TWI547443B - 紫外線殺菌裝置 - Google Patents

Description

紫外線殺菌裝置

本發明是有關於一種紫外線殺菌裝置，且特別是有關於一種以發光二極體為光源的紫外線殺菌裝置。

紫外線殺菌主要是利用適當波長的紫外線來破壞微生物機體細胞中的去氧核糖核酸(DNA)與核糖核酸(RNA)的分子結構，進而達到殺菌的效果。紫外線殺菌的有效波長範圍主要可分為四個不同的波段：波長介於100奈米至200奈米之間的真空紫外線(VUV)、波長介於200奈米至280奈米之間的深紫外線(UVC)、波長介於280奈米至315奈米之間的中紫外線(UVB)以及波長介於315奈米至400奈米之間的近紫外線(UVA)。

通常而言，以具有紫外線殺菌功能的飲水設備為例，內部會配置有紫外線發光二極體，藉以獲得殺菌消毒時所需的紫外線。然而，在紫外線發光二極體運行時，其發光效率會受到環境溫度升高的影響而下降，不僅浪費電力也會產生更多熱。倘若紫外線發光二極體運行時所產生的熱無法有效地傳導至外界，其發光效率勢必大幅下滑，進而造成使用壽命的縮減以及殺菌效果不彰。

本發明提供一種紫外線殺菌裝置，其具有良好的殺菌效果與散熱效果。

本發明提出一種紫外線殺菌裝置，適於組裝至容器。紫外線殺菌裝置包括本體、發光元件以及散熱元件。本體可拆卸地組裝至容器的開口，以與容器內的流體接觸。發光元件設置於本體，並發出紫外線以照射容器內的流體。散熱元件設置於本體內，並與發光元件熱耦接。本體暴露出散熱元件的部分，以使散熱元件與容器內的流體接觸。

在本發明的一實施例中，上述的紫外線殺菌裝置更包括開關元件。開關元件設置於本體，並與發光元件電性耦接。當本體組裝至容器的開口時，容器致動開關元件。

在本發明的一實施例中，上述的紫外線殺菌裝置更包括控制器以及感測模組。控制器設置於本體，並與開關元件及發光元件電性耦接，用以控制發光元件發出紫外線。感測模組設置於本體，並與控制器電性耦接。

在本發明的一實施例中，上述的感測模組包括運動感測器，用以偵測本體組裝至容器後的傾斜狀態。

在本發明的一實施例中，上述的運動感測器包括重力感測器。

在本發明的一實施例中，上述的運動感測器包括方向感測器。

在本發明的一實施例中，上述的感測模組包括流體感測器，用以偵測容器內是否存放有流體。

在本發明的一實施例中，上述的感測模組包括流體存量感測器，用以偵測容器內的流體存量。

在本發明的一實施例中，上述的紫外線殺菌裝置更包括定位件。定位件連接本體。本體位於定位件與發光元件之間。定位件具有至少一定位部。定位部位於本體的一側。當本體組裝至容器的開口時，容器中靠近開口的部分位於定位部與本體之間。

在本發明的一實施例中，上述的紫外線殺菌裝置更包括透光蓋。透光蓋罩覆於本體的凹陷上，其中發光元件位於凹陷內，且發光元件所發出紫外線適於穿過透光蓋以照射容器內的流體。

本發明的一實施例中，上述的散熱元件包括與發光元件連接的第一端部以及與流體接觸的第二端部。

本發明的一實施例中，上述的第一端部暴露於凹陷內的表面積和發光元件與第一端部接觸的面積的比值小於20。

本發明的一實施例中，上述的本體與流體接觸的面積和第二端部與流體接觸的面積比值小於20。

基於上述，本發明的紫外線殺菌裝置可透過散熱元件將發光元件運行時所產生的熱傳導至容器內的流體，以降低發光元件的操作溫度，進而提高發光元件的發光效率。另一方面，容器內的流體會因熱而產生熱對流，因此發光元件所發出的紫外線可均勻地照射容器內的流體，藉以消滅流體中的細菌或其他微生物。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是本發明一實施例的紫外線殺菌裝置的示意圖。請參考圖1，在本實施例中，紫外線殺菌裝置100適於組裝至容器10，以對存放於容器10內的流體20進行殺菌的動作。舉例來說，容器10例如是人們可隨身攜帶的水壺或其他類似的容器，而流體20例如是水、牛奶、果汁或其他的液體。

紫外線殺菌裝置100包括本體110、發光元件120以及散熱元件130。本體110例如是由防水材料所構成，其可拆卸地組裝至容器10的開口11。本體110可具有凹陷111。發光元件120設置於本體110，且位於凹陷111內。發光元件120可為至少一個紫外線發光二極體，相較與習知的汞燈燈管而言，紫外線發光二極體的體積較小，使得紫外線殺菌裝置100能滿足小型化的設計需求，有利於使用者隨身攜帶。發光元件120適於發出波長介於200奈米至400奈米之間的紫外線L。較佳地，發光元件120適於發出波長介於200奈米至280奈米之間的紫外線L，即深紫外線。由於微生物機體細胞對於波長介於260奈米至280奈米之間的紫外線的吸收率較佳，因此可具有較佳的殺菌效果。此處，凹陷111的壁面可塗佈有高反射材料或高散射材料，以使發光元件120發出的紫外線L能被有效地反射或散射向流體20。圖1示意地繪示出一個散熱元件130以及一個發光元件120，在其他實施例中，散熱元件130以及發光元件120的數量可分別為多個。

另一方面，散熱元件130設置於本體110內，並與發光元件120熱耦接。散熱元件130例如是內埋於本體110，其中散熱元件130包括一與發光元件120相連接的第一端部131以及一與流體20接觸的第二端部132。具體來說，第一端部131可部分暴露於凹陷111的底部，以與發光元件120相連接。第二端部132可部分暴露於本體110與容器10內的流體20接觸的壁面，以與流體20接觸。舉例來說，散熱元件130的第一端部131可為一塗佈有高導熱材料層的電路板，其中高導熱材料層的材質可以是銅、鋁、其他導熱性佳的金屬或其合金，或者是類鑽碳、奈米碳或其他導熱性佳的高分子材料。第二端部132可為一高導熱材料體，可以是銅、鋁、其他導熱性佳的金屬或其合金，或者是類鑽碳、奈米碳或其他導熱性佳的高分子材料。在本實施例中，第二端部132例如是與第一端部131一體成型。在其他實施例中，第二端部132可以是透過焊接、黏合、鎖合或卡接等方式組裝至第一端部131，本發明對此不加以限制。

如此一來，發光元件120運行時所產生的熱，便能透過與散熱元件130的熱耦接而傳導至流體20，以降低發光元件120的操作溫度，使發光元件120的發光效率不會受到操作溫度升高的影響而下降，有助於提高發光元件120的發光效率。另一方面，流體20會因散熱元件130傳導至流體20的熱在容器10內產生熱對流而擾動，使得發光元件120所發出的紫外線L能均勻地照射流體20，藉以消滅流體20中的細菌或其他微生物。特別說明的是，第一端部131暴露於凹陷111底部的表面積和發光元件120與第一端部131接觸的面積的比值小於20，較佳地，比值小於10。換言之，在使發光元件120與第一端部131接觸的面積增加的情況下，有助於提高發光元件120所產生的熱傳導至散熱元件130的效率。另一方面，本體110與流體20接觸的壁面的面積和第二端部132與流體20接觸的面積比值小於20，較佳地，比值小於10。換言之，在使第二端部132與流體20接觸的面積增加的情況下，有助於提高將發光元件120所產生的熱傳導至流體20的效率，以使流體20的熱對流作用更為顯著。

在本實施例中，紫外線殺菌裝置100更包括透光蓋140。透光蓋140罩覆於本體110的凹陷111上。舉例來說，透光蓋140可透過防水膠固定於本體110上，或者是在透光蓋140與本體110間的連接處設置有密封件，藉以避免流體20滲入凹陷111內。因此，當本體110組裝至容器10的開口11時，透光蓋140會與流體20接觸，而發光元件120所發出的紫外線L適於穿過透光蓋140以照射流體20。此處，透光蓋140為一平板型式，但於未繪出的實施例中，透光蓋140可依容器10的不同而有對應的光學設計，使得發光元件120所發出的紫外線L能於穿過透光蓋140後更均勻地照射至流體20。舉例來說，若容器10為一圓筒狀，可使透光蓋140為一凹透鏡，藉以讓穿過透光蓋140後的紫外線L可更分散且均勻地照射至流體20。若容器10是一細管狀，可使透光蓋140為一凸透鏡，藉以讓穿過透光蓋140後的紫外線L以更集中地照射至流體20。

圖2是圖1的紫外線殺菌裝置的電路示意圖。請參考圖1與圖2，紫外線殺菌裝置100更包括開關元件150，例如是機械開關。開關元件150設置於本體120的壁面，並與發光元件120電性耦接。當本體120組裝至容器10的開口11時，其定義出開口11的端部12會致動開關元件150，以使位於本體120的一供應電源(例如電池，圖未繪示)處於導通狀態，以控制發光元件120的開關。特別說明的是，此時的紫外線殺菌裝置100與容器10呈密合狀態，故容器10內的流體20不會自紫外線殺菌裝置100與容器10的接合處流出。具體而言，紫外線殺菌裝置100更包括控制器160以及感測模組170。控制器160與感測模組170分別設置於本體120，其中控制器160與開關元件150及發光元件120電性耦接。更具體而言，開關元件150例如是透過控制器160與發光元件120電性耦接，因此發光元件120並不會在容器10致動開關元件150時便立即發出紫外線L，而是由控制器160加以控制。在容器10致動開關元件150時，發光元件120是否發出紫外線L的運作機制，說明如下。

感測模組170與控制器160電性耦接，其適於偵測本體110的傾斜狀態以及容器10內是否存放有流體20。在本實施例中，感測模組170包括運動感測器171以及流體感測器172。運動感測器171可以是重力感測器(G-sensor)或方向感測器(orientation sensor)，用以偵測感測本體110組裝至容器10後的傾斜狀態。具體而言，重力感測器能偵測出本體110在X軸向、Y軸向以及Z軸向上的重力分量，而方向感測器能偵測出本體110在X軸向、Y軸向以及Z軸向上的旋轉角度變化量，藉以確保本體110非傾斜地組裝於容器10上，使流體20位於本體110的頂上(atop)。如此一來，發光元件120所發出的紫外線L便能不偏斜地照射至流體20。也就是說，透過運動感測器171的感測，能確保發光元件120所發出的紫外線L的光軸與容器10的開口截面的一法向量平行，避免紫外線L斜射出容器10而造成殺菌不均，或者對人體的危害。另一方面，流體感測器172可透過接觸式或非接觸式的偵測方式，用以偵測容器10內是否存放有流體20。此處，流體感測器172例如是接觸式流體感測器，透過流體感測器172與流體20接觸時直接產生的物理或化學上的變化，以判斷容器10內是否有流體20的存放。

在運動感測器171偵測到流體20位於本體110的頂上，且流體感測器172偵測容器10內存放有流體20後，運動感測器171與流體感測器172會分別傳送感測訊號至控制器160，接收前述感測訊號的控制器160才會發出相應的控制訊號至發光元件120，以控制發光元件120發出紫外線L照射容器10內的流體20。此種防誤動作的機制可避免本體110傾斜於容器10(即流體20不位於本體110的頂上)，或是在容器10內不存放有流體20時，誤使發光元件120發出紫外線L，甚而照射至使用者，故可大幅降低使用者操作紫外線殺菌裝置100時的風險。

以下將列舉其他實施例以作為說明。在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。

圖3是本發明另一實施例的紫外線殺菌裝置的示意圖。圖4是圖3的紫外線殺菌裝置的電路示意圖。請參考圖3與圖4，本實施例的紫外線殺菌裝置100A與上述實施例的紫外線殺菌裝置100大致相似，兩者之間的主要差異在於：紫外線殺菌裝置100A的感測模組170a更包括流體存量感測器173。也就是說，感測模組170a不僅能偵測本體110的傾斜狀態以及容器10內是否存放有流體20，亦能偵測容器內10的流體20的存放量。

詳細而言，流體存量感測器173可為一壓力感測器，透過偵測容器10內的流體20施加於本體110上的壓力，進而換算出容器內10的流體20的存放量。舉例來說，偵測所得的壓力值可以是直接由流體存量感測器173換算出相應的存放量，再將換算所得的存放量傳送控制器160。又或者是，先將偵測所得的壓力值傳送至控制器160，再由控制器160換算出相應的存放量。藉此，控制器160便能依據容器內10的流體20的存放量來控制發光元件120的運行時間(即發出紫外線L以照射容器10內的流體20的時間)，以有效率地對容器10內的流體20進行殺菌的動作，有助於節省電力。在另一實施例中，流體存量感測器173可為一感光耦合元件(charge-coupled Device, CCD)，透過偵測容器10內的流體20影像，進而換算出容器內10的流體20的存放量。特別說明的是，流體存量感測器173與流體感測器172可以整合為同一模組，可同時具備偵測容器內10存放有流體20與否以及流體20的存放量等功能，使紫外線殺菌裝置100A更便於使用者攜帶。

圖5是本發明又一實施例的紫外線殺菌裝置的示意圖。請參考圖5，本實施例的紫外線殺菌裝置100B與上述實施例的紫外線殺菌裝置100大致相似，兩者之間的主要差異在於：紫外線殺菌裝置100B更包括定位件180，以使本體110與容器10穩固地組裝在一起。

詳細而言，定位件180連接本體110，且本體110位於定位件180與發光元件120之間。另一方面，定位件180具有至少一定位部181(圖5示意地繪示出兩個)，且位於本體110的一側，。在另一實施例中，定位部181可為一環狀結構，惟本發明對於定位部的幾何外形不多作限制。當本體110組裝至容器10的開口11時，端部12例如是位於定位部181與本體110之間。換言之，當本體110組裝至容器10的開口11時，容器10的端部12抵靠於定位件180上，且夾持於定位部181與本體110之間，因而有助於提高本體110與容器10組裝時的穩定度。舉例來說，定位件180具有止滑效果，例如是使用止滑材料或是在定位件180外表面上形成有止滑圖案(例如表面粗糙化)，藉以防止組裝在一起的紫外線殺菌裝置100B與容器10輕易地分離開來。

綜上所述，本發明的紫外線殺菌裝置可透過散熱元件將發光元件運行時所產生的熱傳導至容器內的流體，以降低發光元件的操作溫度，進而提高發光元件的發光效率。另一方面，容器內的流體會因熱而產生熱對流，因此發光元件所發出的紫外線可均勻地照射容器內的流體，藉以消滅流體中的細菌或其他微生物。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10：容器 11：開口 12：端部 20：流體 100、100A、100B：紫外線殺菌裝置 110：本體 111：凹陷 120：發光元件 130：散熱元件 131：第一端部 132：第二端部 140：透光蓋 150：開關元件 160：控制器 170、170a：感測模組 171：運動感測器 172：流體感測器 173：流體存量感測器

180‧‧‧定位件

181‧‧‧定位部

L‧‧‧紫外線

圖1是本發明一實施例的紫外線殺菌裝置的示意圖。 圖2是圖1的紫外線殺菌裝置的電路示意圖。 圖3是本發明另一實施例的紫外線殺菌裝置的示意圖。 圖4是圖3的紫外線殺菌裝置的電路示意圖。 圖5是本發明又一實施例的紫外線殺菌裝置的示意圖。

10：容器 11：開口 12：端部 20：流體 100：紫外線殺菌裝置 110：本體 111：凹陷 120：發光元件 130：散熱元件 131：第一端部 132：第二端部 140：透光蓋 150：開關元件 160：控制器 170：感測模組 171：運動感測器 172：流體感測器 L：紫外線

Claims (12)

1. 一種紫外線殺菌裝置，適於組裝至一容器，該紫外線殺菌裝置包括：一本體，可拆卸地組裝至該容器的一開口，以與該容器內的流體接觸，其中該本體具有一凹陷；一發光元件，設置於該凹陷內，並發出一紫外線以照射該容器內的流體；以及一散熱元件，設置於該本體內，並包括一與該發光元件熱耦接的第一端部以及一與部分流體接觸的第二端部，該本體暴露出該散熱元件的第二端部，以使該第二端部與該容器內的流體接觸。
2. 如申請專利範圍第1項所述的紫外線殺菌裝置，更包括：一開關元件，設置於該本體，並與該發光元件電性耦接，當該本體組裝至該容器的該開口時，該容器致動該開關元件。
3. 如申請專利範圍第2項所述的紫外線殺菌裝置，更包括：一控制器，設置於該本體，並與該開關元件及該發光元件電性耦接，用以控制該發光元件發出該紫外線；以及一感測模組，設置於該本體，並與該控制器電性耦接。
4. 如申請專利範圍第3項所述的紫外線殺菌裝置，其中該感測模組包括一運動感測器，用以偵測該本體組裝至該容器後的傾斜狀態。
5. 如申請專利範圍第4項所述的紫外線殺菌裝置，其中該運動感測器包括一重力感測器。
6. 如申請專利範圍第4項所述的紫外線殺菌裝置，其中該運動感測器包括一方向感測器。
7. 如申請專利範圍第3項所述的紫外線殺菌裝置，其中該感測模組包括一流體感測器，用以偵測該容器內是否存放有流體。
8. 如申請專利範圍第3項所述的紫外線殺菌裝置，其中該感測模組包括一流體存量感測器，用以偵測該容器內的流體存量。
9. 如申請專利範圍第1項所述的紫外線殺菌裝置，更包括：一定位件，連接該本體，該本體位於該定位件與該發光元件之間，該定位件具有至少一定位部，該至少一定位部位於該本體的一側，當該本體組裝至該容器的該開口時，該容器中靠近該開口的部分位於該至少一定位部與該本體之間。
10. 如申請專利範圍第1項所述的紫外線殺菌裝置，更包括：一透光蓋，罩覆於該凹陷上，其中該發光元件位於該凹陷內，且該發光元件所發出的該紫外線適於穿過該透光蓋以照射該容器內的流體。
11. 如申請專利範圍第1項所述的紫外線殺菌裝置，其中該第一端部暴露於該凹陷內的表面積和該發光元件與該第一端部接觸的面積的比值小於20。
12. 如申請專利範圍第1項所述的紫外線殺菌裝置，其中該本體與流體接觸的面積和該第二端部與流體接觸的面積比值小於20。