CN106535660A - 用于液体净化组件的照射组件、净化组件与饮料分配器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种使用紫外线照射防止病原微生物繁殖的液体净化组件，包括照射室(200,300,400,500)，所述照射室具有内部容积并包括入口(204)和出口(205)，所述照射室(200)设有紫外线发光装置(208)，所述紫外线发光装置被配置成利用紫外线照射所述照射室(200)中的液体。所述照射室(200)包括被配置成引起所述照射室(200)的所述内部容积的变化的机构，所述内部容积的变化在所述照射室(200)的所述容积增大时将液体吸入所述照射室(200)，并在所述照射室(200)的所述容积减小时将液体压出所述照射室(200)。本发明还涉及一种饮料分配器，和一种用于净化液体的方法。
Description
技术领域
本发明涉及用于液体净化设备的照射组件，该照射组件利用紫外线照射防止病原微生物繁殖。本发明尤其涉及用于小型液体净化设备的照射室，以及包括这种液体净化设备的饮料分配器(例如饮水器)。
背景技术
本发明整体涉及包括用于净化液体的照射室的净化设备。本发明尤其涉及液体净化组件、包括这种净化设备的饮料分配器，以及用于净化液体的方法。
净化用于饮用的液体(诸如水)的最基本的工作之一是消毒，以确保水中存在的任何病原微生物(例如细菌、病毒和原生动物)不会导致饮水的任何人患病。通过紫外线(UV)照射方法进行该消毒是已知的，在该方法中，用紫外线形式的高能辐射轰击一定体积的待处理的水。紫外线损害病原微生物的DNA和RNA，破坏它们的繁殖能力并且有效地消除它们引起疾病的能力。
由于这种系统使用光线进行消毒，在天然不透明的或者未经过滤去除悬浮固形物的液体上，这种系统的有效性下降。出于本文档的目的，“净化”的范围因此应被理解为涵盖其中浊度极小的液体的消毒。
传统的紫外线液体净化系统采用了气体放电灯特别是汞蒸气灯作为紫外线来源。最近，越来越普遍的是采用紫外线发光二极管(UV-LED)作为照射用紫外光的来源。UV-LED具有许多益处，吸引人们将其用于紫外线液体净化系统，值得注意的益处是其尺寸紧凑、可靠并且没有常规灯具中存在的有毒组分(如汞蒸气)。UV-LED的固态特性还使其能够立即接通和切断，这是相对于常规的气体放电灯的又一个优点。
现有技术中有若干个采用UV-LED通过紫外线照射来净化液体的示例。例如，文档CN 202175579描述了一种照射装置，其中单根照射管螺旋盘绕在UV-LED阵列周围，从而允许连续处理液体。文档DE102005057875公开了一种装置，该装置在小型污水处理与净化厂中采用依序分批式反应器方法对污水进行灭菌。然而，在所公开的装置中，未经处理的水将处理过的水推出装置，这可能给流体动力带来麻烦(诸如产生捷径和停滞区)，导致所公开的装置不能保证实际上完全净化所有流过该装置的水。
一般而言，为确保处理过的液体得到有效净化，必须用紫外线照射所述液体足够长的时间。已知的小型净化设备(例如，饮水器中使用的小型净化设备)通常包括照射室，在从净化设备抽取液体时，液体在照射室内连续流动。
由于照射室具有一定容积，所以液体在照射室内流动的平均速度减小，从而延长了液体在照射室内的停留时间，因此延长了照射时间。
典型的照射室基本上为圆筒形，其每一端都由直壁闭合。
但是，在这种液体净化设备中，照射时间(这是通过紫外线照射来净化液体的一个重要因素)取决于照射室内液体的流速。
实际上，照射时间等于在照射室内的停留时间(假设UV-LED已接通)，该停留时间取决于流流速。尤其是在小型净化设备中，不但要求液体具有较小的流速，还需要大量的紫外线源。
此外，流体在照射室内流动时，可能存在死体积(即，照射室内流体停滞的那些部分)和捷径(流体流线不减速，从照射室的入口直达出口)。死体积和捷径降低了照射室的消毒效率。最后，在本领域现有技术已知的净化设备中，由于处理过的液体被未经处理的液体推出照射室，所以处理过的液体和未经处理的液体之间可能出现交叉污染。
因此，本发明的目标是提供一种使用紫外线照射的液体净化组件，该液体净化组件可解决或减轻至少一个上文提到的缺点。
发明内容
在本发明的第一方面，提供了一种使用紫外线照射防止病原微生物繁殖的液体净化组件，该液体净化组件包括照射室，该照射室具有内部容积并包括入口和出口，其中照射室设有紫外线发光装置，该紫外线发光装置被配置成利用紫外线照射该照射室内的液体。照射室包括被配置成引起照射室内部容积的变化的机构，所述内部容积的变化在照射室容积增大时将液体吸入照射室，并在照射室容积减小时将液体压出照射室。
使用这种组件，可采用分批依序模式净化液体。由于处理过的液体不是被未经处理的液体推出照射室，而是被机构压出照射室，因此用户可以确信所有的液体都得到了充分处理，并且处理过的液体和未经处理的液体之间没有交叉污染。另外，这使得可以高效地净化精确量的液体。最后，这可减轻进行连续净化的设备中可能存在的流体动力学问题。
在一些实施方案中，液体净化组件还可替代通常用于净化设备中的循环泵。
液体净化组件可包括被配置成允许液体流过入口进入照射室的第一单向阀，和被配置成允许液体流过出口离开照射室的第二单向阀。
在本发明的一个实施方案中，液体净化组件包括一端由壁闭合的圆筒，以及被封闭在所述圆筒内的可移动活塞，该活塞的移动引起照射室的被包含在活塞与将圆筒的一端闭合的壁之间的内部容积的变化。
在这个实施方案中，入口和出口可位于将圆筒的一端闭合的壁上。另选地，入口可位于将圆筒的一端闭合的壁上，而出口可位于活塞上；出口可位于将圆筒的一端闭合的壁上，而入口可位于活塞上。入口和出口都可位于活塞上。
紫外线发光装置可被包括在活塞上。紫外线发光装置可被包括在将圆筒的一端闭合的壁上。在本发明的一个变型中，圆筒具有透明的侧壁，紫外线发光装置可设置在所述侧壁上。
在本发明的另一个实施方案中，相应的液体净化组件可包括形成照射室的壁的可变形膜，所述膜变形引起照射室内部容积的变化。
紫外线发光装置可包括或可为紫外线发光二极管。
液体净化组件还可包括电子控制器，该电子控制器被配置成控制照射室的容积和/或紫外线发光装置的发光。
液体净化组件还可包括至少一种用于防止因空气进入组件而造成污染的系统，该系统选自以下系统：
·位于照射室入口前方的空气微滤系统；
·无菌空气环路；以及
·对照射室进行灭菌和干燥的快速加热系统；
本发明还涉及包括如上所述的液体净化组件的饮料分配器(诸如饮水器)，该饮料分配器被配置成先利用紫外线照射将饮料净化，再将饮料输送出去。
本发明还涉及一种用于净化液体的方法，包括：
·提供根据权利要求1至13中任一项所述的液体净化组件，其中照射室处于最小容积；
·增大照射室的容积，由此造成压力降低，从而通过入口将液体吸入照射室；
·使用紫外线发光装置照射所述照射室中容纳的液体，由此将照射室中容纳的液体净化；
·减小照射室的容积，由此将净化过的液体压出照射室。
附图说明
本发明的额外特征和优点在下文参照附图给出的目前优选实施方案的说明中有所描述，并且这些特征和优点将从该说明中显而易见，其中：
图1为液体净化设备的一个示例的示意图，该液体净化设备代表包括照射室的液体净化设备；
图2为根据本发明的一个实施方案的液体净化组件的示意图；
图3为根据图2的实施方案的第一变型的液体净化组件的示意图；
图4为根据图2的实施方案的第二变型的液体净化组件的示意图；
图5为根据图2的实施方案的第三变型的液体净化组件的示意图；
图6示意性地呈现了根据本发明的另一方面的方法。
具体实施方式
为了完全理解本发明及其优点，参考对本发明的以下详细说明。
现参考以下实施例进一步描述本发明。应当理解，受权利要求书保护的本发明并非旨在以任何方式限制于这些实施例。
还应当理解，本发明的各实施方案可以与本发明的其他实施方案组合，并且仅是制备和使用本发明的具体方式的示例，当以权利要求书和以下详细说明进行考虑时并不限制本发明的范围。
图1为本领域现有技术已知的液体净化设备100(尤其是被包括在饮料分配器诸如饮水器中的液体净化设备)的示意图。以下对液体净化设备的描述涉及这种液体净化设备的一个示例的总体构造。
液体净化设备100具有贮存器101，其中容纳一定体积的液体102。在本实施方案中，液体102为水，但液体可任选地为任何足够透明的液体。液体102从贮存器101中抽出，经过泵管103进入泵104。液体102从泵104被引导进入循环管105。
如图所示，循环管105从泵104延伸穿过照射装置106，在泵104与净化设备的排出口107之间建立起流体连通。
在照射装置106中，通过紫外线照射来净化液体。在图示实施方案中，照射装置106包括具有内表面108的管状结构。内表面108是反射性的，优选地由高度抛光的金属制成，或者另选地被反射性金属箔覆盖。多个主紫外线发光二极管(UV-LED)109设置在所述主照射装置106的内表面108上，从而在照射室111内投射紫外线照射110。
照射室在一端包括入口，在其另一端包括出口。
液体102在照射室111内得到照射、因此得到消毒之后，流到排出口107而从设备100排出。
任选地，净化设备可进一步设置次照射装置112，该次照射装置包括至少一个次UV-LED 113。次照射装置112将紫外线110投射到排出口107上，用于对排放的流体进行灭菌。
设置在主照射装置106上的UV-LED 109和设置在次照射装置112上的UV-LED 113的输出和数量可根据设备100的具体特性和将在其中采用该设备的应用而改变。
在图示实施方案中，设备100还包括控制装置114，该控制装置被配置成以电子方式控制主照射装置106、次照射装置112和泵104的操作。优选地，控制装置114还与设置在主照射装置106内的光传感器115通信。控制装置114利用光传感器115的输出来校准主UV-LED109发出的紫外线照射110的强度、监控设备100的操作，以及在出现任何故障时提醒用户。
尽管本文讨论的设备采用了光传感器115，但应当理解，设备100可配置其他传感器(例如流量计、水透明度传感器、热电偶等)，所述其他传感器与控制装置114通信，并允许控制装置不断地调整液体净化装置的操作参数。因此，控制装置114的确切配置和操作程序会根据将在其中采用该液体净化装置的应用而改变。
图2为根据本发明的一个实施方案的液体净化组件的示意图。该净化组件基本上对应于如图1所示的净化装置106。在一些应用中，该净化组件也可替代泵104。图示的液体净化组件包括照射室200。提供了一种机构，来引起照射室的内部容积的变化。在图示的示例中，液体净化组件包括一端由壁202闭合的圆筒。活塞203被封闭在所述圆筒内。活塞203是可移动的，可在圆筒201内平移。活塞203的移动引起照射室200的(在本发明的实施方案中)被包含在活塞203与壁202之间的内部容积的变化。活塞可由致动器(未示出)致动，其中致动器例如电动致动器或液压致动器。活塞的移动可由控制器控制(经由致动器的控件控制)，所述控制器例如与图1所示的控制器114类似的控制器或另一个专用控制器。控制器可命令照射室200的容积发生任何变化，最多达到照射室的最大容积。控制器可被配置成命令照射室的容积发生特定次数的预定变化。因此，该净化组件使得可以净化精确量的液体。被吸入照射室中并且其总量由照射室的容积的变化限定的液体，在给定的照射时间内得到了有效照射。
照射室包括入口204和出口205。待消毒的液体可通过入口204流入照射室，并通过出口205流出照射室。为确保液体沿该流动方向流动，在图示的示例性实施方案中，第一单向阀206被配置成允许液体流过入口204进入照射室，第二单向阀207被配置成允许液体流过出口205离开照射室。单向阀可以是被动单向阀，也就是说，在其两端的压差作用下开启或闭合。在其他实施方案中，单向阀可以是主动单向阀，也就是说，受先导控制而开启或闭合。在这种情况下，可使用电磁阀。
在本示例性实施方案中，入口和出口都位于壁202上。入口204和出口205也可位于许多其他位置，如图3、图4和图5以举例的方式示出，以及如下文所述。
照射室200设有紫外线发光装置208。更具体地讲，在本示例性实施方案中，紫外线发光装置208为紫外线发光二极管(UV-LED)。紫外线发光装置208适于在照射室200内发出紫外线。在图示的实施方案示例中，UV-LED位于壁202上。UV-LED也可具有许多其他配置，如图3、图4和图5以举例的方式示出，以及如下文所述。
图3为根据图2的实施方案的第一变型的液体净化组件的示意图。更具体地讲，该图示出了入口、出口和紫外线发光装置的位置的第一种可能的变型。所示的净化组件具有与图2的净化组件相同的总体结构。该净化组件包括：照射室300、一端由壁302闭合的圆筒301，以及包括活塞303的机构。入口304位于活塞303上，并包括相应的第一单向阀306。出口305位于壁302上，并包括相应的第二单向阀307。紫外线发光装置308被布置在壁302和活塞303上。
当然，在具有这种配置的紫外线发光装置308的一个变型中，入口304可位于壁302上而出口305可位于活塞303上，或者，入口304和出口305可都位于壁302上、或可都位于活塞303上。
图4为根据图2的实施方案的第二变型的液体净化组件的示意图。更具体地讲，该图示出了入口、出口和紫外线发光装置的位置的第二种可能的变型。此处所示的净化组件具有与图2的净化组件相同的总体结构。该净化组件包括：照射室400、一端由壁402闭合的圆筒401，以及包括活塞403的机构。入口404位于壁402上，并包括相应的第一单向阀406。出口405位于活塞403上，并包括相应的第二单向阀407。紫外线发光装置408被布置在壁402上。
当然，在具有这种配置的紫外线发光装置408的一个变型中，入口404可位于活塞403上而出口405可位于壁402上，或者，入口404和出口405可都位于壁402上、或可都位于活塞403上。
图5为根据图2的实施方案的第三变型的液体净化组件的示意图。更具体地讲，该图示出了入口、出口和紫外线发光装置的位置的第三种可能的变型。所示的净化组件具有与图2的净化组件相同的总体结构。该净化组件包括：照射室500、一端由壁502闭合的圆筒501，以及包括活塞503的机构。入口504位于活塞503上，并包括相应的第一单向阀506。出口505也位于活塞503上，并包括相应的第二单向阀507。紫外线发光装置508被布置在圆筒501上。
当然，在具有这种配置的紫外线发光装置508的一个变型中，入口504可位于活塞503上而出口505可位于壁502上，或者入口504可位于壁502上而出口505可位于活塞503上，或者入口504和出口505可都位于壁502上。
紫外线发光装置可具有许多其他配置。另外，照射室的内表面可涂覆有紫外线反射材料，以改善紫外线分布。
根据第二方面，本发明涉及一种用于净化液体的方法。该方法的一个示例性实施方案示于图6中。
为实施参照图6所述的方法，提供了如前所述的液体净化组件。图6所示的方法实施参照图2所述的液体净化组件。
然而，可使用根据本发明的任何其他组件。
该方法从填充步骤S1开始。在填充步骤S1开始时，照射室具有最小容积。该最小容积可为零或接近零，或为由液体净化组件的活塞(或任何其他机构)的预定位置限定的某个小容积。
将照射室的容积逐渐增至最大容积(或预定容积)；照射室内的压力降低，因此，照射室入口处的第一单向阀开启，液体被吸入照射室。
当照射室已达到最大容积，在照射步骤S2接通紫外线发光装置。利用紫外线照射对已在填充步骤S1期间被吸入照射室内的液体进行消毒。在该方法的图示实施方案中，照射室的容积在照射步骤期间不发生变化。因此，液体在净化期间不在照射室内循环。
在预定时间之后，认为液体已得到净化，所述预定时间取决于照射室内液体的量，以及在所述液体中发出的紫外线的强度。一般说来，照射室内液体的体积越大，照射时间越长。
在排空步骤S3中，减小照射室的容积。这导致照射室内的压力增大，因此，照射室出口处的第一单向阀开启，净化过的液体被压出照射室。
根据所述方法的变型实施方案，照射步骤S2可与填充步骤S1和/或排空步骤S3重叠。换句话说，可在填充步骤S1和/或排空步骤S3期间接通紫外线发光装置。这延长了所处理的液体的平均照射时间。
在这种方法中，采用分批依序模式净化液体。这使得可以减轻采用连续净化方法时可能出现的流体动力学问题(湍流、死体积(液体在其中停滞)等等)。此外，由于处理过的液体不是被未经处理的液体推出照射室，而是被机构压出照射室，因此用户可以确信所有的液体都得到了充分处理，并且处理过的液体和未经处理的液体之间没有交叉污染。
由于根据本发明的液体净化组件充当容积泵，所以在一些实施方案中可替代有些净化设备中所用的循环泵。
本说明书中使用的词语“包括”、“包含”和类似的词语，都不应被理解为具有排他性或穷举性的含义。换句话讲，这些词语用来指“包括但不限于”的意思。
不能将本说明书中对现有技术文献中的任何参考视为承认此类现有技术为众所周知的技术或构成本领域普遍常识的一部分。
尽管以举例的方式对本发明进行了描述，但应当理解，在不脱离权利要求书中所限定的本发明范围的前提下，可作出变型和修改。例如，可以设想使用许多已知的机构来引起照射室的容积的变化。此外，对于具体的特征如果存在已知的等同物，则应如同在本说明书中明确提到的那样来引入这些等同物。
Claims (15)
1.一种使用紫外线照射防止病原微生物繁殖的液体净化组件，包括照射室(200,300,400,500)，所述照射室具有内部容积并包括入口(204,304,404,504)和出口(205,305,405,505)，所述照射室(200,300,400,500)设有紫外线发光装置(208,308,408,508)，所述紫外线发光装置被配置成利用紫外线照射所述照射室(200,300,400,500)内的液体，
其中，所述照射室(200,300,400,500)包括被配置成引起所述照射室(200,300,400,500)的所述内部容积的变化的机构，所述内部容积的变化在所述照射室(200,300,400,500)的所述容积增大时将液体吸入所述照射室(200,300,400,500)，并在所述照射室(200,300,400,500)的所述容积减小时将液体压出所述照射室(200,300,400,500)。
2.根据权利要求1所述的液体净化组件，其中所述液体净化组件包括被配置成允许液体流过所述入口(204,304,404,504)进入所述照射室(200,300,400,500)的第一单向阀(206,306,406,506)，和被配置成允许液体流过所述出口(205,305,405,505)离开所述照射室(200,300,400,500)的第二单向阀(207,307,407,507)。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的液体净化组件，包括一端由壁(202,302,402,502)闭合的圆筒(201,301,401,501)，以及被封闭在所述圆筒(201,301,401,501)内的可移动活塞(203,303,403,503)，所述活塞(203,303,403,503)的移动引起所述照射室(200,300,400,500)的被包含在所述活塞(203,303,403,503)与将所述圆筒(201,301,401,501)的一端闭合的所述壁(202,302,402,502)之间的内部容积的所述变化。
4.根据权利要求3所述的液体净化组件，其中所述入口(204,304,404,504)和所述出口(205,305,405,505)位于将所述圆筒(201,301,401,501)的一端闭合的所述壁(202,302,402,502)上。
5.根据权利要求3所述的液体净化组件，其中所述入口(204,304,404,504)位于将所述圆筒(201,301,401,501)的一端闭合的所述壁(202,302,402,502)上，而所述出口(205,305,405,505)位于所述活塞(203,303,403,503)上，或者所述出口(205,305,405,505)位于将所述圆筒(201,301,401,501)的一端闭合的所述壁(202,302,402,502)上，而所述入口(204,304,404,504)位于所述活塞(203,303,403,503)上。
6.根据权利要求3所述的液体净化组件，其中所述入口(204,304,404,504)和所述出口(205,305,405,505)都位于所述活塞(203,303,403,503)上。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的液体净化组件，其中所述紫外线发光装置(208,308,408,508)被包括在所述活塞(203,303,403,503)上。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的液体净化组件，其中所述紫外线发光装置(208,308,408,508)被包括在将所述圆筒(201,301,401,501)的一端闭合的所述壁(202,302,402,502)上。
9.根据权利要求3至8中任一项所述的液体净化组件，其中所述圆筒(201,301,401,501)具有透明的侧壁，并且所述紫外线发光装置(208,308,408,508)设置在所述侧壁上。
10.根据权利要求1或权利要求2所述的液体净化组件，包括形成所述照射室(200,300,400,500)的壁的可变形膜，所述膜的变形引起所述照射室(200,300,400,500)的内部容积的所述变化。
11.根据前述权利要求中任一项所述的液体净化组件，其中所述紫外线发光装置(208,308,408,508)包括紫外线发光二极管。
12.根据前述权利要求中任一项所述的液体净化组件，包括电子控制器，所述电子控制器被配置成控制所述照射室(200,300,400,500)的所述容积和/或所述紫外线发光装置(208,308,408,508)的发光。
13.根据前述权利要求中任一项所述的液体净化组件，包括至少一种用于防止因空气进入所述组件而造成污染的系统，所述系统选自以下系统：
-位于所述照射室的所述入口(204,304,404,504)前方的空气微滤系统；
-无菌空气环路；以及
-对所述照射室(200,300,400,500)进行灭菌和干燥的快速加热系统。
14.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的液体净化组件的饮料分配器，诸如饮水器，所述饮料分配器被配置成先利用紫外线照射将饮料净化，再将饮料输送出去。
15.一种用于净化液体的方法，包括：
-提供根据权利要求1至13中任一项所述的液体净化组件，其中所述照射室(200,300,400,500)处于最小容积；
-增大所述照射室(200,300,400,500)的所述容积(S1)，由此造成压力降低，从而通过所述入口(204,304,404,504)将液体吸入所述照射室(200,300,400,500)；
-使用所述紫外线发光装置(208,308,408,508)照射所述照射室(200,300,400,500)中容纳的所述液体(S2)，由此将所述照射室(200,300,400,500)中容纳的所述液体净化；
-减小所述照射室(200,300,400,500)的所述容积(S3)，由此将净化过的液体压出所述照射室(200,300,400,500)。
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