TWI766670B

TWI766670B - 具紫外光殺菌功能的管件模組及管件組

Info

Publication number: TWI766670B
Application number: TW110115630A
Authority: TW
Inventors: 蔡榮霖; 蔡爾賢
Original assignee: 晶盛材料股份有限公司
Priority date: 2021-04-29
Filing date: 2021-04-29
Publication date: 2022-06-01
Also published as: TW202241530A

Abstract

本發明係一種具紫外光殺菌功能的管件模組及管件組，其中該管件模組係包含有一管件、一紫外光源及一聚焦光學組件；該管件至少包含一第一開口、一第二開口及一長通道，該第一開口之縱軸方向對齊於該長通道之縱軸方向，該聚焦光學組件係設置在該紫外光源之發光側，並以該發光側朝向第一開口處一同設置在該管件的第二開口處；其中該聚焦光學組件將該紫外光源的紫外光予以聚焦至一特定發光角度，以提升中心光功率及有效照射距離，且該有效光功率的照射範圍匹配該長通道的截面積；如此，當流體自該流體入口流入時，能被有效光功率的紫外光曝曬直到流出該流體出口，提升殺菌效果。

Description

具紫外光殺菌功能的管件模組及管件組

本發明係關於一種紫外光殺菌裝置，尤指一種具紫外光殺菌功能的管件模組。

紫外光以波長概分為三個不同波段的紫外光：UVA、UVB、UVC；其中UVC紫外光可作為殺菌用；因此，市面上出現許多紫外光殺菌產品，如空氣過濾器或濾水器等。

請參閱圖11A所示，係一種平面式紫外光矩陣模組50，其包含一基座51、多個UVC紫外光晶片52及一平面透光板53；其中該些紫外光晶片52設置在該基座51上，並以該平面透光板53蓋合。由於該平面透光板53因無聚光特性，故其發光角度發散且光形不集中，如圖11B所示，若以殺菌應用來說，在一定殺菌範圍的殺菌能力有限。

常見的紫外光濾水器通常備有較大過濾水儲水桶，並於儲水桶中設置如紫外燈或多個如圖11A所示的平面式紫外光矩陣模組50，讓儲水桶內的過濾水充分地曝曬在紫外光下，達到殺菌效果；因此，此類紫外光濾水器的尺寸大且需固定安裝，不利攜帶使用外，也因為需要額外提供電力給紫外燈或多個如圖11A所示的平面式紫外光矩陣模組50，不具有節電功能；因此，有必要進一步改良之。

有鑑於上述紫外光濾水器的缺點，本發明主要發明目的係提供一種小體積之具紫外光殺菌功能的管件模組及管件組。

欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該具紫外光殺菌功能的管件模組包含：一管件，係包含一第一開口、一第二開口及一長通道；其中該長通道係位於該第一開口及該第二開口之間，該第一開口之縱軸方向對齊於該長通道之縱軸方向；一紫外光源，係以其一發光側朝向第一開口方向，並設置在近該管件的該第二開口處；以及一聚焦光學組件，係設置在該紫外光源的發光側，將該紫外光源的紫外光聚焦至一特定發光角度；其中該聚焦光學組件的有效光功率的照射範圍係匹配該長通道的截面積。

由上述說明可知，本發明具紫外光殺菌功能的管件模組係主要以一聚焦光學組件設置在該紫外光源的發光側，將該紫外光源的紫外光予以聚焦至一特徵發光角度，以提升中心光功率及有效照射距離；又因該紫外光源的有效光功率的照射範圍係匹配該長通道的截面積，故當流體自該流體入口流入時，能被有效光功率的紫外光曝曬直到流出該流體出口，延長殺菌時間，有效提升殺菌效果；因此，本發明能對管件內的流動中的流體進行殺菌，不必額外的流體儲存空間，尺寸相對減縮，而且單一紫外光源的用電量也相對為更為節省。

欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該具紫外光殺菌功能的管件組包含至少一流體管路，各該流體管路係由前揭二個管件模組構成；其中各該管件的模組的管件係為三通管，包含有一直管及一橫管，該直端的二端開口分別為該第一開口及該第二開口，而該橫管的自由端口為一第三開口，又該二管件模組的二橫管的二第三開口係對接密合。

由上述說明可知，本發明具紫外光殺菌功能的管件組係主要以將前揭二個管件組對接而成，令其中一管件組的第一開口為該管件組的流體入口，而另一管件組的第一開口則為流體出口；如此，當流體自該流體入口流入時，能被有效光功率的紫外光曝曬2次直到流出該流體出口，有效提升流速較高之流體的殺菌效果。

1:管件模組

1a、1b、1c:管件組

10:管件

11、11’:第一開口

12:第二開口

13:長通道

14:直管

15:橫管

16:第三開口

20:紫外光源

21:外殼

211:固定環部

212:中空柱體

213:底部

22:散熱器

23、23a、23b:紫外光模組

231:基座

231a:凹室

232:紫外光晶片

233:聚焦光學件

233’:非結晶型二氧化矽聚光板

234:透光基部

235:聚光凸部

236:凸弧部

237:接合平面

30:聚焦光學組件

31:支撐架

32:透鏡

33:套環

40:連接管

50:紫外光陣列模組

51:基座

52:紫外光晶片

53:平面透光板

圖1：本發明管件模組的一立體外觀圖。

圖2：圖1的一立體分解圖。

圖3：圖1的一側剖平面圖。

圖4A：圖1的一局部側剖平面圖。

圖4B：本發明之聚焦光學組件的光形圖。

圖5：本發明之紫外光模組的第一實施例的一立體外觀圖。

圖6A：本發明之紫外光模組的第二實施例的一立體外觀圖。

圖6B：圖6A的一側剖平面圖。

圖6C：圖6A之紫外光陣列模組的光形圖。

圖6D：圖6A之紫外光陣列模組照射至一定距離的亮、暗區域分佈圖。

圖7：圖6A之紫外光源用於圖1之管件的一光學路徑模擬圖。

圖8：本發明管件組的第一實施例的一立體外觀圖。

圖9：本發明管件組的第二實施例的一立體外觀圖。

圖10：本發明管件組的第三實施例的一立體外觀圖。

圖11A：既有一紫外光陣列模組的立體圖。

圖11B：圖11A之紫外光陣列模組的光形圖。

本發明係提出一種具紫外光殺菌功能的管件模組及管件組，以下舉多個實施例並配合圖式詳加說明本發明技術內容。

首先請參閱圖1及圖2所示，本發明之具紫外光殺菌功能的管件模組1的第一實施例，其包含一管件10、一紫外光源20及一聚焦光學組件30。

上述管件10至少包含有一第一開口11、一第二開口12及一長通道13；於本實施例，該管件1係為一呈一L形的三通管，其由一直管14及一橫管15組成；其中該直管14二端開口分為第一開口11及第二開口12，而該橫管15的自由端口為第三開口16。

上述紫外光源20係設置在該管件10的該第二開口12處，且其發光側朝向該第一開口11；於本實施例，該紫外光源20係包含一外殼21、一散熱器22及一紫外光模組23；其中該紫外光模組23及該散熱器22係一併設置在該外殼21內。再請配合參閱圖3所示，該外殼21係包含有一固定環部211、一中空柱體212及一底部213；其中該固定環部211係一體設置在該中空柱體212的其中一端面，且該固定環部211的內徑係匹配該管件10的外徑，供該管件10以其第二開口12朝向該固定環部211，並緊迫插設於其中；又該底部213係蓋合於該中空柱體212的相對一端面。該散熱器22係設置在中空柱體212內，並位在該底部213之上，以以提供散熱效果；又該紫外光模組23係設置在該散熱器22上，該紫外光模組23的發光側係朝向該固定環部211。

上述聚焦光學組件30係設置在該紫外光源20的發光側；於本實例，如圖2及3所示，該聚焦光學組件30係與該紫外光源20一併設置在該外殼21內；具體而言，該聚焦光學組件30係設置在該外殼21的中空柱體212內並靠近該固定環部211，且該聚焦光學組件30包含有一支撐架31、一透鏡32及一套環33；其中該支撐架31係設置在該散熱器22上並環設在該紫外光模組23外側，該支撐架31高於該紫外光模組23，該透鏡32的底平面321再設置於該支撐架31上，再以該套環33套設在該透鏡32外側後，以多個固定件34穿經該套環33、支撐架31及散熱器22，使該透鏡32固定在該紫外光模組23的發光側；因此，如圖4A及圖4B所示，由於該透鏡32對應該紫外光模組23的發光側，可將其發出的紫外光聚焦至一特定發光角度，如圖7所示，藉以提升中心照度及有效照射距離，如圖7所示，且該有效光功率的照射範圍匹配該長通道的截面積，令流體在通過該長通道13的過程中，均被有效光功率的紫外光曝曬，確實達到殺菌功效。於一實施例，該特定發光角度為0度~60度之間，若接近0度，則發出平行於該長通道之中心長軸的紫外光；較佳地，該透鏡的光軸X_L1係實際對準該紫外光模組23的發光軸X_UV1與該長通道13之中心長軸Y。

如圖4A所示，本實施例的紫外光模組23包含有一基座231、至少一紫外光晶片232及一聚焦光學件233；其中該基座231自其頂面向下形成一凹室231a，該紫外光晶片232設置在該基座231的凹室231a上，該聚焦光學件233係設置在該基座231上，以蓋合該凹室231a，且其底平面與該紫外光晶片232保持一距離。於本實施例，該聚焦光學件233係為一石英透鏡。

再請參閱圖5所示，為本發明紫外光源之另一種紫外光模組23a，並與圖4A所示的紫外光模組23結構大致相同，惟包含有多個紫外光晶片232；於本實施例，基座231的凹室231a內上設置呈n*m矩陣排列的紫外光晶片232，即2*2紫外光晶片；其中n=m、n>m或n<m。

如圖6A所示，為本發明紫外光源之再一種紫外光模組23b，其與圖5所示紫外光模組23a結構大致相同，惟其聚焦光學件為一非結晶型二氧化矽聚光板233’，該非結晶型二氧化矽聚光板233’係包含一透光基部234及一體形成於該透光基部234上的多個連續的聚光凸部235，又該些聚光凸部235係呈n*m的矩陣排列，以對應同樣呈n*m矩陣排列的紫外光晶片232；其中n=m、n>m或n<m。於本實施例，該些紫外光晶片232及該些聚光凸部235均呈2*2的矩陣排列。

再如圖6B所示，各該聚光凸部235係具有一光軸X_L2，以對準其下方的紫外光晶片232的發光軸X_UV2；如此即可由圖6C所示之紫外光陣列模組23b的光形圖得知，本案的紫外光陣列模組23b在一定發光角度內呈現的光形相當均勻。較佳地，本發明的非結晶型二氧化矽聚光板主要以奈米級二氧化矽及矽烷配合溶膠凝膠法(Sol-Gel process)製成，於製程期間呈液態的聚光凸部彼此相接且部份融合，待固化後相鄰的聚光凸部235之間自然一體融合成一接合平面237，各該聚光凸部235的有效區為凸弧部236，以決定該紫外光通過該凸弧部236後的發光角度θ；因此，當各該聚光凸部235保留的足夠凸弧部236以滿足特定發光角度θ後，可儘可能地使相鄰聚光凸部235的光軸X_L2之間的距離D拉近，以使該些紫外光晶片232的紫外光重疊，拉高中心照度；故如圖6D所示，當該紫外光陣列模組23b照射至一定距離後，中間位置並未呈現明顯暗區，代表中心照度提升。

上述圖4A、圖5及圖6A所示的紫外光晶片232為UVC紫外光晶片232，其發光波長範圍係介於UVC波段(200nm-280nm)；較佳者，發光波長可為254nm±5、260nm±5~265nm±5、270nm±5。

請參閱圖8所示，本發明之具紫外光殺菌功能的管件組1a的第一實施例，其包含圖1所示的二個管件模組1，且此二管件模組1的橫管15的第三開口16係對接密合，構成一流體管路，將其中一管件模組1的管件10之第一開口11作為流體的入口，另一管件模組1的管件10之第一開口11作為流體的出口；如此，可對要求較高流體流速的殺菌設備提供2次紫外線殺菌，確保流速提升仍對流體有效殺菌。

同理，如圖9所示，本發明之具紫外光殺菌功能的管件組1b的第二實施例，其包含圖1所示的四個管件模組1及一連接管40(p=1)；於本實施例，該連接管呈一U形；其中兩兩一組的管件模組1的二橫管15的二個第三開口16係對接密合，以構成二組流體管路(k=2)；其中p=k-1，再以該連接管40連接該二組流體管路的各一第一開口11，其餘二個第一開口11’則分別作為流體的入口及出口用；因此，對要求再更高流體流速的殺菌設備，可提供4次紫外線殺菌，確保流速提升仍對流體有效殺菌。

同理，如圖10所示，本發明之具紫外光殺菌功能的管件組1c的第三實施例，其包含圖1所示的六個管件模組1及二連接管40(p=2)；於本實施例，該連接管呈一U形；其中兩兩一組之管件模組1的二橫管15的二個第三開口16係對接密合，以構成三組流體管路(k=3)；其中p=k-1，再以該二連接管40分別連接二相鄰流體管路的各一第一開口11，其他二個第一開口11’則分別作為流體的入口及出口用；因此，對更高流體流速需求的殺菌設備，可提供6次紫外線殺菌，確保流速提升仍對流體有效殺菌。

綜上所述，本發明具紫外光殺菌功能的管件模組係主要以一聚焦光學組件設置在該紫外光源的發光側，將該紫外光源的紫外光予以聚焦至一特定發光角度，以提升中心光功率及有效照射距離；又因該紫外光源的有效光功率的照射範圍係匹配該長通道的截面積，故當流體(如氣體或液體等)自該流體入口流入時，能被有效光功率的紫外光曝曬直到流出該流體出口，有效提升殺菌效果；因此，本發明能對管件內的流動中的流體進行殺菌，不必額外的流體儲存空間，尺寸相對減縮，而且單一紫外光源的用電量也相對為更為節省。由於本發明具有小尺寸、省電及適用於流體殺菌應用等特，可與攜帶式淨水器或空氣清淨器結合，提升市售小型淨水器或空氣清淨器進一步殺菌能力。

以上所述僅是本發明的實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以實施例揭露如上，然而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，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。