TWI565487B - 殺菌裝置 - Google Patents
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Description
本揭露是有關於一種殺菌裝置，且特別是有關於一種以發光二極體作為殺菌光源的殺菌裝置。
紫外光被發現於1801年，自1877年英國科學家利用紫外光照射殺滅枯草桿菌與芽苞菌證實了紫外光的殺菌能力。波長介於200奈米至280奈米的深紫外光可以直接破壞細菌與病毒中脫氧核醣核酸(DNA)與氧核醣核酸(RNA)的鍵結，殺菌效果與細菌的種類無關，且殺菌效率可以高達99%至99.9%。其中又以波長介於250奈米至270奈米的紫外光的殺菌效果最強。
紫外光殺菌的效果與紫外光的輻射照度、照射時間以及待殺菌物被照射的狀況有關，提升紫外光的輻射照度以及照射時間固然可以提高殺菌效果，但輻射照度分布不均以及照射時間過長都不是設計者與使用者所樂見的。因此，如何在適當的輻射照度與照射時間的條件下提升紫外光的殺菌效率與效果，實為當前亟欲解決的問題之一。
本揭露提供一種殺菌裝置，其以發光二極體作為殺菌光源進行殺菌。
本揭露提供一種殺菌裝置，其適於對一待殺菌液體進行殺菌，此殺菌裝置包括一第一殺菌光源、一第一容器以及一待殺菌液體容器。第一殺菌光源包括一承載器、多個發光二極體封裝以及多個準直元件，其中發光二極體封裝配置於承載器上並且與承載器電性連接，且各準直元件分別配置於對應的發光二極體封裝上。第一容器適於容納第一殺菌光源，且第一容器定義出一第一混光空間。待殺菌液體容器具有一容納待殺菌液體之容納空間，其中第一容器與待殺菌液體容器組裝，以使第一混光空間位於第一殺菌光源與容納空間之間。
基於上述，本揭露之殺菌裝置以發光二極體作為殺菌光源進行殺菌，並設計適當的混光空間以及搭配準直元件的使用，以使殺菌光源所發出的光線能夠更為有效率地照射待殺菌液體，進而達到良好的殺菌效果。
為讓本揭露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。
第一實施例
圖1是本揭露的第一實施例的一種殺菌裝置之示意圖，而圖2是圖1中的第一殺菌光源110的上視示意圖。請參照圖1與圖2，本實施例的殺菌裝置100適於對一待殺菌液體LI進行殺菌，而此待殺菌液體LI例如為水、水溶液或是其他液體。本實施例的殺菌裝置100包括一第一殺菌光源110、一第一容器120以及一待殺菌液體容器130。第一殺菌光源110包括一承載器112、多個發光二極體封裝114以及多個準直元件116，其中發光二極體封裝114配置於承載器112上並且與承載器112電性連接，且各準直元件116分別配置於對應的發光二極體封裝114上。第一容器120適於容納第一殺菌光源110，且第一容器120定義出一第一混光空間122。待殺菌液體容器130具有一能夠容納待殺菌液體LI之容納空間132，其中第一容器120與待殺菌液體容器130組裝，以使第一混光空間122位於第一殺菌光源110與容納空間132之間。在本實施例中，第一殺菌光源110所發出各光線L會在第一混光空間122內充分地混光後才照射於容納空間132內的待殺菌液體LI。
值得注意的是，在待殺菌液體容器130的容納空間132的頂部（即最靠近第一殺菌光源110處），第一殺菌光源110可以提供的最小輻射照度為Amin，而在待殺菌液體容器130的容納空間132的底部（即最遠離第一殺菌光源110處），第一殺菌光源110可以提供的最小輻射照度為Cmin，且Amin與Cmin滿足下列關係式(1)、(2)或(3)： [2×|Amin-Cmin|/(Amin+Cmin)]×100% ＜ 25% ...... (1)； [2×|Amin-Cmin|/(Amin+Cmin)]×100% ＜ 20% ...... (2)； [2×|Amin-Cmin|/(Amin+Cmin)]×100% ＜ 15% ...... (3)。
在本實施例中，容納空間132的深度例如可大於容納空間132的兩倍寬度。具體而言，若前述容納空間132為圓柱狀空間時，其寬度為圓形截面的直徑。若前述容納空間132為多邊形柱狀空間或其他形狀的空間時，則容納空間132的寬度可被定義為多邊形上任兩點間的最大直線距離。此外，在本實施例中，容納空間132的底部可為平面或曲面（例如球面、拋物面等），然本實施例不以此為限。
在本實施例中，第一殺菌光源110中的承載器112例如是一電路板，且此電路板上具有驅動發光二極體封裝114所需的電路，諸如電源積體電路(power IC)、靜電放電保護元件(ESD protector)、與驅動發光二極體封裝114電性連接的線路(wirings)、被動元件等。此外，承載器112上亦可以選擇性設置可攜式電源，例如水銀電池、鋰電池、燃料電池等，用以驅動發光二極體封裝114發光。當然，本實施例亦可向外取電以驅動發光二極體封裝114發光，本實施例不以此為限。
在本實施例中，殺菌裝置100可以是一包含有杯體與杯蓋並且具有殺菌功能的杯子。換言之，殺菌裝置100的第一容器120例如是製作成杯蓋的形式，殺菌裝置100的待殺菌液體容器130例如是製作成杯體的形式，而杯蓋與杯體可以任何形式相互組裝，且杯蓋具有前述的第一殺菌光源110，以對杯體內部所容納的液體進行殺菌的動作。此外，本實施例的殺菌裝置100除了可以應用於杯子中以對待殺菌液體LI進行殺菌之外，本實施例的殺菌裝置100亦可應用於濾水器中以對流經殺菌裝置100的待殺菌液體LI進行殺菌。為了使殺菌裝置100能夠應用於濾水器中，本實施例可於殺菌裝置100的第一容器120以及待殺菌液體容器130上設置多個流體出/入口，以使待殺菌液體LI能夠流經殺菌裝置100而被殺菌(sterilized)。
本實施例的第一容器120以及待殺菌液體容器130可適度反射來自於第一殺菌光源110的光線以期能夠進一步提升殺菌效果。
除了第一殺菌光源110、第一容器120以及待殺菌液體容器130之外，本實施例的殺菌裝置100可進一步包括一與第一容器120組裝之第一光學基板140，其中第一光學基板140分隔第一混光空間122與容納空間132，且第一混光空間122位於第一殺菌光源110與第一光學基板140之間。舉例而言，前述的第一光學基板140例如為一石英基板或是其他對於紫外光具有一定耐受度之透光材質所製作的光學基板。本實施例的第一光學基板140除了能夠允許第一殺菌光源110所發出的光線通過之外，亦能避免第一殺菌光源110與待殺菌液體LI接觸，進而保護第一殺菌光源110。
如圖2所示，本實施例之承載器112具有一中央區域112a以及一周邊區域112b，中央區域112a與周邊區域112b鄰接且被周邊區域112b所環繞。舉例而言，承載器112的形狀例如為圓形，而中央區域112a例如為一圓形區域，且周邊區域112b例如為一環形區域。此外，圓形的中央區域112a與圓形的承載器112二者之圓心重合，且中央區域112a的面積佔承載器112的總面積約25%至40%。
在本實施例中，分佈於中央區域112a內之發光二極體封裝114的數量
少於分佈於周邊區域112b內之發光二極體封裝114的數量。在圖2中，分佈於中央區域112a內之發光二極體封裝114的數量為6個，而分佈於周邊區域112b內之發光二極體封裝114的數量為10個，然本實施例不以此為限。舉例而言，分佈於中央區域112a內之發光二極體封裝114的數量為3個至6個，而分佈於周邊區域112b內之發光二極體封裝114的數量為4個至10個。此外，分佈於中央區域112a內之發光二極體封裝114的排列間距P1例如小於分佈於周邊區域112b內之發光二極體封裝114的排列間距P2。除此之外，本實施例不限定分佈於中央區域112a或周邊區域112b內之發光二極體封裝114必須為多個，分佈於中央區域112a或周邊區域112b內之發光二極體封裝114的數量亦可以為1。
承上述，中央區域112a與周邊區域112b內之發光二極體封裝114的數量、分佈型態以及混光空間122的設計，以能夠增進光線L的分佈均勻度為原則，進而達到均勻照射待殺菌液體LI之目的。
圖3是圖1中的發光二極體封裝114與準直元件116的剖面示意圖。請參照圖3，在本實施例中，各發光二極體封裝114包括一封裝基板114a、至少一發光二極體晶片114b以及一封裝元件114c，其中發光二極體晶片114b配置於封裝基板114a上並且與封裝基板114a電性連接，而封裝元件114c配置於封裝基板114a上以覆蓋住發光二極體晶片114b。舉例而言，封裝基板114a例如為陶瓷電路板(ceramic circuit board)，發光二極體晶片114b例如為紫外光發光二極體晶片，而封裝元件114c例如為玻璃或其他對於紫外光具有一定耐受度(durability)的透光材質。具體而言，本實施例可於發光二極體晶片114b上方覆蓋一玻璃蓋板，並且在玻璃蓋板與發光二極體晶片114b之間填充一光學膠(optical adhesive)，以使發光二極體晶片114b被光學膠所包覆。換言之，前述之封裝元件114c包括玻璃蓋板以及光學膠。然而，在其他實施例中，玻璃蓋板與發光二極體晶片114b之間亦可不填充光學膠。意即，前述之封裝元件114c即為玻璃蓋板。各發光二極體封裝114適於發出一紫外光，且紫外光的波長介於260奈米與285奈米之間（即為深紫外光或UV-C的波段）。
如圖3所示，本實施例的準直元件116例如為一透鏡或其他能夠使發光二極體封裝114所發出的光線L（即紫外光的）準直的光學元件。在本實施例中，前述的透鏡例如是全反射透鏡(TIR-lens)，而其他能夠是光線L準直的光學元件例如是反射杯，且較佳為具有拋物反射面之反射杯。準直元件116能夠提升各個發光二極體封裝114所發出的光線L的指向性。發光二極體封裝114所發出的光線L（即紫外光）經過準直元件116之後不易因過度發散而造成能量耗損，可具有較佳的殺菌效果。更具體而言，本實施例的準直元件116例如可將發光二極體封裝114所發出的光線L之輻射照度提升25%以上。在本實施例中，為了提升準直元件116對於紫外光的耐受度及信賴性(reliability)，可採用石英材質之準直元件116，然本實施例不以此為限。
圖4A是不同殺菌光源設計的示意圖，而圖4B是不同殺菌光源設計的輻射照度與距離的關係圖。請參照圖4A，在圖4A的左側部分，殺菌光源A中並未包含準直元件，且殺菌光源A所發出的光線呈現相當大程度的發散；在圖4A的中間部分，殺菌光源B中包含了準直元件，且經過準直元件的調整後殺菌光源B所發出的光線相對收斂（相較於圖4A的左側部分）；而在圖4A的右側部分，殺菌光源C中包含了準直元件，且經過準直元件後的調整後殺菌光源C所發出的光線更為收斂（相較於圖4A的左側部分與中間部分）。除此之外，在其他可行的實施例中，殺菌光源亦可透過準直元件使其所發出的光線平行出射。
請參照圖4A與圖4B，殺菌光源A所提供的光線L其輻射照度(irradiance)會隨著傳遞距離的增加而急遽下降，因此未包含有準直元件的殺菌光源A其所提供的光線L的傳遞距離十分有限，且殺菌效果亦有限。反觀具有準直元件的殺菌光源B及殺菌光源C，其在輻射照度方面的表現明顯優於殺菌光源A。換言之，具有準直元件的殺菌光源B及殺菌光源C所提供的光線L具有較佳的準直性以及殺菌效果。
第二實施例
圖5是本揭露的第二實施例的一種殺菌裝置之示意圖。請參照圖5，本實施例的殺菌裝置200與第一實施例的殺菌裝置100類似，惟二者主要差異之處在於：本實施例之殺菌裝置200進一步包括一第二殺菌光源150以及一第二容器160，其中第二容器160容納第二殺菌光源150，第二容器160定義出一第二混光空間162，且第二容器160與待殺菌液體容器130組裝，以使待殺菌液體容器130位於第一容器120與第二容器160之間。第二殺菌光源150所發出的光線L會在第二混光空間162內充分地混光後才照射於容納空間132內的待殺菌液體LI。在本實施例中，由於殺菌裝置200同時具有第一殺菌光源110與第二殺菌光源150，因此可使殺菌裝置200的殺菌效果更為優化。
除了前述之差異外，本實施例的殺菌裝置200可進一步包括一與第二容器160組裝之第二光學基板170，其中第二光學基板170分隔第二混光空間162與容納空間132，且第二混光空間162位於第二殺菌光源150與第二光學基板170之間。舉例而言，前述的第二光學基板170例如為一石英基板或是其他對於紫外光具有一定耐受度之透光材質所製作的光學基板。本實施例的第二光學基板170除了能夠允許第二殺菌光源150所發出的光線通過之外，亦能避免第二殺菌光源150與待殺菌液體LI接觸，進而保護第二殺菌光源150。
值得注意的是，本實施例的殺菌裝置200除了可以應用於杯子中以對待殺菌液體LI進行殺菌之外，本實施例的殺菌裝置200亦可應用於濾水器中以對流經殺菌裝置200的待殺菌液體LI進行殺菌。
為了使殺菌裝置200能夠應用於濾水器中，本實施例的第一容器120具有一與容納空間132連通的第一流體出/入口124，且第二容器160具有一與容納空間132連通的第二流體出/入口164，第一流體出/入口124與第二流體出/入口164的設置可使待殺菌液體LI能夠流經殺菌裝置200而被殺菌(sterilized)。舉例而言，前述之第一流體出/入口124例如是貫穿第一殺菌光源110，且第二流體出/入口164例如是貫穿第二殺菌光源150。
綜上所述，本揭露之殺菌裝置以發光二極體作為殺菌光源進行殺菌，並設計適當的混光空間以及搭配準直元件的使用，以使殺菌光源所發出的光線能夠更為有效率地照射待殺菌液體，進而達到良好的殺菌效果。此外，本揭露之殺菌裝置可以快速地被應用於濾水器、水壺、水杯等產品中，十分具有產業利用之價值。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100、200‧‧‧殺菌裝置
110‧‧‧第一殺菌光源
112‧‧‧承載器
112a‧‧‧中央區域
112b‧‧‧周邊區域
114‧‧‧發光二極體封裝
114a‧‧‧封裝基板
114b‧‧‧發光二極體晶片
114c‧‧‧封裝元件
116‧‧‧準直元件
120‧‧‧第一容器
122‧‧‧第一混光空間
124‧‧‧第一流體出/入口
130‧‧‧待殺菌液體容器
132‧‧‧容納空間
140‧‧‧第一光學基板
150‧‧‧第二殺菌光源
160‧‧‧第二容器
162‧‧‧第二混光空間
164‧‧‧第二流體出/入口
170‧‧‧第二光學基板
LI‧‧‧待殺菌液體
L‧‧‧光線
P1、P2‧‧‧排列間距
A、B、C‧‧‧殺菌光源
110‧‧‧第一殺菌光源
112‧‧‧承載器
112a‧‧‧中央區域
112b‧‧‧周邊區域
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120‧‧‧第一容器
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P1、P2‧‧‧排列間距
A、B、C‧‧‧殺菌光源
圖1是本揭露的第一實施例的一種殺菌裝置之示意圖。 圖2是圖1中的第一殺菌光源的上視示意圖。 圖3是圖1中的發光二極體封裝與準直元件的剖面示意圖。 圖4A是不同殺菌光源設計的示意圖。 圖4B是不同殺菌光源設計的輻射照度與距離的關係圖。 圖5是本揭露的第二實施例的一種殺菌裝置之示意圖。
100‧‧‧殺菌裝置
110‧‧‧第一殺菌光源
120‧‧‧第一容器
122‧‧‧第一混光空間
130‧‧‧待殺菌液體容器
132‧‧‧容納空間
140‧‧‧第一光學基板
LI‧‧‧待殺菌液體
L‧‧‧光線
Claims (15)
- 一種殺菌裝置，適於對一待殺菌液體進行殺菌，該殺菌裝置包括：一第一殺菌光源，包括一承載器、多個發光二極體封裝以及多個準直元件，其中該些發光二極體封裝配置於該承載器上並且與該承載器電性連接，且各該準直元件分別配置於對應的發光二極體封裝上；一第一容器，容納該第一殺菌光源，該第一容器定義出一第一混光空間；以及一待殺菌液體容器，具有一容納該待殺菌液體之容納空間，其中該第一容器與該待殺菌液體容器連接，以使該第一混光空間位於第一殺菌光源與該容納空間之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的殺菌裝置，其中該承載器具有一中央區域以及一周邊區域，該中央區域與該周邊區域鄰接且被該周邊區域所環繞，且分佈於該中央區域內之發光二極體封裝的數量少於分佈於該周邊區域內之發光二極體封裝的數量。
- 如申請專利範圍第2項所述的殺菌裝置，其中該承載器的形狀為圓形，而該中央區域為一圓形區域，且該周邊區域為一環形區域。
- 如申請專利範圍第1項所述的殺菌裝置，其中各該發光二極體封裝適於發出一紫外光，且該紫外光的波長介於260奈米與285奈米之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的殺菌裝置，其中該第一殺菌光源的該些發光二極體封裝所發出的光線經過該些準直元件之後收斂。
- 如申請專利範圍第1項所述的殺菌裝置，其中該第一殺菌光源的該些發光二極體封裝所發出的光線經過該些準直元件之後相互平行。
- 如申請專利範圍第1項所述的殺菌裝置，其中該第一容器包括一杯蓋，且該待殺菌液體容器包括一杯體。
- 如申請專利範圍第1項所述的殺菌裝置，更包括：一第一光學基板，與該第一容器組裝，其中該第一光學基板分隔該第一混光空間與該容納空間，且該第一混光空間位於該第一殺菌光源與該第一光學基板之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的殺菌裝置，更包括：一第二殺菌光源；以及一第二容器，容納該第二殺菌光源，該第二容器定義出一第二混光空間，其中該第二容器與該待殺菌液體容器組裝，以使該待殺菌液體容器位於該第一容器與該第二容器之間。
- 如申請專利範圍第9項所述的殺菌裝置，其中該第一容器具有一與該容納空間連通的第一流體出/入口，且該第二容器具有一與該容納空間連通的第二流體出/入口。
- 如申請專利範圍第10項所述的殺菌裝置，其中該第一流體出/入口貫穿該第一殺菌光源，且該第二流體出/入口貫穿該第二殺菌光源。
- 如申請專利範圍第11項所述的殺菌裝置，更包括：一第二光學基板，與該第二容器組裝，其中該第二光學基板分隔該第二混光空間與該容納空間，且該第二混光空間位於該第二殺菌光源與該第二光學基板之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的殺菌裝置，其中在該待殺菌液體容器的該容納空間的一頂部，該第一殺菌光源所提供的最小輻射照度為Amin，而在該待殺菌液體容器的該容納空間的之底部，該第一殺菌光源所提供的最小輻射照度為Cmin，且Amin與Cmin滿足下列關係式(2)：[2×|Amin-Cmin|/(Amin+Cmin)]×100%<25%......(1)。
- 如申請專利範圍第1項所述的殺菌裝置，其中在該待殺菌液體容器的該容納空間的一頂部，該第一殺菌光源所提供的最小輻射照度為Amin，而在該待殺菌液體容器的該容納空間的之底部，該第一殺菌光源所提供的最小輻射照度為Cmin，且Amin與Cmin滿足下列關係式(2)：[2×|Amin-Cmin|/(Amin+Cmin)]×100%<20%......(2)。
- 如申請專利範圍第1項所述的殺菌裝置，其中在該待殺菌液體容器的該容納空間的一頂部，該第一殺菌光源所提供的最小輻射照度為Amin，而在該待殺菌液體容器的該容納空間的之底 部，該第一殺菌光源所提供的最小輻射照度為Cmin，且Amin與Cmin滿足下列關係式(3)：[2×|Amin-Cmin|/(Amin+Cmin)]×100%<15%......(3)。
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