切入到反应器主体的材料中。辐照装置能够替代地通过螺纹接合、粘合剂（单独或与其他措施结合）和/或合适的机械紧固件附接到反应器主体。能够在筒状反应器主体23的相对端上的开口28处为盖27（或另一辐照装置）提供相同类型的连接件。

根据本发明的辐照装置1是独立式结构或组件，其能够与不同类型的辐照反应器一起使用，哪怕是待处理流体存储在内部体积中且并不循环通过或永久地流过内部体积的类型的那些辐照反应器（即，存储容器）。

作为组件的辐照装置1被设计成安装到辐照反应器20，并且该辐照装置包括辐照源2，该辐照源优选地呈UV-LED的形式，更优选地为UV-C LED，该辐照源安装在导热基底3上。LED优选地被封装在表面安装装置（SMD）中，并且该SMD优选地被钎焊到由导热金属（比如铝或铜）制成并充当导热基底3的印刷电路板（PCB）上。

基底3被可移除地接收在套筒或盘状散热器4的凹部部分4c中，使得有可能主要通过接触表面4a（通过传导）来进行从基底3到散热器4的热传递，并且使得当辐照装置1安装到辐照反应器20时来自辐照源2（LED）的辐照能够穿过散热器4的开口5传入到辐照反应器20的内部体积21中。散热器4的开口5被石英窗6封闭，该石英窗的外围被弹性体U形密封件6a包围，以便将窗6液密地集成到散热器4中。盘状散热器4优选地由不锈钢制成，但是也能够由提供良好导热性并且抵抗辐射和来自待处理流体的影响的其他材料制成。为了适应具有良好导热性的材料，它们可在各自的暴露表面上由具有期望的性质的另一种材料涂覆或覆盖。

接触表面4a由在从保持基底3的凹部部分4c到辐照所传到的中心开口5的过渡处的阶梯部分形成。由石英玻璃制成的窗6布置在另一凹部部分4d中，并且在开口5的外围处在背向凹部部分4c的一侧上搁置成抵靠较小的阶梯部分4e（见图2）。

在示例实施例中，固定器件7（其呈具有外螺纹的螺母的形式）被拧入设置在散热器4的凹部部分4c的开口处的内螺纹中，以可便释放地固定基底3并将基底3偏压成抵靠散热器4的接触表面4a。螺母具有一个或多个轴向凸起7a，所述轴向凸起布置成与基底3的表面进行接触以引入偏压力。螺母7还具有一个或多个外部凸起7b，所述外部凸起有利于由用户的手抓紧螺母以松开和移除螺母或者被设计成与合适的工具机械地接合并合作，从而允许脱开（open）和移除螺母。

PCB或基底3可简单地通过螺母7的偏压力而被保持在散热器4的凹部部分4c中，但可附加地通过粘合剂和/或通过包括螺钉、铆钉、销等的机械器件（未示出）来附接。

辐照装置1具有电接口11，该电接口用于使与辐照源2连接的端子14与辐照装置1上的对应端子13可释放地电连通。可释放的电中间相（electrical interphase）提供了如下可能性：在从散热器4的凹部部分4c移除螺母7之后，不用任何另外的工具，就简单地将基底和LED一起作为可更换单元而移除。在光源报废或损坏的情况下，这有利于并加快了对光源的定期更换。由于凹部部分4c通过散热器4和窗6被密封而与反应器20的内部体积21隔绝，因此基底的更换并未造成污染反应器或装置的暴露于待处理流体的任何表面或损害反应器的液密性的风险。

电接口11优选地包括一个或多个导电弹簧12，所述导电弹簧布置成以便将接口11的端子13、14偏压成彼此分开。布置在端子之间的（一个或多个）导电弹簧12由于它的/或它们的弹性而增加了端子处的摩擦力并在操作期间保证了电接触，即使在辐照装置暴露于振动和/或由于热影响而引起尺寸变化的情况下也如此。进一步地，（一个或多个）导电弹簧12的偏压力趋向于将基底3抬离辐照装置和接触表面4a的电端子，这有利于在更换期间对基底3的抓紧和移除。导电弹簧12可以是结合了导电性和机械刚度的铜镍合金弹簧。

基底3布置成一旦移除了螺母7就可从外部通达，并且该基底进一步以如下取向布置：光源2位于基底的背向螺母7的侧表面上并且用户可通达开口，由此在不切断至辐照装置的电功率的情况下屏蔽辐照并防止其逸出到外部。提供导电弹簧12有利于中断电接触，使得一旦将基底抬起一短距离，光源的操作就在任何情况下都被中断，由此提供了另一措施来保护用户以免于暴露于UV辐射。

尽管螺母7被描述为固定器件的示例，但是替代地其可呈螺栓、覆盖件或盖、或夹具的形式，所述螺栓、覆盖件或盖、或夹具通过螺纹连接、通过卡口型连接或通过卡扣连接而与散热器可释放地接合。换句话说，能够使用提供偏压基底抵靠散热器的接触表面4a的任何可释放的机械接合。固定器件能够由导热材料（比如金属等）制成，或者能够由热绝缘材料（比如塑料材料）制成，或者能够由如下化合物制成，该化合物在被设计成由用户触碰的部分处提供绝缘性质且在期望附加的热耗散和/或到外部的热传导的其他部分处提供导热性质。固定器件可相应地包括另一散热器，优选地呈肋状件和/或电扇的形式，该另一散热器暴露于外部并附接到装置，以便允许经由固定器件进行从基底到该另外的散热器的热传递。

辐照装置1还具有流体通道8，该流体通道沿着散热器4延伸和/或延伸穿过散热器4，其中，流体通道8布置成与辐照反应器20的流体入口或出口端口22连通、以及与用于将流体排放到辐照反应器20的内部体积21中的一个或多个出口开口9（当辐照装置安装到辐照反应器时）或与用于将流体从辐照反应器20的内部体积21馈送入流体通道中的一个或多个入口开口9连通。

换句话说，如果与流体通道8连通的端口22用作入口端口，则开口9将用作用于将流体排放到辐照反应器20的内部体积21中的出口开口。相反，如果与流体通道8连通的端口22用作出口端口，则开口9将用作用于将流体从辐照反应器20的内部体积21馈送入流体通道中的入口端口。

在优选实施例中，端口22用作出口端口，端口24用作入口端口，并且开口9用作入口开口，即，水流优选地从底部到顶部。

流体通道8可像这样形成在散热器4中（未示出），并且可优选地形成在辐射反射器10和散热器4之间的接口处，该辐射反射器与该散热器例如通过可释放的抑或固定的合适的机械组合（压配合、胶合或焊接或钎焊、螺纹接合、卡扣配合接合）而结合。以这种方式形成的流体通道8在图1中示出，并且该流体通道由在散热器4和辐射反射器10之间的接口处限定的轴向间隙形成，该轴向间隙绕在散热器4的中心开口5和反射器10的中心开口10a的外部上的外围延伸，来自辐射源2的辐射能够通过这些中心开口传入到辐照反应器20的内部体积21中。限定流体通道8的轴向间隙能够通过轴向裙部4f（该轴向裙部包围容纳窗6及其密封件6a的凹部部分4d）与在反射器10的侧部上的凹部部分10c的合作来实现，该轴向裙部和该凹部部分10c被尺寸确定为充分挤压密封件6a以实现窗的液密性并在凹部部分的外部保留充分的轴向距离以限定流体通道。替代地，流体通道8能够被形成为在反射器和散热器的面对的表面中的一个或多个沟槽。在外部外围上的对应于反应器主体23的流体入口或出口端口22的位置处，在入口或出口端口和流体通道8之间建立了流体连通。

在替代性布置（未示出）中，流体入口或出口端口22可直接设置并与辐照装置连接（即，在从反应器主体突出的部分上），并且可与沿着散热器4延伸和/或延伸穿过散热器4的流体通道8连通。

反射器10可由PTFE制成，或者可在暴露于辐射的表面处至少用PTFE覆盖或涂覆。反射器的基部可由导热或非导热的金属材料或由塑料材料制成。反射器设置有凹部部分，该凹部部分面朝反应器主体23的内部体积21并限定包围中心开口10a的反射表面10b。

辐照装置1的端子13可设置在嵌入于接触表面4a的凹部4b中的单独的PCB 13b上（见图3），使得其端子与接触表面4a的表面齐平。辐照装置的端子13可经由导线13a（如所示出的）或以无线方式连接到外部。

如果需要，密封环或垫圈15可设置在基底3和散热器4之间。

反射器10中的出口开口或入口开口9绕反射器10的外围均匀地分布和布置并与流体通道8连通。绕外围的分布提供了这样的效果，即流入内部体积21中的水或从内部体积21流入流体通道8中的水分散和分布得更均匀，使得流体中所包含的细菌从暴露于辐照中接受必要的最小致命辐射剂量。这避免了内部体积中具有停滞流体或缓慢行进流体的区从而带来以下风险：并非这些部分中的所有细菌都接受致命剂量的辐射。

基底3的印刷电路板（PCB）（或与其连接的另一PCB）可包括附加的电子功能或电路，比如用于存储信息的RFID标签、用以监测PCB温度的热敏电阻、以及用于在辐照装置和外部装置之间交换数据和信息的附加的无线电数据传输器件。

绕反射器10的外围分布并与流体通道8连通的开口9可像这样形成在散热器4中，或者形成在与散热器结合但不一定满足反射器的辐射反射功能的单独部件中，即，呈与散热器连接的简单环形式的部件。

Claims (18)

1.一种被设计成安装到辐照反应器（20）的辐照装置（1），所述辐照装置包括：

辐照源（2），所述辐照源被安装在导热基底（3）上；

盘状散热器（4），所述盘状散热器被构造成可移除地接收所述导热基底（3），使得能够在接触表面（4a）处进行从所述导热基底（3）到所述盘状散热器（4）的热传递，并且使得当所述辐照装置（1）被安装到所述辐照反应器（20）时来自所述辐照源（2）的所述辐照能够穿过所述盘状散热器（4）的开口（5）传入到所述辐照反应器（20）的内部体积（21）中，其中，所述盘状散热器（4）的所述开口（5）由石英窗（6）封闭；

固定器件（7），所述固定器件将所述导热基底（3）可释放地偏压成抵靠所述盘状散热器（4）的所述接触表面（4a）；以及

流体通道（8），所述流体通道沿着所述盘状散热器（4）延伸和/或延伸穿过所述盘状散热器（4），其中，所述流体通道（8）布置成与所述辐照反应器（20）的流体入口或出口端口（22）连通、以及与用于将所述流体排放到所述辐照反应器（20）的所述内部体积（21）中的一个或多个出口开口（9）或与用于将所述流体从所述辐照反应器（20）的所述内部体积（21）馈送入所述流体通道（8）中的一个或多个入口开口（9）连通；

其中，一旦移除了所述固定器件（7），就可从所述辐照装置（1）的外部通达所述导热基底（3），并且所述导热基底布置成以便只要所述导热基底位于所述辐照装置（1）中就屏蔽辐照以免于逸出到外部。

2.根据权利要求1所述的辐照装置（1），其中，所述盘状散热器（4）与辐射反射器（10）结合，使得所述流体通道（8）被形成在所述反射器（10）和所述盘状散热器（4）之间的接口处。

3.根据权利要求2所述的辐照装置（1），其中，所述流体通道（8）包围所述盘状散热器（4）的所述开口（5）和所述反射器（10）的中心开口（10a），来自所述辐照源（2）的辐射能够通过所述盘状散热器的所述开口和所述中心开口传入到所述辐照反应器（20）的内部体积（21）中。

4.根据权利要求2或3所述的辐照装置（1），其中，所述出口开口或入口开口（9）绕所述反射器（10）的外围布置并与所述流体通道（8）连通。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的辐照装置（1），其中，所述辐照装置（1）具有电接口（11），所述电接口用于使与所述导热基底（3）上的所述辐照源（2）连接的端子与所述辐照装置（1）上的对应端子可释放地电连通。

6.根据权利要求5所述的辐照装置（1），其中，所述电接口（11）包括导电弹簧（12），所述导电弹簧布置成以便将所述端子偏压成彼此分开。

7.根据权利要求1所述的辐照装置（1），其中，所述辐照源（2）包括UV-LED。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的辐照装置（1），其中，所述固定器件（7）包括螺母、螺栓或夹具，所述螺母、螺栓或夹具通过螺纹连接、通过卡口型连接或通过卡扣连接而与所述辐照装置（1）可释放地接合。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的辐照装置（1），其中，所述盘状散热器（4）由不锈钢制成。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的辐照装置（1），其中，所述导热基底（3）由导热金属制成。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的辐照装置（1），其中，所述辐照装置（1）包括另外的散热器，所述另外的散热器暴露于外部并附接到所述辐照装置（1），以便允许进行从所述导热基底（3）到所述另外的散热器的热传递。

12.根据权利要求8所述的辐照装置（1），其中，所述螺母、螺栓或夹具通过螺纹连接、通过卡口型连接或通过卡扣连接而与所述辐照装置的盘状散热器（4）可释放地接合。

13.根据权利要求10所述的辐照装置（1），其中，所述导热基底（3）由铝或铜制成。

14.根据权利要求11所述的辐照装置（1），其中，所述另外的散热器呈肋状件和/或电扇的形式。

15.一种用于处理流体的辐照反应器（20），所述辐照反应器包括：

反应器主体（23），所述反应器主体限定用于接收待处理流体的内部体积（21），并且所述反应器主体（23）包括用于待处理流体的流体入口端口和用于经处理的流体的流体出口端口；以及

根据权利要求1至14中任一项所述的辐照装置（1），

其中，所述辐照装置（1）安装到所述反应器主体（23），使得所述辐照装置（1）的所述流体通道（8）与所述反应器主体（23）的所述流体入口或出口端口（22）连通。

16.根据权利要求15所述的辐照反应器（20），其中，所述辐照装置（1）被压配合到所述反应器主体（23）的开口（26）中。

17.根据权利要求16所述的辐照反应器（20），其中，所述辐照装置具有被形成在所述辐照装置上的凸起（25），所述凸起用于切入所述反应器主体（23）的材料中。

18.根据权利要求15所述的辐照反应器（20），所述反应器主体（23）至少在在操作中暴露于辐射的内表面的部分上由PTFE制成。

Images