TWI757666B

TWI757666B - 透過紫外光對流體消毒的裝置和方法

Info

Publication number: TWI757666B
Application number: TW108144512A
Authority: TW
Inventors: 馬克西米利安克林克
Original assignee: 瑞士商海特康股份有限公司
Priority date: 2019-06-20
Filing date: 2019-12-05
Publication date: 2022-03-11
Also published as: CN112110514A; SG10202003353XA; WO2020254169A1; US20200399144A1; AU2020201676B2; TW202112400A; EP3753582A1; KR20200146009A; JP2021000425A; DE102019116745A1; AU2020201676A1

Abstract

本發明關於一種透過紫外光消毒流體的裝置，包括容器(1)；反應腔室(3)，配置在容器(1)中並且適於容納待消毒的流體，入口(4)，流體可以透過入口引進反應腔室(3)；出口(5)，流體可以透過出口離開反應腔室(3)；以及照射裝置(2)，適用於提供紫外光線並且照射到反應腔室(3)中以消毒其中的流體，其中具有入口(4)與出口(5)的反應腔室(3)適用於透過湍流將流體從入口(4)輸送到出口(5)，並且提供有助於形成湍流的流體引導裝置(9)，流體引導裝置(9)在與入口(4)相鄰的反應腔室區域中具有流體引導元件(10)，流體引導元件(10)被配置為使得朝向出口(5)的非湍流最小化，並且以此來增強湍流。此外，提供了一種透過紫外光對流體進行消毒的方法。

Description

透過紫外光對流體消毒的裝置和方法

本發明關於一種用於透過紫外光對流體消毒的裝置和方法。

紫外光(UV light,ultra-violet light)可以用於消毒流體，例如水，特別是自來水或飲用水。

WO 2017/045662 A1公開一種用於透過紫外光對流體進行消毒的裝置以及所述裝置的用途。在這種習知的裝置中，容器設有反應腔室，待消毒的流體透過入口被引入反應腔室，透過紫外光輻射消毒後的流體可從其中排出。在此提供於反應腔室中的流體具有旋轉的流體渦流的形式。在反應腔室的側壁區域中配置有紫外光源，紫外光源在旋轉的流體渦流上照射紫外光線以進行消毒。在一實施例中，習知的裝置的出口形成在延伸至反應腔室中的管部處。

本發明的目的是提供一種用於透過紫外光對流體消毒的裝置和方法，其中，提高了透過紫外光對流體進行消毒的效率。

為了實現上述目的，根據請求項1和12提供透過紫外光對流體進行消毒的裝置和方法。變形實施方式係為附屬項的標的。

根據一個方面，生產一種用於透過紫外光對流體消毒的裝置，其包括如下：一容器，一反應腔室，配置在該容器中並適用於容納待消毒的流體；一入口，流體可以透過該入口被引入該反應腔室中；一出口，流體可以透過該出口離開該反應腔室；以及一照射裝置，適用於提供紫外光線並且照射至該反應腔室中，以對反應腔室內的流體進行消毒。具有該入口與該出口的反應腔室適用於透過湍流將流體從入口輸送到出口。提供一種有助於形成湍流的流體裝置，所述流體裝置在與入口相鄰的反應腔室區域中具有一流體引導元件，該流體引導元件被配置為使得朝向出口的非湍流最小化，並且以此來加強湍流。

根據另一方面，提供了一種使用該裝置透過紫外光對流體消毒的方法。流體透過入口被引入該裝置的容器的反應腔室中，並且在反應腔室中被傳輸到該出口。透過一照射裝置照射到該反應腔室中的紫外光對在該反應腔室中的流體進行消毒。流體透過從該入口到該出口的湍流在反應腔室中傳輸。在此過程期間中，一流體引導裝置有助於湍流的形成，其中，在與入口相鄰的反應腔室區域中，透過流體引導元件使朝向該出口的非湍流最小化，進而加強湍流的形成。

透過流體引導元件，基本上可以完全避免在該反應腔室中朝向該出口的非湍流。非湍流可以是例如沿著管部的層流。

該流體引導裝置可以包括複數個流體引導元件。

由於在習知的裝置中發生朝向該出口的非湍流，因此，減少了流體在反應腔室中所花費的時間，這限制了透過紫外光消毒的效率。藉助所提供的流體引導元件得以改善，使得該流體引導元件最小化或防止一部份的流體流到該出口而不會被湍流撞擊。

該照射裝置可以例如由發光二極體(LED)形成，其為紫外光發光二極體(UV-LEDs)，以提供紫外光線(UV-light ray)並照射到該反應腔室中。

該反應腔室可為例如被配置為在該容器中的一圓柱形的內部空間。

該反應腔室可以至少部分的塗佈或襯有以漫射方式讓紫外光線散射的一材料，例如聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)。

如果該入口被配置在該反應腔室的壁部的區域，則流體引導元件可以被配置在鄰近所述壁部，例如，如果該入口配置在底層或端部區域中，則例如在反應腔室的底層或端部區域中。

在該反應腔室中的湍流可以包括渦流，特別是漩渦。由於湍流的流動，流體可以在從該入口到該出口的路徑上在該反應腔室中循環數次，這進一步增加紫外光照射的時間長度。

在該裝置中，該流體引導元件可以被配置成在管部的遠端區域中相對出口一距離。如果該管部例如從底層或一蓋子延伸到該反應腔室中，該流體引導元件可以被配置在底層或蓋子的近側。

在該裝置中的流體引導元件可以具有葉片或翼狀元件，葉片或翼狀元件延伸到該反應腔室內，並且以自立的(free-standing)(不需支撐物)方式配置在其中，葉片或翼狀元件可選地從該反應腔室的中間區域開始延伸到與該反應腔室的內表面相鄰的區域。基本上可以等距的間隔設置複數個葉片或翼狀元件。該等葉片或翼狀元件可以形成為三維的，例如類似於機翼金屬薄片或轉子葉片。

流體引導元件可以可移動的方式配置在該反應腔室中。在此可以提供為，例如該流體引導元件被配置在該反應腔室中，以便以自由或自主的方式移動，例如作為可自由旋轉的葉輪。該流體引導元件被配置在該反應腔室中，進而可繞旋轉軸線旋轉。透過該入口被引入該反應腔室中的流體，可為例如基本上以軸向相對於旋轉軸線或垂直於所述軸線進入。

或者，可以提供，該流體引導元件以固定的方式配置在該反應腔室中。在一種實施例中，該流體引導元件可以透過例如繞旋轉軸線旋轉而移動到複數個可選的位置中，在該等位置上，該流體引導元件例如可以透過一捕獲機構分別固定在其中。

在一實施例中，可以提供，該流體引導元件在一段管上可垂直地調節。或者，該流體引導元件被配置成在該反應腔室中是固定的並且完全不可移動。

該流體引導元件，例如在具有一葉輪的變形中，可以被配置為基本上完全覆蓋該(圓柱形)反應腔式的橫截面。在此，該等翼的徑向外端與該反應腔室的內壁之間沒有距離或者只有很小的距離，例如大約1mm(millimeter,mm)至大約5mm的距離。或者，可以提供，該流體引導元件被配置為僅部分地覆蓋該反應腔室的橫截面，例如小於橫截面區域大約70%，較佳地小於橫截面區域大約50%，甚至更佳地小於橫截面區域大約30%。

該流體引導元件可以在該反應腔室的縱向的方向上配置在該反應腔室中未被該照射裝置覆蓋的部分中。在此情況下，尤其是該流體引導元件不會配置成與該照射裝置相對，因此不會限制該照射裝置的照射區域。

該流體引導元件在該反應腔室的縱向的方向上的結構高度小於該反應腔室在縱向的方向上的長度(很多倍)。例如，該流體引導元件的結構高度大約為20mm到大約50mm，較佳地大約為20mm到40mm。該反應腔室可以例如具有大約100mm到大約900mm，或者從大約500mm到大約900mm的結構高度(在縱向的方向上)。

如果該流體引導元件形成為具有一旋轉的葉片或翼的配置，則可以提供徑向向外的圓周壁，圓周壁位於各個翼的收尾處或是併進翼當中。該圓周壁可以具有至少與該等翼相同的高度。該圓周壁可以安裝在該反應腔室的內壁的外部。

在該流體引導元件的平坦側的俯視圖中，該流體引導元件的葉片或翼的邊緣可以部分重疊，例如在位於徑向向外的區域中。或者，在該流體引導元件的平坦側的俯視圖中，沒有這種重疊。

該流體引導元件可以配置在與該入口相對的反應腔室中。以此方式可提供例如透過該入口引入該反應腔室中的流體流向該流體引導元件，或流(直接)向後者。

該出口可配置在管部上。可移動地設置的流體引導元件可以設置成可繞在管部的縱向方向上延伸的一旋轉軸線旋轉。

管部可以形成為從該反應腔室的壁部延伸到該反應腔室中，且該出口可以配置在該管部的一端上，該管部延伸進該反應腔室中。在該實施例中，該管部基本上可以配置在該反應腔室中的中心或中間，使得在該反應腔室中的流體可以圍繞該管部輸送。例如，該管部可以從該容器的底層或頂層延伸到該反應腔室中。

該流體引導元件可以配置為圍繞該管部。該流體引導元件可以配置為不對稱或連續的方式圍繞該管部。

進一步的，該流體引導元件可以配置該管部上，和/或相鄰該管部，以為了最小化或完全避免非湍流沿該管部流動。

該出口可以配置在該管部的一端面區域上。

該流體引導元件可以配置為使得沿該管部的一外表面朝向該出口的非湍流最小化，並且透過這種方法增強該湍流。

前面描述的關於裝置的實施例，可依照一種對應的方式來提供，其係關於以紫外光的方式對流體進行消毒的方法。

1:容器

1a:蓋

1b:罐形容器

2:照射裝置

3:反應腔室

4:入口

5:出口

6:管部

7:底層

8:排水管

9:流體引導裝置

10:流體引導元件

11:翼形元件

20:另一容器

21:端部

22:端部

23:管

24:底層

25:冷卻元件

30:又一容器

31:端部

32:端部

33:底層

34:管

35:管

在下文中，參考圖式更詳細地說明進一步的實施例：圖1 係用於透過紫外光對流體消毒的裝置的容器的示意圖；圖2 係圖1所示的容器沿所示的平面AA的截面示意圖；圖3 係圖1所示容器沿所示的平面BB的截面示意圖；圖4 係用於透過紫外光對流體消毒的裝置的另一容器的示意圖；圖5 係圖4所示的容器沿所示的平面AA的截面示意圖；圖6 係圖4所示的容器沿所示的平面BB的截面示意圖；圖7 係用於透過紫外光對流體消毒的裝置的另一容器的示意圖；圖8 係圖7所示的容器沿圖4所示的平面AA的截面示意圖；圖9 係圖7所示的容器沿圖4所示的平面BB的截面示意圖。

圖1示出了一容器1的示意圖，該容器1用於透過紫外光(UV light)對流體消毒的一裝置。圖2和3示出了沿圖1所示的平面AA和BB的截面圖。

一照射裝置2，其提供紫外光線(UV light rays)以對容器1中的反應腔室3中的流體消毒，並且照射裝置2例如由以虛線的方式示意性地示出的UV-LED形成。

待消毒的流體，特別是水，例如飲用水，透過一入口4進入反應腔室3。該流體流進此處，以便在反應腔室3產生一湍流，特別是導致在反應腔室3中的流體循環數次，進而優化流體在反應腔室3中所花費的時間，以便使用紫外光照射進行消毒。

在反應腔室3中的流體到達頂部之後，流體可以透過一出口5離開反應腔室3，出口5形成在一管部6的端部的側面上，該管部6從底層7延伸進反應腔室3中，並且該管部6中設有一排水管8，然後可以將經過消毒的流體透過排水管8引導以用於進一步處理，例如到達排水點。

容器1具有一罐形容器1a以及一蓋1b，蓋1b在所示的實施例中被擰緊。

為了促進在反應腔室3中形成流體的湍流，提供具有一流體引導元件10的一流體引導裝置9，流體引導裝置9形成在管部6的圓周上，並且在所示的實施例中具有葉片或翼形元件11，葉片或翼形元件11以相等的間隔圍繞管部6配置，並且配置成從管部6延伸到反應腔室3中。藉助流體引導元件10，使得引入反應器腔室3中的流體的非湍流，沿著管部6的表面往出口減少或基本上完全消除。實際上，流體引導元件10促使湍流的形成，使得引入的流體以最大可能的程度被暴露。當沿著管部6的表面流動的流體暫時地到達出口5時，出口5被流體引導元件10沿所示方向阻礙。

圖4示出了一另一容器20的一示意圖，該另一容器20係用於透過紫外光消毒流體的一裝置。圖5和6示出了沿著圖4所示的平面AA和BB的截面圖。在圖4至6中，使用與圖1至3相同的元件符號表示相同的功能。

在本實施例中，如圖4至6所示，出口5被配置在另一容器20的相對端部21、22的區域中，另一容器20形成有一管23，該管23可為例如一石英玻璃管。配置為葉片或葉輪的流體引導元件10在一底層24的區域中位於入口4對面，並且流體引導元件10的整體結構高度被容納在下端部22中。如果另一容器20(即管23)由透明材料製成，並且下端部22由不透明材料(例如塑料)製成，則後者覆蓋流體引導元件10。透過入口4進入的流體撞擊在流體引導元件10上，流體引導元件10基本上垂直於配置有三維地形成的葉片或翼形元件11的平面。

在各實施例中，另一容器20可以在面向反應腔室3的內側上具有反射紫外光的一表面，較佳地，該表面以漫射方式反射。為此，可以提供PTFE塗層。另一容器20也可以由PTFE、不鏽鋼或鋁組成。

流體引導元件10在縱向方向上配置在反應腔室3中的另一容器20的一區域的外側，該區域在縱向方向上被照射裝置2覆蓋。

提供紫外光以消毒的照射裝置2係被形成為圍繞反應腔室3，並且從外側照射到反應腔室3中，其中可實施UV-LEDs。一冷卻元件25，例如一鋁冷卻器，在運作期間冷卻照射裝置2。在此實施例中或其他實施例中，可以向冷卻元件25提供流體和/或空氣。

圖7示出了又一容器30的示意圖，又一容器30用於透過紫外光消毒流體的一裝置。圖8和9示出了沿圖7中所示的平面AA和BB的截面圖。在圖7至9中，使用與圖1至圖3中相同的元件符號表示相同的功能。

在本實施例中，如圖7至9所示，入口4和出口5被配置在又一容器30的相對端部31、32的區域之間。配置為葉片或葉輪的流體引導元件10在一底層33的區域中與入口4相對。透過入口4進入的流體撞擊在流體引導元件10上，流體引導元件10基本上垂直於配置翼形元件11的平面。

提供用於消毒的紫外光的照射裝置2配置在反應腔室3中，並且在蒸氣流體被輸送往出口時被蒸氣流體包圍。例如，此處使用UV-LEDs。反應腔室3藉助於管34、35形成，所述管34、35例如石英玻璃製成。照射裝置2與流體在其中流動的反應腔室3透過管34分隔開。管35可以是一石英玻璃管，並且管34可以由堅固的、決定結構的材料所構成，例如石英玻璃、不鏽鋼或塑料。為了促進光在管35中反射，可以在管35中提供內部塗層，其例如由PTFE或鋁構成。

在前面的描述中，申請專利範圍與圖式中所公開的特徵於單獨使用以及任何可能的組合上用於實現各種的實施例都可以是重要的。