TWI411465B - 具紫外光發射器之流體純化系統 - Google Patents

Description

具紫外光發射器之流體純化系統

本發明係關於一種利用紫外(UV)光來純化流體的系統，特定言之，係關於一種利用安裝於多孔板上之紫外光發射器來純化流體的系統。

有些流體，像是日常生活所使用的水和空氣，可能受到微生物的汙染。微生物出現在流體內，例如飲用水中，對消費者的健康可能造成不良的影響。在流體被消耗之前，必須把流體中的微生物消滅。

一種純化流體的方法是使用由紫外光發射器所發射的紫外(UV)光。波長範圍在260到280 nm的紫外光會被例如細菌和病毒等微生物的DNA、RNA和蛋白質吸收，造成其基因損傷而被消滅。

目前已有利用紫外光來純化流體的系統。然而，這些習知的利用紫外光來純化流體的系統要求流體具有良好的穿透率。就使用紫外光來處理流體的方面而言，穿透率係指紫外光穿過流體的能力，或更明確言之，係指從流體之一給定點所能量測到之一給定之紫外光的量的部分。目前，市售的UV流體純化系統要求至少要有75%的紫外光穿透到與紫外光發射器相距1 cm之處。流體愈混濁，其穿透率低愈低。低流體穿透率會降低微生物曝露於紫外光中的量，而影響習知系統消滅這些微生物的效率。

因此需要有一種流體純化系統，其即使在低穿透率的流體中，亦能有效率地工作。

本發明提供一種利用安裝在多孔板上的紫外光發射器之用於純化流體的系統。

在一具體實施例中，於一容器中設置上面安裝了紫外光發射器的多孔板。要被純化的流體通過多孔板上的孔洞。紫外光發射器安裝於非常靠近該等孔洞之處。多孔板上的孔洞的尺寸係設計成使流體中的微生物能夠很靠近由紫外光發射器所發射的紫外光。當流體濁度很高而造成紫外光穿透率很低時，使微生物貼近於紫外光發射器之處曝露，可確保微生物吸收足以使其被消滅的紫外光的量。

在另一具體實施例中，本發明進一步採用一回授式功率控制單元及回授單元來控制供應至紫外光發射器的功率。該等回授單元提供關於該流體之物理性質的資料給該回授式功率控制單元。回授式功率控制單元根據收到的資料，例如流體的流率和流體內的紫外光強度，來改變供應到紫外光發射器的功率大小。

在另一具體實施例中，本發明於該容器的壁面上設置紫外光反射屏來提高其內的紫外光強度。

圖1顯示一依據本發明之一具體實施例之流體純化系統100之圖式。圖中顯示有二個多孔板104設置於容器102內。多孔板104的表面上有安裝紫外光發射器。在本發明之一具體實施例中，多孔板104可修改成能夠裝到任何其它的容器中。例如，可將多孔板104修改成能夠裝到圓柱形的水管中。容器102具有一入口106及一出口108。流體從入口106進入容器102並通過多孔板104上的孔洞。該流體可為空氣、水或任何其它液體或氣體。前述紫外光發射器可為紫外光發光二極體(LED)，例如Sensor Electronic Technology Inc.所製造的UVTOP LED。

流體中的微生物在通過多孔板104上的孔洞時，會曝露在紫外光發射器所發射的紫外光中。紫外光被微生物的DNA、RNA和蛋白質所吸收。紫外光造成微生物基因失調而被消滅。多孔板104使微生物的前面和後面都曝露在紫外光中。

在本發明之一具體實施例中，使用回授式功率控制單元及回授單元來控制供應至紫外光發射器(圖1未顯示)的功率大小。該等回授單元提供關於流體物理性質的資料給該回授式功率控制單元。回授式功率控制單元根據收到的資料來改變供應至紫外光發射器的功率大小。

系統100亦包含紫外光反射屏110。紫外光反射屏110蓋住容器102的壁面。任何入射到紫外光反射屏110的紫外光都會被反射回到容器102中，而使容器102內部的紫外光密度提高。在本發明之一具體實施例中，該等紫外光反射屏110係以鋁製造。

圖2為一依據本發明之一具體實施例之安裝於其表面上的紫外光發射器202的多孔板104的正面圖。紫外光發射器202以陣列的形式配置於多孔板104的表面上。多孔板104上有孔洞讓流體通過。在本發明之一具體實施例中，多孔板104可為一印刷電路板(PCB)。在本發明之另一具體實施例中，多孔板104為一金屬核心印刷電路板(MCPCB)。MCPCB的金屬核心使其成為熱的良導體。金屬核心有效地把紫外光發射器202所產生的熱量傳導到散熱器。將熱量有效的傳導到散熱器使紫外光發射器202維持在理想的操作溫度範圍內，而提高系統100的效率。LED需要較低的溫度以便有效率地操作，較佳的溫度範圍為20℃到60℃。

在本發明之一具體實施例中，孔洞204為方形。孔洞204讓流體通過而使流體中的微生物曝露在紫外光中。孔洞204的尺寸決定了微生物靠近紫外光發射器202的程度。孔洞204的尺寸取決於紫外光發射器202的紫外光發射能力。高功率紫外光發射器202使用較大的孔洞204的尺寸，低功率紫外光發射器202使用較小的孔洞204的尺寸。

在本發明之一具體實施例中，兩相鄰紫外光發射器202之間的距離，以下稱為間距，為10公釐(mm)。紫外光發射器202之此一10 mm的小間距表示微生物更靠近紫外光。紫外光發射器202的間距取決於紫外光發射器202的紫外光發射能力。高功率紫外光發射器202使用大間距，低功率紫外光發射器202使用小間距。10 mm的間距保證不論何時，微生物離紫外光發射器202的距離不超過5 mm。如此保證微生物吸收充分的紫外光。多孔板104上密集地安裝紫外發射器202可進一步提高微生物在紫外光中的曝露程度。

在本發明之一具體實施例中，使用絕緣窗口來隔離紫外光發射器202和流體。絕緣窗口防止因為與流體發生電接觸所引起的短路，以及保護結構免受污染。絕緣窗口有助於紫外光穿透到流體中。在本發明之一具體實施例中，多孔板104被一絕緣層蓋住。該絕緣窗口及絕緣層可以用石英、二氧化矽及玻璃之一製造。

圖3以方塊圖說明依據本發明之回授式功率控制單元302、回授單元304a和304b以及紫外光發射器202之間的交互作用。回授式功率控制單元302用於控制供應至紫外光發射器202的功率大小。回授式功率控制單元302從回授單元304a和304b得到輸入，據以改變供應至紫外光發射器202的功率大小。回授單元304a和304b提供流體的流動資料和紫外光的強度資料給回授式功率控制單元302。

在本發明之一具體實施例中，回授單元304a係一裝在多孔板104上面的流體流動感測器。回授單元304a量測容器102內的流率，並提供流體流動資料給回授式功率控制單元302。例如，當沒有流體流動時，回授式功率控制單元302會關掉紫外光發射器202的電源。流體開始流動時，回授單元304a會通知回授式功率控制單元302此一流動，回授式功率控制單元302便打開紫外光發射器202的電源。回授式功率控制單元302根據流體的流動調整供應至紫外光發射器202的功率大小。若流體的流動增加，則流體在容器內102停留的時間縮短。如此會降低微生物所吸收的紫外光的量。因此，隨著流體的流率增加，必須供應更多的功率至紫外光發射器202，來提高紫外光發射器202所產生的紫外光強度。同理若流體的流率減小，則流體在容器內102停留的時間增加；結果微生物吸收超過需要的紫外光的量。因此，隨著流體的流率減小，必須供應較少的功率至紫外光發射器202，來減小紫外光發射器202所產生的紫外光強度，藉此節省電功率。

在本發明之一具體實施例中，回授單元304a藉由量測多孔板104的溫度改變來累積關於流體的流動資訊。紫外光發射器202使多孔板104溫度上升。沒有流體流動時，多孔板104的溫度維持不變。當流體開始流動，多孔板104的溫度會下降。回授單元304a根據流體的溫度下降情形來量測流體的流動，並提供該流體流動的資料給回授式功率控制單元302。

在本發明之另一具體實施例中，回授單元304a藉由量測多孔板104的應變來計算流體流動資料。流體流動時造成多孔板104的不同部位產生不同的應變。回授單元304a量測這些應變，並利用它們的值來計算流體流動資料。

在本發明之一具體實施例中，回授單元304b係裝在容器102內部的紫外光感測器。回授單元304b量測其所在位置的紫外光強度，並提供該紫外光強度資料給回授式功率控制單元302。紫外光發射器202的紫外光輸出會隨著時間變化。回授單元304b藉由量測紫外光的強度來確認系統100功能正常且性能符合要求。容器102內不同的部位具有不同的紫外光強度，因為容器102內不同部位的流體濁度不同。回授單元304b藉由量測容器102內部的紫外光強度來追蹤流體的濁度。回授式功率控制單元302根據回授單元304b所提供的紫外光強度資料來調整供應至紫外光發射器202的功率。藉此，可根據容器102內不同部位的紫外光強度來調整由紫外光發射器202所產生的紫外光強度。

圖4顯示一依據本發明之一具體實施例之僅具有一個多孔板之流體純化系統400之圖式。圖中顯示容器402內有一個上面安裝了紫外光發射器的多孔板404。容器402具有一入口406及一出口408。流體從入口406進入，通過多孔板404上的孔洞，從出口408離開容器402。從安裝在多孔板404上的紫外光發射器所發射的紫外光將流體中的微生物消滅。紫外光反射屏410將任何入射到其上的紫外光反射回容器402中。

圖5顯示一依據本發明之一具體實施例之具有四個多孔板之流體純化系統500之圖式。圖中顯示容器502內有四個上面安裝了紫外光發射器的多孔板504。容器502具有一入口506及一出口508。流體從入口506進入，通過多孔板504上的孔洞，從出口508離開容器502。從安裝在多孔板504上的紫外光發射器所發射的紫外光將流體中的微生物消滅。紫外光反射屏510將任何入射到其上的紫外光反射回容器502中。

此一使用紫外光發射器來純化流體的系統具有下列優點：微生物受紫外光發射器照射的量較大，因為微生物的前面和後面都均勻地曝露於紫外光中。

藉由根據回授單元提供給回授式功率控制單元來改變供應至紫外光發射器的功率，可達成有效率地使用電力。紫外光LED發射紫外光的壽命更長。

利用要被純化的流體作為紫外光發射器的冷卻劑。流體使紫外光發射器維持在理想的操作溫度範圍內。

利用MCPCB的金屬核心，可有效地把從紫外光發射器發出的熱量傳導散熱器。金屬核心使紫外光發射器維持在理想的操作溫度範圍內。

可獲得容器內關於流體流動的資訊。

可獲得容器內關於紫外光強度的資訊。雖然前述已顯示且說明本發明之特定具體實施例，但熟悉本技術者應能明白，可以作各種不同的變化與修改，並不背離本發明之更廣泛意旨，因此，後附申請專利範圍將以其範疇將所有這些變化與修改涵蓋在本發明之真正精神與範疇之內。

100．．．流體純化系統

102．．．容器

104．．．多孔板

106．．．入口

108．．．出口

110．．．紫外光反射屏

202．．．紫外光發射器

204．．．孔洞

302．．．回授式功率控制單元

304a．．．回授單元

304b．．．回授單元

400．．．流體純化系統

402．．．容器

404．．．多孔板

406．．．入口

408．．．出口

410．．．紫外光反射屏

500．．．流體純化系統

502．．．容器

504．．．多孔板

506．．．入口

508．．．出口

510．．．紫外光反射屏

圖1顯示一依據本發明之一具體實施例之流體純化系統之圖式。

圖2為一依據本發明之一具體實施例之安裝於其表面上的紫外光發射器的多孔板的正面圖。

圖3以方塊圖說明依據本發明之回授式功率控制單元、回授單元及紫外光發射器等之間的交互作用。

圖4顯示一依據本發明之一具體實施例之僅具有一個多孔板之流體純化系統之圖式。

圖5顯示一依據本發明之一具體實施例之具有四個多孔板之流體純化系統之圖式。

各圖中以相同的數字代表相似或完全相同的元件。

100．．．流體純化系統

102．．．容器

104．．．多孔板

106．．．入口

108．．．出口

110．．．紫外光反射屏

Claims (9)

1. 一種用於純化一流體之系統，其包含：一多孔板(perforated)，其具有一面，該面中具有容許該流體通過之複數個開口；複數個紫外光(UV)發光二極體，其安裝於該面上且分佈於該面上，使得通過各該開口之流體受到位於各該開口旁之至少一個紫外光(UV)發光二極體所照射，以使該通過各該開口之流體曝露於紫外光輻射上；一具有至少一入口及至少一出口供該流體進出之容器，該容器容納該多孔板；至少一個流體流動感測器，其安裝於該多孔板上，用於偵測該通過該複數個開口之流體之一流率；及一回授式功率控制單元，其經連接以自該至少一個流體流動感測器接收流體流動的信號，該回授式功率控制單元供應可變的功率至該一或多個紫外光發光二極體，其中供應至該等紫外光發光二極體之功率量係與由該至少一個流體流動感測器所偵測到的該流率有關。
2. 如請求項1之系統，其中該一或多個多孔板係印刷電路板(PCB)。
3. 如請求項1之系統，其中該一或多個紫外光發光二極體係以陣列的形式配置。
4. 如請求項1之系統，其進一步包含一或多個絕緣窗口，該一或多個絕緣窗口將該一或多個紫外光發光二極體與該流體隔離。
5. 如請求項4之系統，其中該一或多個絕緣窗口係以選自於 由石英、二氧化矽及玻璃所組成群組之一的材料做成。
6. 如請求項1之系統，其中該容器之壁面被一或多個紫外光反射屏覆蓋。
7. 如請求項1之系統，其中該一或多個流體流動感測器量測該多孔板的溫度變化。
8. 如請求項1之系統，其中該一或多個流體流動感測器量測該多孔板的應變。
9. 如請求項1之系統，其進一步包含該容器內之一回授單元，其中該回授單元包含一或多個紫外光感測器，該一或多個紫外光感測器提供紫外光強度資料給該回授式功率控制單元。