CN114599611A - 周期性uvc配给 - Google Patents

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Abstract

一种用于对水进行消毒的光反应器包括至少一个壁，所述至少一个壁限定了被配置为容纳流体的腔室。反应器还包括供水流入所述腔室的入口和供水离开所述腔室的出口。反应器还包括UVC LED。LED被配置为在激活持续时间内通电，并且在未激活持续时间内断电。所述激活持续时间和所述未激活持续时间限定一周期。所述反应器还包括控制器，所述控制器被配置为设置所述周期的占空比，其中所述占空比是所述激活持续时间与所述周期的比率。占空比小于或等于约1：100。

Description

周期性UVC配给
优先权
本专利申请要求于2019年8月26日提交的、名称为“周期性UVC配给”、且发明人为Christopher Sculy、Amy Wilson Miller、Richard M.Mariita和Leo J.Schowalter的临时美国专利申请62/891,503的优先权，其公开内容以引用方式全文并入本文。
技术领域
本发明的说明性实施例总体上涉及通过UV消毒处理饮用水，并且更具体地，说明性实施例涉及UVC配给计划。
背景技术
除了病毒之外，活生物体的每个细胞都含有DNA，这允许细胞起作用和再生。UV-C光穿透微生物的细胞并破坏其DNA分子的结构。这种破坏防止微生物存活和/或再生，使其失活并不再致病。
发明内容
根据本发明的一个实施例，用于对水进行消毒的光反应器包括限定了配置为容纳流体的腔室的至少一个壁。反应器还包括入口和出口，水通过所述入口流入所述腔室，并且水通过所述出口离开所述腔室。反应器还包括UVC LED。LED被配置为在激活持续时间内通电，并且在未激活持续时间内断电。所述激活持续时间和所述未激活持续时间限定一周期。所述反应器还包括控制器，所述控制器被配置为设置所述周期的占空比，其中所述占空比是所述激活持续时间与所述周期的比率。占空比小于或等于约1:100。
占空比可以在约1:100至1:5760之间。在各种实施例中，激活持续时间可以在约10秒至5分钟之间。该周期可以在约30分钟至48小时之间。
光反应器可包括无盖LED。另外，光反应器可进一步包括在腔室内的圆柱体。圆柱体可以由UVC漫透射材料和/或UVC漫反射材料形成。
根据又一个实施例，一种方法周期性地配给UVC反应器。该方法提供用于对水进行消毒的光反应器。所述光反应器具有限定腔室的至少一个壁，所述腔室配置为容纳流体。所述光反应器还具有入口，水通过所述入口流入所述腔室。所述反应器还具有出口，水通过所述出口离开所述腔室。此外，反应器具有UVC LED，该UVC LED被配置为在激活持续时间内被通电，并且在未激活持续时间内被断电。所述激活持续时间和所述未激活持续时间限定一周期。该方法激活UVC LED持续第一激活持续时间。该方法还在规定的未激活持续时间之后激活UV CLED持续第二激活持续时间。
在其他方式中，可以基于第一激活持续时间的到期来确定规定的未激活持续时间。可替代地，可以基于最近的LED激活的到期来确定规定的未激活持续时间。在各种实施例中，占空比在约1:60至1:2880之间。在一些实施例中，当反应器中的流体停滞时(例如，当流体不流过反应器时)，发生激活持续时间(例如，第一激活持续时间)。
根据本发明的另一个实施例，一种在反应器内对UVC辐射进行配给的方法提供了一种流体反应器。该流体反应器具有至少一个UVC LED和被配置为容纳水的主光反应器区。主光反应器区由UVC漫反射且UVC漫透射的材料形成。所述方法还使用所述至少一个UVCLED周期性地用UVC辐射对所述主光反应器区进行配给。在LED激活持续时间内配给UVC。周期性配给是LED未激活持续时间的函数。LED可以提供大于约12.5mJ/cm2的UVC剂量。
在一些实施例中，各个LED激活持续时间是相同的时间长度。另外，各个LED未激活持续时间可以是相同或不同的时间长度。在示例性实施例中，流体是水。有利地，可以在水停滞时进行周期性配给。为此，周期性配给可以在预设时间量之后进行。然而，在一些实施例中，预设时间量可以由触发事件(诸如水流和/或远程请求)重置。为了进一步减少或消除细菌生长，由权利要求限定的方法还可以在主光反应器区中搅拌水。
本发明的说明性实施例被实现为计算机程序产品，其具有计算机可用介质，该计算机可用介质上具有计算机可读程序代码。计算机可读代码可由计算机系统根据常规过程读取和利用。
附图说明
从以下参考附图讨论的以下“具体实施方式”，本领域的技术人员应更全面地理解本发明的各种实施例的优点。
图1示意性地示出了根据本发明的说明性实施例的UVC光反应器。
图2示意性地示出了根据本发明的说明性实施例的反应器表面上的细菌生长。
图3示出了根据本发明的说明性实施例的用于控制LED的控制器的细节。
图4示意性地示出了根据本发明的说明性实施例的用于UVC LED的周期性配给方案。
图5示出了根据本发明的说明性实施例的在水反应器中周期性配给UVC的过程。
图6A示意性地示出了根据本发明的说明性实施例的周期性配给方案。
图6B示意性地示出了根据本发明的说明性实施例的具有基于最后安排的UVC配给到期的周期的配给计划。
图6C示意性地示出了根据本发明的说明性实施例的具有基于最后的UVC配给到期的周期的经调整的配给计划。
具体实施方式
在说明性实施例中，水反应器包括处理饮用水的一个或多个UVC LED(发光二极管)。UVC LED被周期性地激活(“配给”)以防止和/或减少细菌生长。周期性配给包括当水在反应器中停滞时的多个时间。这与以下方法形成对比：连续地配给UV光(例如汞灯)并且不期望地产生大量的热量，使用相对大量的功率，并且快速降低UV系统的质量。这也与仅被触发激活的方法形成对比，所述方法可以在未处理停滞水的情况下经历较长的时间段。下面讨论说明性实施例的细节。
图1示意性地示出了根据本发明的说明性实施例的UVC光反应器10。UVC光反应器10(也称为反应器10)可尤其与流体分配器26(例如水龙头26或水冷却器)联接。优选地，反应器10与一些饮用水源联接，并且在由使用者消费之前对饮用水进行消毒。
如图所示，反应器10具有入口12，入口12配置为接收来自来源(例如，来自主水供应管线的水)的流体22。尽管在此考虑使用各种流体22，但是为了便于讨论，在整个说明书中将水22称为流体22。然而，应当理解，说明性实施例可以对多种流体进行消毒。
为此，反应器10还包括至少一个LED24，优选为UVC发射LED24，其对腔室18中的流体22进行消毒。流体22被消毒并离开反应器10的出口14。例如，出口14可以与水龙头26联接，用户可以通过水龙头26获得经处理的饮用水28。
尽管示出为与水龙头26直接联接，但是应当理解，在各种实施例中，反应器10可以直接或间接地与流体分配器26联接。因此，说明不旨在被认为是限制性的或暗示直接连接是必要的。
与许多反应器10一样，图1的反应器10包括限定了腔室18的壁16。腔室18被配置成将水22保持在其中。为了更好地辅助消毒，一些实施例可以包括由UVC透射和/或UVC反射材料(诸如PTFE)形成的圆柱体20。例如，圆柱体可以由大约95％UVC反射和大约5％UVC透射的材料形成。圆柱体20可以在腔室18内限定主光反应区30和外围光反应区32。主光反应区30可以被UVC漫透射和UVC漫反射材料(例如，圆柱体20的材料)包围。因此，与外围区32相比，主光反应区30可以具有高浓度的UVC光，其可以使圆柱体20反射和/或吸收由LED24发射的UVC光的至少一部分。
然而，一些其它实施例可由例如石英管形成圆柱体20。优选地，圆柱体20的说明性实施例或其部分由既是UVC漫反射又是UVC漫透射的材料(诸如PTFE)形成。例如，圆柱体20的所有表面可以是UVC漫透射且UVC漫反射的，并且壁20可以是UVC反射的。以这种方式，UVC辐射散射以照射反应器10的表面的表面区域的较大部分，甚至在主光反应区30的外部。
反应器10和/或圆柱体20的多个部分可以由UVC透射材料或UVC反射材料形成。例如，UVC透射窗口36可以是UVC漫透射的。在一些实施例中，用于形成反应器10(例如，圆柱体20)的材料可以部分地透射UVC。另外或替代地，用于形成反应器10的材料可以是部分UVC反射的。使用透射UVC辐射的材料形成反应器10允许配给的UVC到达易于生物膜生长的区域和表面。因此，说明性实施例可以减少和/或防止通过反应器10形成生物膜(包括主光反应器区110之外的外尺寸)。
优选地，壁20包括UVC反射材料(与UVC吸收材料相反)。因此，UVC辐射可以散布在整个腔室18中，而不是被隔离在特定的区域/凹坑中。另外，由UVC透射材料形成圆柱体20允许UVC辐射到达位于圆柱体20的内侧或外侧的小凹坑或区域，这些小凹坑或区域暴露于(或，仅尽弱暴露于)UVC散射反射辐射。因此，UVC光可到达外围区32。
在一些实施例中，当反应器10工作时，如果水22连续地循环，则未暴露(或弱暴露)的小凹坑通常不形成生物膜，并且一旦水22移动通过不存在辐射的凹坑就被消毒(或水在其穿过“暗坑”之前被消毒)。然而，当不存在通过反应器10的水流时，即使当腔室18利用脉冲来辐射(例如，因为辐射没有到达暗坑)时，这些暗坑也可支持生物膜生长。通过使至少部分(或全部)腔室18由透射材料形成，说明性实施例确保不存在“暗坑”并且辐射脉冲到达腔室18的全部或基本上全部部分。
反应器10还可包括扩散板11。扩散板11配置为使水22以特定方式流动，以帮助均匀配给UVC。扩散板11的进一步讨论超出本申请的范围。然而，出于上述原因，扩散板11也可由漫反射且透射的材料(例如PTFE)形成。
UVC LED24可以是多种不同类型的LED24中的一种或多种。例如，第一类型的LED24包括LED芯片32、封装件34和覆盖封装件内的LED芯片32的透镜(例如，石英窗)。第二类型的LED24包括暴露的LED芯片32和封装件34(例如，如图1所示的无盖封装件)。第二类型的LED24可以是商业上可获得的设备，诸如由Crystal IS公司和旭化成发布的KLARANTM UVLED。对于两种类型的LED24，反应器10可以包括UV透射材料，例如在流体腔室18和LED24之间的石英窗36。然而，在一些实施例中，石英窗36可以被去除，并且光耦合器可以被定位在LED芯片32和腔室18之间。LED10和光耦合器在美国专利申请No.16/855,939中更详细地讨论，该专利申请全文以引用方式并入本文。
UV LED芯片32(也称为UV LED管芯32)可由多个半导体层(例如，GaAlN上的蓝宝石)形成。本领域技术人员理解，LED芯片32可以由更多层形成。在示例性实施例中，LED芯片32由氮化铝(AlN)衬底形成，其具有一个或多个量子阱和/或应变层，包括AlN、氮化镓(GaN)、氮化铟(InN)或其二元或三元合金。LED芯片32优选地具有类似于于2006年8月14日提交的美国专利No.7,638,346、于2010年4月21日提交的美国专利No.8,080,833和/或于2014年3月13日提交的美国专利申请公开No.2014/0264263中详述的那些的衬底和/或器件结构，其公开内容以全文引用的方式并入本文。如本领域技术人员已知的，可以选择发光二极管24的特定半导体材料和层结构，使得LED24发射期望的特定波长(或波长范围)的光。在说明性实施例中，LED芯片32发射UVC光。优选实施例可以在UVC范围中具有峰值波长。例如，芯片32可以发射具有260nm至270nm的峰值波长的光，以提供有效的、一致的流体处理。
例如，使用具有265nm峰值波长的单个50mW额定发光二极管24的小型反应器10可以在球形反应器10中以0.5升/分钟的流量产生约40mJ/cm2的剂量，其中腔室体积仅为0.3cc(直径为0.8cm)，并且具有1mm2面积的孔(即，LED24和/或芯片32被定位成通过该孔将光发射到腔室中)。这有利地在关注的病原体(大肠杆菌)中产生6-log的减少，或者在Qβ噬菌体中产生大约4-log的减少，其被广泛地用作估计UV辐射对其它病原体的有效性的替代物。
图2示意性地示出了根据本发明的说明性实施例的反应器10的表面上的细菌40生长。反应器10的各种表面，诸如圆柱体20和/或壁16的表面，经受生物膜形成。尽管讨论了反应器10的表面，但是反应器10内部和外部的其他表面也会受到生长。
不希望束缚于任何特定理论，据信具有任何量的有机物质和活细菌的停滞水(也称为静态水)可形成生物膜，或可粘附到表面16(示意性示出在附着区1中)的细菌40的菌落42。细菌菌落42然后可以在表面16上生长和繁殖(示意性地示出在生长区2中)。这些表面菌落42然后可以充当用于将活细菌40扩散到水22中的载体，水22流过它们(示意性地示出在分离区3中)。因此，菌落42可以在反应器10的上游或甚至在反应器10本身中生长。
在各种实施例中，当触发事件发生时，反应器10通过激活LED24来处理水22。例如，当水龙头26正在分配流体时，LED24可以被激活。因此，理论上，分配的流体28的全部(或基本上全部)在其行进通过反应器10时被处理。发明人发现，基于使用LED24的处理有时不足以处理流体22中的各种菌落42和/或细菌40。这是因为基于使用LED24的处理常常相对长时期不使用。例如，在住宅环境中，用户可能去度假，并且因此LED24触发事件至少在假期时段的长度内不会发生。在办公室环境中，LED24触发事件例如在周末没有人办公时不会发生。因此，本发明人认识到，周期性被动系统提供的益处是，显著减少或消除由于长时间停滞而生长的细菌40和/或菌落42。
另一方面，在长时间没有UVC配给的情况下，例如利用流体流动触发系统，可能导致生物膜42形成。在生物膜42已经形成之后，难以去除并且生物体可能继续污染水22，即使水22可以被UVC处理。因此，细菌40生长可能发生并且甚至在UV辐射被流动触发的情况下繁殖。因此，一些反应器10包括UVC汞灯，其通常持续开启。
说明性实施例的周期性UVC LED配给还提供了优于UVC汞灯的许多优点。UVC汞灯持续地保持接通以避免热循环的应力和/或防止灯的输出功率的退化。然而，灯的不间断使用会浪费能量并降低系统的使用寿命。相反，LED24可以是能量循环的，并且可以即刻地打开和关闭。
发明人发现，UVC辐射的周期性配给防止和/或减少生物膜的形成。此外，说明性实施例通过使用微控制器来防止和/或减少细菌40的生长，该微控制器控制LED24周期性地将UVC光传输/辐射到腔室18中的水22中。因此，水22中的细菌40被周期性地配给(例如，即使在水22不流动时)，并且细菌40的生长/生物膜形成被减少和/或消除。
图3示出了根据本发明的说明性实施例的用于控制LED24的控制器115的细节。在说明性实施例中，控制器(诸如微控制器115)控制LED24的操作。具体地，微控制器115激活LED24，从而使LED24发射UVC辐射。虽然微控制器115被描述为控制LED24，但是应当理解，微控制器可控制多个LED24。
微控制器115可以具有与多个物理部件通信(示出为使用虚线连接)的多个模块。例如，微控制器115可以具有与用户通信的远程访问模块120(例如，以提供配给时间表的设置、搅拌命令、LED24激活和/或提供关于水反应器10的数据/统计)。为此，远程访问模块120可以与诸如网络连接的智能电话(例如，互联网、Wi-Fi、蓝牙)之类的用户终端设备进行通信。用户可以控制、查看、发送和接收去往和来自远程访问模块的数据。
另外，微控制器115可具有LED控制模块116。LED控制模块116与LED24通信，并且发送使LED24接通和/或断开的信号。例如，LED控制模块116可以通过远程访问模块120从用户接收LED激活命令。附加地或备选地，LED控制模块116可以与周期性配给模块118通信，该周期性配给模块118提供用于周期性配给LED24的指令。
图4示意性地示出了根据本发明的说明性实施例的用于UVC LED24的周期性配给方案48。图4的周期性配给方案48示出了两个完整周期50。每个周期50包括被安排的断开时间52，也被称为未激活持续时间52，以及被安排的接通时间54，也被称为激活持续时间54。周期性配给模块118向LED控制模块116提供指令以根据规定的方案48激活LED24。包括激活持续时间54、未激活持续时间52和/或LED强度的方案48可以在工厂预设或由用户调整。例如，用户可以通过先前描述的远程访问模块120来调整周期性设置。
另外或替代地，周期性配给模块118可以基于来自一个或多个传感器的反馈实时地调整LED周期50的任何方面。例如，传感器可以检测水流、细菌水平和/或水体积，并且基于底层算法自动调整周期50。周期性配给模块118还可以与定时器122通信，该定时器122允许配给模块118确定何时已经过了足够的未激活持续时间52，使得LED24可以被打开。另外，定时器122可确定何时已实现激活持续时间54。
在一些实施例中，微控制器115可包括控制搅拌器(未示出)的搅拌控制模块124。搅拌器可以在水反应器10内(例如，在主光反应器区110中)，并且可以连续和/或周期性地搅拌水22。发明人相信搅拌水22可有助于减少细菌40的生长。
上述组件中的每一个通过任何常规互连机制可操作地连接。图3简单地示出了连通每个组件的总线。所属领域的技术人员应理解，此一般化表示可经修改以包含其它常规直接或间接连接。因此，对总线的讨论并不旨在限制各种实施例。
实际上，应当注意的是，图3仅示意性地示出了这些部件中的每一个。本领域技术人员应当理解，这些部件中的每一个可以以各种常规方式来实现，诸如通过使用硬件、软件或硬件和软件的组合，跨一个或多个其它功能部件。例如，周期性配给模块118可以使用执行固件的多个微处理器来实现。
作为另一实例，LED控制模块116可使用一个或一个以上专用集成电路(即，“ASIC”)及相关软件或ASIC、离散电子组件(例如，晶体管)及微处理器的组合来实施。因此，图3的单个框中的组件的表示仅出于简化目的。实际上，在一些实施例中，图3的LED控制模块116分布在多个不同的机器上-不一定在相同的壳体或机壳内。另外，在一些实施例中，被示出为分离的部件(诸如计时器112和周期性配给模块118)可以由单个部件代替。此外，图3中的某些组件和子组件是可选的。例如，一些实施例可以不使用搅拌控制模块124和/或远程访问模块120。
应当重申，图3的表示是水反应器10的控制器115的显著简化的表示。所属领域的技术人员应理解，此装置可具有其它物理及功能组件，例如中央处理单元、其它包处理模块及短期存储器。因此，本讨论不旨在暗示图3表示水反应器10的控制器115的所有元件。
图5示出了根据本发明的说明性实施例的在水反应器10中周期性配给UVC的过程。应当注意的是，该过程500可以是周期性配给UVC的更复杂的过程的简化版本。因此，该过程可以具有未讨论的附加步骤。此外，一些步骤可以是可选的，以不同的顺序执行，或者彼此并行地执行。因此，对该过程的讨论是说明性的，并不旨在限制本发明的各种实施例。最后，尽管关于配给单个LED24或多个LED24讨论了该过程，但是可以扩展图5的过程以替代地覆盖单个LED24或包括同时地和/或在交替不同的时间激活多个LED24。
该方法开始于步骤502，其提供了光反应器10。光反应器10可以是图1中所示的类型，并且可以具有壁16和/或细菌菌落42可以在其上生长的其他表面。可以预期的是，除了细菌之外的其他微生物和有害的病原体可以存在于水22中，但是出于讨论的目的而提到了细菌40。
光反应器10可以以各种设置存在。例如，光反应器10可以是微型光反应器，如美国专利申请No.16/855,939中所述，其全文以引用方式并入本文。或者，光反应器10可以是水净化系统的一部分，例如作为办公室中的水冷却器的一部分。对于光反应器10来说，除了这里讨论的那些设置之外，还存在多种使用设置。
过程500前进到步骤504，其接收周期性配给计划。例如，可以在周期性配给模块中预设周期性配给计划，和/或由用户提供(例如，通过远程访问模块120)。图6A示意性地示出了根据本发明的说明性实施例的周期性配给方案48(也称为配给计划48)。如图所示，计划48包括多个重复周期50。尽管示出为基本上相同，但是每个周期50可以不同。然而，优选实施例具有基本相同的周期50。
如前所述，每个周期具有激活持续时间54和未激活持续时间52。激活持续时间54相对于周期50的比率被称为占空比。说明性实施例具有小于1:60的占空比(激活持续时间54：周期50的持续时间)，例如，1:100、1:200、1:400、1:1440、1:2880或1:5760。这里，“小于”或“较小”占空比意味着激活持续时间54相对于周期50较短。相对小的占空比提供了先前关于节能所描述的许多优点。另外，LED24可以即刻地接通和断开，从而允许短的激活持续时间54。
在示例性实施例中，流体处理的下限是每12小时大约10秒(例如，1:4348的占空比)。另外，在说明性实施例中，上限可以是每小时约2分钟(例如，1:30的占空比)。
在一些实施例中，激活持续时间54可以大于约1秒、约30秒、约1分钟或约5分钟。激活持续时间54还可以小于约5分钟或约10分钟。周期50的时间可以在约30分钟至约48小时之间。优选地，周期50小于约24小时，以降低菌落42具有附着在表面上并开始繁殖的时间的可能性。另外，在一些实施例中，周期50大于约1小时，以提供减少的功率使用。
该过程然后进行到步骤506，其激活LED24。如前所述，一个或多个LED24可以被激活。为了简单起见，这里讨论了单个LED24。LED24可以以单个脉冲进行脉冲(例如，瞬时通电，然后断开)。然而，可以预期的是，对于对水22中的各种病原体进行消毒所需的UVC辐射的水平，LED24被配给一段时间10。在一些实施例中，可以在每个周期50激活多个LED24。一些其它实施例可以在每个周期50中交替到不同的LED24。
在一些实施例中，LED24可以持续通电。然而，LED24的持续通电可能导致UVC辐射的质量下降、不必要的功率消耗和热管理问题。当LED24发射UV光时，其可产生相当大量的热量。不期望地，过量的热不利地影响LED24的光输出和寿命。因此，适当的热管理优选地将结温(TJ)保持为给定应用所需的那么低并且保持LED的性能。词语“结”指的是LED24管芯内的p-n结，其中光子被生成和发射。可以通过将散热器与LED24联接来将热量从该结转移到周围环境。为了进一步辅助热传递，说明性实施例优选地在周期50中配给LED24(例如，如参照附图4所描述的)。
该过程然后进行到步骤508，其确定是否存在激活LED24的触发。如这里所描述的，触发不包括周期性配给计划48的正常安排的激活持续时间54。在各种实施例中，触发可包括通过反应器10的流体流22。例如，在办公室环境中，每次分配饮用水22时，LED24可以被触发。如果触发被接合，则过程返回到步骤506，步骤506激活LED24。
可替代地，LED24可以由用户通过他们的智能电话(例如，通过远程访问模块120发送信号)来触发。另外或替代地，传感器(例如，与光反应器10串联)可确定病原体水平已达到特定触发阈值，并触发LED24的激活。
在一些实施例中，如果水22正在流动，或者如果已经做出(例如，通过网络连接设备上的用户)请求，则该过程进行到步骤506，其对LED24进行配给。因此，LED控制模块116向LED24中的一个或多个发送信号，使它们将UVC辐射传输到光反应器10中(例如，进入主光反应器区110中)。如前所述，水流22可以用作激活LED24的触发器。LED24可具有持续水22流动的整个周期的激活持续时间10，或可替代地，在检测到流动触发时可具有设定激活持续时间10(例如，无论流动持续的时间量如何，从流动开始激活LED24 10秒)。该过程然后返回到步骤502并再次开始。
该过程然后进行到步骤510，其确定周期性配给模块118是否已经请求了配给UVC(即，基于配给计划48)。如果周期性配给模块118已经请求了配给，则LED控制模块116激活LED24达规定量的持续时间54。
在一些实施例中，周期性配给可包括更复杂的周期50(例如，在12小时标记处的2分钟激活持续时间54、在24小时标记处的1分钟激活持续时间54)。然而，在一些其他实施例中，配给计划48可以是不规则的或由一些其他事件触发(例如，水22中的细菌菌落42细胞计数超过触发水平)。
如果周期性配给模块118请求配给，则激活LED24达激活持续时间54的长度。LED激活持续时间54的长度可以由微控制器115预先确定和设置。例如，周期性配给模块118可以在向LED控制模块116发送信号以开始LED激活持续时间54之前等待安排的关断时间52。为此，周期性配给模块118可以与计时器122通信以准确地确定何时开始激活持续时间54。在激活持续时间到期之后，定时器122开始对自从LED24最后被配给以来的时间量进行计数。
因此，关断时间52直到下一激活持续时间54的开始是基于LED24最后被配给的时间来确定的。然而，一些实施例基于安排的激活持续时间54的到期来确定关断时间52。
图6B示意性地示出了根据本发明的说明性实施例的具有基于最后安排的UVC配给的到期的周期50的配给计划48。因此，如果触发被检测到，并且LED24在配给计划48之外(例如，由用户打开水龙头26)被触发激活56，则下一个安排的激活持续时间54B基于先前安排的激活持续时间54A的到期。因此，一些实施例保持安排的时段50，而不管LED24被如何频繁地激活。
图6C示意性地示出了根据本发明的说明性实施例的具有基于最后的UVC配给到期的周期50的经调整的配给计划48b。因此，如果LED24在配给计划48之外被触发激活56(例如，由用户打开水龙头26)，则下一个预定的激活持续时间54B基于最近的LED激活56的到期(即，即使是未被安排的)。因此，一些实施例基于最近的LED24激活来重新启动周期50。
如图所示，激活持续时间54可以以规则的间隔发生。例如，可以启动激活持续时间54持续12小时周期50的2分钟。这可以在重复的基础上进行。因此，持续2分钟的另一激活持续时间54发生在12小时标记处，并且然后再次在24小时标记处发生。在这样的实施例中，占空比小于1％(即，小于1∶100的占空比(激活持续时间54：每个周期50的总时间))。实际上，在上述示例中，占空比小于0.5％。小的占空比导致水22的处理(例如，消毒)、可观的功率节省，并且极大地延长了LED24的使用寿命。
周期性配给模块118可以基于预设计时器122请求配给。例如，如图6A所示，在一些未激活持续时间52之后，可以自动地自动请求配给。因此，在一些实施例中，可以在预设时间量之后自动递送配给(激活持续时间54)。然而，在一些其它实施例中，可以基于例如自从LED24通过水流或远程请求激活的时间段、反应器内的水量和/或LED24的输出功率的幅值来调整未激活持续时间52。
以类似的方式，LED激活持续时间54可以在每个未激活持续时间54之后自动开始。如前所述，激活持续时间54的时间长度可以由微控制器115预设。在一些实施例中，对于重复配给，激活持续时间54可以是相同长度。然而，在一些其它实施例中，可以例如基于反应器10内的水22的体积、自从LED24通过水22流动或远程请求激活的时间段、反应器10内的水22的体积和/或LED24的输出功率的幅值来调整激活持续时间10。因此，作为示例，对于较强的UVC配给，激活持续时间可以较短，或对于较弱的UVC配给，激活持续时间可以较长。
在一些实施例中，水反应器10可包括搅拌器，该搅拌器配置成使反应器10中的水22移动。当水在搅拌期间移动时，它不被认为是“流动”(例如，以水22在其移动通过反应器时流动的方式，诸如通过冷却器到达最终用户的杯中)。因此，在一些实施例中，搅拌水22可影响周期性配给计划。然而，在一些其它实施例中，搅拌水22可能不影响周期性配给计划。此外，在一些实施例中，搅拌器可以周期性地搅拌水22。在一些其它实施例中，搅拌器可以连续搅拌水22。本发明人发现，搅拌水22消除了一些可能以其他方式形成的粘性的生物膜102。
在一些实施例中，可以设定周期性配给计划以每12小时激活LED24 2分钟(例如，连续地)。作为另一示例，LED24可以每6小时激活1分钟(例如，连续地)。在一些实施例中，LED24可以提供例如5mJ/cm2的剂量，例如，达50秒的激活持续时间54。在一些其他实施例中，LED24可以提供12.5mJ/cm2的剂量达125秒的激活持续时间54。在各种实施方式中，可以在激活持续时间54期间提供约5mJ/cm2至约12.5mJ/cm2之间的剂量持续约10秒至约10分钟。
返回到图5，如果周期性配给模块118尚未请求配给，则该过程进行到步骤512，并且从反应器输出经处理的水28。然后，用户可以消耗经处理的水28。然后，过程500结束。
说明性实施例配给UVC以减少和/或防止原核(较低的单细胞生物体)微污染，例如来自通常在饮用水系统中发现的不同细菌门。相比之下，用于海洋防污的UVC配给在防止真核(更高的多细胞生物体)宏观结垢方面具有应用，例如来自开放和海洋水柱系统中的藤壶、牡蛎、贻贝和管蠕虫，主要是在运输和通用船舶工业(例如，可能通过防止真核幼虫的安居)中至关重要。
饮用水系统中的原核生物膜形成(微小积垢)是快速过程(相对于宏观结垢)，并且主要发生在黑暗封闭的系统中，例如管道、冷却器、反应器，尤其是当水停滞时。这与大积垢形成对比，所述大积垢在更复杂(大量的生物和滥用因素)中发生，而是开放的环境受波浪、潮汐变化(低和高潮汐)加上其它海洋生理性参数的影响。
本发明的各种实施例可以至少部分地以任何常规计算机编程语言来实现。例如，一些实施例可以以过程式编程语言(例如，“C”)或以面向对象的编程语言(例如，“C++”)来实现。本发明的其他实施例可以被实现为预编程的硬件元件(例如，专用集成电路、FPGA和数字信号处理器)或其他相关组件。
在替代实施例中，所公开的装置和方法(例如，参见上述各种流程图)可以被实现为用于与计算机系统一起使用的计算机程序产品。此类实施方案可包含固定在有形非暂时性介质(例如计算机可读介质(例如，磁盘、CD-ROM、ROM或固定磁盘))上的一系列计算机指令。所述一系列计算机指令可体现本文先前关于系统所描述的功能性的全部或部分。
本领域技术人员应当理解，这样的计算机指令可以用多种编程语言来编写，以便与许多计算机架构或操作系统一起使用。此外，此类指令可存储于任何存储器装置(例如半导体、磁性、光学或其它存储器装置)中，且可使用任何通信技术(例如光学、红外线、微波或其它传输技术)来发射。
以其他方式，这样的计算机程序产品可以作为具有伴随的打印或电子文档的可移动介质(例如，紧缩套装软件)、用计算机系统(例如，在系统ROM或固定磁盘上)预加载、或者通过网络(例如，因特网或万维网)从服务器或电子公告板分发。实际上，一些实施例可以在软件即服务模型(“SAAS”)或云计算模型中实现。当然，本发明的一些实施例可以实现为软件(例如，计算机程序产品)和硬件的组合。本发明的其他实施例被实现为完全硬件或完全软件。
所公开的实施例或其部分可以以未列出和/或未明确地要求保护的方式组合。另外，可以适当地实践本文所公开的实施例，而不存在本文未具体公开的任何元件。因此，本发明不应被视为限于所公开的实施例。
以上描述的本发明的实施例旨在仅仅是示例性的；许多变化和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。这样的变化和修改意图在由所附权利要求中的任何权利要求限定的本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种用于对水进行消毒的光反应器，所述光反应器包括：
至少一个壁，所述至少一个壁限定了被配置为容纳流体的腔室；
入口，水通过所述入口流入所述腔室；
出口，水通过所述出口离开所述腔室；
UVC LED，所述UVC LED被配置为在激活持续时间内被通电，并且在未激活持续时间内被断电，所述激活持续时间和所述未激活持续时间限定一周期；
控制器，所述控制器被配置为设置针对所述周期的占空比，其中所述占空比是所述激活持续时间与所述周期的比率，其中所述占空比小于或等于约1：100。
2.根据权利要求1所述的光反应器，其中，所述占空比在约1：100至约1：5760之间。
3.根据权利要求1所述的光反应器，其中，所述激活持续时间在约10秒至5分钟之间。
4.根据权利要求1所述的光反应器，其中，所述周期在约30分钟至48小时之间。
5.根据权利要求1所述的光反应器，其中，所述LED是无盖型LED。
6.根据权利要求1所述的光反应器，所述光反应器还包括在所述腔室内的圆柱体，所述圆柱体由UVC漫透射材料和/或UVC漫反射材料形成。
7.一种周期性配给UVC反应器的方法，所述方法包括：
提供用于对水进行消毒的光反应器，所述光反应器具有：
至少一个壁，所述至少一个壁限定了被配置为容纳流体的腔室，
入口，流体通过所述入口流入所述腔室中；
出口，流体通过所述出口离开所述腔室；以及
UVC LED，所述UVC LED被配置为在激活持续时间内被通电，并且在规定的未激活持续时间内被断电，所述激活持续时间和所述规定的未激活持续时间限定一周期；
激活所述UVC LED持续第一激活持续时间；
在所述规定的未激活持续时间之后激活所述UVC LED持续第二激活持续时间。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述规定的未激活持续时间是基于所述第一激活持续时间的到期来确定的，或者所述规定的未激活持续时间是基于最近的LED激活的到期来确定的。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一激活持续时间在所述流体停滞的同时发生。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，占空比在约1:60至约1:2880之间。
11.一种在流体反应器内配给UVC辐射的方法，所述方法包括：
提供流体反应器，所述流体反应器具有至少一个UVC LED和被配置成容纳流体的主光反应器区，所述主光反应器区由UVC漫反射且UVC透射的材料形成；
作为LED未激活持续时间的函数，使用所述至少一个UVC LED在LED激活持续时间内向所述主光反应器区周期性配给UVC辐射。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，各个LED激活持续时间是相同的时间长度。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，各个LED未激活持续时间是不同的时间长度。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，当所述流体停滞时进行所述周期性配给。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，在预设时间量之后进行周期性配给。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述预设时间量由触发事件重置。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述触发事件是流体流动。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述触发事件是远程请求。
19.根据权利要求11所述的方法，该方法还包括在所述主光反应器区中周期性搅拌所述流体。
20.根据权利要求11所述的方法，该方法还包括在所述主光反应器区中连续搅拌所述流体。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230301354A1 (en) * 2022-03-24 2023-09-28 Derek Kyle King Quantum Lit Vaping System

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5543039A (en) * 1990-01-23 1996-08-06 Kaldnes Miljoteknologi A/S Reactor for purification of water
US20050103722A1 (en) * 2003-11-13 2005-05-19 United States Filter Corporation Water treatment system and method
CN103025665A (zh) * 2010-07-26 2013-04-03 皇家飞利浦电子股份有限公司 通过将流体暴露于紫外线来使流体受到消毒处理的设备
NL1041426A (nl) * 2014-02-26 2016-03-15 Easymeasure B V Werkwijze en inrichting voor desinfectie van water en natte oppervlakken.
US20160278424A1 (en) * 2015-03-27 2016-09-29 Rayvio Corporation System and method for dispensing uv treated materials

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6579495B1 (en) * 2000-07-27 2003-06-17 Hydro Photon, Inc. Hand-held ultraviolet water purification system using solid state devices
US7089763B2 (en) * 2002-02-25 2006-08-15 Worldwide Water, L.L.C. Portable, potable water recovery and dispensing apparatus
KR100628705B1 (ko) * 2005-07-15 2006-10-02 양원동 엘 이디 살균 물 꼭지
US9687575B2 (en) * 2010-06-01 2017-06-27 Bluemorph, Llc UV devices, systems and methods for UV sterilization
US10561156B2 (en) * 2015-03-27 2020-02-18 Larq Inc. Device for UV-LED liquid monitoring and treatment
US10246348B2 (en) * 2015-06-08 2019-04-02 Rayvio Corporation Ultraviolet disinfection system
SE1550920A1 (sv) * 2015-06-30 2016-11-29 A system for UV light treatment of a fluid
EP3405284B1 (en) * 2016-01-19 2024-08-28 The University Of British Columbia Heat dissipation apparatus for uv-led photoreactors
CN106677307B (zh) * 2016-12-19 2019-08-13 圆融健康科技（深圳）有限公司 马桶及其控制方法
DE102017115743B4 (de) * 2017-07-13 2019-03-21 Q-One Deutschland UG (haftungsbeschränkt) Wasserdesinfektionsverfahren und Wasserzapfstellenanordnung dafür
US11535529B2 (en) * 2017-09-12 2022-12-27 A. O. Smith Corporation Water faucet incorporating disinfecting features

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5543039A (en) * 1990-01-23 1996-08-06 Kaldnes Miljoteknologi A/S Reactor for purification of water
US20050103722A1 (en) * 2003-11-13 2005-05-19 United States Filter Corporation Water treatment system and method
CN103025665A (zh) * 2010-07-26 2013-04-03 皇家飞利浦电子股份有限公司 通过将流体暴露于紫外线来使流体受到消毒处理的设备
NL1041426A (nl) * 2014-02-26 2016-03-15 Easymeasure B V Werkwijze en inrichting voor desinfectie van water en natte oppervlakken.
US20160278424A1 (en) * 2015-03-27 2016-09-29 Rayvio Corporation System and method for dispensing uv treated materials

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Publication number Publication date
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