CN1777449A - 利用紫外线辐射的模块式高速高压液体消毒 - Google Patents

Abstract

一种将流体暴露于辐射之下的设备，包括：造成流体流动的管(20)，多个辐射源(14)，以及多个将辐射聚集到流体上的反射器(48)。

Description

利用紫外线辐射的模块式高速高压液体消毒

相关申请

本申请要求享有2003年1月21日提出申请的美国临时专利申请Ser.No.60/441,930所具有的权利，在此引入所述披露的申请作为参考。

技术领域

本发明涉及液体消毒，更具体地涉及使用紫外线(UV)辐射进行液体消毒。

背景技术

使用UV辐射来为透明或不透明的液体消毒是公知的，例如水(包括废水)、果汁、盐水、腌泡汁和饮料等的UV辐射消毒。美国专利Nos.3,527,940和4,968,891包含了多个示例，在此引入所披露的专利作为参考。相对于其它的液体消毒方法，使用UV辐射来为液体消毒具有许多优点，经常使其成为十分受欢迎的选择，它往往将以快速、简单和相对便宜的方式改进消毒。

然而，使用UV辐射为液体消毒的原有设备和方法也存在许多缺点。例如，所述消毒设备相对易碎的性质对可能处理的流速以及可能使用的操作压力施加了不良的限制。所述设备相对易碎的性质同样限制了可用于清洗目的的压力和流速，使得其更难以或者不可能在定点(place)设备中提供方便的清洗。UV辐射用于液体消毒的有效性随距离增加快速降低，很可能呈指数下降，因此主要依赖液体的湍流来提供平稳、彻底的液体消毒会不可靠。另外，为达到理想消毒水平而采用的暴露次数往往会导致使用不受欢迎的大设备或大量所述设备的单元，增加了系统的成本，占用了宝贵的地面空间。在一个典型的采用原有技术的单元中，由灯泡放射出来的大部分辐射没有直接指向待处理的液体而被浪费了，使得辐射以及用于产生辐射的能量利用效率低下。对于处理不同的流型、流速和处理时间，原有用于提供液体UV消毒的机箱或单元也只提供很少的灵活性或者根本不具有灵活性。另外，原有机箱和单元的保修也十分困难和费时，典型地是要求整个机箱或单元关闭和停止使用较长时间。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种使用辐射以提高效率处理液体的系统和方法。

本发明的另一个目的是提供一种上述类型的系统，允许以最小的调整量灵活地在并流和串流之间切换。

本发明的又一个目的是提供一种上述类型的系统，可以提供处理高压和高流速的耐用系统。

本发明的又一个目的是提供一种上述类型的系统，所述系统使用模块式发光单元以允许快速容易地置换灯泡或其它部件。

本发明的又一个目的是提供一种上述类型的系统，所述系统可高效地利用由处理灯泡产生的辐射。

本发明的又一个目的是提供一种上述类型的系统，所述系统可提供延长的处理路径而不相应增加处理室的长度。

本发明的又一个目的是提供一种上述类型的系统，所述系统对于待处理液体提供更平稳更彻底的暴露。

本发明的又一个目的是提供一种上述类型的系统，所述系统便于在处理室的同一端输入输出流体。

为了实现这些以及其它目的和优点，披露一种辐射处理方法和设备。所述设备包括处理室和紧靠其周围布置的辐射源，例如一个或多个UV灯泡。所述处理室具有连接同轴排列的内部和外部管道的集管。所述同轴布置的管道形成环形区域，静态混合器通过所述环形区域界定螺旋形流体流通路径。通过所述内部管道的中心和所述集管设有出口路径。设有入口和出口歧管，其邻近的处理室可以交替地排列和连接起来以用于并流或串流。可使用模块式发光单元，其中两个镜像的每部分都具有支撑和排列反射器的支架以及邻近每个处理室的UV灯泡。

附图说明

结合附图，通过参考以下根据本发明当前优选的但仍然是说明性的实施例的详细说明，将更彻底地理解上述的说明内容以及本发明另外的目的、特征和优点，附图包括：

图1是组成本发明辐射处理设备一部分的处理室的剖面侧视图；

图2是本发明辐射处理设备的剖面俯视图；

图3是本发明辐射处理设备的可选实施例的局部侧视图；

图4是本发明辐射处理设备的可选实施例的局部剖面俯视图；

图5是本发明辐射处理设备的并流排列的俯看透视图；

图6是本发明辐射处理设备的串流排列的俯看透视图；

图7是用于为本发明辐射处理设备提供外壳的机箱的正视图；以及

图8是用于为本发明辐射处理设备提供外壳的机箱的局部侧视图。

具体实施方式

参看图1，附图标记10通常代表上述发明的辐射处理设备。所述设备10包括处理室12和紧靠其周围布置的辐射源14。

处理室包括集管16、内部管道18和外部管道20、静态混合器22以及端盖24。集管16具有外部壳体26、内部集管管道28、具有输入孔32的输入管30以及具有输出孔36的输出管34。外部壳体26顶部打开而底部闭合，在其相对的两侧布置有两个侧孔，其中一个侧孔比另一个大。固定件38连接到外部壳体26的底部壁面上。输入管30连接到外部壳体26上，与两个侧孔中较大的孔对齐。输出管34连接到外部壳体26上，与两个其它侧孔中较小的孔对齐。输入管30和输出管34的内径都大约为1.5英寸。输出管34的内径大于侧孔的直径。内部集管管道28具有中心布置并与外部壳体26同轴排列的输入孔，以及与两个侧孔中的小孔对齐的输出孔。内部集管管道28的内径基本与所述侧孔的直径相等。集管16优选地由不锈钢制成并在定点构造中被清洗。当然应理解，集管16可由任意数目的不同材料或者材料的组合制成。还应理解，集管16可由许多不同部件装配或制造而成，或者可由一个或多个整体构件浇注或模制而成。

外部管道20由可透过UV辐射或所使用的辐射类型的材料制成。外部管道20优选地由聚合物构成，更优选地是由含氟聚合物构成，最优选地是由氟化乙烯丙烯构成。外部管道20显然可由熟知的具有理想透光度的任意数目的材料构成。外部管道20长约60英寸，内径约为1.25英寸。外部管道20的下部例如使用软管夹40连接到集管16。端盖24例如使用软管夹40连接在外部管道20的上部。端盖24的下表面42弯成曲面以有助于以最小的压降使得流体改变方向。端盖24优选地由不锈钢制成。

内部管道18的输出端连接到内部集管管道28的输入端，内部管道18在外部管道20内沿其大部分(即使不是全部)高度同轴延伸排列。内部管道18优选地由不锈钢制成，其内径基本在0.5-3.25英寸的范围内。内部管道18的外径基本在0.75-3.5英寸的范围内。内部管道18的外径和外部管道20的内径优选地选择为在两个宽度约为0.25英寸的管道之间提供相对狭窄的环面44。内部管道18的内表面界定内部流动路径。外部管道20的内表面和内部管道18的外表面界定外部流动路径。内部管道18的末端中的孔使得外部流动路径与内部流动路径进行流体流动联系。内部管道18的外表面不透过从辐射源14的辐射并优选地反射辐射。

静态混合器或螺旋构件22是一种通过如焊接这种方式连接到内部管道18的外径上的螺旋式静态混合器。混合器22在内部管道18的外壁和外部管道20的内壁之间延伸，并优选地与外部管道20的内壁接触。混合器22优选地由不锈钢制成。根据设备10所需要的特性，可使用不同的缠绕程度。在一个优选实施例中，所述缠绕对于每英寸的环面44高度提供大约3.9英寸的液体流通路径。对于其中的环面44的区域高度大约为60英寸的处理室12而言，这将提供大约234英寸的流体流通路径。

参看图2，设有由两个镜像部分47形成的模块式发光单元46。镜像部分47通过铰链49或按任何常规方式相互连接。每个镜像部分47包括多个灯泡14、一个或多个反射器48以及支架50。支架50支撑和排列灯泡14，并且支撑和排列邻近灯泡14布置的一个或多个反射器48。反射器48配置了与每个灯泡14相联系的如半圆形、双曲线型或抛物线型这样的弧形部分或球缺，布置和排列所述弧形部分或球缺是为了向处理室12反射和聚集从灯泡14的外部发出的辐射。布置所述球缺以使得反射器48通常为蛤壳型。在那一点上，凹入相邻球缺部分的剖面的公共平面中的一个球缺的剖面不与相邻球缺的剖面形成一部分公共圆或半圆。每个剖面优选地为半圆形并且每个球缺剖面都具有大于约45°的弧长。选择反射器48的内表面以高度反射所使用的辐射。例如，如果使用UV灯泡14，则内表面优选地用铝抛光。每个镜像部分47与其配合部分47牢固连接，并用任何方式牢固连接在机箱66之内，例如牢固连接在机箱的后壁上或者牢固连接在置于机箱66内的支架上。在优选实施例中，一个镜像部分47向机箱66的后部布置，而配合部分47向机箱66的前部布置，使得前镜像部分47可易于打开以连通处理室12和发光单元46的镜像部分47。每个镜像部分47在没有拆除与其相联系的处理室或配合部分47的情况下可以单独拆离。每个镜像部分47的支架50布置成将灯泡14安放在紧靠外部管道20的外表面的位置上。在使用了模块概念的优选实施例中，分离的模块式发光单元与每个处理室12相联系。同样优选地是随同设备10提供额外或备用的模块式发光单元46。如果已安装单元需要维修、保养或置换，那么这将使得其易于用备用单元46快速地置换已安装单元46，减少时间。

在图3和图4显示的可选实施例中，一个或多个灯泡架可用于支撑和排列多个处理室12的多个外部管道20，同时支撑和排列用于每个处理设备10的多个灯泡14和反射器48。如图3所示，设有多套孔洞54和开孔56以分别支撑和排列外部管道20和灯泡14。

参看图5，设有输入歧管58和输出歧管60，其布置为允许流体并流通过多个相邻处理室12。所述歧管按模块布置为第一套关联输入和输出歧管片段58a和60a，第二套关联输入和输出歧管片段58b和60b等等，依此类推直至达到理想的将使用的处理室的数目。输入和输出歧管58和60的每段长度62等于输入管30的输入孔32和输出管34的输出孔36之间的距离。这就允许每个处理室12可快速容易地调整为提供要么如图5所示的并流要么如图6所示的串流。

图6显示布置为通过多个处理室12提供串流的多个处理室12。在这种布置中，第一处理室12的输出管34的输出孔36与第二处理室12的输入管30的输入孔32对齐，以此类推直至达到理想的处理室12的数目。

如图7所示，本发明的辐射处理设备10也可包括机箱和相关部件。一个或多个处理室12和多套关联灯泡14、反射器48以及输入和输出歧管58、60布置在机箱66内。机箱66优选地主要由不锈钢制成。其它部件布置在机箱66内或位于其附近。例如，电力线68可向控制器70以及与每个灯泡14相联系的镇流器72提供电能，所述灯泡可布置在机箱66中或者单独布置在机箱66之上。可设置风扇74用于冷却镇流器72和控制器70，排水管78可设于机箱66的底面。在优选实施例中，单独的风扇74将与每个模块式发光单元46相联系，其中所述风扇74布置为提供正压机箱。当然应理解，可使用任何数目的不同风扇74的布置，一个或多个风扇可布置为提供要么正压要么负压的机箱。可在机箱66的下侧壁上布置一个或多个输入或输出管80、82和84。如图8清晰可见，例如当处理室12如图5所示的那样布置时，外部管道80和82布置为分别与输入歧管58和输出歧管60对齐以提供通过处理室12的流体并流的路径。当处理室布置为如图6所示的那样的串流时，中心定位的管道84布置为与处理室12的输入管30和输出管34对齐。

参看图5和图6，运行中，多个处理室按需要排列为提供通过理想数目处理室12的并流或串流。当然应理解，如果需要也可使用单个处理室12。一旦处理室12按需要排列并且机箱门86关闭以加强对于UV辐射暴露的保护，灯泡14打开以提供UV辐射。然后，待处理的流体以理想的压力和流速提供给设备10。应理解，设备10可用于大多数相关液体，包括但不限于例如水(包括废水)、果汁、盐水、腌泡汁和饮料等这样的透明或不透明的液体。

并流中(如图5所示)，液体将流经并充满理想数目的输入歧管片段58a、58b和58c，并将通过每个输入歧管58片段流入相联系的处理室12。如图1清晰可见，流体流过输入管30和壳体26，进入内部管道18和外部管道20之间的环面44。静态混合器22以紧密的螺旋方式给定液体的路径，使其沿螺旋形路径向上通过环面44到达处理室12的上部。当液体流经紧邻灯泡14的狭窄环面44时，来自灯泡14的UV辐射提供期望的消毒程度。使用螺旋式静态混合器22提供了当流体向上流经环面44时对其进行有效地混合和搅动，使得流体的不同部分经常更靠近或远离灯泡14。这就保证对所有液体彻底而均匀的辐射暴露，并大大减小使得流体孤立部分受到较少处理或被明显地过处理的机会。端盖24阻止液体向上流动并使其改变方向向下流过内部管道18。然后，液体流过内部管道18、内部集管管道28以及输出管34。如果处理室12排列成提供并流(如图5所示)，则液体从输出管34流入并通过关联的输出歧管60片段，以进一步使用或处理。如果处理室12排列成提供串流(如图6所示)，则液体从一个处理室12的输出管34流到另一个处理室12的输入管30，以重复上述的过程。

本发明耐用设备10可在宽广的压力和流速范围内运行，而不必担心其破坏。例如，本发明的设备10可在达到或超过优选地基本为约30-60磅/平方英寸(更优选地为约57磅/平方英寸)的工作压力下安全运行。设备10可承受达到或超过优选地基本为约100-300磅/平方英寸(更优选地为约286磅/平方英寸)的爆破压力。许多应用中理想流速将典型地为约1-20加仑/分钟。同样，用于定点清洗的典型清洗的理想流速典型地小于或等于约25加仑/分钟。另外，例如果汁的间歇处理这样的一些应用会要求更高的流速。在果汁间歇处理中，有时要求流速达到或超过大约70加仑/分钟。由于原有辐射处理设备较脆的性质所附加的限制，不可认为UV辐射处理已经用于要求这么高流速的应用中。相反，本发明的刚性构造将优选地允许本发明安全地处理达到30加仑/分钟的流速，将更优选地允许本发明安全地处理达到55加仑/分钟的流速，最优选地是允许本发明处理达到80加仑/分钟的流速。处理室12典型地处理大约10-12加仑/分钟的流速。并流方式典型地用于更高的流速。

前述说明也意味着其它的修改、变化和替换，在一些示例中，采用本发明的一些特征而不使用其相应的其它特征。例如，可以使用任何数目(从一个到好几个)的处理室12。同样，尽管优选地是使用每个处理室12配置8个灯泡14，但也可使用任何数目(从一个到好几个)的灯泡14与处理室14相连。另外，在环面44中可使用任何数目不同类型的混合器22，或者可省略混合器22。另外，可使用任何数目的不同流体路径，包括但不局限于大致是优选实施例中所述的流体路径的相反方向。同样，可使用完全串流、完全平流或任何数目串流和并流的组合。另外，集管16可置于不同位置，如置于处理室12的顶部。同样，可使用任何数目的不同方法给定流体的路径为流向或来自环面44以及流向或来自内部管道18。尽管提供UV辐射的灯泡14为优选，但是根据所要求的应用，可使用任何数目的不同类型的辐射以及辐射源14。另外，反射器可使用任何的形状、大小或配置，也可被省略。此外，可使用任何数目的不同结构和布置来支撑和排列设备的各种部件。同样，可提供任何数目的不同结构和布置来保护使用者并将周围环境包围起来防止辐射暴露。尽管优选的实施例特别对处理流体有用，但是当然应理解，本发明可用于处理任何数目的不同形态的物质。例如，本发明的设备也可用于处理气体或流体物质，包括但不局限于固体微粒物质。当然应理解，给出的所有定量信息仅仅是作为示例说明，而并不是要限制本发明的范围。

Claims (20)

1.一种装置，包括：

具有内表面的外部管道；

具有内表面和外表面的内部管道，所述内部管道置于所述外部管道内，使得所述外部管道的所述内表面和所述内部管道的所述外表面界定外部流动路径，并使得所述内部管道的所述内表面界定内部流动路径，所述内部管道具有开孔，所述开孔使得所述外部流动路径与所述内部流动路径进行流体流动联系；以及

邻近所述外部管道布置的辐射源。

2.如权利要求1所述的装置，还包括：

置于所述外部流动路径内的螺旋构件。

3.如权利要求1所述的装置，还包括：

集管，所述集管连接在所述外部管道的近端部分以及所述内部管道的近端部分，所述集管与所述外部流动路径和所述内部流动路径进行流体流动联系。

4.如权利要求3所述的装置，其中，所述集管界定输入流动路径和分离的输出流动路径，所述输入流动路径与所述外部流动路径或所述内部流动路径进行流体流动联系，所述输出流动路径与另一所述外部流动路径或所述内部流动路径进行流体流动联系。

5.如权利要求3所述的装置，其中，所述集管界定输入流动路径和分离的输出流动路径，所述输入流动路径与所述外部流动路径进行流体流动联系，所述输出流动路径与所述内部流动路径进行流体流动联系。

6.如权利要求1所述的装置，还包括：

连接在所述外部管道的远端部分的端盖。

7.如权利要求6所述的装置，其中，所述内部管道的所述开孔置于所述内部管道的远端部分上。

8.如权利要求1所述的装置，其中，所述内部管道不可透过来自所述辐射源的辐射。

9.如权利要求1所述的装置，其中，所述内部管道由不锈钢组成。

10.一种装置，包括：

处理室；以及

紧邻所述处理室布置的辐射源，所述辐射源包括：

置于所述处理室附近的第一灯泡；

置于所述处理室附近的第二灯泡；

置于所述第一灯泡附近的第一反射器球缺，具有第一剖面的所述第一反射器球缺；以及

邻近所述第一反射器球缺并置于所述第二灯泡附近的第二反射器球缺，所述第二反射器球缺具有与所述第二剖面存在公共平面的第二剖面，所述第一剖面与所述第二剖面不形成公共的圆形或半圆形部分。

11.如权利要求10所述的装置，其中，所述第一剖面是半圆形，所述第二剖面也是半圆形。

12.如权利要求10所述的装置，其中，所述第一剖面具有大于约45°的弧长。

13.如权利要求12所述的装置，还包括：

置于所述处理室的第一部分附近的第一支架；以及

置于所述处理室的第二部分附近的第二支架，所述第一、第二和第三反射器球缺连接到所述第一支架上。

14.如权利要求13所述的装置，还包括：

置于所述处理室附近的第四灯泡；

置于所述处理室附近的第五灯泡；

置于所述第四灯泡附近的第四反射器球缺，所述第四反射器球缺具有第四剖面；以及

邻近所述第四反射器球缺并置于所述第五灯泡附近的第五反射器球缺，所述第五反射器球缺具有与所述第四剖面存在公共平面的第五剖面，所述第四剖面与所述第五剖面不形成公共的圆形或半圆形部分。

15.一种方法，包括：

(1)提供第一管道和第二管道，所述第二管道至少部分布置在所述第一管道内；

(2)流体在所述第一管道的内壁和所述第二管道的外壁之间通过；

(3)当所述流体流经所述第一管道的所述内壁和所述第二管道的所述外壁之间时对其进行辐射处理；以及

(4)在第(2)步之前或之后，所述流体流过所述第二管道的内部。

16.如权利要求15所述的方法，其中第(4)步包括：

在第(2)步之后，所述流体流过所述第二管道的所述内部。

17.如权利要求15所述的方法，其中第(2)步包括：

所述流体沿所述第一管道的所述内壁和所述第二管道的所述外壁之间的螺旋形路径通过。

18.如权利要求17所述的方法，其中第(3)步包括：

当所述流体通过所述第一管道的所述内壁和所述第二管道的所述外壁之间时用UV灯泡对其进行辐射处理。

19.如权利要求15所述的方法，其中第(2)步包括：

所述流体在大于或等于约30磅/平方英寸的压力下在所述第一管道的所述内壁和所述第二管道的所述外壁之间通过。

20.如权利要求15所述的方法，其中第(2)步包括：

所述流体在大于或等于约10加仑/分钟的流速下在所述第一管道的所述内壁和所述第二管道的所述外壁之间通过。

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