TW201313262A

TW201313262A - 氣體及/或液體殺菌裝置

Info

Publication number: TW201313262A
Application number: TW101129498A
Authority: TW
Inventors: Blechschmidt Jorg; Bartsch Reiner
Original assignee: Schott Ag
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2012-08-15
Publication date: 2013-04-01
Also published as: US20130236353A1; KR101971131B1; US9381458B2; JP2013056159A; CN102989030A; EP2567713B1; JP5890285B2; CN102989030B; TWI583406B; DE102011112994A1; EP2567713A1; ES2520665T3; KR20130028008A

Abstract

本發明涉及一種氣體及/或液體殺菌裝置，具有一根對紫外線透明的玻璃管(10)及至少一個紫外線光源(20a，20b，20c…)，其中玻璃管(10)具有一中空的內部(40)，且其管壁是由管內壁(70)及管外壁(70)構成，其中對紫外線透明的玻璃管(10)在至少一個位置有一個向內陷入內部(40)的凹穴(25a，25b，25c…)，同時在該至少一個凹穴(25a，25b，25c…)內設有至少一個紫外線光源(20a，20b，20c…)。本發明的造型及配置方式使紫外線光源非常靠近待殺菌的介質，以使大部分的紫外線能夠以直接路徑穿過玻璃進入內部(40)，因此紫外線的損耗很低。這樣就可以更加充分的利用紫外線。此外，本發明的造型及配置方式還可以在管子內部達到均勻的光線分佈，因而提高殺菌效果。本發明的配置方式還可以提高系統的結構緊密性。

Description

氣體及/或液體殺菌裝置

本發明涉及一種氣體及/或液體殺菌裝置。

照射紫外線是一種已知的處理方法，尤其是應用於水、空氣或物體表面的殺菌或消毒。目前一種常見的方式是將紫外線應用於飲用水的製備，這樣做可以可靠的是使用的紫外線劑量大幅減少水中的細菌數。紫外線可以使微生物(例如致病菌，尤其是細菌或病毒)失去活性。

相較於傳統的化學殺菌方法，紫外線殺菌擁的許多優點：

紫外線殺菌是一種簡單且快速有效的方法，其殺菌作用是在介質接受照射的過程中直接發生。紫外線殺菌還有一個很大的優點，那就是接受殺菌之介質的口感、氣味及pH值都不會受到影響，這是與飲用水或工業用水的化學處理方法的一個主要區別。不同於化學消毒法，紫外線殺菌不需另外加入消毒劑，因此不需要維修及監控配料設備，也不需要特殊的安全規定。另外一個優點是對環境的友善性，因為紫外線殺菌不會因為產生不利的化合物而造成副作用。和一般的消毒劑不一樣的是，紫外線殺菌不會產生突變的抗體，例如不會出現醫院產生的細菌(例如抗生素抗體)。

紫外線殺菌也可以用大規模的方式進行，例如應用於公共飲用水的製備，而且也可以持續不停的進行，以持續維持低細菌數的狀態。

紫外線殺菌通常是使用水銀蒸汽火焰，此種水銀蒸汽火焰會發出波長254nm的輻射。短於200nm的波長會被氧分子吸收，導致氧分子分裂成自由的氧基，並可能與其他的氧分子反應成臭氧。波長這麼短的紫外線也被用來製造高純度的水。

先前技術對於紫外線殺菌已有提出許多的建議方法。以下將對已知的若干方法作一說明：

DE 38 37 905 A1揭示一種利用紫外線光源對液體及/或氣體進行處理(尤其是殺菌)的方法及裝置，這種裝置具有一個容納待處理之介質的管狀的反應室及至少兩個紫外線光源，而且這些光源是彼此不同的光源，也就是會發出不同波長的紫外線，並能夠彼此以可選擇的方式組合共同運作，或是單獨運作。這些紫外線光源位於反應室內，並被浸入介質中及被介質沖刷，或是位於反應室之外，並與反應室間隔一段距離。

DE 38 24 647 A1涉及一種以紫外線照射介質的裝置，這種裝置是由一個被介質流過的以對紫外線透明的材料製成的管體，以及至少兩個與外軸平行設置的帶有反射器的紫外線光源構成，其中這些光源是一種紫外線扁平輻射源，其具有一個有寬邊及窄邊的細長的扁橢圓形斷面，其中這些紫外線光源的主軸均指向管體斷面的中心點。這些紫外線光源的形狀為環形，並以軸平行的方式環繞被介質流過的管體配置。根據一個實施例，扁平輻射器之面對管體的窄邊緊靠在管體上。

US 5 1333 932揭示一種對血液及其他源自生物之液體進行消毒的裝置，這種消毒裝置是將要消毒的液體裝在一個對紫外線透明的容器中並旋轉，同時從外面照射紫外線。這個容器可以具有波浪狀的表面。紫外線光源係設置在可旋轉之容器的外面。

DE 196 17 467 A1揭示一種以紫外線對水進行殺菌的裝置，這種殺菌裝置是讓水流過石英玻璃管，其中環繞該石英玻璃管設有一或多個紫外線輻射器。

DE 10 2010 005 893 A1揭示一種製造高純淨水的設備，這種設備是由至少一個供待淨化的水流入的入口、一個淨化單元、一個具有至少一個紫外線光源的紫外線照射裝置、以及一個出口構成，其中紫外線光源的任務是照射流過紫外線照射裝置的水。紫外線照射裝置(例如紫外線發光二極體)可以設置在管路系統14之外(第6d圖)，或是埋在管路系統14的內壁中(第6a，6b及6c圖)。一種特別有利的方式是，紫外線照射裝置至少有一部分延伸到流動的水中。

WO 2009/013507 A1涉及一種至少可以對流體(例如水)進行部分殺菌的處理裝置，這種處理裝置具有一個輸送待處理之流體的管線、多個向流體發射紫外線的發光二極體、以及一個控制發光二極體用的控制循環，其中這個控制循環能夠發出脈衝信號使光源發出紫外線。紫外線發光二極體的設置方式會使流體直接流過每一個光源的表面。由於流體與紫外線光源直接接觸(也就是光源與待處理之流體非常接近)，因此能夠達到很高的處理效率。此外，由於流體對紫外線發光二極體具有冷卻效果，因此能夠以較高的紫外線發射強度運轉紫外線發光二極體，故能擴大處理裝置的應用範圍及改善處理效果。

但是使待處理的介質與紫外線光源直接接觸的問題是，紫外線光源的表面必須能夠耐受介質而且完全不會讓介質透過。因此每一個紫外線發光二極體都必須被密封住。此外，如果液體本身不再是冷的，而是溫暖或甚至是熱的，就不再具有冷卻效果。熱的液體甚至會使紫外線發光二極體的溫度升高，導致其使用壽命變短。

由於紫外線發光二極體與待處理的介質直接接觸，因此這種處理系統的另一個缺點是不易更換紫外線發光二極體。由於需關閉整個系統才進行更換紫外線發光二極體的工作，因此會導致處理效率變差。

US 7 270 748 B1揭示一種使用紫外線的水龍頭淨水系統。水流經的部分管路帶有多個紫外線發光二極體，這些發光二極體係環繞透明管路設置，而且可以被埋入該透過管路。

US 2003/0170151 A1揭示一種使流體受到紫外線照射的系統，這種系統具有輸送流體的管路，該管路具有能夠使流體的流動變得較為均勻的偏轉裝置。紫外線光源係設置在管路內，或也可以設置在偏轉裝置上。

但是這種系統的紫外線光源也是與待處理的流體直接接觸，因此也具有前面提及的缺點。

US 2010/0253207 A1揭示一種能夠發出紫外線的扁平放電燈，這種放電燈亦可用於空氣、水或物體表面的殺菌/消毒。

根據以下的說明，先前技術的紫外線殺菌裝置主要有兩種不同的類別：
(a)紫外線光源會被待殺菌之介質沖刷的裝置；
(b)光源被設置在待殺菌之介質之外的裝置。

本發明提出的裝置屬於(b)類型，目的是對(b)類型的裝置進行改良。

已知之(b)類型裝置的缺點是效率差及體積較大。在這種裝置中，紫外線光源位於對紫外線透明的管路之外，其中待殺菌的介質在該管路內流動。但了確保照射到充滿介質的管路內的紫外線能夠達到殺菌所需的最低輻射量，必須環繞管路設置多個紫外線光源，或必須經由需佔據較大空間且不易設置的反射系統對數量較少之光源發出的紫外線進行分配。但是為了達到足夠的殺菌效果，必須滿足兩個條件：整個待殺菌的域都必須達到足夠的輻射強度，也就是說，殺菌用的輻射強度不能低於一個特定的最低輻射值。另一個條件是紫外線在待殺菌的介質中的分佈要盡可能的均勻。先前技術之裝置的一個典型缺點是紫外線未被充分利用，原因是遮蔽、多重反射及導致紫外線損耗的機械作用(尤其是反射器系統的鏡面)。由於紫外線光源發出的輻射通常沒有定向，因此只有一小部分的輻射是直接穿過對紫外線透明的管子，進入待殺菌的介質。其他的部分則必經經由反射器被偏轉到管子內。但是反射器的材料(例如鋁)會吸收相當高比例的紫外線，例如波長254nm之紫外線大約有15%會被鋁吸收。這部分的紫外線是損耗掉的，完全沒有被用來殺菌。

此外，先前技術使用之光源及反射器需佔用較大的空間，因此並不適合應用在狹小的空間。

因此本發明的目的是提出一種能夠消除先前技術之缺點並能夠充分利用紫外線之殺菌功能對液體或氣體進行殺菌的裝置。本發明的裝置是透過提高對光源發出的紫外線的利用率來達到這個目的。此外，本發明的裝置還要具有較緊密的結構，以縮小體積。

本發明之氣體及/或液體殺菌裝置具有一根對紫外線透明的玻璃管及至少一個紫外線光源，其中該玻璃管具有一中空的內部，且其管壁是由管內壁及管外壁構成，其中該對紫外線透明的玻璃管在至少一個位置有一個向內陷入內部的凹穴，同時在該至少一個凹穴內設有至少一個紫外線光源。

本發明之裝置的造型是以至少一個紫外線光源為基礎，且該至少一個光源至少被管子的玻璃壁部分環繞住，且係設置於玻璃壁內。管子之玻璃壁的形狀使其能夠將紫外線光源至少部分(或最好是全部)環繞住，也就是能夠將紫外線光源設置於玻璃壁內。為了容納一或多個紫外線光源，因此玻璃壁帶有凹穴。因此紫外線光源與待處理的介質有明確的空間區隔，也就是說，待殺菌的氣體及/或液體不會與紫外線光源直接接觸。

在本發明中，所謂“凹穴”是指玻璃管之玻璃壁上的一規定大小的凹陷處，且至少可以將一個紫外線光源安置於其內。管內壁及管外壁同時在相同的位置向內翻捲，並共同構成一個朝管外側張開的空腔，其中該空腔至少可容納一個紫外線光源。由凹穴構成的空腔朝管外側張開，以使紫外線光源易於被放入凹穴內。這樣也使紫外線光源能夠以簡單的方式與電源形成導電連接及切斷導電連接，因此很容易就可以更換紫外線光源。因此在本發明中，凹穴的範圍至少有一部分延伸到玻璃管的內部。

根據本發明，玻璃管也可以帶有缺口。在本發明中，所謂”缺口”是指玻璃管之管外壁或管內壁上具有一規定大小的凹槽。要形成缺口需去除一部分的材料：例如若要在管內壁形成一或多個缺口，則需去除管內壁的部分材料，以形成缺口，但是不需去除管外壁的材料。如果要在管外壁形成一或多個缺口，則需去除管外壁的部分材料，以形成缺口，但是不需要去除管內壁的材料。和凹穴不同，缺口的範圍並不延伸到玻璃管的內部，也就是說缺口不會對玻璃管造成任何影響。

在本發明中，除了凹穴之外，亦可另外設置容納一或多個紫外線光源的缺口。但更有利的方式是利用可選擇性設置的缺口執行其他的功能，而不是供容納紫外線光源之用。例如，可以將能夠用於本發明之裝置的傳感器或其他物件設置於缺口內。根據一種有利的實施方式，可以僅在玻璃管設置凹穴，而不設置缺口。

根據本發明，所使用之紫外線光源的數量可以在很大範圍內任意選擇。至少使用一個紫外線光源。也可以使用至少2紫外線光源。根據有利的實施例，玻璃管內設置1至8個、1至6個、1至5個、或最好是1至4個或1至3個紫外線光源。如果是使用強度相當大的紫外線光源，例如常見的紫外線手電筒，則基於節省成本的考量，應盡可能使用較少數量的紫外線光源，例如1至3個紫外線燈。如果是使用強度相當弱的紫外線燈，例如紫外線發光二極體，則根據本發明可以使用數量較多的紫外線光源，例如100個個或更多個紫外線發光極體。在這種情況下，紫外線的強度不應低於一事先規定的最低強度，同時紫外線的分佈要盡可能的均勻，以確保足夠的殺菌作用。

應根據使用之紫外線光源的數量，盡可能將紫外線光源均勻的配置在整個管子上。一種特別有利的方式是對稱配置，例如軸對稱、鏡面對稱、旋轉對稱或點對稱配置。如果以非對稱方式配置紫外線光源，可能會在待殺菌的介質中產生紫外線很少照射到的位置，因此應避免使用非對稱的配置方式。如果是使用3個紫外線光源，最好是將紫外線光源配置在一個等邊三角形3個角(由各紫外線光源之間想像的連接線所構成之等邊三角)。如果是使用4個紫外線光源，最好是將紫外線光源配置在一個正方形的4個角。如果是使用5個紫外線光源，最好是將紫外線光源配置在一個正五邊形的5個角。

除了紫外線光源的數量、大小及形狀外，要選擇紫外線光源的適當的配置方式還需考慮玻璃管的形狀、大小及斷面等因素。熟習先前技術者均能夠為各種類型的管子選擇適當且盡可能對稱的紫外線光源配置方式。

凹穴的數量最好是與所使用之紫外線光源的數量相等。但是在個別情況下，凹穴的數量亦可大於紫外線光源的數量，或是將多個紫外線光源置於一個凹穴內。

另外一種有利的方式是，在一個凹穴內只有一個紫外線光源。由於這樣可以避免紫外線光源彼此遮蔽，因此能夠使紫外線輻射獲得更充分的利用。相反的，如果是使用紫外線發光二極體，則是在一個凹穴內設置複數個、甚至是盡可能設置很多個紫外線發光二極體。這是因為紫外線發光二極體產生的是定向輻射，因此能夠避免彼此遮蔽。

本發明的配置方式對於對紫外線非完全透明的管子材料(尤其是所使用的對紫外線透明的玻璃)特別有利。由於以對紫外線透明的玻璃製成的玻璃管(玻璃厚度1mm)對波長254nm之紫外線的吸收率>10%，因此本發明的裝置的一個很大的優點是光線穿過玻璃的路徑很短，因此光線被玻璃材料吸收的比例很低。

所謂“對紫外線透明”是指，本發明用之玻璃管的玻璃對紫外線具有很高的透明度，也就是說，波長254nm的紫外線對厚度1mm之玻璃的透過率至少是75%。根據一種特別有利的實施方式，玻璃管的玻璃(厚度1mm)對波長200nm之紫外線的透明度<0.5%，對波長254nm盼紫外線的透明度>75%。一種更有利的情況是，厚度1mm的玻璃對波長200nm之紫外線的透明度<0.3%，對波長254nm盼紫外線的透明度>80%。

本發明提出的將紫外線光源設置於凹穴內的解決方案的特徵是使紫外線光源朝管子內部的方向移動。這樣做能夠使大部分直接穿過玻璃管進入介質的紫外線不會在穿過玻璃管之前被反射而造成損耗。此外，本發明的配置方式能夠在管子內部產生均勻的紫外線分佈，以提高殺菌效果。本發明的配置方式還能夠形成非常緊密的結構。

因此相較於將紫外線光源設置於待殺菌之介質之外的傳統式裝置，本發明的裝置能夠將更多的紫外線送達/送入介質。相較於前面提及的先前技術之系統構造非常複雜的類型(a)的裝置，本發明的構造簡單很多。特別是類型(a)的裝置必須能夠從外面通達紫外線光源，這會增加構造的複雜程度，因而導致成本增加。反之，本發明的裝置很容易就可以從外面觸及紫外線光源，因此很容易就可以完成更換紫外線光源的作業。由於本發明具有很簡單的系統構造，因此介質在過玻璃管時幾乎完全不會受到干擾。

根據本發明的一種有利的實施方式，凹穴的形狀可以與所使用之紫外線光源的形狀配合。凹穴的形狀被設計成至少能夠將紫外線光源部分容納住，或最好是能夠容納整個紫外線光源。形狀與紫外線光源配合的凹穴可以使光線分配達到最佳化，使管子內的所有區域盡可能獲得足夠的輻射強度。這對於管子內部的邊緣部分及紫外線光源之間的區域尤其重要，因為這些區域通常僅能獲得較低的輻射強度。

根據本發明的一種有利的實施方式，該至少一個紫外線光源設置於該至少一個凹穴內的方式使該至少一個紫外線光源至少部分、或最好是整個位於對紫外線透明的玻璃管的管內壁內，就好像管內壁沒有凹穴一樣。所謂”管內壁”是指管子看起來好像沒有凹穴一樣的內側面，也就是說好像玻璃管內沒有凹穴一樣。

根據本發明的另外一種有利的實施方式，如果玻璃管具有圓形斷面，則凹穴的範圍最好是延伸到玻璃管的內部，使位於玻璃管內的紫外線光源至少部分、或最好整個位於管子的內半徑內。所謂”內半徑”是指管子看起來好像沒有凹穴一樣的內側面，也就是說好像玻璃管內沒有凹穴一樣。

透過本發明的這種構造方式，使大部分的輻射(至少180度的輻射角)能夠以直接路徑穿過玻璃壁進入管子內部，而不會因為被反射回光源及/或被吸收(例如被反射吸收)而損耗掉。一種特別有利的配置方式是如前面的定義將紫外線光源設置於管內壁，這樣就可以產生一種特別有利的輻射分佈，也就是絕大部分的紫外線是以直接路徑穿過玻璃，進入管子內部。相較於傳統裝置，本發明的裝置只有很小一部分紫外線會被反射回去。因此可以提高整個系統的效率。

根據本發明，凹穴最好是被局限在玻璃管的部分範圍，也就是說，凹穴具有預先定義的形狀及大小，而且凹穴最好是僅出現在一個或一群紫外線光源的範圍，而不會沿著管子的軸延伸。但是在某些情況下，例如考量到製造技術的因素，使凹穴的尺寸大於其容納的紫外線光源可能會是一種有利的方式。例如也可以環繞管子設置凹穴。

最好是一個凹穴僅容納一個或一群紫外線光源，如果僅在玻璃管設置凹穴，則這樣做對於所使用的製造方法特別有利，關於這部分將在本文後面詳細說明。

本發明之裝置的另一個有利的組件是反射器，這個反射係設置在管子之外，其作用是將向外射出的紫外線反射回管子內。反射器的另一個作用是透過特定的反射結構將被反射回光源的紫外線所佔的比例降到最低，及/或將從介質射出的紫外線反射回介質內。

本發明對反射器的類型、形狀、大小及結構並無嚴格的限制。反射器可以是任何一種類型的組件，當然前提是有要具有反射光線用的表面。可以用各種不同的材料製造反射器。例如可以用彈性材料、剛性材料或固體材料製造反射器。反射器的形狀及大小最好能夠與本發明之裝置(尤其是具有至少一個紫外線光源的對紫外線透明的玻璃管)的形狀及大小配合。

例如，一種有利的方式是反射器將玻璃管整個環繞住，也就是說，反射器是將本發明的裝置整個環繞住。為此反射器的形狀可以像一根管子，例如由鋁、不銹鋼或其他材料製成的管子，必要時亦可在構成反射器的管子(反射器管)上塗上適當的反射塗層，且其直徑大於被其整個環繞住的玻璃管的直徑。反射器管的形狀及斷面與玻璃管的形狀及斷面類似。反射器管同時也具有保護玻璃管的作用。

根據本發明的另外一種有利的實施方式，反射器是直接設置在玻璃管上，其中在凹穴的範圍沒有設置反射器。例如，可以將反射器設置在管外壁上，但是在凹穴及缺口(如果有的話)的範圍不設置反射器，一種有利的方式是這種反射器是由塗在管外壁上的紫外線反射塗層構成。

根據本發明的另外一種有利的實施方式，可以將反射器設置在玻璃管的內側面，例如可以在管內壁上塗覆一紫外線反射塗層。其中容納紫外線光源的凹穴則不塗覆紫外線反射塗層。這樣被反射的光線就不會被玻璃吸收而變弱。

反射器也可以是由不同的部分組成，例如最好是設置在紫外線光源之後的各個單一反射器構成。每一個紫外線光源或一群紫外線光源最好都配置一個反射器，以便為對管子內流動之介質進行之照射作業提供盡可能高的輻射能。配屬於每一個紫外線光源的反射器的形狀最好都是近似於圓錐曲線，例如拋物線或橢圓形。

也可以使用不同的反射器的組合。一種很好的方式是在玻璃管的外側面或內側面上設置一個反射器，以及另外在每一個紫外線光源上設置一個反射器。例如可以將一個反射器單獨設置在玻璃管的外側面或內側面上，或是直接設置在玻璃管上，但是應避開凹穴範圍，也就是可以為每一個紫外線光源另外設置一個反射器的凹穴範圍。根據本發明的一種特別有利的實施方式，在本發明之裝置的管外壁或管內壁上有一紫外線反射塗層，但是在凹穴及缺口(如果有的話)及紫外線應照射到的管子內部範圍則沒有紫外線反射塗層，因為表面在此範圍中斷，因此可在此範圍單獨設置反射器。

因此本發明的裝置可以具有簡單的反射器配置，其中反射器可以避開紫外線光源，單獨設置在玻璃管的外側面或內側面上，或是設置在玻璃管上。

本發明對玻璃管的形狀、大小或斷面並無特別的限制。只要能夠達到預定的應用目的，可以任意選擇管子的斷面形狀。例如，管子的斷面可以是圓形、橢圓形、多角形(尤其是三、四、五、六、七、或八角形)，其中又以圓形或橢圓形最佳。例如，管子的斷面可以是一個在五個角均帶有容納光源之凹穴的五角形底面輪廓，或是一個在較尖的弧形端帶有凹穴的橢圓形底面輪廓，或是一個帶有均勻分佈在管子的整個圓周上的紫外線光源的圓形斷面。

根據本發明，一種特別有利的方式是使用圓形管或底面輪廓基本上是圓形的管子。如果具有圓形底面輪廓的管子的玻璃壁帶有凹穴，則管內壁可以具有一圓形的內輪廓，同時管外壁也可以具有一圓形的外輪廓，且該外輪廓僅被凹穴中斷。

根據本發明，應對基本上圓形的底面輪廓作一盡可能廣泛的解釋，例如管子的斷面也可以是星形或波浪形，也就是從圓形底面輪廓衍生出的形狀，亦可視為基本上是圓形的底面輪廓。管子的斷面當然也可以具有完全圓形的外輪廓及內輪廓，也就是說，具有一預先定義的內半徑及外半徑。

根據本發明，凹穴可以是任何形狀及大小，例如可以是朝底端愈變愈細小及/或變成圓形。但是一種有利的形狀是與紫外線光源的形狀適配的圓形或變成圓形的形狀。另外一種有利的形狀是能夠按照特定要求將紫外線偏轉到玻璃內部的形狀。一種特別有利的方式是，玻璃管內所有的凹穴都具有相同的形狀及大小。

本發明對於所使用的紫外線光源並無特別的限制，也就是說每一種已知的紫外線光源都可以使用，其中最常用的是發出波長253.7nm之紫外線的光源。這個波長是低壓紫外線燈的主發射波長，而且是其他紫外線燈的最大輻射。例如可以使用發出波長254nm之輻射的中壓、高壓、或低壓紫外線燈。低壓紫外線燈，尤其是低壓水銀蒸氣燈，是一種非常有利的紫外線光源。根據本發明的另外一種實施方式，冷陰極燈(CCL)是一種非常有利的紫外線光源。這種紫外線燈是以一種經證明合用的沒有螢光塗層的CCFL技術(冷陰極螢光燈)為基礎，這種紫外線光源目前已可在市場上購得。根據本發明，也可以使用紫外線發光二極體。使用紫外線發光二極體可以選擇較長的波長(270nm)，這一方面是因為這個波長範圍的輻射的殺菌效果較好。

另一方面是因為典型的對紫外線透明的玻璃對這個波長範圍的紫外線具較高的透過率，因此可進一步提高殺菌效果。

一般而言管子具有以下的特徵：管壁具有一個朝管子之縱軸方向延伸之特定形狀的輪廓。在本發明中，這個輪廓是由最好是基本上與管子軸平行的凹穴決定。一個輪廓可以在管子的外側面上作為所謂的外輪廓，及/或在管子的內側面上作為所謂的內輪廓。內輪廓及外輪廓可以組合在一起，並彼此調諧，以使管壁的厚度沿著管子圓周保持不變或是改變。

根據本發明，如果管壁內內設有一或多個凹穴，則管壁厚度最好是沿著管子圓周保持不變。在本發明的凹穴中，外輪廓與內輪廓完全一致，因此若內輪廓具有一個凹穴，那麼外輪廓就一定具有一個凹穴。

內輪廓及外輪廓也可以組合在一起，並彼此調諧，以使管壁的厚度沿著管子圓周改變。

一般而言，輪廓的形狀可以是規則的，也可以是不規則的。由於紫外線光源最好是採對稱配置，因此輪廓以具有規則形狀較佳。例如，凹穴可以是波浪形、圓形、矩形、或鋸齒形，也可以是不同形狀的組合。

熟習玻璃技術領域之專業人員均具有足夠的知識及技能，以製造根據本發明設置於玻璃管內之任意形狀的凹穴及缺口(如果有的話)。

這涉及一種所謂的輪廓成形，也稱為玻璃管之外側面及/或內側面的成形。

在製造玻璃的過程中就可以形成凹穴及缺口(如果有的話)的輪廓。根據一種特別有利的方法，輪廓是在熱模成形過程中直接在玻璃管內成形。DE 10 2004 018 148 A1(ConturaxR技術)有描述如何在玻璃管內形成輪廓，此專利之公開說明書的內容全部包含在本專利登記中。

DE 10 2004 018 148 A1提出的方法使用一種連續的管子拉伸法，以製造出具有預先給定之內輪廓及/或外輪廓的經校正的圓形或成形玻璃管。在拉伸過程中經由一個特殊的輪廓成形體拉伸玻璃融熔液。例如這種方法可應用於已知的下拉(玻璃管)法或維洛法(Vello-Verfahren)及丹納法(Danner-Verfahren)。

使用這種連續拉伸法時，除了要考慮玻璃的黏滯性外，也需要考慮內壓、玻璃熔煉量、拉伸速度及模具尺寸等參數，而且所有的參數都必須相互配合。可以互不相關的選擇管徑及壁厚。由於是採連續拉伸的製造方法，在製造預先給定尺寸(外徑及壁厚)的管子時，拉伸速度必須與玻璃熔煉量相互配合。

在以DE 10 2004 018 148 A1的方法製造玻璃管時，可以用和在玻璃管的外輪廓內形成一較大缺口一樣的方法改變內輪廓，以產生凹穴。因此應用ConturaxR技術可以在玻璃管內形成凹穴及缺口(如果有需要的話)。

利用ConturaxR技術可以用較低的成本直接從玻璃融熔液中拉伸出具有所需之凹穴的玻璃管。但是ConturaxR技術不能應用於石英玻璃，因此必須使用其他的方法。

也可以透過適當的後處理使玻璃管具有適當的輪廓，尤其是具有凹穴。例如，可以利用熱壓印及/或軋輥在玻璃表面上形成輪廓，其中又以熱壓印為較佳的方法。

根據本發明，一開始可以任意調整玻璃管的壁厚，唯一的限制是玻璃管預定的使用目的、所希望的形狀及大小、以及希望達到的力學穩定性。例如，家務領域的外接壓力為4至6 bar，但是經過較長路徑後(例如水龍頭的出口)，壓力可能會大幅下降，例如降低至<1 bar。大規模的水處理使用的壓力通常遠高於這個壓力，因此玻璃管(視使用目的及使用地點而定)應要能夠承受特定的壓力。熟習該項技術者均具有根據玻璃管的應用領域為玻璃管選擇適當壁厚的能力。熟習該項技術者也都知道如何製造這種玻璃管。

本發明對於可使用的對紫外線透明的玻璃並沒有特別的限制。熟習該項技術者所知的每一種對紫外線透明的玻璃均可使用。例如，石英玻璃及矽酸鹽玻璃(尤其是矽酸硼玻璃或鈉-鉀-鈀矽酸鹽玻璃)都是對本發明而言非常有利的對紫外線透明的玻璃，其中又以石英玻璃及矽酸硼玻璃為最佳。

本發明使用的玻璃除了對紫外線具有很高透過率外，還必須對待殺菌的介質具有足夠的穩定性。例如要對水進行殺菌，應使用對水解作用具有足夠穩定性的玻璃。DIN ISO 719將玻璃對水的耐受性分成5個等級。因此如果要對水進行殺菌，視所選擇的玻璃成分而定，最好是使用ISO 719定義之水解耐受性第1至3級(也稱為耐水性，簡寫為WBK)的對紫外線透明的玻璃，其中又以使用ISO 719定義之水解耐受性第1級的玻璃為最佳。

特別有利的對紫外線透明的玻璃具有以下一種玻璃成分(氧化物所佔的重量百分比(%))：

玻璃成分1：
SiO₂　　　　　　　　　 75-85　重量百分比(%)
B₂O₃　　　　　　　　　 8-16　　重量百分比(%)
Al₂O₃　　　　　　　　 0.5-4　重量百分比(%)
Na₂O　　　　　　　　 1-6　　重量百分比(%)
K₂O　　　　　　　　　 0.1-2　重量百分比(%)
ZrO₂　　　　　　　　　 <0.005重量百分比(%)
Fe₂O₃的含量<100ppm，較佳是<10ppm，TiO₂的含量<100ppm，較佳是<10ppm，以及含有提純劑。

或是

玻璃成分2：
SiO₂　　　　　　　　　 65-75　重量百分比(%)
B₂O₃　　　　　　　　　 15-22　重量百分比(%)
Al₂O₃　　　　　　　　 4.5-7　重量百分比(%)
Na₂O　　　　　　　　 1.5-4　重量百分比(%)
K₂O　　　　　　　　　 0.5-3　重量百分比(%)
Li₂O　　　　　　　　　 0.1-1.5重量百分比(%)
BaO　　　　　　　　　 0.5-4　重量百分比(%)
CaO　　　　　　　　　 0.1-2　重量百分比(%)
MgO　　　　　　　　　 <0.01　重量百分比(%)
Fe₂O₃的含量<100ppm，較佳是<10ppm，TiO₂的含量<100ppm，較佳是<10ppm，以及含有提純劑。

或是

玻璃成分3：
SiO₂　　　　　　　　　 65-78　重量百分比(%)
B₂O₃　　　　　　　　　 0.5-4　重量百分比(%)
Al₂O₃　　　　　　　　 0.5-4　重量百分比(%)
Na₂O　　　　　　　　 5-10　　重量百分比(%)
K₂O　　　　　　　　　 8-14　　重量百分比(%)
BaO　　　　　　　　　 5-8　　重量百分比(%)
Fe₂O₃的含量<100ppm，較佳是<10ppm，TiO₂的含量<100ppm，較佳是<10ppm，CaO的含量<100ppm，較佳是<10ppm，TiO₂的含量<100ppm，較佳是<10ppm的含量<100ppm，較佳是<10ppm，MgO的含量<100ppm，較佳是<10ppm，以及含有提純劑。

例如玻璃1特別適於待殺菌之介質為水的情況，因為其水解耐受性的等級為1。玻璃2及玻璃3特別適於待殺菌之介質為氣體的情況。

本發明對於待殺菌的介質也沒有特別的限制。本發明的裝置可以處理每一種液體及每一種氣體，也可以處理由多種液體或液體組成的混合物。一種特別有利的介質是水。如果需要殺菌的介質是一種侵蝕性特別強的液體或氣體，可以經由選擇適當的玻璃成分，以符合需求。

本發明還包括以本發明的裝置對處於靜止或流動狀態的液體及/或氣體進行殺菌，尤其是用於飲用水的淨化及殺菌、對高純淨水、廢水、及製藥及食品業的液體進行殺菌、對氣體(例如空氣或工業氣體)進行殺菌、以及製造高純淨水。

本發明具有多方面的優點：

本發明提出之對紫外線透明的管子具有至少一個凹穴，以及至少一個紫外線光源，此種管子是畐本發明首度提出。

根據本發明的一種特別有利的實施方式，一或多個紫外線光源設置於一或多個凹穴內的方式使所有紫外線光源至少部分或最好是整個位於對紫外線透明之玻璃管的管外壁內(在管子斷面不是圓形的情況下)，或至少部分或最好是位於管外半徑內(在管子斷面是圓形的情況下)，其中此處所謂的管外壁及管外半徑是將凹穴視為不存在之情況下的管外壁及管外半徑。

另外一種更有利的方式是凹穴位於對紫外線透明之玻璃管的管內壁內(在管子斷面不是圓形的情況下)，或是位於管內半徑內(在管子斷面是圓形的情況下)，其中此處所謂的管外壁及管外半徑是將凹穴視為不存在之情況下的管外壁及管外半徑。如上面所述，由於本發明的配置方式是使紫外線光源位於管內壁或管內半徑內，因此能夠產生非常均勻的輻射分佈，只有很小部分的紫外線輻射不是以直接路徑穿過玻璃管進入玻璃管內部。

在設置缺口的情況下(先前技術通常會設置缺口)，管壁必須具有較大的厚度，以容納紫外線光源，反之本發明的凹穴則只需很小的管壁厚度，因此光線僅需經過很短的路徑即可穿過玻璃，也就是說不會被管子材料吸收過多的光線。

除了本發明的凹穴外，必要時亦可另外設置一或多個缺口，但是這些缺口最好不是用於容納紫外線光源，而是具有其他的功能。例如，缺口可用於容納傳感器。

根據本發明的另一種有利的實施方式，也可以僅在玻璃管內設置凹穴，而不設置缺口。

本發明的造型及配置方式使紫外線光源更靠近待殺菌的介質，也就是說將紫外線光源朝管子內部的方向移動。這樣做可以使絕大部分的紫外線直接進入介質，而不是經由反射再進入介質。此外，本發明提出的造型及配置方式還能夠使紫外線均勻的分佈在管子內部，因而提高殺菌效果。所以本發明的系統能夠達到更高的效能。

此外，本發明的配置方式還能夠使整個系統的結構變得更緊密。

本發明的另一個很大的優點是，本發明的裝置是一個自作用的系統，也就是說無需來自外界的影響即可產生作用。當待殺菌的介質(例如水)流過對紫外線透明的玻璃管就會受到紫外線照射，而不必添加任何添加物到介質中。在某些情況下，紫外線光源甚至被介質環繞流過，但不會與介質直接接觸。這樣就可以使紫外線光源非常靠近介質，但同時紫外線光源又被玻璃外罩保護住，不會與介質接觸。

由於本發明之裝置的特殊配置，玻璃管能夠與至少部分位於玻璃壁內的紫外線光源及一或多個反射器共同被設置在一個外殼內。本發明的裝置可以毫無困難的應用於流動的介質，例如應用於管路系統中，亦可應用於靜止的介質，例如應用於儲槽中。本發明的裝置可以是固定式的，也就是作為一較大系統的一個組成部分，也可以是活動式的，也就是作為可移動的手動器具。這種殺菌裝置是由玻璃管及設置於其內之較佳是平行於管軸之凹穴內的紫外線光源及一或多個反射器組成。
另外一個優點是很容易就可以製造出應用於本發明之裝置的對紫外線透明的玻璃管。

本發明之特殊處在於使用帶有凹穴的玻璃管。透過本發明的特殊的照射幾何形狀，能夠達到非常好的殺菌效果。本發明的裝置能夠以相對低的製造成本達到盡可能高的效率。

本發明的裝置也能夠滿足非常特殊的要求。例如用於製造高純淨水，尤其是醫藥、化妝品、及半導體工業的用高純淨水。

本發明的裝置應用於構造緊密的較小的系統上尤其能夠顯示其優點，例如應用於家務器具。相較於已知的裝置，本發明的裝置可以明顯提高殺菌效率。

圖式中出現的各種不同元件僅作為示意之用，並不一定是按照正確的比例尺繪出。元件的某些特定部分可能是放大繪出，而某些部分則是縮小繪出。這些圖式是用來說明本發明之實施方式的例子，目的是讓熟習該項技術者能夠了解並以適當的方式執行這些實施方式。圖式中相同的成分及元件均以相同的元件符號表示。

第1a，1b及1c圖分別以示意方式顯示先前技術DE 10 2010 005 893 A1之第6b，6c及6d圖之實施方式的斷面圖。

第1a圖顯示一個紫外線照射單元，其中該紫外線照射單元的紫外線照射裝置17係設置在一管路系統14的管壁內。紫外線照射裝置17的頂端部分向前伸入管路內部。由於光源會與在管內流動的介質直接接觸，因此必須對介質具有的足夠的耐受性，而且必須是密封的。因此要更換光源並不是一件簡單的事。在更換光源時必須停止系統的運轉。

第1b圖顯示多個由設置在管路系統14之管壁內的紫外線發光二極體36構成的紫外線照射裝置17。紫外線發光二極體36位於管壁的缺口內。從第1b圖顯示的先前技術的缺口可以看出，管路必須具有較大的壁厚，以容納紫外線光源。但是較大的壁厚會使紫外線必須經過較長的路徑才能穿過管子到達介質，因此會造成紫外線的損耗。同時紫外線光源從側面發出的光線也會有較大的部分向外離開管子，或是被導入管壁，因而無法被用來殺菌。因此這種配置方式僅適用於非定向發射的光源。

第1c圖也是有多個位於管路系統14之外的紫外線發光二極體36，因此管子的整個壁厚均位於紫外線光源及待殺菌的介質之間。因此無可避免的會因為殘留吸收造成紫外線的損耗。

和第1b圖的配置方式一樣，第1c圖的配置方式也僅適用於非定向發射的光源。這種配置方式的另一個缺點是系統的體積較大，這是因為必須環繞管子設置多個紫外線光源，以確保能夠達到足夠的殺菌效果。這種裝置的結構並不緊密，需要佔用較大的空間。

第2圖以示意方式顯示本發明的一種實施方式的斷面圖，其中管子10具有3個紫外線光源20a，20b，20c及一個反射器30。第2圖顯示的實施方式具有一個管狀的內部40，液體及/或氣體是以垂直於圖面的方向流過管子的內部40。管子10是以對紫外線透明的玻璃製成。只要能夠符合使用目的要求，可以選擇任何玻璃製造管子10。管壁具有3個凹穴25a，25b，25c。

不同於第1a，1b及1c圖顯示之先前技術的具有缺口的實施方式，第2圖顯示之本發明的實施方式具有凹穴。二者的主要區別在於玻璃管10的壁厚，因為以缺口容納紫外線光源需要比以凹穴容納紫外線光源更大的壁厚。

為了形成凹穴，管外壁60及管內壁70都是在相同的位置向內翻捲，因此使凹穴25a，25b，25c伸入內部40。凹穴25a，25b，25c分別構成容納紫外線光源20a，20b，20c的空腔或凹陷，而且紫外線光源20a，20b，20c最好是與待殺菌的介質的流動方向平行。在本實施方式中，紫外線光源20a，20b，20c整個位於凹穴25a，25b，25c內，而且實際上是整個位於管內壁70內，若將管子10視為沒有凹穴存在，則可說是整個位於管內半徑內。在本實施方式中，紫外線光源20a，20b，20c的數量與凹穴25a，25b，25c的數量相同，因此每一個凹穴25a，25b，25c各容納一個紫外線光源20a，20b，20c。例如也可以另外增設其他的凹穴，或是在一個凹穴內容納一個以上的紫外線光源，例如容納一串紫外線光源。

此外，第2圖中的凹穴25a，25b，25c的形狀與紫外線光源20a，20b，20c的形狀適配，因此紫外線光源整個位於凹穴形成的空腔內，不會向外伸出。

第2圖中的3個紫外線光源20a，20b，20c是以對稱方式設置在圓形玻璃管10內，也就是說，這些紫外線光源排列成一個等邊三角形，其中紫外線光源20a，20b，20c分別位於三角形的一個頂點。由於凹穴25a，25b，25c是向內伸入，因此紫外線光源必須以較短的路徑穿過管壁，以到達管子的內部40，也就是待殺菌之介質所在的位置。這種造型及配製方式有利用形成盡可能均勻的紫外線分佈及很高的輻射密度，而且可以在很大程度上避免通常會在紫外線光源之間出現的最低輻射強度。

當然管子的斷面形狀、凹穴的數量、以及紫外線的數量均可不同於第2圖顯示的情況。

在第2圖的實施方式中，除了凹穴25a，25b，25c外，還可以在玻璃管(10)內設置一或多個缺口(未繪出)。這些缺口最好不是用來容納紫外線光源，而是其他的元件(例如傳感器)。

第2圖中還有一個反射器30，其作用是將向外射出的紫外線反射回玻璃管10。本發明對反射器30的種類、形狀、大小及構造並無特別的限制。反射器30可以是任何種類的塗有反射光線之塗層的表面，例如反射膜或鏡子。在本實施方式中，反射器30是環繞整個裝置。反射器30的形狀為圓形，並緊靠在管外壁60上。3個凹穴25a，25b，25c的構造方式使位於其內的紫外線光源20a，20b，20c整個被凹穴25a，25b，25c容納住，因而朝管子10之內部的方向移動，而不會向外伸出，這樣就可以將反射器30直接設置在管外壁60上。這種構造方式可以達到一種特別簡單的反射器造型，也就是說反射器30直接位於管子10上，而且被管子10支撐及穩定住。也可以直接將反射器固定在管子10上，或是塗覆在管子10上。由於整個裝置都被一根管子環繞住，同時這個管子又具有反射器的作用並直接緊靠在管子10上，因此本實施方式可以使本發明的裝置的構造變得特別簡單。一種特別有利的方式是，反射器30是一個直接設置在管子10上的反射紫外線的塗層，例如以蒸鍍形成的塗層。

第3圖以示意方式顯示本發明的另外一種實施方式的斷面圖，其中管子10具有3個紫外線光源20a，20b，20c及反射器30a，30b。第3圖的實施方式與第2圖類似，不同之處是每一個紫外線光源20a，20b，20c都有另外配備一個反射器30a(30.1，30.2，30.3)。

本發明對於配屬於紫外線光源20a，20b，20c之反射器30a(30.1，30.2，30.3)的形狀、大小及構造方式並無限制。在本實施方式中，反射器30.1，30.2，30.3的形狀為截球形。第3圖中的3個反射器30.1，30.2，30.3的大小及形狀均相同。但並非一定要如此，也就是說配屬於紫外線光源20a，20b，20c的反射器的大小及形狀也可以是互不相同的。

除了環繞3個紫外線光源20a，20b，20c設置的3個反射器30a(30.1，30.2，30.3)之外，還有一個環繞管子10並被管子10支撐及穩固住的反射器30b。也可以直接將反射器固定在管子10上，或是以紫外線反射塗層的形式塗覆在管子10上。

由於設置在凹穴25a，25b，25c內的紫外線光源20a，20b，20c是位於(沒有凹穴的)管內壁60內，因此紫外線必須走較短的路徑到達管子內部40，也就是待殺菌之介質所在的位置。因此在到達管子內部之前會先被反射器反射的紫外線所佔的比例會大幅降低，也就是說紫外線的損耗會減少很多，因此可以達到更充分利用紫外線的效果。

與第3圖類似的第4圖是以示意方式顯示本發明的另外一種實施方式的斷面圖，其中對紫外線透明的玻璃管為圓形且具有3個紫外線光源，其中在玻璃管的內部設有一個反射器，同時在玻璃管的外面另外為每一個紫外線光源設置一個反射器。當然在凹穴25a，25b，25c的範圍並未設置內部反射器。其他部分則與第3圖的實施方式相同。

第5a圖顯示本發明之裝置的一種實施方式的三度空間示意圖。管子10被安裝在一個管路系統內，例如安裝在金屬管100.1及金屬管100.2之間。管子10是以對紫外線透明的玻璃製成，並具有容納紫外線光源20a，20b，20c…的凹穴25a，25b，25c…。第5b圖顯示第5a之管子10的一個三度空間示意圖，其中管子10具有多個紫外線光源20a，20b，20c…，而且這些紫外線光源均經由接線22與一個電源連接。

本發明對於所使用之對紫外線透明的玻璃並無特別的限制。第6圖顯示3種有利的對紫外線透明之玻璃的紫外線透過率曲線圖。這個曲線圖顯示的是若干有利的對紫外線透明之玻璃的透過率(%)與波長(nm)的關係。第6圖顯示的是玻璃1、玻璃2及玻璃3對紫外線的透過率。

第1圖至第6圖只是用於說明若干可能的實施方式。但是這些實施方式僅是作為例子之用，並不會對本發明之範圍有任何限制。因此本發明當然存在其他可能的實施方式。

10．．．玻璃管

14．．．先前技術之管路系統

17．．．先前技術之紫外線照射裝置

20a、20b、20c．．．紫外線光源

22．．．接線

25a、25b、25c．．．凹穴

30、30a、30b、30.1、30.2、30.3．．．反射器

36．．．先前技術之紫外線發光二極體

40．．．管子內部

60．．．管外壁

70．．．管內壁

100.1、100.2．．．金屬管

以下將配合圖式對本發明做一詳細的說明，但是本發明並並不受這些圖式的任保限制。

第1a，b及c圖：以示意方式分別顯示先前技術DE 10 2010 005 893 A1之第6b，6c及6d圖之實施方式的斷面圖。
第2圖：以示意方式顯示本發明的一種實施方式的斷面圖，其中對紫外線透明的玻璃管為圓形且具有3個紫外線光源及一個反射器，其中這3個紫外線光源分別位於一個凹穴內，其中反射器將玻璃管及紫外線光源環繞住。
第3圖：以示意方式顯示本發明的另外一種實施方式的斷面圖，其中對紫外線透明的玻璃管為圓形且具有3個紫外線光源，其中在玻璃管的外面設有一個反射器，而且每一個紫外線光源都另外配有一個反射器。
第4圖：以示意方式顯示本發明的另外一種實施方式的斷面圖，其中對紫外線透明的玻璃管為圓形且具有3個紫外線光源，其中在玻璃管的內部設有一個反射器，同時在玻璃管的外面另外為每一個紫外線光源設置一個反射器。
第5a圖：本發明之裝置的一種實施方式的三度空間示意圖。
第5b圖：本發明的一個具有多個紫外線光源之對紫外線透明的玻璃管的一種實施方式的三度空間示意圖。
第6圖：3種有利的對紫外線透明之玻璃對不同波長之透過率(透過率曲線圖)的曲線圖。