CN115335332A - 用于光学管状套筒的清洁机构 - Google Patents

Abstract

公开了一种被配置成穿过管状构件的外表面的刮刀组件。刮刀组件包括被构造成并被布置成驱动刮刀组件穿过管状构件的外表面的壳体和固定到壳体的主环，该主环具有由半刚性材料形成的朝向管状构件的外表面向内延伸的多个突出部。还公开了一种包括刮刀组件的水处理系统。还公开了一种包括提供刮刀组件的水处理系统的改装方法。还公开了一种从石英套筒的外表面去除有机材料污垢的方法。该方法包括指引刮刀组件穿过石英套筒的外表面。

Description

用于光学管状套筒的清洁机构

相关申请的交叉引用

本申请在35U.S.C.§119(e)下，要求2019年12月6日提交的标题为“CleaningMechanism for Optical Tubular Sleeves”的序列号为62/7944,665的美国临时申请的优先权，该申请通过引用以其整体并入本文，用于所有目的。

技术领域

本文公开的方面和实施例总体上涉及光学处理系统，并且更具体地，涉及用于光学处理系统的清洁组件和方法。

概述

根据一个方面，提供了一种刮刀组件，该刮刀组件被配置成穿过管状构件的外表面。刮刀组件可以包括壳体，该壳体被构造成并被布置成驱动刮刀组件穿过管状构件的外表面。刮刀组件可以包括固定到壳体上的主环。主环可以具有由半刚性材料形成的多个突出部，该多个突出部朝向管状构件的外表面向内延伸。多个突出部可以具有被选择的长度，以在多个突出部处于延伸配置时限定主环的内径小于管状构件的外径。多个突出部可以具有被选择的长度，以在多个突出部处于倾斜配置时限定在多个突出部与管状构件的外表面之间形成的约15°至约75°之间的接触角。

在一些实施例中，刮刀组件可以包括固定到壳体的补充环，该补充环具有从主环周向偏移的多个突出部。

刮刀组件可以包括固定到壳体的间隔件，该间隔件位于主环和补充环之间。

刮刀组件可以包括固定到壳体上的柔性环，该柔性环具有小于管状构件的外径的内径。

刮刀组件可以配置成穿过平行布置的多个管状构件的外表面。刮刀组件可以包括主环的阵列。主环阵列中的每个主环可以被定位成穿过对应的管状构件的外表面。

在一些实施例中，半刚性材料可以具有约215MPa至290MPa之间的屈服强度。

在一些实施例中，半刚性材料可以具有约505MPa至620MPa之间的抗拉强度。

多个突出部的长度可以基于半刚性材料的屈服强度和抗拉强度来选择以限定接触角。

多个突出部可以各自具有约0.1mm和约2.0mm之间的厚度。多个突出部的厚度可以基于半刚性材料的屈服强度和抗拉强度来选择。

在一些实施例中，多个突出部中的每一个突出部可以构成主环的约4°至约30°之间的弧长。

在一些实施例中，多个突出部的内表面具有比主环的对应外径更小的曲率半径。

根据另一方面，提供了一种水处理系统，其包括具有入口和出口的容器、位于容器内的包括容纳在石英套筒中的紫外灯的至少一个光源组件，以及被配置成穿过至少一个光源组件的外表面的刮刀组件。刮刀组件可以包括壳体，该壳体被构造并被布置成驱动刮刀组件穿过至少一个光源组件的外表面。刮刀组件可以包括固定到壳体的至少一个环，每个环被定位成穿过对应光源组件的外表面，每个环具有由半刚性材料形成的朝向对应光源组件的外表面向内延伸的多个突出部，多个突出部具有被选择的长度，以在多个突出部处于延伸配置时限定环的内径小于管状构件的外径，并且多个突出部具有被选择的长度，以在多个突出部处于倾斜配置时，多个突出部与对应光源组件的外表面之间形成的约15°至约75°之间的接触角。

该系统还可以包括紫外线传感器，该紫外线传感器被定位成监测通过水处理系统的紫外线强度。

该系统还可以包括控制器，该控制器可操作地连接到紫外光传感器和刮刀组件。控制器可被配置成响应于所监测的紫外光强度低于阈值而操作刮刀组件穿过至少一个光源组件的外表面。

该系统可以包括可操作地连接到刮刀组件的控制器。该控制器可被配置成响应于手动致动或在预定时间表上的周期性致动而操作刮刀组件穿过至少一个光源组件的外表面。

在一些实施例中，半刚性材料可以被选择为对石英套筒和待处理水的成分基本上是惰性的。

在一些实施例中，该系统还可以包括流体连接到容器的化学清洁剂源。

根据另一个方面，提供了一种改装水处理系统的方法。水处理系统可以包括至少一个光源组件，该光源组件包括容纳在石英套筒中的紫外灯。该方法可以包括提供刮刀组件，该刮刀组件被配置为穿过至少一个光源组件的外表面。刮刀组件可以包括被构造成和被布置成驱动刮刀组件穿过至少一个光源组件的外表面的壳体和固定到壳体的至少一个环。每个环可以具有由半刚性材料形成的多个突出部，该多个突出部朝向对应光源组件的外表面向内延伸。多个突出部可以具有被选择的长度，以在多个突出部处于延伸配置时限定环的内径小于管状构件的外径。多个突出部可以具有被选择的长度，以在多个突出部处于倾斜配置时限定在多个突出部与对应光源组件的外表面之间形成的约15°至约75°之间的接触角。该方法可以包括提供指令以通过壳体安装刮刀组件从而驱动刮刀组件穿过至少一个光源组件的外表面。

在一些实施例中，水处理系统包括轨道，该轨道被构造成并被布置成通过壳体引导刮刀组件穿过至少一个光源组件的外表面。该方法可以包括提供与轨道兼容的刮刀组件。

在一些实施例中，该方法可以包括提供指令以安装轨道，该轨道通过壳体引导刮刀组件穿过至少一个光源组件的外表面。

根据又一个方面，提供了一种从定位于水处理系统内的石英套筒的外表面去除有机材料污垢的方法，该水处理系统包括容纳在石英套筒中的紫外灯和被配置成穿过石英套筒的外表面的刮刀组件。刮刀组件可以包括壳体和固定到壳体的环，该壳体被构造成和被布置成驱动刮刀组件穿过石英套筒的外表面，该环具有由半刚性材料形成的朝向石英套筒的外表面向内延伸的多个突出部。该方法可以包括指引刮刀组件在第一方向上穿过石英套筒的外表面，以从石英套筒的外表面刮擦至少80％的有机材料污垢。

在一些实施例中，该方法可以包括根据预定的时间表周期性地指引刮刀组件穿过石英套筒的外表面。

预定的时间表可以是每十二小时或更长时间。

在一些实施例中，该方法还可以包括监测通过水处理系统的紫外光强度，并响应于紫外光强度低于阈值，指引刮刀组件穿过石英套筒的外表面。

该方法还可以包括在指引刮刀组件穿过石英套筒的外表面之前或同时应用化学清洁过程。

在一些实施例中，有机材料污垢可以包括硬化沉积物、沉降物、油、油脂和微生物污垢中的一种或更多种。

在一些实施例中，有机材料污垢的量和/或成分基本上不能用橡胶刮刀去除。

该方法可以包括在更换刮刀组件或环之前基本上连续地操作水处理系统至少约六个月。

本公开设想了前述方面和/或实施例中的任意一个或更多个的所有组合，以及与详细描述和任何示例中阐述的实施例中的任意一个或更多个的组合。

附图简述

附图并不意图是按比例绘制的。在附图中，在各个图中图示出的每个相同的部件或近似相同的部件由相同的数字表示。为了清楚的目的，并非每个部件都可以在每个附图中被标记。在附图中：

图1是根据一个实施例的在管状构件的一部分上展开的环的示意图；

图2是根据一个实施例的环的示意图；

图3A是根据一个实施例的在管状构件上展开的环的横截面视图的示意图；

图3B是示出了接触角的图；

图4是根据一个实施例的在管状构件的一部分上以延伸形式示出的刮刀组件的示意图；

图5A是根据一个实施例的如图4所示的示例性刮刀组件的照片；

图5B是根据一个实施例的如图4所示的示例性刮刀组件的替代照片；

图6A是根据一个实施例的刮刀组件的示意图；

图6B是根据一个实施例的如图6A所示的示例性刮刀组件的剖视图；

图6C是根据一个实施例的环的示意图，该环被配置成适配到如图6A所示的示例性刮刀组件上；

图6D是根据一个实施例的柔性环的示意图，该柔性环被配置成安装到如图6A所示的示例性刮刀组件上；

图7是根据一个实施例的刮刀组件的示意图，该刮刀组件被配置成穿过多个管状构件；

图8A是根据一个实施例的环的示意图；

图8B是根据一个实施例的环的示意图；

图8C是根据一个实施例的环的示意图；

图9A是根据一个实施例的在管状构件上展开的示例性环的照片；

图9B是根据一个实施例的在管状构件上展开的示例性环的照片；

图10是根据一个实施例的用于水处理的示例性系统的方框图；

图11是根据一个实施例的用于水处理的示例性系统的方框图；

图12是根据一个实施例的锥形设备上的示例性环的照片；

图13是接触角作为突出部长度的函数的折线图；

图14是根据一个实施例的用于示例性环的激光切割设计；

图15是根据一个实施例的试验台的照片；

图16A是根据一个实施例的在去除样品污垢之前测试石英套筒的照片；

图16B是根据一个实施例的在去除样品污垢之后的测试石英套筒的照片；以及

图17是根据一个实施例的样本环设计的示意图。

详细描述

紫外线(UV)光可用于净化系统中，以杀死或消灭细菌并分解诸如水或空气的流体中的污染物。例如，紫外线辐射可以将水中的某些污染物转化为二氧化碳和水。作为另一个例子，紫外线辐射可将卤化化合物转化为卤化酸。

紫外光也可用于光合反应，以引发和引起化学反应，以生成化合物。紫外光引发的反应可以发生在气相或液相中。通常，流体必须暴露于有效剂量的紫外光辐射，即暴露于预定的最小强度一段预定的最小暴露时间。用于特定过程的(最小强度和最小暴露时间的)剂量可以通过常规实验和分析来确定。用于特定过程的剂量可以基于目标污染物的处理来选择，例如，流体中目标微生物的目标百分比(例如，大于90％、大于95％、大于99％或大于99.99％)的灭菌。作为一般的相关性，对于给定的净化或反应目标，更大强度的紫外光辐射可以应用更短的暴露时间。

紫外灯是由诸如石英的紫外透明材料的中空导管形成的。中空导管可以在两端密封，其中电连接穿过密封件延伸到导管中。导管可以用气体填充，当用足够的电流激励时，已知该气体会产生紫外光。当电流穿过中空导管中的气体时产生紫外光。

被配置成浸入诸如水的液体中的紫外灯通常容纳在紫外透明材料的副管中。用于该管的示例性的合适的紫外透明材料是石英。石英可以对紫外和可见光都是透明的，并且有一些类似于玻璃的物理性质。紫外透明材料外壳可以具有不透液的密封。外壳可以被定位成并被配置成保持水远离灯及其电连接。

用于水处理的系统可以包括用于容纳或循环待用紫外线辐射源处理的流体的箱或其它容器。容纳在保护管中的紫外线灯通常定位于反应器容器内，使得容器中的流体暴露于足够剂量的紫外线辐射。某些系统可以包含容纳在一个或更多个保护管中的多个紫外线灯。多个灯可以提供更大剂量的紫外线辐射。该布置还可用于促进系统内紫外灯的更换。特别地，对于具有多个灯的处理系统，可以隔离和/或更换一个灯而不中断其他灯。

紫外线管状构件面临的一个问题是污垢和水垢(scale)的积累(本文通常称为“污垢(fouling)”)。污染物是由在管状外壳的外表面上积聚的有机和/或无机材料产生的。随着暴露于污染物的增加，污垢和水垢往往会积累，尤其是在水处理系统中。污垢可能受到水化学(例如，有机和无机化合物的浓度，pH水平，氧化还原电位)，流体的水力学(例如，速度，剪切，涡流)和温度(例如，来自紫外线照射的热量)的影响。当污垢和水垢积累在紫外光组件的外表面时，积聚物越来越多地阻挡了由灯产生的紫外光，随着时间的推移，降低了紫外光处理的强度和有效性。为了减轻或去除污垢和水垢，紫外光组件的外部管状外壳可以被机械地和/或化学地清洁。

本文公开的系统和方法可用于外部管状外壳的机械清洁。在某些实施例中，化学试剂可以与本文公开的机械系统和方法组合使用。

紫外光组件面临的另一个问题是无法接近水处理系统进行机械清洁。例如，在不至少部分地拆卸处理容器的情况下，紫外光组件可能是不可接近的。具有多个紫外光组件的系统内的单个紫外光组件可能更难接近。因此，保持紫外光组件性能的清洁过程可能耗时且昂贵，需要水处理系统的停机时间。

常规系统采用通常由软橡胶材料形成的擦拭器装置，该擦拭器装置被配置为穿过紫外光管的外表面来擦掉污垢和水垢。然而，常规的装置不能有效地去除某些污染物。例如，常规的橡胶装置可以去除一些有机污垢，但往往会留下涂抹的残留物。另外，常规的橡胶装置对某些无机污垢是无效的。因此，配备常规橡胶装置的系统可能需要频繁更换紫外光组件。如前所述，更换紫外灯组件可能需要系统的停机时间。

因此，长期以来需要一种用于清洁紫外光处理系统的紫外光组件的有效装置和方法。本文公开的系统和方法在从紫外光组件的外表面去除有机和无机污垢方面更有效，需要不那么频繁地更换紫外灯。在一些实施例中，有机和无机污垢可以包括硬化沉积物、沉降物、油、油脂和微生物污垢中的一种或更多种。可由本文公开的系统和方法去除的有机或无机材料污垢的量和/或成分是用常规橡胶刮刀基本上不能去除的量。

本文描述了一种改善的刮刀组件，其具有增加的耐久性，由简单材料形成，表现出改善的清洁性能。与常规设计相比，本文公开的刮刀组件通常适用于去除更多种类的污染物。例如，与常规设计相比，本文公开的刮刀组件可以更有效地减少石英管的污垢，提高紫外线处理系统的性能、寿命和效率。本文公开的刮刀组件可设计成适合于水处理中使用，该水处理包括水源的消毒和总有机碳应用的减少。

本文公开的刮刀组件可用于更换或补充现有的常规设备。在一些实施例中，组件可以改装到现有的水处理系统。

本文公开的刮刀组件可具有延长的寿命，例如，大于约6个月的寿命、大于约9个月的寿命、大于约12个月的寿命、大于约15个月的寿命或大于约18个月的寿命。刮刀组件的寿命可以通过确定设备的机械稳定性来测量。例如，当设备的一个或更多个部分变得机械损坏(包括通过形成可见的裂纹、碎屑或不期望的破损)时，设备可能变得失效。刮刀组件的一些部分可以设计成弯曲。组件的期望柔性通常不是机械损坏的标志。然而，刮刀组件的一个或更多个部分的不期望的弯曲可能是机械损坏的标志。

本文公开的系统和方法可为紫外光组件提供延长的寿命，例如，大于约6个月的寿命、大于约9个月的寿命、大于约12个月的寿命、大于约15个月的寿命或大于约18个月的寿命。紫外光组件的寿命可以通过确定外部管状构件的机械稳定性来测量。例如，当管状构件的表面损伤足以促成污垢的积累时，管状构件可能会变得失效。在一些实施例中，表面损伤是管状构件刮擦增加的结果。在其他实施例中，表面损伤是由待处理流体的组分引起的。表面损伤可能通过在污垢积累的管状构件上提供纹理表面而促成污垢。

另外，紫外光组件或刮刀组件的寿命可以通过确定流体的紫外光辐射处理的功效来测量。可以测量穿过待处理流体的紫外光强度。低于阈值预定值的测量紫外光强度可以指示管状构件的外表面上污垢的积累。当清洁管状构件的外表面之间的时间周期趋向于零时，紫外光组件或刮刀组件可能会变得失效。

因此，根据一个方面，提供了一种刮刀组件，该刮刀组件被配置成穿过管状构件的外表面。刮刀组件可以被配置成在该刮刀组件穿过管状构件的外表面时去除管状构件上的污垢和水垢。在一些实施例中，刮刀组件可以被配置成穿过紫外灯外壳的外表面。例如，刮刀组件可被配置为穿过包围紫外光源的石英套筒的外表面。

刮刀组件可以包括环。该环可以是具有内部圆形开口的基本平坦的元件。环的外部轮廓可以具有任何期望的形状。图中所示的示例性环具有圆形的外部轮廓。然而，环的外部轮廓可以具有任何其他形状和/或可以包括一个或更多个外部突出部，例如，以提供紧固件孔。

在图1中示出了示例性环110。图1的环110示出为在管状构件200的一部分上展开。示例性环110包括多个突出部120，将在下面更详细地讨论。示例性环110包括紧固件孔122。环110可以通过一个或更多个紧固件孔，诸如图1中的孔122，紧固到刮刀组件。然而，环可以通过其他方法，诸如胶合(或其他粘合剂)或焊接，紧固到刮刀组件上。环可与另一组件元件的一部分形成在一起，例如模制在一起。如图1所示，当展开时，环110可以被布置成包围管状构件200，例如基本上与管状构件200同心。

环110可以具有大于管状构件200的外径的外径126，如图1-图2所示。外径126可被选择为适配所期望的刮刀组件。当未在管状构件200上展开时，环110可以具有小于管状构件200的外径的内径124。在一些实施例中，内径124可以比管状构件200的外径小约0.1％、约0.5％、约1.0％、约1.25％、约1.5％、约2％、约3％、约5％或约10％。内径124可以比管状构件200的外径小约0.1％-1％、约0.5％-1.5％、约1％-2％、约2％-3％、约3％-5％，或约5％-10％。

环可以被设计尺寸为，当展开以穿过管状构件的表面时，与管状构件的外表面相符合。因此，在一些实施例中，环的尺寸可以被设计为与目标管状构件相对应。

环可包括朝向环的内部开口向内延伸的多个突出部。如图1所示，多个突出部120可以被配置成例如在使用时朝向管状构件200的外表面延伸。在一些实施例中，多个突出部120可以通过从环110的内部开口向外制成的径向切口来形成。径向切口的长度可以限定多个突出部120的长度。多个突出部120可以具有被选择的长度，以在处于延伸配置时限定环的内径124的长度(也参见突出部长度直径128)。例如，多个突出部120的较大长度可产生具有较小内径124的环110。

如本文所公开的，多个突出部120的“延伸配置”可指多个突出部120与环110基本共面的配置。多个突出部120在图2中以延伸配置示出。通常，在环110已经在管状构件200上展开之前，多个突出部120可以处于延伸配置。

环110可以在环110的内边缘和管状构件200的外表面之间形成接触角。如图3A所示，通常，当环110在管状构件200上展开时，接触角104通过偏转而形成。在将环110适配在管状构件200上时，具有比管状构件200的外径更小的内径124的环110抵靠管状构件200偏转成弯曲。环110的内边缘可以压靠管状构件200的外边缘，当穿过管状构件200的表面时，作为刮刀来对抗积聚的污垢。

接触角104可以被选择为在10°到75°之间，例如，在大约10°到大约75°之间，在大约25°到大约65°之间，在大约30°到大约60°之间，或者在大约40°到大约50°之间。接触角104可以被选择为约10°、约15°、约20°、约25°、约30°、约35°、约40°、约45°、约50°、约55°、约60°、约65°、约70°或约75°。

多个突出部120可以是与它们的长度成比例地柔性。多个突出部120可以具有被选择的长度，以在处于倾斜配置时限定接触角104。例如，较长的突出部通常形成较小的接触角。接触角104和多个突出部120的长度之间的关系在图3B中示出。如图3B所示：

其中θ为接触角；

a是突出部的基部与管状构件之间的间隙长度；以及

b是突出部的长度。

如本文所公开的，多个突出部120的“倾斜配置”可指多个突出部120从环110的平面偏转的配置。多个突出部120在图1中以倾斜配置示出。通常，在环110已经在管状构件200上展开之后，多个突出部120可以处于倾斜配置。

配置成适配常规紫外灯石英管的刮刀组件的多个突出部的示例性长度包括2.0mm至10mm。例如，多个突出部可以具有在约2.0mm和约10mm之间、在约3.0mm和约10mm之间、在约4.0mm和约10mm之间、在约4.5mm和约9.5mm之间、在约5.0mm和约9.0mm之间、在约5.5mm和约8.5mm之间或在约6.0mm和约8.0mm之间的长度。多个突出部可具有约2.0mm、约2.5mm、约3.0mm、约3.5mm、约4.0mm、约4.5mm、约5.0mm、约5.5mm、约6.0mm、约6.5mm、约7.0mm、约7.5mm、约8.0mm、约8.5mm、约9.0mm、约9.5mm或约10mm的长度。表1包括由具有示例性长度的突出部形成的示例性接触角。

表1：示例性接触角

突出部长度(b)	接触角(θ)
		5.5mm	41°
7.5mm	29°
		8.0mm	约25°
10mm	约10°

环110的内径124和管状构件200的外径之间的差可以基于环的物理性质(例如，刚度)和/或从管状构件的外表面待移除的目标污染物的物理和化学性质来选择。具体地，多个突出部120的长度和接触角104可以基于环和/或目标污染物的性质来选择。因此，可以基于目标管状构件和/或由水处理系统处理的目标流体来工程设计环以及选择环的性质(例如，尺寸、刚度和厚度)。例如，环可以基于管状构件的材料来工程设计以减少对管状构件的结构损伤。该环可以被工程设计成具有更大的刚度，以用于在水处理系统中采用的管状构件，该水处理系统被配置为处理带有问题污染物的流体，诸如难以用柔性刮刀去除的某些有机和无机污染物。

环和/或多个突出部可由半刚性材料形成。通常，与常规的柔性材料擦拭器相比，半刚性材料可以为清洁机构提供机械优势。例如，半刚性材料可提供改善的去除有问题的有机和无机污垢材料，诸如油性和油脂性污染物和硬化沉积物。

半刚性材料可以被选择为具有期望的屈服强度和/或抗拉强度。材料的屈服强度是材料屈服点对应的应力。当对材料施加更大的应力时，可能会发生塑性形变(一定百分比的形变可能是永久性的和不可逆的)。因此，屈服点通常指示材料弹性行为的极限。材料的抗拉强度是材料在不断裂的情况下所能承受的应力。当对材料施加更大的应力时，就可能发生断裂。

半刚性材料可以被选择为具有与倾斜配置中的多个突出部的不可逆偏转相对应的屈服强度。屈服强度可以基于材料的厚度来选择。在一些实施例中，半刚性材料可具有约200MPa至约300MPa之间的屈服强度。例如，半刚性材料可具有在约215MPa至约290MPa之间的屈服强度。半刚性材料可具有约215MPa、约275MPa或约290MPa的屈服强度。

半刚性材料可被选择为具有与从管状构件中充分去除有问题的污染物相对应的抗拉强度，而不会过度损坏(例如，引起影响性能的断裂)环的材料。抗拉强度可以基于材料的厚度来选择。在一些实施例中，半刚性材料可具有约500MPa至约650MPa之间的抗拉强度。例如，半刚性材料可具有约505MPa至约620MPa之间的抗拉强度。半刚性材料可具有约505MPa、约580MPa或约620MPa的抗拉强度。

可用于形成环和/或多个突出部的示例性半刚性材料包括弹簧钢，诸如312不锈钢、302不锈钢、304不锈钢和316不锈钢。具有被选择的屈服强度和抗拉强度的其他材料在本公开的范围内。例如，环和/或多个突出部可以包括其它弹簧钢、不锈钢、天然聚合物、合成聚合物或其组合。

在一些实施例中，多个突出部可以包括聚合物部分。例如，多个突出部的内表面可以由聚合物材料形成。在一些实施例中，多个突出部可以至少部分地以聚合物材料涂覆。多个突出部的内表面可以以聚合物材料涂覆。示例性聚合物材料包括丙烯酸酯聚合物(诸如聚(甲基丙烯酸甲酯))、氟聚合物(诸如聚四氟乙烯(PTFE))、聚硅氧烷和具有光滑外表面的其他聚合物材料。

在一些实施例中，环的半刚性材料可以被处理以提高多个突出部的偏转区域中的抗拉强度。该处理可包括例如热处理和/或退火。该处理可以有效地减少材料在偏转区域的断裂发生率。

此外，环可以在在管状构件上展开之前预挠曲(pre-flexed)。例如，多个突出部在展开之前可至少部分偏转。预挠曲环可以改善多个突出部的偏转区域中的机械稳定性。在预选择的条件下，突出部可以至少部分偏转，以控制机械稳定性并减少在管状构件上展开期间的断裂发生率。在一些实施例中，突出部可以偏转以沿着突出部的长度形成弯曲，从而避免在突出部的基部处倾向于产生损坏稳定性的尖锐角度。

在一些实施例中，可以基于半刚性材料的屈服强度和抗拉强度来选择接触角。特别地，对于具有已知屈服强度和抗拉强度的给定半刚性材料，接触角可以被选择以提供抵靠管状构件的预定阻力。

环和/或多个突出部可各自具有约0.1mm和约2.0mm之间的厚度。例如，环和/或多个突出部可以具有约0.25mm和约1.75mm之间、约0.5mm和约1.5mm之间、约0.75mm和约1.5mm之间或约1.0mm和约1.5mm之间的厚度。环和/或多个突出部可具有约0.1mm、约0.25mm、约0.5mm、约0.75mm、约1.0mm、约1.25mm、约1.5mm、约1.75mm或约2.0mm的厚度。多个突出部的厚度可以基于半刚性材料的屈服强度和抗拉强度来选择。特别地，对于具有已知屈服强度和抗拉强度的给定半刚性材料，多个突出部的厚度可以被选择以提供抵靠管状构件的预定阻力。

因此，刮刀组件可以被工程设计成在使用期间提供抵靠管状构件的预定阻力。预定阻力可以是在不损伤管状构件的情况下有效去除污垢的阻力。刮刀组件的一个或更多个性质可以被选择以提供预定阻力。例如，在刮刀组件的设计期间，半刚性材料的性质、环和/或多个突出部的厚度以及多个突出部的长度可以被选择。通常，较长的突出部(例如，具有6mm至10mm的长度的突出部)提供抵靠管状构件的较低阻力。由这种突出部产生的较低的阻力和较小的接触角可以有效地去除污垢，同时减少对管状构件的潜在损伤效果。

此外，在一些实施例中，半刚性材料可被选择为对管状构件的材料和/或被处理的流体的成分基本上是惰性的。例如，半刚性材料可以对被处理的流体的成分是化学惰性的。半刚性材料可以对水处理系统的其他成分(诸如石英)是化学惰性的。特别地，半刚性材料可以被选择为在待处理的流体中基本上不浸出的(non-leaching)。

该环可以具有预定数目的突出部。突出部的数目可以由在环的内表面上制成的径向切口的数目来限定。对于给定的环内径，径向切口的数目也可以限定每个突出部的厚度。通常，更多的更窄的突出部产生能够更好地与管状构件的表面相符合的环。然而，更多的更窄的突出部也留下管状构件的不被突出部直接接触的更大表面积。

在一些实施例中，多个突出部中的每一个突出部可以构成主环的约4°至约30°之间的弧长。例如，多个突出部中的每一个突出部可以构成约4°至约20°之间、约4°至约15°之间、约4°至约10°之间或约4°至约8°之间的弧长。该环可以有大约12个至大约45个之间的突出部。例如，环可具有约20个至约45个之间的突出部，约25个至约45个之间的突出部，或约30个至约45个之间的突出部。弧长和突出部的数目可以被选择以接触管状构件的预定表面积。在一些实施例中，突出部可以接触管状构件的多于50％的表面积、多于60％的表面积、多于70％的表面积、多于80％的表面积或多于90％的表面积。

刮刀组件还可以包括壳体。该壳体可用作其他组件的外壳或壳。壳体可以由一个或更多个部分形成，其至少部分地包围其他组件部件。当由多于一个的部分形成时，壳体的各部分可以通过螺钉、螺栓、紧固件(例如，卡扣紧固件元件)或任何其他紧固方法紧固在一起。

壳体可以被配置成并被布置成驱动包括环的刮刀组件穿过管状构件的外表面。因此，壳体可以为组件部件(诸如环)提供机械支撑。壳体或壳体部分可以由任何机械稳定的材料(诸如不锈钢、弹簧钢、天然聚合物、合成聚合物或其组合)单独形成。示例性钢材料包括上述关于环的那些钢材料，以及其他钢材料。壳体可以具有比环更大的屈服强度和抗拉强度。示例性聚合物材料包括丙烯酸酯类聚合物(诸如聚(甲基丙烯酸甲酯))，含氟聚合物(诸如聚四氟乙烯(PTFE))，聚硅氧烷以及具有高机械稳定性的其他材料。在一些实施例中，壳体可以由基本上透明的材料形成，以允许对环和其他组件部件进行视觉检查。在某些实施例中，壳体或壳体部分可以由在待处理流体中的化学稳定的材料形成。例如，壳体或壳体部件的材料可以在待处理的流体中基本不浸出。

环可以固定到壳体。例如，环可以通过螺钉、螺栓或其他紧固件穿过一个或更多个紧固件孔(例如，图1所示的孔122)来固定。环可以通过任何其他固定方法(诸如胶水或粘合剂，焊接，或与壳体一起模塑)固定到壳体上。在一些实施例中，用于紧固壳体的部分的螺钉、螺栓或紧固件可用于将环固定到壳体。当固定时，壳体可至少部分地包围环。例如，壳体可以至少部分地包围环的外表面。通常，环126的外径(如图2所示)可以等于或小于壳体的外径。突出部长度直径128(图2所示)可以等于或小于壳体的内部开口的内径。在将环设计成改装到现有壳体的实施例中，突出部长度可以通过减小环的内径来改变，因为外径和突出部直径是由壳体的设计确定的。

图4是在管状构件200的一部分上的示例性刮刀组件100的展开视图。示例性刮刀组件100包括环110和由部分130、134形成的壳体。壳体部分130、134具有紧固孔132，紧固孔132基本上对应于环110上的紧固孔122。可以穿过紧固件孔122和紧固孔132使用常见螺钉或螺栓来构造刮刀组件100。当固定时，壳体部分130、134部分包围环110，并为环110提供机械稳定性。示例性壳体部分134由不锈钢制成，并且示例性壳体部分130由丙烯酸制成。图5A-图5B是如图4所示的示例性刮刀组件100的照片。

在一些实施例中，刮刀组件可以包括补充环。补充环可以与主环隔开地固定到壳体。补充环和主环可以基本上同心地布置在壳体内。补充环可以具有从主环周向偏移的多个突出部。特别地，副环可以周向布置成使得突出部对应于主环上突出部之间的任何间隙。

在一些实施例中，主环和补充环可以类似地设定尺寸。在其它实施例中，与主环相比，补充环可以具有更大或更小的内径。与主环相比，补充环可以具有更多或更少的突出部。与主环上的多个突出部相比，补充环上的多个突出部可以构成更大或更小的弧长。与主环相比，补充环可以具有更大或更小的厚度。与主环上的多个突出部相比，补充环上的多个突出部可以具有更大或更小的长度。另外，补充环可以由与主环相同或不同的材料形成。例如，与主环相比，补充环可以具有更大或更小的屈服强度和/或抗拉强度。

通常，多于一个的环的性质可以被工程设计为最大限度地从管状构件中去除目标污垢。主环和补充环中的每一个可以被配置成接触管状构件的表面积的至少50％。在一些实施例中，包括多于一个环的组件可以被配置成接触管状构件表面积的至少80％，例如，管状构件表面积的至少82％、85％、87％、90％、92％、95％、97％、98％、99％、99.9％或99.99％。

刮刀组件可以包括定位在主环和补充环之间的间隔件。间隔件可为主环和补充环提供机械稳定性。在一些实施例中，刮刀组件可以包括定位在主环和/或补充环的外表面(例如，面向壳体内侧的表面)上的间隔件。间隔件可以具有有效地分离管状构件上的主环和补充环的接触点的厚度。因此，间隔件的尺寸可以基于环的尺寸来选择。间隔件可以具有约2mm至约20mm之间的厚度。间隔件可以具有约2mm、约4mm、约6mm、约8mm、约10mm、约12mm、约14mm、约16mm、约18mm或约20mm的厚度。

在一些实施例中，刮刀的厚度可以基于环的突出部的长度来选择。间隔件可以具有环的突出部长度的约0.5倍至2倍的厚度。在相邻环具有不同长度的突出部的实施例中，间隔件可以具有较长突出部长度的约0.5倍至2倍之间的厚度。因此，间隔件可以具有环的突出部长度的约0.5倍、约0.75倍、约1.0倍、约1.25倍、约1.5倍、约1.75倍或约2倍的厚度。

间隔件可以固定到壳体。例如，间隔件可以通过与任一环或两环相同的方法固定到壳体。在一些实施例中，间隔件可以具有圆形开口并被布置成与主环和补充环同心。间隔件可以具有大于管状构件的外径的内径，使得所述间隔件在刮刀组件的使用期间不接触管状构件。在其他实施例中，间隔件可以由围绕环的圆形开口的圆周彼此基本等距定位的一个或更多个间隔件元件形成。例如，间隔件可以包括围绕环的内开口彼此基本等距地定位的两个、三个、四个、五个、六个或更多个间隔件元件。一个或更多个间隔件可以定位为在使用期间不接触管状构件。

间隔件可以由机械稳定的材料形成。在一些实施例中，间隔件可以由钢材料(诸如上述关于环的那些材料，以及其他钢材料)，或聚合物材料(诸如丙烯酸酯类聚合物，诸如聚(甲基丙烯酸甲酯)，诸如聚四氟乙烯(PTFE)的含氟聚合物、聚硅氧烷)和其他材料形成。

在一些实施例中，刮刀组件可以包括移动阻尼元件。移动阻尼元件可以包括被选择为在使用期间吸收由一个或更多个组件元件引起的一定程度的横向运动的材料。移动阻尼元件可以由聚合物材料形成，例如，诸如聚(甲基丙烯酸甲酯)的丙烯酸酯聚合物、诸如聚四氟乙烯(PTFE)的含氟聚合物、聚硅氧烷或其他材料。在一些实施例中，移动阻尼元件可以由半柔性材料形成。示例性半柔性材料包括聚乙烯、山梨醇酯、橡胶、氯丁橡胶、硅树脂(silicone)或其他材料。

移动阻尼元件可定位为邻近间隔件。移动阻尼元件可定位为邻近环。移动阻尼元件可定位为邻近壳体。在一些实施例中，移动阻尼元件可以与间隔件集成，例如作为间隔件的涂层或部分涂层。移动阻尼元件可以固定到壳体。例如，移动阻尼元件可以通过与环或间隔件相同的方法固定到壳体。

在一些实施例中，移动阻尼元件可以具有圆形开口并被布置成与环同心。移动阻尼元件可以具有大于管状构件的外径的内径，使得移动阻尼元件在刮刀组件的使用期间不接触管状构件。在其他实施例中，移动阻尼元件可以由围绕环的圆形开口的圆周彼此基本等距定位的一个或更多个元件形成。例如，移动阻尼元件可以包括围绕环的内开口彼此基本等距定位的两个、三个、四个、五个、六个或更多个元件。一个或更多个移动阻尼元件可定位为在使用期间不接触管状构件。

通常，移动阻尼元件可以具有有效地阻尼刮刀组件部件的移动的任何厚度。在一些实施例中，移动阻尼元件可以具有环厚度的0.5倍至50倍的厚度，例如，环厚度的2倍至10倍。示例性移动阻尼元件可以具有约1mm和约5mm之间的厚度。

在一些实施例中，刮刀组件可以包括多于两个的环，每个环从至少一个其他环周向偏移。在一些实施例中，每个环可以从任何相邻环周向偏移。在一些实施例中，每个环可以从组件中的所有环周向偏移。这些环可以定位成彼此基本上同心。刮刀组件还可以包括在每组相邻环之间的间隔件。在一些实施例中，刮刀组件还可以包括外部环和壳体的内部侧之间的间隔件。在一些实施例中，刮刀组件可以包括在每组相邻环之间的移动阻尼元件。刮刀组件可以包括在外部环和壳体的内部侧之间的移动阻尼元件。

刮刀组件还可以包括柔性环。柔性环可以固定到壳体。在一些实施例中，柔性环可以具有小于管状构件的外径的内径。柔性环可以由橡胶或柔性聚合物材料形成。一种示例性柔性聚合物材料是诸如聚四氟乙烯(PTFE)的含氟聚合物。柔性环可以由具有比移动阻尼元件更大的柔性的材料形成。

柔性环可以被构造并被布置成接触并穿过管状构件的外表面。通常，柔性环可以定位在组件中在前进方向上的任何环之前。因此，柔性环可以布置成在包括多个突出部的任何环之前穿过管状构件。在使用期间，柔性环可以用于刮擦可容易去除的污染物，而包括多个突出部的环可以用于去除柔性环下游的硬化、油脂性或油性污染物。

在图6A-图6B中示出了示例性刮刀组件。图6A是示例性刮刀组件100的示意图。图6B是图6A的刮刀组件100的一部分的剖视图。刮刀组件100包括壳体130、主环110、补充环112、间隔件114、柔性环116和移动阻尼元件118。间隔件114和移动阻尼元件118示出在主环110的外侧。然而，间隔件114和移动阻尼元件118可以定位于主环110和补充环112之间，或者刮刀组件100可以包括多于一个的间隔件114和移动阻尼元件118。刮刀组件100的示例性主环110具有10mm的突出部。刮刀组件100的示例性补充环112具有6mm的突出部。可以采用突出部长度的任何其他组合。示例性刮刀组件100被配置成在图6A所示的箭头方向上穿过管状构件，使得柔性环116在环110和环112之前穿过管状构件。

壳体130包括通孔138，刮刀组件100可以通过通孔138被驱动以穿过管状构件的外表面。图6A-图6B的示例性刮刀组件100被配置为穿过平行于管状构件定位的轨道。示例性刮刀组件100的壳体130包括附加的紧固件孔132，该紧固件孔132可用于将刮刀组件100固定到处理系统内的另外驱动或稳定元件。

在图6C中示出了被配置成适配在示例性刮刀组件100上的示例性环110。在图6D中示出了被配置成适配在示例性刮刀组件100上的示例性柔性环116。示例性环110和示例性柔性环116分别包括紧固孔122和紧固孔136，通过紧固孔122和紧固孔136，环110和柔性环116可以紧固到壳体。示例性环110和示例性柔性环116分别包括通孔142和通孔146，通孔142和通孔146对应于壳体130上的通孔138(在图6A-图6B示出)。

某些处理系统包括多个光学设备。刮刀组件可以被配置成穿过平行布置的多个管状构件的外表面。被配置为刮擦多个管状构件的刮刀组件可以包括环阵列。环阵列可以被布置成平面配置，其中多个环中的每一个环的内部开口被定位成法向于公共平面。主环阵列中的每个主环可以被定位成穿过对应管状构件的外表面。

被配置成穿过多个管状构件的外表面的刮刀组件可以包括壳体，该壳体被配置成适配处于平面配置的多个环。例如，壳体可以包括多个开口，每个开口被定位成与对应的环和管状构件同心。用于多个管状构件的壳体可以包括单个通孔，刮刀组件可以通过该单个通孔被驱动以穿过多个管状构件的外表面。在其他实施例中，用于多个管状构件的壳体可以包括多于一个通孔。

图7是用于清洁多个管状构件的刮刀组件400的示意图。刮刀组件400包括具有多个开口450的壳体430，该壳体430被配置为容纳环和其他组件部件。刮刀组件400的壳体430包括通孔438，刮刀组件400可以通过通孔438被驱动以穿过平行布置的多个管状构件的外表面。刮刀组件400的壳体430包括紧固件孔422。

在一些实施例中，多个突出部可以设计成增加与管状构件的接触面积。例如，可以改变突出部的内表面的曲率半径以增加接触面积。在某些实施例中，与环的对应外径相比，突出部的内表面可以具有更小的曲率半径。在其它实施例中，突出部的内表面可以是凸的。图8A-图8C中示出了示例性设计。在图9A-图9B中示出了在管状构件上采用的示例性设计的照片。具体地，图8B-图8C和图9A的设计示出了具有更小曲率半径的突出部。图9B的设计示出了凸的突出部。

突出部可以被设计成减少刮擦的污染物在壳体中或在管状构件的一端处的不希望的积累。图8A-图8C和图9A-图9B的示意性设计具有带有中心开口的突出部。中心开口可以允许污染物在从管状构件刮擦时流过突出部，避免这些污染物的有问题的积累。这样的环可以包含少量的较大突出部，例如，六个到十二个突出部。例如，这样的环可以包含包括中心开口的6个、8个、10个或12个突出部。此外，该环可以被设计成具有较少数目的突出部，例如，20个或更少，12个或更少，或8个或更少。通常，通过减少突出部之间的间隙的总面积，减少突出部的数量可以增加突出部在管状构件上的接触面积。

根据另一方面，提供了用于具有紫外线照射的水处理系统的系统和方法。图10是示例性水处理系统300的方框图。系统300可以包括具有入口和出口的容器310、定位于容器310内的至少一个光源组件330以及刮刀组件100，该至少一个光源组件330包括容纳在石英套筒中的紫外灯，该刮刀组件100被配置成穿过至少一个光源组件330的外表面。

该系统还可以包括可操作地连接到刮刀组件的控制器。控制器可以被配置成操作刮刀组件穿过至少一个光源组件的外表面。控制器可以响应于手动致动来操作刮刀组件，根据预定时间表周期性地操作刮刀组件，或响应于紫外光强度来操作刮刀组件。

控制器可以是计算机或移动设备。控制器可以包括触摸板或其他操作接口。例如，控制器可以通过键盘、触摸屏、跟踪板和/或鼠标来操作。控制器可以被配置成在本领域普通技术人员已知的操作系统上运行软件。控制器可以电连接到电源。控制器可以数字连接到一个或更多个部件。控制器可以通过无线连接连接到一个或更多个部件。例如，控制器可以通过无线局域网(WLAN)或短波长超高频(UHF)无线电波连接。控制器还可以可操作地连接到系统内的任何泵或阀，例如，以使控制器能够根据需要指引流体或添加剂。控制器可以联接到记忆储存设备或基于云的记忆储存器。

多于一个控制器可以被编程为一起工作以操作系统。例如，控制器可以被编程为与外部计算设备一起工作。在一些实施例中，控制器和计算设备可以是集成的。在其他实施例中，本文公开的过程中的一个或更多个可以手动或半自动地执行。

操作刮刀组件穿过石英套筒的预定时间表可以包括以12小时或更长时间的周期操作刮刀组件。例如，控制器可以被配置成每十二小时或更长时间操作刮刀组件一次。控制器可以被配置成每12小时、每15小时、每18小时、每21小时或每24小时操作刮刀组件。预定时间表可以对应于水处理系统的操作周期。特别地，控制器可以被配置成在系统的基本连续操作中每12小时或更长时间操作刮刀组件一次。

在一些实施例中，该系统可以包括紫外光传感器。紫外光传感器可以被定位成通过水处理系统监测紫外光强度，例如，以确定施加到正被处理的水的紫外光强度或剂量。紫外光传感器可以被配置为例如在可操作地连接到传感器的显示单元上显示测量的紫外光强度，或者例如通过向计算或移动设备的电子通知将测量的紫外光强度通知用户。

用户可响应于测量的紫外光强度低于预定阈值而致动刮刀组件。通常，刮刀组件可响应于测量的紫外光强度指示所施加的紫外光剂量低于处理水的有效水平的而被致动以穿过石英套筒。因此，在一些实施例中，该方法可以包括测量流量(flowrate)和计算紫外光剂量。该系统可以包括可操作地连接到显示单元和/或控制器的流量计。

紫外线照射的有效量可以与目标处理过程的紫外线照射的有效剂量(最小强度和暴露时间)相关联。例如，紫外线照射的有效量可以基于目标污染物的处理来选择，例如，以已知给定速率穿过系统的流体中目标微生物的目标百分比(例如，大于90％、大于95％、大于99％或大于99.99％)的灭菌。在一些实施例中，阈值紫外光强度可以是与有效灭菌一种或更多种细菌、原生动物、寄生虫或病毒的目标百分比的剂量相关联的强度，该一种或更多种细菌选自大肠杆菌，一种钩端螺旋体，一种沙门氏菌(例如，伤寒沙门菌)，一种志贺氏菌，或者霍乱弧菌；该原生动物选自大肠杆菌,微小隐孢子虫，溶组织内阿米巴，或者兰氏贾第鞭毛虫；该寄生虫选自蛔虫，猪带绦虫，或者毛鞭虫；该病毒选自肠道病毒、甲型肝炎病毒、诺瓦克病毒、一种轮状病毒、一种冠状病毒或一种流感病毒。阈值紫外光强度可以是与小于25mJ/cm²，小于20mJ/cm²，小于15mJ/cm²，小于10mJ/cm²或小于5mJ/cm²的紫外光剂量相关联的强度。

在一些实施例中，控制器可以可操作地连接到紫外光传感器。控制器可被配置成响应于所监测的紫外光强度低于阈值而操作刮刀组件穿过光源组件的外表面。在某些实施例中，控制器可以可操作地连接到流量计。控制器可以被配置为根据测量的紫外光强度和测量的流量来计算紫外光剂量。控制器还可以被配置成响应于施加到正被处理的水的测量的紫外光剂量来操作刮刀组件穿过光源组件的外表面。

在一些实施例中，该系统还可以包括流体连接到容器的化学清洁剂源。化学清洁剂的源可以可操作地连接到控制器。在一些实施例中，本文所述的系统和方法可以包括在用刮刀组件穿过石英套筒之前、期间或之后向水处理系统配给化学清洁剂。化学清洁剂可以基于消毒溶液的目标应用来选择。在一些实施方案中，化学清洁剂可以基本上不含有害或有毒的副产物。示例性的化学清洁剂包括连二硫酸钠、柠檬酸和醋溶液。该方法可以包括手动将化学清洁剂排放到系统中。在其他实施例中，控制器可以被配置成将化学清洁剂排放到系统中。

图11是示例性水处理系统300的方框图。水处理系统300类似于图10所示的水处理系统300，但还包括可操作地连接到控制器322和显示单元324的紫外光传感器320。图11的示例性水处理系统300还包括可操作地连接到控制器322的流量计326。图11的示例性水处理系统300还包括流体连接到容器310的化学清洁剂源334。

在某些实施例中，水处理系统可以包括平行布置的多于一个的紫外光组件。这样的系统可以包括刮刀组件，该刮刀组件被配置成穿过多个紫外光组件的外表面。其它系统可以包括多个刮刀组件。该系统可以被配置成独立地操作刮刀组件。例如，该系统能够隔离一个或更多个刮刀组件以进行更换或维护，而剩余的刮刀组件继续正常操作。

该水处理方法可包括将待处理水源引入容器中，并用有效量的紫外线照射来照射待处理的水以处理水。因此，该方法可以包括测量紫外光照射和测量或控制穿过容器的水的流量以确定施加的紫外光剂量。该方法还可以包括从容器中排放处理过的水。

本文公开的方法可以包括从石英套筒的外表面去除有机材料污垢。该方法可以包括指引刮刀组件在第一方向上穿过石英套筒的外表面，以从石英套筒的外表面刮擦至少50%的有机材料污垢。在一些实施例中，该方法可以包括指引刮刀组件穿过石英套筒的外表面，以刮擦至少60%的有机材料污垢，例如，至少70%、至少80%或至少90%的有机材料污垢。如前所述，刮刀组件设计可以增加从石英套筒刮擦的污垢的量。因此，在某些实施例中，该方法可以包括设计刮刀组件以从石英套筒上刮擦至少50%、60%、70%、80%或90%的有机材料污垢。该方法还可以包括通过指引刮刀组件在与第一方向相反的第二方向上穿过石英套筒的外表面来复位刮刀组件。

在一些实施例中，该方法可以包括根据预定的时间表周期性地指引刮刀组件穿过石英套筒的外表面。如前所述，预定的时间表可能是每十二小时或更长时间。

在一些实施例中，该方法可以包括通过水处理系统监测紫外光强度，如前所述。例如，可以用紫外光强度传感器测量紫外光强度。可以通过测量的紫外光强度的周期性通知来监测紫外光强度。在某些实施例中，该方法可以包括响应于测量的紫外光强度低于阈值，指引刮刀组件穿过石英套筒的外表面，如前所述。刮刀组件可以在手动致动时被指引，或者由可操作地连接到紫外光传感器的控制器自动指引。

在一些实施例中，该方法可以包括通过水处理系统监测水的流量，如前所述。例如，流量可以用流量计测量。流量可以通过测量的流量的周期性通知来监测。该方法可以包括基于测量的紫外光强度和流量计算紫外光剂量。紫外光剂量可以手动计算，或者由可操作地连接到紫外光传感器和流量计的控制器自动计算。在某些实施例中，该方法可以包括响应于测量的紫外光剂量低于阈值，指引刮刀组件穿过石英套筒的外表面，如前所述。刮刀组件可以在手动致动时被指引，或由控制器自动指引。

在一些实施例中，该方法还可包括在指引刮刀组件穿过石英套筒的外表面之前或同时应用化学清洁过程。该化学清洁过程可以包括，例如，在包括如前所述的紫外光源的容器内，向待处理的水配给化学清洁剂。该方法可以包括在每次刮刀组件被指引穿过石英套筒的外表面时应用化学清洁过程，或以低于刮刀组件被引导穿过石英套筒的外表面的频率应用化学清洁过程。在一些实施方案中，该方法可以包括每12小时、每15小时、每18小时、每21小时、每24小时、每36小时、每48小时、每72小时或每周应用化学清洁工艺一次。

本文公开的系统和组件可以具有比常规石英套筒清洁设备更长的寿命。在一些实施例中，本文公开的方法可以包括在更换刮刀组件或环之前基本上连续地操作水处理系统至少约六个月。例如，本文公开的方法可以包括在更换刮刀组件或环之前基本连续地操作水处理系统至少约6个月、约8个月、约10个月或约12个月。

此外，本文公开的系统和组件可以为石英套筒提供比常规石英套筒清洁设备更长的寿命。在一些实施例中，本文公开的方法可以包括在更换石英套筒之前基本上连续地操作水处理系统至少约五年。例如，本文公开的方法可以包括在更换石英套筒之前基本上连续地操作水处理系统至少约5年、约6年、约7年、约8年、约9年、约10年、约11年或约12年。

根据另一方面，提供了一种改装具有至少一个紫外光源的现有水处理系统的方法。该方法通常可以包括提供刮刀组件，该刮刀组件被配置为穿过至少一个光源组件的外表面，如前面所述。该方法还可以包括提供指令以通过壳体安装刮刀组件从而驱动刮刀组件穿过至少一个光源组件的外表面。

在一些实施例中，该方法可以包括提供包含多个突出部的环，如前所述。该环的尺寸可以被设定为与现有的壳体相对应。例如，环的外径126（在图2中示出）和突出部直径128（在图2中示出）可以被设定尺寸为对应于目标壳体的外径和内径。该方法可以包括提供指令以将环安装到刮刀组件的壳体上，如前所述。

某些水处理系统包括轨道，该轨道被构造并被布置成通过壳体引导刮刀组件穿过至少一个光源组件的外表面。该方法可以包括提供与现有轨道兼容的刮刀组件。在其他实施例中，该方法可以包括提供指令以安装轨道，该轨道通过壳体引导刮刀组件穿过至少一个光源组件的外表面。

本文公开的组件或部件可以设计成与现有的水处理或石英套筒清洁设备兼容。例如，环的尺寸可以设定为与常规的橡胶清洁设备相对应。特别地，该环的尺寸可以被设定为适配用于橡胶清洁设备的壳体。该方法可以包括用环代替橡胶清洁设备，如本文所公开的。该方法还可以包括用环补充橡胶清洁设备，如本文所公开的。在一些实施例中，该方法可以包括提供补充环、间隔件和移动阻尼元件中的一个或更多个，以及将补充环、间隔件和移动阻尼元件中的一个或更多个安装在包括橡胶清洁设备或主环的壳体上。

根据又一方面，提供了一种制造刮刀组件的方法，如前所述。该方法可以包括选择环的一个或更多个尺寸，诸如内径或厚度。该方法可以包括为环选择材料，例如半刚性材料，以形成环和/或多个突出部。

该方法可以包括选择环的一个或更多个尺寸。例如，该方法可以包括选择环的内径。环的内径可以基于环的材料、目标管状构件的大小和/或目标接触角来选择。因此，该方法可以包括选择多个突出部的长度，其与环的内径相对应，如前面所述。多个突出部的长度可以基于环的材料、目标管状构件的大小和/或目标接触角来选择。

该方法可以包括选择多个突出部的尺寸。例如，该方法可以包括选择每个突出部的弧长。每个突出部的被选择弧长可以基于突出部的目标大小和/或数量来选择。每个突出部的被选择弧长可以基于管状构件上的多个突出部的目标接触面积来选择。此外，该方法可以包括选择用于突出部的内表面的设计和/或选择用于突出部的内开口的尺寸，如图8A-图8C和图9A-图9B所示。

该方法可以包括通过从具有期望厚度的被选择的半刚性材料的片材激光切割被选择的尺寸的设计来形成环。该方法可以包括对环进行热处理或退火到有效的程度，以减少被选择的材料在突出部的偏转区域中的断裂发生率。该方法可以包括在管状构件上展开之前预挠曲突出部，以提高突出部偏转区域中的机械稳定性。该方法可以包括用锥形设备500预挠曲突出部，如图12所示。锥形设备500可用于在突出部120在管状构件上展开之前预挠曲突出部120。在其他实施例中，锥形设备500可用于在管状构件200上展开环110时在原位挠曲突出部120（如图12的照片中所示）。图12的照片示出了预挠曲之前的环110（左）和预挠曲期间的环110（装载在锥形设备500上）。锥形设备500可以是由钢或聚合物材料形成的圆锥形设备（cone-shaped device）。在一些实施例中，锥形设备500可以是3D打印的。

该方法可以包括通过紧固环和壳体来组装刮刀组件。该方法可以包括将补充环、间隔件和移动阻尼元件中的一个或更多个紧固到环和壳体上以形成刮刀组件。

示例

这些和其他实施例的功能和优点可以从以下示例中得到更好的理解。这些示例本质上意图是说明性的，并且不被视为限制本发明的范围。

示例1：突出部的偏转角

预期较长的突出部长度产生突出部抵靠石英套筒表面的较大偏转，以及与石英套筒的较小的接触角。

为了测量偏转角，搭建了一个小型试验台。该试验台在图5A-图5B中示出。用钢管模拟石英管。在测试环上适配了由透明的丙烯酸和钢部分制成的壳体。测试环被螺栓连接到壳体上，夹在一个套圈和一个小保持环之间，以提供稳定性和刚性。

测试环是从纸板上激光切割的。测量了突出部对试验台的偏转。根据这些测量结果，计算了由突出部抵靠石英管形成的接触角。下表2和图13的折线图示出了结果。使用根据图3B的图的几何值和上述公式测量接触角。

表2：作为突出部长度函数的接触角

结果提供了接触角作为突出部长度函数的粗略比例。如表2和图13的折线图所示，增加突出部长度倾向于减小接触角。

示例2：环的材料

在初步测试中，环由316不锈钢和聚四氟乙烯(PTFE)形成，其厚度不同，如下表3所示。

表3：环尺寸

环是根据图14中所示的设计激光切割的，切口（kerf）为0.1mm。环的外径被选择为与现有载体的外径相匹配。突出部直径被选择为与现有载体的内径相匹配。图14的设计具有4.5mm的突出部长度。

在图15的照片中示出了在试验台上测试了环。在石英套筒上涂了许多涂层以模拟有问题的污垢：

1.涂改液（己烷溶剂）：模拟沉淀沉降污垢

2.乳胶漆（水溶剂）：模拟沉淀沉降污垢

3.口红：模拟油，油脂和微生物污垢

用刷子将乳胶漆和涂改液涂在石英套筒的区段。口红被涂抹在石英套筒的区段。

该试验台有两个短石英管（49mm的外径）和壳体（ATG-UV W5449999，由EvoquaWater Technologies LLC,Pittsburgh,PA分销），该壳体附接到蜗杆传动机构，当由一个小型电动机提供动力时，使壳体穿过石英管的长度，然后返回其起始位置。该ATG-UV壳体被设计为将橡胶刮刀保持在内部凹槽中。通过穿过两侧钻孔来容纳环而对试验设备进行了修改。

创建了两个测试组件：(a)两个环以及(b)一个环和一个柔性环（橡胶）。对于这两个组件，间隔件（钢制保持环）在向前方向上被放置在环之前，以最小化环在负载下的变形。

测试组件被装载到台上。石英管被放松地放入台中，并从壳体的背面穿过测试组件，以便在向前方向上挠曲突出部。石英管用标准螺纹端盖锁定在合适位置。

较厚的环和/或具有较短突出部的环更难适配到石英管上。为了减轻困难，设计了一种锥形设备（如图12所示）。该锥形设备可用于通过将环手动地推到设备上来预挠曲突出部，或通过在将该锥形设备插入环中之前将该锥形设备放置在石英管的一端上来在原位挠曲该突出部。锥形设备最初是通过3D打印生产的。3D打印设备是有问题的，因为FDM 3D打印固有的脊形成，这使得难以将环从锥形设备上放松下来。随后，生产了钢的版本。因此，锥形设备可以具有光滑的外表面。

测试按以下步骤进行：在锥形设备上手动预挠曲突出部；环在台上原位附接到壳体，形成刮刀组件；石英管被放松地放入台中，并穿过刮刀组件，并使用端盖锁定在合适位置；接合马达，并且将刮刀组件移动到石英管一端处的起始位置；将样品污垢涂到石英管上，并允许其干燥至少一小时；在拍摄照片之前，接合马达以移动刮刀组件一次完整地穿过石英管（即，移动到管的远端并返回到起始位置；在移动期间，拍摄静态照片或视频；在拍摄照片一次之后，刮刀组件返回到石英管的第一端处的起始位置；在某些测试中，执行刮刀组件的第二次穿过；通过比较照片之前和之后，和/或检查视频记录来分析去除效率。

结果在下表4中呈现。在表4中，“C”表示涂改液，“E”表示乳胶漆，“L”表示口红，“nd”指示测试未做，“x”指示失败，“v”指示成功去除。

表4：台试验结果

如表4所示，具有0.2mm或0.5mm厚度的PTFE环和具有4.5mm突出部长度的316不锈钢环不能安装在石英管上。具有1.5mm厚度的PTFE环没有去除涂改液或乳胶漆，但成功地去除了口红。316不锈钢环成功去除涂改液、乳胶漆和口红。

图16A-图16B是样品测试运行前后石英管样品的照片。具体地，图16A是测试运行前带有样本污垢的石英管的照片。图16B是测试运行后带有样本污垢的石英管的照片。顶部图像是用PTFE 1.5mm环刮擦的。底部图像是用具有7.5mm突出部的316不锈钢0.2mm环刮擦的。

示例5：具有副曲率半径的突出部

生产并测试了一种具有较大突出部的环设计，该突出部具有内部开口，其用于清除刮擦后的污垢。在内端给出了突出部的副曲率半径。设计的目的是通过内部开口保持刮擦后的污垢的清除和横跨突出部表面宽度聚集压力。在图17的图中示出了测试的设计。

针对示例2中描述的样品污垢测试了环设计。在穿过表面后，环设计保持了刮擦后的样品污垢的清除。不幸的是，环设计没有在突出部的中心施加足够的压力，只在突出部的末端刮擦样本污垢。虽然环的设计没有去除足够的污垢，但是应当相信，可以通过改变（减小）副曲率半径来优化副曲率半径，以去除更多的污垢。

本文使用的措辞和术语是为了描述的目的并且不应当被认为是限制性的。如本文中所使用的，术语“多个（plurality）”指的是两个或更多个物品或部件。术语“包括（comprising）”、“包括（including）”、“带有（carrying）”、“具有（having）”、“包含（containing）”和“涉及（involving）”无论在书面描述还是权利要求书及类似物中，是开放式术语，即意指“包括但不限于”。因此，这样的术语的使用意指包括在其后列出的物品和其等效物，以及另外的物品。关于权利要求书，仅过渡词组“由......组成”和“基本上由......组成”分别是封闭的或半封闭的过渡词组。在权利要求书中修饰权利要求要素的序数术语诸如“第一”、“第二”、“第三”及类似术语的使用，本身并不暗示一个权利要求要素相对于另一个权利要求要素的任何优先、在先或顺序或者其中方法的行动被进行的时间顺序，而是仅仅用作标记以区分具有某个名称的一个权利要求要素与具有相同名称（但使用序数术语）的另一个要素以区分权利要求要素。

已经如此描述的至少一个实施例的几个方面，应理解，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。任何实施例中描述的任何特征可以包括在任何其他实施例的任何特征中或替代任何其他实施例的任何特征。这样的改变、修改和改进意图是本公开内容的一部分，并且意图在本发明的范围内。因此，前述描述和附图仅仅是作为示例。

本领域技术人员应当理解，本文描述的参数和配置是示例性的，并且实际的参数和/或配置将取决于其中使用所公开的方法和材料的具体应用。本领域技术人员还应当认识到或能够仅使用常规实验确定所公开的具体实施方案的等效物。

Claims (27)

1.一种刮刀组件，其被配置成穿过管状构件的外表面，所述刮刀组件包括：

壳体，所述壳体被构造成并被布置成驱动所述刮刀组件穿过所述管状构件的所述外表面；以及

主环，所述主环固定到所述壳体，所述主环具有由半刚性材料形成的朝向所述管状构件的所述外表面向内延伸的多个突出部，所述多个突出部具有被选择的长度以限定：

当所述多个突出部处于延伸配置时，所述主环的内径小于所述管状构件的外径，以及

当所述多个突出部处于倾斜配置时，在所述多个突出部与所述管状构件的所述外表面之间形成约15°至约75°之间的接触角。

2.根据权利要求1所述的刮刀组件，还包括固定到所述壳体的补充环，所述补充环具有从所述主环周向偏移的多个突出部。

3.根据权利要求2所述的刮刀组件，还包括固定到所述壳体的间隔件，所述间隔件位于所述主环和所述补充环之间。

4.根据权利要求1所述的刮刀组件，还包括固定到所述壳体上的柔性环，所述柔性环具有小于所述管状构件的所述外径的内径。

5.根据权利要求1所述的刮刀组件，被配置成穿过平行布置的多个管状构件的外表面，所述刮刀组件包括主环阵列，来自所述主环阵列的每个主环定位成穿过对应的管状构件的外表面。

6.根据权利要求1所述的刮刀组件，其中，所述半刚性材料具有约215MPa至290MPa之间的屈服强度和约505MPa至620MPa之间的抗拉强度。

7.根据权利要求6所述的刮刀组件，其中，基于所述半刚性材料的所述屈服强度和所述抗拉强度来选择所述多个突出部的所述长度以限定所述接触角。

8.根据权利要求6所述的刮刀组件，其中，所述多个突出部各自具有约0.1mm至约2.0mm之间的厚度，所述厚度是基于所述半刚性材料的所述屈服强度和所述抗拉强度选择的。

9.根据权利要求1所述的刮刀组件，其中，所述多个突出部中的每一个突出部构成所述主环的约4°至约30°之间的弧长。

10.根据权利要求1所述的刮刀组件，其中，与所述主环的对应外径相比，所述多个突出部的内表面具有更小的曲率半径。

11.一种水处理系统，包括：

容器，所述容器具有入口和出口；

至少一个光源组件，所述至少一个光源组件位于所述容器内，所述至少一个光源组件包括容纳在石英套筒中的紫外灯；

刮刀组件，所述刮刀组件被配置为穿过所述至少一个光源组件的外表面，所述刮刀组件包括：

壳体，所述壳体被构造成并被布置成驱动所述刮刀组件穿过所述至少一个光源组件的所述外表面；以及

至少一个环，所述至少一个环固定到所述壳体，每个环被定位成穿过对应光源组件的外表面，每个环具有由半刚性材料形成的朝向所述对应光源组件的所述外表面向内延伸的多个突出部，所述多个突出部具有被选择的长度以限定：

当所述多个突出部处于延伸配置时，所述环的内径小于所述管状构件的外径，以及

当所述多个突出部处于倾斜配置时，在所述多个突出部与所述对应光源组件的所述外表面之间形成约15°至约75°之间的接触角。

12.根据权利要求11所述的系统，还包括紫外光传感器，所述紫外光传感器被定位成监测通过所述水处理系统的紫外光强度。

13.根据权利要求12所述的系统，还包括可操作地连接到所述紫外光传感器和所述刮刀组件的控制器，所述控制器被配置为响应于所监测的紫外光强度低于阈值而操作所述刮刀组件穿过所述至少一个光源组件的所述外表面。

14.根据权利要求11所述的系统，还包括可操作地连接到所述刮刀组件的控制器，所述控制器被配置为响应于手动致动或根据预定的时间表周期性地操作所述刮刀组件穿过所述至少一个光源组件的所述外表面。

15.根据权利要求11所述的系统，其中，所述半刚性材料被选择为对所述石英套筒和待处理水的成分基本上是惰性的。

16.根据权利要求11所述的系统，还包括流体连接到所述容器的化学清洁剂源。

17.一种改装水处理系统的方法，所述水处理系统包括至少一个光源组件，所述光源组件包括容纳在石英套筒中的紫外灯，所述方法包括：

提供刮刀组件，所述刮刀组件被配置为穿过所述至少一个光源组件的外表面，所述刮刀组件包括：

壳体，所述壳体被构造成并被布置成驱动所述刮刀组件穿过所述至少一个光源组件的所述外表面；以及

至少一个环，所述至少一个环固定到所述壳体，每个环被定位成穿过对应光源组件的外表面，每个环具有由半刚性材料形成的朝向所述对应光源组件的所述外表面向内延伸的多个突出部，所述多个突出部具有被选择的长度以限定：

当所述多个突出部处于延伸配置时，所述环的内径小于所述管状构件的外径，以及

当所述多个突出部处于倾斜配置时，在所述多个突出部与所述对应光源组件的所述外表面之间形成约15°至约75°之间的接触角；以及

提供指令以通过所述壳体安装所述刮刀组件，从而驱动所述刮刀组件穿过所述至少一个光源组件的所述外表面。

18.根据权利要求18所述的方法，其中，所述水处理系统包括轨道，所述轨道被构造成并被布置成通过所述壳体引导所述刮刀组件穿过所述至少一个光源组件的所述外表面，所述方法还包括提供与所述轨道兼容的所述刮刀组件。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括提供指令以安装轨道，以通过所述壳体引导所述刮刀组件穿过所述至少一个光源组件的所述外表面。

20.一种从位于水处理系统内的石英套筒的外表面去除有机材料污垢的方法，所述水处理系统包括容纳在所述石英套筒中的紫外灯和被配置成穿过所述石英套筒的外表面的刮刀组件，所述刮刀组件包括被构造成并被布置成驱动所述刮刀组件穿过所述石英套筒的所述外表面的壳体和固定到所述壳体的环，所述环具有由半刚性材料形成的朝向所述石英套筒的所述外表面向内延伸的多个突出部，所述方法包括：

指引所述刮刀组件在第一方向上穿过所述石英套筒的所述外表面，从而从所述石英套筒的所述外表面刮擦所述有机材料污垢的至少80％。

21.根据权利要求21所述的方法，包括根据预定的时间表周期性地指引所述刮刀组件穿过所述石英套筒的所述外表面。

22.根据权利要求22所述的方法，其中，所述预定时间表是每12小时或更长。

23.根据权利要求21所述的方法，还包括监测通过所述水处理系统的紫外光强度，并响应于所述紫外光强度低于阈值，指引所述刮刀组件穿过所述石英套筒的所述外表面。

24.根据权利要求21所述的方法，还包括在指引所述刮刀组件穿过所述石英套筒的所述外表面之前或同时应用化学清洁过程。

25.根据权利要求21所述的方法，其中，所述有机材料污垢包括硬化沉积物、沉降物、油、油脂和微生物污垢中的一种或更多种。

26.根据权利要求26所述的方法，其中，所述有机材料污垢的量和/或成分基本上不能用橡胶刮刀去除。

27.根据权利要求21所述的方法，包括在更换所述刮刀组件或所述环之前基本上连续地操作所述水处理系统至少约六个月。

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