CN112978848A - 联体紫外led杀菌单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种联体紫外LED杀菌单元，其包括进水组件、光源组件以及对光源组件进行冷却的分流水路，进水组件形成了供作为杀菌对象的流体通过的水路；所述光源组件包括具有射出深紫外线的半导体发光元件以及防水保护帽；其中，所述进水组件具有供紫外线入射以及在内腔表面反射的反射内腔，发出的紫外光线形成漫反射光幕对流动水管路内的水进行杀菌处理；该发明所涉及的技术方案既有利于充分杀菌又可以很好地对光源组件散热；并设有对光源进行控制的流量开关组件，保证光源在无通水的状态下不会自行开启，达到保护紫外线半导体发光元件的作用。

Description

联体紫外LED杀菌单元

技术领域

本发明涉及联体紫外LED杀菌单元，尤其涉及照射紫外光进行杀菌的技术。

背景技术

众所周知，紫外线具有杀菌能力，照射紫外线的装置被使用于各种领域中。此外，也使用通过对水流体照射紫外光来对流体进行连续杀菌的装置。已知有放射通过低压水银蒸汽放电产生的253.7nm波长的汞灯（水银灯）。

像汞灯这样的紫外线光源消耗功率及发热量太大，光源本身也是由不同波长的光组成的混合光，185nm波长汞灯在直饮水杀菌过程中会产生臭氧，影响水质的口感，汞属于重金属类且对环境和人类健康会造成较严重的损害。2017年生效的《水俣公约》明确要求缔约国（包括中国在内128个签约方）2020年起，禁止生产及进出口含汞的产品。

现有技术中，多数是利用深紫外线紫外线C-LED光源照射饮用水以达到杀菌消毒的目的，在深紫外线紫外线C-LED杀菌消毒过程中，深紫外LED为点光源其利用率较低，解决途径一是加大深紫外线点光源的数量，二是增加电流的方式提高光源的功率，前提是深紫外线不能够被反复的利用；除此之外，增加电流的方式会使深紫外LED在杀菌消毒的过程中产生大的热量，热量不及时疏散很容易造成光功率和杀菌率的下降而且影响光源的使用寿命。鉴于上述问题，本发明目的在于提供一种既高效杀菌又提高深紫外线利用率的联体杀菌单元。

发明内容

本发明的目的在于提供一种联体紫外LED杀菌单元，以解决现有技术中存在的光源数量加大，电流增加在进行杀菌消毒过程容易产生热量，热量不能及时疏散会影响深紫外LED光源的使用寿命，并且光源的控制等问题。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

在一个方面，本发明公开了一种联体紫外LED杀菌单元，其包括：

进水组件，所述进水组件包括进水管以及分流套管；

光源组件，所述光源组件安装在所述分流套管内，所述光源组件包括具有射出紫外线的半导体光源以及保护帽，所述紫外线的半导体光源设置在所述分流套管内，所述保护帽设置在所述光源外侧；

过水管路，所述过水管路与所述分流套管连接；

其中，水从所述进水管经过所述分流套管进入具有供紫外线入射以及在内腔表面反射的内腔，从所述光源发出的紫外光线对过水管路腔内的水进行杀菌处理。

在本申请的一些实施例中，还包括筒状杀菌芯套，所述芯套位于过水管路内，所述芯套具有紫外反射功能的反射内腔以及流动水的流入口及流出口。

在本申请的一些实施例中，所述芯套的反射内腔带有非晶质晶体构造的聚四氟乙烯（PTFE），反射腔的厚度大于4mm。

在本申请的一些实施例中，所述半导体光源发出波长在250~285nm的范围内的紫外线。

在本申请的一些实施例中，所述光源组件中的半导体光源发出波长275nm的紫外线且其漫反射率在80~95.4%范围内。

在本申请的一些实施例中，所述紫外线光源安装在散热芯上，所述散热芯安装在所述分流套管内。

在本申请的一些实施例中，所述进水管上设置有端盖，所述进水管通过所述端盖连接在所述过水管路上；

所述端盖和所述过水管路之间通过锁紧套连接；

所述端盖的外周设置有外螺纹，所述锁紧套的内侧带有与之相适配的内螺纹，所述端盖一端带有向圆心方向凸起的第一连接部，所述过水管路与所述端盖连接的一端设置有向外凸起的第二连接部。

在本申请的一些实施例中，所述分流套管的表面设置有环形切槽，所述切槽内设置有若干分流孔，所述分流套管的外壁上还开有水流通道，水通过所述进水管进入之后，从所述水流通道进入到所述环形切槽中，进而通过所述分流孔进入到所述过水管路中。

在本申请的一些实施例中，所述过水管路的末端带有出水口，所述出水口内设置有开关组件，所述开关组件用于控制所述光源的开关，所述开关组件包括磁力塞封和弹簧压块，所述磁力塞封和所述弹簧压块之间连接有弹簧， 所述磁力塞封通过所述弹簧活动连接在所述出水口内，在水流冲击作用下，所述磁力封塞压缩所述弹簧，将所述出水口打开。

在本申请的一些实施例中，还包括流量控制组件，所述流量控制组件包括流动控制外套、位于流动控制外套内的干簧管组合块、干簧管压簧以及锁紧螺钉，所述干簧管组合块内设置有用于感应所述磁力封塞位置的感应元件；

所述流量控制外套设置在过水管路的出水口外侧，所述干簧管组合块通过所述干簧管压簧连接在所述流量控制外套一端，所述锁紧螺钉设置在所述流量控制外套的另一端，所述锁紧螺钉一端与所述干簧管组合块接触连接

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

（1）该发明所涉及的技术方案中包含有分流套管，从进水管中进入的水，经过分流套管进入到过水管路中，水体更加分散均匀的经过光源组件，杀菌效果更加全面，而且，与光源的接触面积增大，可以更多的带走光源工作过程中产生的热量，延长光源的使用寿命；

（2）所述光源安装在散热芯上，光源的热量传递到散热芯上，水体经过散热芯，将散热芯上的热量带走，更大程度的降低光源温度；

（3）过水管路的末端设置有开关组件，水流从过水管路的出水口向外输出，水流作用在磁力塞封上，磁力塞封压缩弹簧，干簧管组合块上的感应元件感应到磁力封塞的位置信号之后，控制光源开启，根据实际的开启需求，调整锁紧螺钉的位置，可以平衡开关组件的安装和制造误差，还可以根据实际的水流流量需求调整光源开启的时间，智能程度高，通用性好。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1 是本发明所提出的联体紫外LED杀菌单元的一种实施例的外形结构示意图；

图2是本发明所提出的联体紫外LED杀菌单元的一种实施例的剖面示意图；

图3是本发明所提出的一种实施例的三维结构爆炸示意图；

图4是本发明所提出的一种实施例的分流套管结构示意图；

图5是芯套材料厚度与反射率的关系；

图中，10、进水组件； 11、进水管； 12、分流套管；121、水流通道；122、环形切槽；123、分流孔；13、端盖；

20、过水管路；

30、锁紧套；

40、光源组件；41、散热芯；42、光源；43、保护帽；

50、开关组件；51、磁力塞封；52、弹簧；53、弹簧压块；

60、流量控制组件；61、干簧管压簧；62、干簧管组合块；63、锁紧螺钉；64、流动控制外套；

70、芯套。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-4所示，本实施例的联体紫外LED杀菌单元包括进水组件10、光源组件40以及过水管路20，进水组件10包括进水管11以及分流套管12，水从进水管11输入之后，经过分流套管12分流之后，流入到过水管路20中，分流套管12内安装有光源组件40，光源组件40包括光源42以及保护帽43，光源42穿过保护帽43，对从分流套管12输入的水进行杀菌消毒。

其中，光源42安装在散热芯41上，散热芯41固定在分流套管12内，光源42在产生杀菌光线的同时，产生很多的热量，热量传输到散热芯41上，通过散热芯41分散到水中，以达到快速给光源42降温的功能，光源42为深紫外线LED发光源，当然也可以是其他的杀菌光源，光源42是包含发出深紫外光的发光元件的所谓紫外线C-LED光源42。光源42所包含的发光元件，其中心波长或者峰值波长包含在约200nm～290nm的范围内，优选发出高杀菌效率的波长为250nm～275nm左右的深紫外光，例如已知使用了氮化镓铝(AlGaN)的LED。

为了固定分流套管12和实现进过水管路20和进水管11的连接，本实施例在在过水管路20和分流套管12的外侧增设了端盖13，端盖13连接进水管11，分流套管12位于端盖13的内腔中；端盖13与过水管路20可拆卸连接，方便拆装或者检修更换。

作为一种优选的实施例，为了使得端盖13与过水管路20之间的拆卸更加便捷，优选在端盖13和过水管路20的外侧增设锁紧套30，锁紧套30一端的内侧带有内螺纹，锁紧套30另一端带有向圆心方向凸起的第一连接部，端盖13的外侧带有外螺纹，过水管路20与端盖13连接的一端带有向外凸起的第二连接部。

过水管路20与端盖13连接的时候，首先将过水管路20与端盖13连接段对齐，将锁紧套30从过水管路20另一端套入，并向连接处移动，直至第一连接部与第二连接部相接触，接触之后，转动锁紧套30，通过螺纹连接将锁紧套30拧紧在端盖13上，从而将过水管路20与端盖13连接。

如图4所示，具体的，分流套管12的表面设置有环形切槽122，环形切槽122内设置有若干分流孔123，分流套管12的外壁上还开有水流通道121，水通过进水管11进入之后，从水流通道121进入到环形切槽122中，进而通过分流孔123进入到过水管路20中，水从进水管11输入之后，从端盖13和分流套管12间隙经过水流通道121进入到环形切槽122中，进而从分流孔123中进入到分流套管12内腔。

分流套管12内腔中安装有散热芯41、光源42以及保护帽43，从周向均布的分流孔123中输入的水可以更加均匀的接触散热芯41和保护帽43外壁，从而更加充分的对散热芯41降温，缓解光源42产生的热量对自身元件的损伤，从而提高使用寿命。

保护帽43的材质可以是石英(SiO2)或蓝宝石(Al2O3)、或非晶质的氟树脂等紫外光透过率高的部件来构成，该保护帽能够透过紫外线，且对于光源组件中的光源起到防水的保护作用。

在某一些实施例中，过水管路20内还设置有芯套70，芯套70内壁设置有反射腔，从光源42发出的杀菌光线经过深紫外光的扩散反射后重复作用在过水管路20的腔内，杀菌性能提高。

芯套70反射腔的材料是全氟化树脂的聚四氟乙烯(PTFE)是比较常用的一种氟树脂材料。PTFE是化学性稳定的材料，具有优秀的耐久性、耐热性及耐腐蚀性的材料。并且，PTFE是深紫外光反射率高的材料。因此，通过设置由PTFE构成的内芯套70，能够使来自光源42的深紫外光在芯套70内腔壁形成漫反射并沿芯套70的轴向完全形成紫外线反射光幕。

接下来，详细描述芯套70聚四氟乙烯材料。实验得出，PTFE具有97%的反射率，这一指标是当前常用封装材料中反射率最高的。如此高的反射率理论上意味着极低的光透射率，避免了当前多数LED灯珠20-30%的光泄露问题。而且属于漫反射，理论上非常适合于光混合。

PTFE具有高的紫外线耐受特性，意味其相比其它材料更适用于紫外线 LED。大多数普通塑料例如缩醛、PC、ABS、聚酰胺、聚烯烃、聚酯等，其化学键与紫外线辐射中量子能量相似，长时间暴露在紫外线的照射下会导致碳氢键断裂，材料的物理和机械特性发生改变，故不适用于作为紫外线 LED的封装材料。而PTFE由碳氟键构成，强度相比碳氢键强约30%，PTFE的氟键环绕着聚合物的螺旋碳骨干，为PTFE提供耐化学性和光稳定性。

具备上述优势的PTFE理论上是应用于紫外线反射材料的理想选择。以下是提高PTFE的反射率的关键点：

通过实验发现，材料的厚度对PTFE的反射性能影响十分显著。如图4所示，相同实验条件下，厚度与反射率呈正相关，与透射率呈负相关。厚度为0.5mm的PTFE薄片反射率约为92%，厚度为1mm的PTFE薄片反射率超过了95%，而3mm的微孔PTFE薄片在紫外线或可见光的总反射率超过99%，以及拥有接近100%的漫反射率。可见，随着厚度的增加，PTFE反射率随之提升。

在另外一些实施例中，过水管路20的末端带有出水口，出水口的管径小于过水管路20的内径，经过光源42以及反射片杀菌之后的水从出水口输出；出水口内设置有开关组件50，开关组件50用于接受出水口的出水信号，进而控制光源42的开关，当出水口处有水输出之后，开关组件50感应到输出信号，进而控制光源42的开启，避免光源42一直开启，造成比较大的能耗损失，或者因持续开启光源42，产生较多的热量，自身发热损耗部件的使用寿命。

具体而言，开关组件50包括磁力塞封51和弹簧压块53，磁力塞封51和弹簧压块53之间连接有弹簧52， 磁力塞封51通过弹簧52活动连接在出水口内，在水流冲击作用下，磁力封塞压缩弹簧52，弹簧52被压缩后，磁力塞封51将出水口打开，磁力塞封51运动到一定距离后，光源42的开启信号接通，控制光源42打开。

具体的控制光源42开关的动作还可以这样理解：当过水管路20中有水流经过时，且水流量≥1L/min时，开关组件50中的磁力塞封51受水流推动产生位移，磁力塞封51带动磁源产生磁控作用使得水流开关输出 “通”的信号，该信号输送到控制系统中，经过控制系统实现控制光源42开启的作用，当水流量小于启动流量的时候，开关组件50输出“断”的信号，输送给控制系统，将光源42关闭。具体电路控制过程为现有技术，在此不做详细阐述。

由于磁力塞封51的动作以及弹簧52本身存在安装以及制造等的误差，因此在实际开启过程中可能会存在开启误差，为了平衡安装和制造误差，在开关组件50的外侧还设置有流量控制组件60；该流量控制组件60在平衡开关组件50的制造或者安装误差的同时，还可以针对不同的光源42开启条件进行相应的调整；比如当需要延迟（或提前）光源42开启时间的时候，磁力塞封51需要将弹簧52压缩更大（或更小）的距离之后，才可以开启光源42；流量控制组件60就可以复制实现该功能。

具体而言，流量控制组件60包括流动控制外套64、位于流动控制外套64内的干簧管组合块62、干簧管压簧61以及锁紧螺钉63，流量控制外套设置在过水管路20的出水口外侧，干簧管组合块62通过干簧管压簧61连接在流量控制外套前端，锁紧螺钉63设置在流量控制外套的后端，锁紧螺钉63前端与干簧管组合块62接触连接。

干簧管组合块62内设置有感应磁力塞封51位置的元件，该元件安装在干簧管组合块62的特定位置上，当磁力封塞被水流冲击后退的时候，干簧管组合块62上的感应元件感应到磁力封塞的运动，从而将信号传递给光源42控制开关，将光源42开启。

调节锁紧螺钉63，可以改变干簧管组合块62在流动控制外套64内的前后位置，进而改变感应元件的位置，调整感应到磁力塞封51动作的时间，进而平衡开关组件50的安装或者制造误差；

在不同的应用环境中，可能需要根据实际的水流流量调整光源42的开启时间，比如有的应用条件下，在很小的水流通过量条件下就可以开启光源42进行杀菌，有的应用中，较大的水流流量才需要开启光源42杀菌，此时，就可以根据磁力塞封51的动作距离来判断此时的水流流量大小。

磁力塞封51后退的距离较远，说明弹簧52的压缩量较大，此时的水流流量肯定就比较大，满足磁力塞封51在此水流条件下再开启光源42，要达到上述目的，只需要向后调节锁紧螺钉63，在干簧管压簧61的作用下，干簧管组合块62的位置会向后移动，则位于干簧管组合块62上的感应元件的位置也会相应后移，则需要在较大的磁力塞封51位移量下，感应元件才能够感应到，如此就可以调节光源42的开启时间，通用性更强；反之同理。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种联体紫外LED杀菌单元，其特征在于，包括：

进水组件，所述进水组件包括进水管以及分流套管；

光源组件，所述光源组件安装在所述分流套管内，所述光源组件包括具有射出紫外线的半导体光源以及保护帽，所述紫外线的半导体光源设置在所述分流套管内，所述保护帽设置在所述光源外侧；

过水管路，所述过水管路与所述分流套管连接；

其中，水从所述进水管经过所述分流套管进入具有供紫外线入射以及在内腔表面反射的内腔，从所述光源发出的紫外光线对过水管路腔内的水进行杀菌处理。

2.如权利要求1所述的联体紫外LED杀菌单元，其特征在于，

还包括筒状杀菌芯套，所述芯套位于过水管路内，所述芯套具有紫外反射功能的反射内腔以及流动水的流入口及流出口。

3.如权利要求2所述的联体紫外LED杀菌单元，其特征在于，

所述芯套内的反射内腔带有非晶质晶体构造的聚四氟乙烯（PTFE），反射腔的厚度大于4mm。

4.如权利要求1所述的联体紫外LED杀菌单元，其特征在于，

所述半导体光源发出波长在250~285nm的范围内的紫外线。

5.如权利要求4所述的联体紫外LED杀菌单元，其特征在于，

所述光源组件中的半导体光源发出波长275nm的紫外线且其漫反射率在80~95.4%范围内。

6.根据权利要求1所述的联体紫外LED杀菌单元，其特征在于，

所述紫外线光源安装在散热芯上，所述散热芯安装在所述分流套管内。

7.根据权利要求1所述的联体紫外LED杀菌单元，其特征在于，

所述进水管上设置有端盖，所述进水管通过所述端盖连接在所述过水管路上；

所述端盖和所述过水管路之间通过锁紧套连接；

所述端盖的外周设置有外螺纹，所述锁紧套的内侧带有与之相适配的内螺纹，所述端盖一端带有向圆心方向凸起的第一连接部，所述过水管路与所述端盖连接的一端设置有向外凸起的第二连接部。

8.根据权利要求1所述的联体紫外LED杀菌单元，其特征在于，

所述分流套管的表面设置有环形切槽，所述切槽内设置有若干分流孔，所述分流套管的外壁上还开有水流通道，水通过所述进水管进入之后，从所述水流通道进入到所述环形切槽中，进而通过所述分流孔进入到所述过水管路中。

9.根据权利要求1所述的联体紫外LED杀菌单元，其特征在于，

所述过水管路的末端带有出水口，所述出水口内设置有开关组件，所述开关组件用于控制所述光源的开关，所述开关组件包括磁力塞封和弹簧压块，所述磁力塞封和所述弹簧压块之间连接有弹簧， 所述磁力塞封通过所述弹簧活动连接在所述出水口内，在水流冲击作用下，所述磁力封塞压缩所述弹簧，将所述出水口打开。

10.根据权利要求1-9任意所述的联体紫外LED杀菌单元，其特征在于，

还包括流量控制组件，所述流量控制组件包括流动控制外套、位于流动控制外套内的干簧管组合块、干簧管压簧以及锁紧螺钉，所述干簧管组合块内设置有用于感应所述磁力封塞位置的感应元件；

所述流量控制外套设置在过水管路的出水口外侧，所述干簧管组合块通过所述干簧管压簧连接在所述流量控制外套一端，所述锁紧螺钉设置在所述流量控制外套的另一端，所述锁紧螺钉一端与所述干簧管组合块接触连接。

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