DE102015108773B4

DE102015108773B4 - Ultraviolett-transparente Umhüllung

Info

Publication number: DE102015108773B4
Application number: DE102015108773.1A
Authority: DE
Inventors: Saulius Smetona; Timothy James Bettles; Alexander Dobrinsky; Michael Shur
Original assignee: Sensor Electronic Technology Inc
Current assignee: Sensor Electronic Technology Inc
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2015-06-03
Publication date: 2024-07-04
Anticipated expiration: 2035-06-04
Also published as: CN105268386A; US10093558B2; US20170369335A1; CN105268386B; US20150344329A1; US20190039920A1; CN112830545B; US9718706B2; US10301195B2; CN112830545A; DE102015108773A1

Abstract

Vorrichtung mit:
einer ultravioletttransparenten Umhüllung (10) mit einem Eingang (16) und
einem Ausgang (18) für einen Fluss eines zu desinfizierenden Mediums,
wobei die ultravioletttransparente Umhüllung (10) eine Vielzahl von geschweißten Separatoren (12) aufweist, um einen Serpentinenkanal innerhalb der ultravioletttransparenten Umhüllung (10) zu schaffen; und
einer Beleuchtung (30) benachbart zu der ultravioletttransparenten Umhüllung (10), wobei die Beleuchtung (30) einen Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen (24) aufweist,
wobei die Ultraviolettstrahlungsquellen (24) eingerichtet sind zum Generieren von Ultraviolettstrahlung auf den Fluss des Mediums in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zum Fluss des Mediums,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Beleuchtung (30) von mindestens einer Wand der ultravioletttransparenten Umhüllung (10) physisch getrennt ist,
dass die Vielzahl von geschweißten Separatoren (12) für Ultraviolettstrahlung transparent sind und
dass die Ultraviolettstrahlungsquellen (24) eingerichtet sind zum Generieren von Ultraviolettstrahlung in Richtung der Vielzahl von transparenten Separatoren (12).

Description

VERWEISE AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil der ebenfalls anhängigen US Provisional Anmeldung Nr. 62/007,141 mit dem Titel „UV-transparente Desinfektionsumhüllung und Vorrichtung, welche diese enthält“, die am 3. Juni 2014 eingereicht wurde und welche hierin durch Inbezugnahme aufgenommen wird. Gesichtspunkte der Erfindung stehen außerdem in Beziehung mit der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 14/478,266 mit dem Titel „diffusive Ultraviolettbeleuchtung“, die am 5. September 2014 eingereicht wurde und zur ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung 14/640,051 mit dem Titel „Oberflächenultraviolettbeleuchter“, die am 6. März 2015 eingereicht wurde, die beide hiermit durch Inbezugnahme aufgenommen werden.
TECHNISCHES GEBIET
Die Offenbarung bezieht sich allgemein auf die Desinfektion und insbesondere auf eine Lösung zum Desinfizieren eines Fluids, eines Kolloids, einer Mischung und/oder dergleichen unter Verwendung von Ultraviolettstrahlung.
STAND DER TECHNIK
Ultraviolett(UV)-Strahler können effektiv verwendet werden, um Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Wasser, zu desinfizieren und werden in verschiedenen Wasserbehandlungseinrichtungen verwendet. Wasserbehandlung unter Verwendung von UV-Strahlung bietet viele Vorteile gegenüber anderen Formen von Wasserbehandung, wie chemische Behandlung. Beispielsweise führt eine Behandlung mit UV-Strahlung dem Wasser keine zusätzlichen Chemikalien oder biologischen Verschmutzungen zu. Weiterhin stellt Ultraviolettstrahlung eine der effektivsten Herangehensweisen zur Wasserkontaminierung bereit, weil keine Mikroorganismen bekannt sind, die gegenüber Ultraviolettstrahlung resistent sind, im Unterschied zu anderen Dekontaminierungsmethoden, wie Chlorierung. Es ist bekannt, dass UV-Strahlung hocheffektiv gegen Bakterien, Viren, Algen, Schimmel und Pilze ist. Beispielsweise wurde gezeigt, dass das Hepatitisvirus über beträchtliche Zeitspannen in der Gegenwart von Chlor überleben kann, aber rasch durch Behandlung von UV-Strahlung eliminiert wird. Die Entfernungseffizienz von UV-Strahlung für die meisten mikrobiologischen Verunreinigungen, wie Bakterien und Viren, geht im Allgemeinen über 99% hinaus. Insoweit ist UV-Strahlung hocheffizient beim Eliminieren von E-coli, Salmonellen, Typhus, Cholera, Tuberkulose, Grippe, Polio und Hepatitis A-Viren.
Die Desinfizierung mit UV-Strahlung unter Verwendung von quecksilberbasierten Lampen ist eine gut etablierte Technologie. Im Allgemeinen ist ein System zur Behandlung von Wasser unter Verwendung von Ultraviolettstrahlung vergleichsweise einfach zu installieren und instand zu halten in einem Installations- oder septischen System. Die Verwendung von UV-Strahlung in solchen Systemen beeinträchtigt nicht das Gesamtsystem. Jedoch ist es oft wünschenswert, ein Ultraviolettreinigungssystem mit anderen Formen der Filterung zu kombinieren, weil die UV-Strahlung Chlor, Schwermetalle und andere chemische Verunreinigungen, die in dem Wasser vorhanden sein können, nicht neutralisieren kann. Verschiedene Membranfilter zur Sedimentfiltration, zur Filterung mit körniger Aktivkohle, zur umgekehrten Osmose und/oder dergleichen können verwendet werden als Filtereinrichtung, um die Anwesenheit von Chemikalien und anderen anorganischen Verunreinigungen zu reduzieren.
Desinfektion mit Ultraviolettstrahlung auf Grundlage von Quecksilberlampen hat verschiedene Nachteile im Vergleich zur Technologie auf Grundlage von Einrichtungen (LED), die tiefultraviolettes (DUV) Licht aussenden, insbesondere im Hinblick auf bestimmte Desinfektionsanwendungen. Beispielsweise ist es in ländlichen Regionen und/oder Orten ohne Netzzugang wünschenswert, dass ein Ultraviolettreinigungssystem eines oder mehrere von verschiedenen Eigenschaften aufweist, wie beispielsweise: lange Betriebslebenszeit, enthalten keine gefährlichen Komponenten, nicht sehr empfindlich gegenüber Beschädigung, benötigen minimale Bedienungsfähigkeiten, benötigen keine besonderen Entsorgungsprozeduren, sind in der Lage, mit einer lokalen intermittierenden elektrischen Energie versorgt zu werden und/oder dergleichen. Die Verwendung einer DUV-LED-basierten Lösung kann eine Lösung bereitstellen, die eine oder mehrere dieser Eigenschaften verbessert im Vergleich mit einer Herangehensweise mit Quecksilberdampflampen. Beispielsweise haben DUV-LEDs im Vergleich zu Quecksilberdampflampen längere Betriebslebenszeiten (z.B. um einen Faktor zehn), enthalten keine gefährlichen Komponenten (z.B. Quecksilber), welche eine besondere Entsorgung und Wartung erfordern, sind beständiger beim Transit und in der Handhabung (z.B. keine Filamente oder Glas), haben kürzere Startzeit, haben eine niedrigere Betriebsspannung, sind weniger empfindlich gegenüber Ausfällen der Energieversorgung, sind kompakter und leichter tragbar, können in beweglichen Vorrichtungen verwendet werden, können durch Photovoltaik (PV)-Technologie versorgt werden, die in ländlichen Regionen, wo kein kontinuierlicher Zugang zu Elektrizität vorhanden ist und wo wenig Ressourcen von sauberem Wasser und/oder dergleichen vorhanden sind, installiert werden kann.
Eine gattungsgemäße ist in Vorrichtung US 6 586 172 B1 beschrieben. DE 10 2011 112 994 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Entkeimung von Gasen und/oder Flüssigkeiten, bei dem UV-Strahlungsquellen in Ausnehmungen eingebettet sind, die in Erstreckungsrichtung einer Leitung gebildet sind, durch welche die zu entkeimende das zu entkeimende Medium geleitet wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 19.
Gesichtspunkte der Erfindung stellen eine Lösung zum Desinfizieren einer Fluids, eines Kolloids, einer Mischung und/oder dergleichen unter Verwendung von Ultraviolett-Strahlung bereit. Eine ultravioletttransparente Umhüllung kann einen Eingang und einen Ausgang aufweisen für einen Fluss eines zu desinfizierenden Mediums. Die ultravioletttransparente Umhüllung beinhaltet ein Material, das eingerichtet ist, einen biologischen Bewuchs innerhalb der ultravioletttransparenten Umhüllung zu verhindern. Ein Satz von ultravioletten Strahlungsquellen ist benachbart der ultravioletttransparenten Umhüllung angeordnet und dazu eingerichtet, Ultraviolettstrahlung in Richtung der ultravioletttransparenten Umhüllung zu generieren.
Ein erster Gesichtspunkt der Erfindung stellt eine Vorrichtung bereit mit: einer ultravioletttransparenten Umhüllung mit einem Eingang und einem Ausgang für einen Fluss eines zu desinfizierenden Mediums, wobei die ultravioletttransparente Umhüllung ein Material aufweist, welches dazu eingerichtet ist, einen biologischen Bewuchs innerhalb der ultravioletttransparenten Umhüllung zu verhindern; und einen Satz von ultravioletten Strahlungsquellen, die benachbart der ultravioletttransparenten Umhüllung angeordnet sind, wobei der Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen dazu eingerichtet ist, Ultraviolettstrahlung in Richtung der ultravioletttransparenten Umhüllung zu generieren.
Ein zweiter Gesichtspunkt der Erfindung stellt eine Vorrichtung bereit mit: einer ultravioletttransparenten Umhüllung mit einem Eingang und einem Ausgang für einen Fluss eines zu desinfizierenden Mediums, wobei die ultravioletttransparente Umhüllung ein Material beinhaltet, das dazu eingerichtet ist, biologischen Bewichs innerhalb der ultravioletttransparenten Umhüllung zu verhindern; einen Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen, die benachbart zu der ultravioletttransparenten Umhüllung angeordnet sind, wobei der Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen eingerichtet ist zum Generieren von Ultraviolettstrahlung in Richtung der ultravioletttransparenten Umhüllung; und eine äußere reflektierende Umhüllung, wobei die ultravioletttransparente Umhüllung innerhalb der äußeren reflektierenden Umhüllung angeordnet ist.
Ein dritter Gesichtspunkt der Erfindung stellt ein System bereit mit: einer ultravioletttransparenten Umhüllung mit einem Eingang und einem Ausgang für einen Fluss eines zu desinfizierenden Mediums, wobei die ultravioletttransparente Umhüllung ein Material aufweist, das dazu eingerichtet ist, biologischen Bewuchs innerhalb der ultravioletttransparenten Umhüllung zu verhindern und wobei die ultravioletttransparente Umhüllung eine Vielzahl von geschweißten Separatoren aufweist, um einen Serpentinenkanal innerhalb der ultravioletttransparenten Umhüllung zu schaffen; einen Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen, die benachbart zu der ultravioletttransparenten Umhüllung angeordnet sind, wobei der Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen eingerichtet ist zum Generieren von Ultraviolettstrahlung in Richtung der ultravioletttransparenten Umhüllung; eine äußere reflektierende Umhüllung, wobei die ultravioletttransparente Umhüllung innerhalb der äußeren reflektierenden Umhüllung angeordnet ist; und eine Steuerkomponente, die eingerichtet ist zum Steuern des Satzes von Ultraviolettstrahlungsquellen und eines Flusses des Fluids durch den Serpentinenkanal.
Die beispielhaften Gesichtspunkte der Erfindung sind dazu ausgelegt, eines oder mehrere der hierin beschriebenen Probleme und/oder eines oder mehrere nicht diskutierte andere Probleme zu lösen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Merkmale der Offenbarung werden besser verstanden nach der folgenden detaillierten Beschreibung von verschiedenen Gesichtspunkten der Erfindung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen, die verschiedene Gesichtspunkte der Erfindung darstellen.

1A und 1B zeigen beispielhafte ultravioletttransparente Umhüllungen gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
2A zeigt eine Querschnittsansicht einer beispielhaften ultravioletttransparenten Umhüllung und 2B zeigt eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Desinfektionssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 zeigt ein beispielhaftes Desinfektionssystem mit einer ultravioletttransparenten Umhüllung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 zeigt eine Anordnung von UV-Strahlungsquellen zum diffusiven Aussenden von UV-Strahlung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die 5A und 5B zeigen Anordnungen von UV-Strahlungsquellen zum diffusiven Aussenden von UV-Strahlung gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
6 zeigt ein beispielhaftes Desinfektionssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
7 zeigt ein beispielhaftes Desinfektionssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die 8A und 8B zeigen eine beispielhafte ultravioletttransparente Umhüllung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die 9A und 9B zeigen beispielhafte ultravioletttransparente Umhüllungen gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Die 10A bis 10D zeigen Strahlverlaufssimulationen für das beispielhafte Desinfektionssystem, welches in den 9A und 9B gezeigt ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die 11A und 11 B zeigen Teilquerschnittsansichten einer beispielhaften ultravioletttransparenten Umhüllung mit einem Fenster beziehungsweise ohne ein Fenster, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
12A zeigt eine Umhüllung in der Form eines Toroids gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und 12B zeigt eine Querschnittsansicht der toroidförmigen Umhüllung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
13 zeigt ein beispielhaftes Desinfektionssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Es wird festgestellt, dass die Zeichnungen nicht maßstabsgerecht sein können. Die Zeichnungen sollen nur typische Gesichtspunkte der Erfindung zeigen und sollen deshalb nicht als beschränkend für den Umfang der Erfindung angesehen werden. In den Zeichnungen stellen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente in den Zeichnungen dar.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wie oben angegeben, stellen Gesichtspunkte der Erfindung eine Lösung zum Desinfizieren eines Fluids, eines Kolloids, einer Mischung und/oder dergleichen unter Verwendung von Ultraviolettstrahlung bereit. Eine ultravioletttransparente Umhüllung kann einen Eingang und einen Ausgang aufweisen für einen Fluss eines zu desinfizierenden Mediums. Die ultravioletttransparente Umhüllung kann ein Material aufweisen, das eingerichtet ist, biologischen Bewuchs innerhalb der ultravioletttransparenten Umhüllung zu verhindern. Ein Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen ist benachbart der ultravioletttransparenten Umhüllung angeordnet und zum Generieren von Ultraviolettstrahlung in Richtung der ultravioletttransparenten Umhüllung eingerichtet.
Allgemein wird Ultraviolett(UV)-Licht klassifiziert in drei Wellenlängenbereiche: UV-C von etwa 200 nm bis etwa 280 nm; UV-B von etwa 280 nm bis etwa 315 nm; und UV-A von etwa 315 nm bis etwa 400 nm. Ultraviolettlicht allgemein und insbesondere UV-C ist keimtötend, das heißt es deaktiviert die DNA von Bakterien, Viren und anderen Pathogenen und zerstört so ihre Fähigkeit, sich zu vermehren und eine Krankheit zu verursachen. Dies resultiert effektiv in der Sterilisierung der Mikroorganismen. Genauer gesagt verursacht UV-C-Licht einen Schaden an der Nukleinsäure der Mikroorganismen durch Bilden von kovalenten Bindungen zwischen bestimmten benachbarten Basen in der DNA. Die Bildung dieser Bindungen verhindert bei der DNA das „Öffnen des Reißverschlusses“ zur Replizierung und der Organismus ist weder in der Lage, die für den Lebensprozess notwendigen Moleküle zu produzieren, noch ist er fähig, sich zu reproduzieren. Tatsächlich stirbt ein Organismus, wenn er nicht in der Lage ist, diese essenziellen Moleküle zu produzieren oder nicht in der Lage ist, sich zu vervielfältigen. UV-Licht mit einer Wellenlänge etwa zwischen 250 bis etwa 280 nm stellt die höchste keimtötende Effektivität bereit. Während die Empfindlichkeit gegenüber UV-Licht variiert, ist eine Bestrahlung mit UV-Energie mit etwa 20 bis etwa 34 mWs/cm² geeignet, um etwa 99% der Pathogene zu deaktivieren.
Hierin bedeutet, wenn nichts anderes angegeben ist, der Begriff „Satz“ eins oder mehr (das heißt wenigstens eins) und die Bezeichnung „irgendeine Lösung“ bedeutet irgendeine jetzt bekannte oder später entwickelte Lösung. Ebenso wird eine Schicht im vorliegenden Sprachgebrauch als transparente Schicht bezeichnet, wenn die Schicht wenigstens 10% der Strahlung mit einer Sollwellenlänge, welche unter normalem Einfall auf eine Grenzfläche der Schicht gestrahlt wird, durchlässt. Weiterhin wird hierin eine Schicht als eine reflektierende Schicht bezeichnet, wenn die Schicht wenigstens 10% der Strahlung mit einer Sollwellenlänge, welche in einer Normalrichtung auf eine Grenzfläche der Schicht eingestrahlt wird, reflektiert. In einem Ausführungsbeispiel entspricht die Sollwellenlänge der Strahlung einer Wellenlänge der Strahlung, die emittiert oder festgestellt wird (zum Beispiel Peakwellenlänge +/- 5 nm) von einer aktiven Region einer optoelektronischen Vorrichtung während des Betriebs der Vorrichtung. Für eine gegebene Schicht kann die Wellenlänge in einem betrachteten Material gemessen werden und kann abhängen von einem Brechungsindex des Materials. Es versteht sich, dass, wenn nichts anderes angegeben ist, jeder Wert genähert ist und jeder Bereich von hierin enthaltenen Werten die den Bereich festlegenden Endwerte enthält.
Die Bezeichnung „Desinfektion“ und damit zusammenhängende Bezeichnungen bedeuten hier Behandeln eines Mediums, so dass das Medium eine hinreichend kleine Zahl von (z.B. chemischen) Verunreinigungen und Mikroorganismen (z.B. Viren, Bakterien und/oder dergleichen) aufweist, so dass das Medium als Teil einer gewünschten menschlichen Interaktion verwendet werden kann ohne oder ohne ernsthaftes Risiko für die Übertragung einer Krankheit oder anderer Schädigungen auf den Menschen. Zum Beispiel bedeutet Desinfektion des Mediums, dass das Medium ein hinreichend geringes Level von aktiven Mikroorganismen und/oder eine hinreichend geringe Konzentration von anderen Verunreinigungen aufweist, dass ein typischer Mensch mit dem Medium interagieren kann, ohne nachteilige Effekte durch die Mikroorganismen und/oder in dem Medium vorhandenen Kontaminierungen zu erleiden. Zusätzlich kann Desinfektion Sterilisation einschließen. Die Bezeichnung „Sterilisation“ und damit zusammenhängende Begriffe bedeuten hier Neutralisieren einer Fähigkeit von einem Mikroorganismus sich zu reproduzieren, was erreicht werden kann, ohne den Mikroorganismus physikalisch zu zerstören. In diesem Beispiel kann ein Grad von auf dem Gegenstand vorhandenen Mikroorganismen nicht zu einem gefährlichen Grad ansteigen und wird schließlich reduziert, weil die Reproduktionsfähigkeit neutralisiert wurde. Ein Zielgrad von Mikroorganismen und/ oder Kontaminierungen kann festgelegt werden beispielsweise durch eine Standardisierungsorganisation, wie eine Regierungsorganisation.
Zu den Zeichnungen: Die 1A und 1B zeigen beispielhafte ultravioletttransparente Umhüllungen gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. In 1A ist die ultravioletttransparente Umhüllung 10 gezeigt als flexible ultravioletttransparente Tasche. Wie in 1B gezeigt, kann die ultravioletttransparente Umhüllung 10 eine Vielzahl von geschweißten Separatoren 12 aufweisen, um einen Kanal 14 zu schaffen, durch den ein Fluid, ein Kolloid, eine Mischung und/oder dergleichen fließen kann (z.B. einen Serpentinenkanal wie durch die gepunkteten Pfeile durch den Kanal 14 gezeigt). Die Anordnung der geschweißten Separatoren 12 innerhalb der ultravioletttransparenten Umhüllung 10 wird bestimmt durch die Position eines Eingangs 16 und eines Ausgangs 18 zu der ultravioletttransparenten Umhüllung 10 und steuert den Fluss des Fluids, des Kolloids, der Mischung und/oder dergleichen. Obwohl nur ein Eingang 16 und ein Ausgang 18 gezeigt ist, versteht es sich, dass die Umhüllung 10 irgendeine Anzahl von Eingängen und Ausgängen aufweisen kann. Wir kommen zu 2A, wo eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A der Umhüllung 10 aus 1B gezeigt ist, wobei die Segmente des Kanals 14 durch die geschweißten Separatoren 12 geschaffen werden.
Die ultravioletttransparente Umhüllung 10 kann ein Material aufweisen, welches ein Material mit verschwindend kleinem biologischen Bewuchs ist, wie ein UV-transparentes Polymer (z.B. fluoriertes Ethylenpropylen (FEP), Tetrafluorethylenhexafluorpropylenvinylfluorid (THV), Polytetrafluorethylen (PTFE) und/oder dergleichen). Das Material mit verschwindend kleinem biologischen Bewuchs verhindert die Akkumulierung von Mikroorganismen, Algen, Pflanzen und/oder dergleichen innerhalb der Umhüllung 10. Außerdem kann das Material der Umhüllung 10 chemisch inert gegenüber jedweder Wechselwirkung mit dem Desinfektionsmedium (z.B. Fluid, Kolloid, Mischung und/oder dergleichen) sein und kann chemisch stabil gegenüber Bestrahlung mit UV-Strahlung, wie hierin beschrieben, sein. In einem Ausführungsbeispiel weist die ultravioletttransparente Umhüllung 10 eine Transparenz von wenigstens 50% bei zur Oberfläche normalem UV-Licht auf. Das Material der geschweißten Separatoren 12 kann ein ähnliches Material aufweisen. Ein Verfahren zum Bilden der ultravioletttransparenten Umhüllung 10 mit den geschweißten Separatoren kann aufweisen: Auswählen eines UV-transparenten Polymermaterials für die ultravioletttransparente Umhüllung 10 und die geschweißten Separatoren 12; Bestimmen der Schmelztemperatur des UV-transparenten Polymers; und Anwenden eines Drucks und einer Temperatur, die vergleichbar sind mit der Schmelztemperatur in Bereichen der Umhüllung 10, die die geschweißten Separatoren 12 benötigen.
Die UV-transparente Umhüllung 10 kann mit einem Desinfektionssystem verwendet werden. Wir kommen zu 3, wo ein beispielhaftes Desinfektionssystem 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Das Desinfektionssystem 20 weist die UV-transparente Umhüllung 10 auf mit den geschweißten Separatoren zum Schaffen des Kanals 14, damit ein Medium von dem Eingang 16 zu dem Ausgang 18 durchfließen kann. Die UV-transparente Umhüllung 10 ist innerhalb einer äußeren Umhüllung 22 angeordnet, die eingerichtet sein kann, um die durch einen Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen 24 generierte UV-Strahlung räumlich zu begrenzen und zurückzuführen. Der Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen 24 kann jedwede Kombination von einer oder mehreren Ultraviolettstrahlungsemittern aufweisen. Beispielsweise kann der Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen 24 eine hochintensive Ultraviolettlampe (z.B. eine hochintensive Quecksilberlampe), eine Entladungslampe, eine Ultraviolettlicht emittierende Diode (EDL), superlumeniszente LEDs, Laserdioden und/oder dergleichen aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel weist der Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen 24 einen Satz von lichtemittierenden Dioden auf, die mit einer oder mehreren Schichten von Materialien hergestellt ist, die ausgewählt sind aus Gruppe-III-Nitrid-Materialsystemen (z.B. Al_xIn_yGa_1-x-yN, wobei 0 ≤ x, y ≤ 1 und x + y ≤ 1 und/oder Legierungen davon). Zusätzlich kann der Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen 24 eine oder mehrere zusätzliche Komponenten (z.B. eine Wellenleiterstruktur, eine Komponente zum Relokalisieren und/oder Umleiten von Ultraviolettstrahlungsemittern usw.) aufweisen, um die emittierte Strahlung zu einem speziellen Ort/Bereich zu führen und/oder abzugeben in einer bestimmten Richtung in einem bestimmten Muster und/oder dergleichen in Richtung des durch den Kanal 14 fließenden Mediums. Beispielhafte Wellenleiterstrukturen schließen eine Vielzahl von Ultraviolettfasern, deren jede an einer Öffnung, einem Diffusor und/oder dergleichen endet, ein, sind aber nicht auf diese beschränkt.
Die internen Oberflächen der äußeren Umhüllung 22 können ein Material aufweisen, das gegenüber UV-Strahlung hochreflektiv ist, um die UV-Strahlung innerhalb der äußeren Umhüllung 22 zurückzuführen, wie GORE® Diffuse Reflector Product (DRP®)-Film, Polytetrafluorethylen (PTFE), Spektralonpolymere, Valar UV-Material und/oder dergleichen. In einem Ausführungsbeispiel können die internen Oberflächen der äußeren Umhüllung 22 diffus reflektierend gegenüber UV-Strahlung und chemisch stabil gegenüber UV-Strahlung sein. Zu 2B: Dort ist eine Querschnittsansicht eines Desinfektionssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Die UV-transparente Umhüllung 10, wie in 2A gezeigt, ist innerhalb der äußeren Umhüllung 22 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel kann die äußere Umhüllung 22 ein Bodenteil 26 aufweisen, das die UV-transparente Umhüllung 10 hält. Das Bodenteil 26 kann aus gestanztem Aluminium, welches gegenüber UV-Strahlung reflektierend ist, gemacht sein oder kann ein dreidimensional (3D) gedrucktes Polymer sein, das mit einem reflektierenden Film (z.B. GOREO DRP®-Film, PTFE, Spektralonpolymere und/oder dergleichen) beschichtet ist. Die UV-transparente Umhüllung 10 kann mit einem Oberteil 28, das ebenfalls gegenüber der UV-Strahlung reflektierend ist, bedeckt sein. Das Oberteil 28 kann eine gedruckte Schaltungsplatte (PCB) für den Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen 24 und jedwede Treiber, Ultraviolettsender (UVT), Flussanzeiger, Flussventile, Sensoren (z.B. zum Feststellen einer Transparenz des zu desinfizierenden Mediums), Vorrichtungen zum Mischen der zu desinfizierenden Medien, Filter (z.B. zum Filtern von Kontaminierungen aus dem Medium vor Bestimmung der Transparenz des Mediums) und/oder dergleichen aufweisen.
Zurück zu 3: Dadurch dass die UV-transparente Umhüllung innerhalb der äußeren Umhüllung 22 angeordnet ist, kann der Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen 24 von dem zu desinfizierenden Medium innerhalb des Kanals 14 getrennt werden, was die Lebensdauer des Satzes von Ultraviolettstrahlungsquellen 24 verlängern kann. Weiterhin kann die UV-transparente Umhüllung 10 leicht ersetzt werden. Die äußere Umhüllung 22 kann helfen, die durch die UV-Strahlungsquellen 14 generierte UV-Strahlung zurückzuführen, so dass die Effektivität der Desinfektion verbessert wird.
Der Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen 24 kann als Teil der äußeren Umhüllung 22 integriert sein oder sich in einer separaten, von der äußeren Umhüllung 22 abtrennbaren Komponente befinden, die zur Bereitstellung von UV-Strahlung eingerichtet ist. In einem Ausführungsbeispiel ist der Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen 24 Teil einer UV-diffusiven Beleuchtung, die neben der äußeren Umhüllung 22, wie in 3 gezeigt, angeordnet ist. Wir kommen zu 4, wo ein beispielhafter Aufbau des Satzes von Ultraviolettstrahlungsquellen 24 in einer UV-diffusiven Beleuchtung 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Die Beleuchtung 30 kann eine Vielzahl von Oberflächen 32A-C aufweisen. Eine erste Oberfläche 32A und eine zweite Oberfläche 32B können für UV-Strahlung hochreflektiv sein. Die dritte Oberfläche 32C kann einen teilweise transparenten Film aufweisen, damit wenigstens ein Teil der UV-Strahlung hindurchtreten kann. Der teilweise transparente Film kann ein Material aufweisen, wie fluoriertes Ethylenpropylen (FEP), fluoriertes Ethylenpropylencopolymer (EFEP), Perfluoralkoxy (PFA), Tetrafluorethylenhexafluorpropylenvinylidenfluorid (THV) und/oder dergleichen. In einem Ausführungsbeispiel kann der Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen 24 an der ersten Oberfläche 32A befestigt sein. Die Beleuchtung 30 kann einen Satz von reflektierenden Spiegeln 34 aufweisen, von denen jeder direkt unter einer Ultraviolettstrahlungsquelle 24 angeordnet ist. Die reflektierenden Spiegel 34 können ein hochdiffusives Ultraviolettstrahlungsmaterial aufweisen, wie eine für Ultraviolettstrahlung hochreflektierende expandierte Polytetrafluorethylen (ePTFE) Membran (zum Beispiel GORE® Diffuse Reflector Product (DRP)) und/oder dergleichen. In einem Ausführungsbeispiel können die reflektierenden Spiegel 34 ein Fluorpolymer, wie ein fluoriertes Ethylen-Propylen (EFEP), fluoriertes Ethylen-Propylen (FEP), Perfluoralkoxy (PFA), Tetrafluorethylenhexafluorpropylenvinylidenfluorid (THV), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE), Teflon und/oder dergleichen, aufweisen. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel können die reflektierenden Spiegel 34 teilweise reflektierend und teilweise transparent für UV-Strahlung sein. Beispielsweise können die reflektierenden Spiegel 34 einen UV-reflektierenden Film über einem UV-transparenten Film aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel können die reflektierenden Spiegel 34 dazu eingerichtet sein, eine spekulare Reflexion bereitzustellen und können beispielsweise poliertes Aluminium und/oder dergleichen aufweisen.
Die reflektierenden Spiegel 34 sind über Beine 36 mit der ersten Oberfläche 32A der Beleuchtung 30 verbunden. Im Betrieb kann ein ursprünglicher Einfall von ultravioletter Strahlung 38 von der Ultraviolettstrahlungsquelle 24 diffus von dem reflektierenden Spiegel 34 reflektiert werden und dann wiederum diffus durch die Oberflächen (z.B. die erste Oberfläche 32A) reflektiert werden. Diese diffusive UV-Strahlung 39 tritt aus der Beleuchtung 30 durch die teilweise transparente, teilweise reflektierende Oberfläche (beispielsweise die dritte Oberfläche 32C) aus.
Die reflektierenden Spiegel 34 und die hochdiffusive Reflektivität der Oberflächen 32A-D der Beleuchtung 30 verteilen und reflektieren diffus die ultraviolette Strahlung von den Ultraviolettstrahlungsquellen 24, so dass die dritte Oberfläche 32C der Beleuchtung 30 ein näherungsweise Lambert'sches Reflexionsvermögen aufweist.
Es versteht sich, dass die Ultraviolettstrahlungsquellen irgendwo innerhalb der Beleuchtung positioniert werden können einschließlich der Befestigung auf einer Oberfläche des Hohlraums der Beleuchtung (beispielsweise Beleuchtung 30 in 4) oder im Inneren des Hohlraums. Hierzu kommen wir zu den 5A und 5B, wo eine beispielhafte Beleuchtung 40 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt ist. In diesem Fall sind die Ultraviolettstrahlungsquellen 24 innerhalb des Inneren der Beleuchtung 40 positioniert und zum Leiten von Ultraviolettstrahlung in Richtung der ersten Oberfläche 32A eingerichtet. In einem Ausführungsbeispiel werden wenigstens 90% der Ultraviolettstrahlung in Richtung der ersten Oberfläche 32A der Beleuchtung 40 geleitet. Die Ultraviolettstrahlungsquellen 24 können unter Verwendung irgendeiner Lösung auf einem Montagenetz 42 montiert werden. Weil wenigstens die erste Oberfläche 32A der Beleuchtung 40 wenigstens zu 70% reflektierend ist, wird die von den Ultraviolettstrahlungsquellen 24 generierte Ultraviolettstrahlung diffus von der ersten Oberfläche 32A reflektiert und über die Beleuchtung 40 gestreut. Das Montagenetz 42 kann eine Vielzahl von Poren 44 aufweisen, damit die gestreute Ultraviolettstrahlung durch das Montagenetz 42 in Richtung der dritten Oberfläche 32C hindurchtritt, um aus der Beleuchtung 40 auszutreten. Das Montagenetz 42 kann auch ein Material aufweisen, das hochreflektiv ist, wie eine im Ultravioletten hochreflektive expandierte Polytetrafluorethylen (ePTFE) Membran (zum Beispiel GORE® Diffuse Reflector Product) und/oder dergleichen, um die Gesamtlichtverteilung zu verbessern und die Lichtstreuung zu erleichtern und die Rückzirkulation über die Beleuchtung 40 zu verbessern.
Wir kommen jetzt zu 6, wo eine beispielhafte UV-transparente Umhüllung 50 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Die UV-transparente Umhüllung 50 weist einen Kanal 14 auf, der durch eine Vielzahl von geschweißten Separatoren 12 gebildet wird. In diesem Ausführungsbeispiel kann die Vielzahl der geschweißten Separatoren 12 ein Material aufweisen, welches für UV-Strahlung transparent ist. Deshalb kann die durch den Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen 24 generierte UV-Strahlung in alle Teile des Kanals 14 eindringen, obwohl es nur einen ersten Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen 24 gibt, die sich am Anfang des Kanals 14 befinden, und einen zweiten Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen 24B, die sich am Ende des Kanals 14 befinden. Diese Konfiguration von Ultraviolettstrahlungsquellen 24A, 24B erlaubt eine maximale Bestrahlung der Medien innerhalb des Kanals 14 mit der UV-Strahlung. In einem Ausführungsbeispiel kann die Dicke des Kanals 14 gewählt werden, um eine Desinfektion eines undurchsichtigen Fluids, welches dort hindurchfließt, zu ermöglichen. Beispielsweise kann die UV-transparente Umhüllung 50 für ein Fluid mit dem Absorptionskoeffizienten von Milch ausgelegt sein. Es wird ein Fluid mit dem Absorptionskoeffizienten a betrachtet. Dann ist die Transmission gegeben durch I = I_o ,exp(-ax), oder -In(I/I_o)/a = x, wobei I die transmittierte Intensität, I_o die emittierte Intensität und x die Weglänge der ultravioletten Strahlung durch das Material ist, die der Materialdicke entspricht. Wenn c = I/I₀ im Bereich zwischen 0,2 bis 0,5 liegt, besteht noch hinreichende Desinfektionswirkung bei den Abständen x: - In(I/I_o)/a=x. Auf diese Weise kann diese Dicke als charakteristische Dicke des Kanals 14 in der Nähe einer UV-Strahlungsquelle 24 verwendet werden, um eine geeignete Dosierung für das undurchsichtige Fluid bei der entsprechenden Flussrate sicherzustellen.
Wir kommen zu 7, wo ein beispielhaftes Desinfektionssystem 70 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die UV-transparente Umhüllung 10 der Kanal, durch welchen das zu desinfizierende Medium durchfließt. Obwohl die Vielzahl der geschweißten Strukturen 12, die in anderen Ausführungsbeispielen (z.B. 1B, 2A, 2B, 3) gezeigt sind, in dieser UV-transparenten Umhüllung 10 nicht gezeigt sind, versteht es sich, dass die Vielzahl von geschweißten Strukturen 12 vorhanden sein kann. Die UV-transparente Umhüllung 10 ist innerhalb einer äußeren Umhüllung 62 angeordnet, die eine Vielzahl von Schichten 64A-C aufweist. Eine erste innerste Schicht 64A der äußeren Umhüllung 62 kann ein Polymermaterial, welches gegenüber UV-Strahlung transparent ist, wie FEP, EFEP, THV und/oder dergleichen, aufweisen. Eine zweite Schicht 64B der äußeren Umhüllung 62 kann eine Lücke sein, die beispielsweise mit Luft gefüllt ist. Eine dritte Schicht 64C der äußeren Umhüllung 62 kann ein reflektierendes Material, welches gegenüber UV-Strahlung reflektierend ist, wie PTFE, Teflon, GORE® DRP®, Spectralon, Valar UV-Material und/oder dergleichen, aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel kann ein Bereich 66 zwischen der UV-transparenten Umhüllung 10 und der äußeren Umhüllung 62 mit einem destillierten hochtransparenten Fluid, welches einen Brechungsindex aufweist, der ähnlich ist wie der Brechungsindex der ersten Schicht 64A, gefüllt sein. In einem Ausführungsbeispiel liegt der Brechungsindex des hochtransparenten Fluids innerhalb von 20 % des Brechungsindex der ersten Schicht 64A. Die äußere Umhüllung 62 kann auch eine Domäne 68 aufweisen, um den Satz von ultravioletten Strahlungsquellen 24 einzuschließen. Obwohl sich die Domäne 68 auf einer Seite der äußeren Umhüllung 62 befindet, versteht es sich, dass dies nur zu Beispielszwecken geschieht und dass die Domäne 68 auf irgendeiner Seite der äußeren Umhüllung 62 angeordnet sein kann. Weiterhin kann die Domäne 68, obwohl das nicht gezeigt ist, eine Beleuchtung, wie die in den 4 und 5 A-B gezeigten Beleuchtungen 30, 40 aufweisen. Jedwede andere Metallkomponente, elektrische, optische und/oder dergleichen Komponenten, die für die Funktionalität des Desinfektionssystems 60 benötigt werden, können in der Domäne 68 oder einer separaten nicht gezeigten Kammer angeordnet sein, so dass sie nicht direkt mit dem Fluid in dem Bereich 66 oder dem zu desinfizierenden Medium innerhalb der UV-transparenten Umhüllung 10 wechselwirken. Zusätzlich kann die UV-Strahlung an der Grenzfläche zwischen der ersten Schicht 64A und der zweiten Schicht 64B wegen der Reduzierung des Brechungsindex für die UV-Strahlung, die sich bei Winkeln oberhalb eines kritischen Winkels ausbreitet, total reflektiert (TIR) zu werden. Die Schichten 64A-C der äußeren Umhüllung 62 stellen einen omnidirektionalen Spiegel bereit, um TIR-Strahlen zu reflektieren und weisen eine hohe Reflektivität für Strahlen bei Winkeln in der Nähe des kritischen Winkels auf. Die Reflexion von der dritten Schicht 64C stellt auch ein hochdiffuses Reflexionsvermögen für normal einfallende Strahlen bereit.
In einem Ausführungsbeispiel kann das Volumen von jedem Ausführungsbeispiel der UV-transparenten Umhüllung die laterale Fläche multipliziert mit der Höhe der Umhüllung sein und die Höhe der Umhüllung kann einstellbar sein. Wir kommen zu den 8A und 8B, wo eine beispielhafte ultravioletttransparente Umhüllung 70 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt ist. In diesem Ausführungsbeispiel können die äußeren Oberflächen der ultravioletttransparenten Umhüllung 70 wellige Kanten 72 aufweisen. Die UV-Strahlung kann an irgendeiner Seite der ultravioletttransparenten Umhüllung 70 angewendet werden. Zum Beispiel kann die UV-Strahlung 74 an einer ersten Seite 76 angewendet werden. Die welligen Kanten 72 der ultravioletttransparenten Umhüllung 70 sind da, damit die physikalische effektive Dicke der ultravioletttransparenten Umhüllung 70, wie in den 8A und 8B gezeigt, verändert werden kann, wobei das Volumen der Umhüllung modifiziert wird. Die Dicke der ultravioletttransparenten Umhüllung 70 kann auf Grundlage der Transparenz des zu desinfizierenden Mediums eingestellt werden, wie durch die Formel -In(I/I₀)/a=x gezeigt. Es versteht sich, dass nicht alle Oberflächen der Umhüllung 70 für UV-Strahlung transparent sein müssen. Es versteht sich auch, dass diese Umhüllung 70 in irgendein hier bereitgestelltes Desinfektionssystem aufgenommen werden kann.
Wir kommen zu den 9A und 9B, worin beispielhafte UV-transparente Umhüllungen gemäß Ausführungsbeispielen gezeigt sind. Die UV-transparenten Umhüllungen 80A, 80B, die in 9A und 9B gezeigt sind, können zur Desinfektion von Medien verwendet werden, die vergleichsweise transparent für UV-Strahlung sind. Beispielsweise ist die Transmission des Infektionsmediums größer als ungefähr 1 cm. Für dieses Medium kann ein Zurückführen der UV-Strahlung durch das TIR der UV-Strahlung an der Schnittstelle des Mediums und der UV-transparenten Umhüllung bereitgestellt werden. Um die TIR der UV-Strahlung zu erreichen, wird ein Grad an Kollimation der UV-Strahlung benötigt. Ein parabolischer Reflektor kann Teil der Beleuchtung 83A oder 83B sein. Beispielsweise kann die Beleuchtung 83A oder 83B eine einzelne oder ein Array von UV-LED-Quellen aufweisen, die in einem Brennpunkt des Parabolreflektors angeordnet sind. In allen Ausführungsbeispielen ist die UV-Strahlung von der Beleuchtung 83A oder 83B kollimiert, ob ein parabolischer Reflektor oder ein Satz von irgendwelchen anderen optischen Elementen (wie Linsen) verwendet wird. Es versteht sich, dass eine absolute Kollimierung nicht notwendig ist und es reicht aus wenn wenigstens 50 % der emittierten Strahlung eine kollimierte Strahlungskomponente aufweist innerhalb eines Raumwinkels von etwa 0,1, was einem Kegelwinkel von etwa 10° entspricht. Die in 9A gezeigte UV-transparente Umhüllung 80A weist einen zylindrischen Ring 82 auf. Der zylindrische Ring 82 weist eine UV-transparente Oberfläche 84 und eine innere UV-transparente Oberfläche 86 auf. Die zu desinfizierenden Medien befinden sich innerhalb des zylindrischen Rings 82 zwischen den Oberflächen 84, 86. Sowohl die äußere als auch die innere UV-transparente Oberfläche 84, 86 kann ein für UV-Strahlung transparentes Polymer aufweisen. Ein Zylinder 88 kann innerhalb des zylindrischen Rings 82 und neben der inneren UV-transparenten Oberfläche 86 angeordnet sein. In einem Ausführungsbeispiel kann zwischen dem Zylinder 88 und dem zylindrischen Ring 82 eine Wasserschicht angeordnet sein. Für typische UV-transparente Materialien, die zum Einschließen von Wasser verwendet werden können, stimmt der Brechungsindex entweder mit dem Brechungsindex von eingeschlossenem Wasser überein oder ist größer. Beispielsweise sind Fluorpolymere leicht erhältlich und können zur Herstellung von UV-transparenten Ringumhüllungen mit äußeren und inneren UV-transparenten Oberflächen 84 bzw. 86 verwendet werden. Die Fluorpolymere haben Brechungsindizes ähnlich zu demjenigen von Wasser (z.B: etwa 1,3). In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der transparente Umhüllungsring hergestellt sein aus Quarzglas oder Saphir mit einem Brechungsindex, der größer ist als derjenige der eingeschlossenen Flüssigkeit. In diesem Ausführungsbeispiel kann der Zylinder 88 ein reflektierendes oder transparentes Material aufweisen und den Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen, welche kollimierte UV-Strahlung bereitstellen, aufnehmen. In 9A ist die Beleuchtung 83A innerhalb des Zylinders 88 angeordnet und UV-Strahlung 85 wird in den zylindrischen Ring 82 der UV-transparenten Umhüllung 80A emittiert. In 9B ist die Beleuchtung 83B innerhalb des zylindrischen Rings 82 der UV-transparenten Umhüllung 80B angeordnet und UV-Strahlung 85 wird so gerichtet, dass sie zwischen dem zylindrischen Ring 82 und dem Zylinder 88 liegt.
Die 10A-10C zeigen Strahlverlaufssimulierungen für die in 9A gezeigte UV-transparente Umhüllung 80A, in welcher die Ultraviolettstrahlungsquellen tangential zu der Innenseite des Zylinders 88 angeordnet sind. Die aus der Quelle austretenden UV-Strahlen treffen auf die Grenze zwischen der inneren UV-transparenten Oberfläche 86 und Luft bei oder oberhalb des kritischen Winkels auf, woraus TIR resultiert. Die Strahlen breiten sich dann in einer kreisartigen Weise, wie in den 10A-10C gezeigt, aus, woraus eine Intensitätskonzentration in dem zylindrischen Ring 82 resultiert. Wie in 10D gezeigt, kann ein Radius h des Zylinders 88 ausgewählt werden auf Grundlage eines Brechungsindex des zu desinfizierenden Mediums. Beispielsweise kann der Radius h definiert werden als h=R*sin(θ)=R*(n₂/n₁), wobei R der Radius der UV-transparenten Umhüllung 80 ist, n₂ der Brechungsindex der Umgebung (z.B. n₂=1 für Luft) ist, n₁ der Brechungsindex des zu desinfizierenden Mediums ist und θ durch den in 10D gezeigten Reflexionswinkel für die Ultraviolettstrahlungsquelle 24A festgelegt ist. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann n₁ der Brechungsindex des Materials der UV-transparenten Umhüllung 80A sein. In einem Ausführungsbeispiel ist der Radius h des Zylinders 88 etwa 5 % kleiner als ein Wert, der erhalten wird durch Berechnung des Produkts des äußeren Radius R mal dem Verhältnis des Brechungsindex des äußeren Mediums n₂ und zu dem Brechungsindex n₁ desjenigen der folgenden Materialien, welches den kleinsten Brechungsindex aufweist: das UV-transparente Material, welches den Zylinder 88 aufweist, oder das eine Desinfektion benötigende Medium, ermittelt für die Wellenlänge der emittierten Strahlung.
Eine Ultraviolettstrahlungsquelle 24B kann innerhalb des zylindrischen Rings 82 angeordnet sein und die UV-Strahlung kann durch ein Fenster 89 bereitgestellt werden. In einem Ausführungsbeispiel kann das Fenster 89 so ausgelegt sein, dass es die Richtung der UV-Strahlung nicht ändert. In einem Ausführungsbeispiel kann das Material des Fensters 89 aus demselben Material gebildet sein wie der Zylinder 88, aus Quarzglas, Saphir und/oder dergleichen. Beispielsweise zeigen die 11A und 11B einen Teil der ultravioletttransparenten Umhüllung 80 ohne ein Fenster beziehungsweise mit einem Fenster gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. In 11A, wo kein Fenster vorhanden ist, ändert sich die Richtung der UV-Strahlung wenn diese durch die UV-transparente Umhüllung 80 hindurch und in den Kanal 14 eintritt, wo sich das zu desinfizierende Medium befindet. In 11 B tritt die UV-Strahlung durch das Fenster 89 der UV-transparenten Umhüllung 80. In dem in 11B gezeigten Ausführungsbeispiel bildet die UV-Strahlung einen spiralförmigen Strahlweg. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird kein Fenster verwendet und die Ultraviolettstrahlungsquelle 24 ist geeignet verkippt, um den Wechsel der Richtung der UV-Strahlung zu berücksichtigen.
Wir kommen zu den 12A und 12B, wo eine beispielhafte UV-transparente Umhüllung 90 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt ist. In diesem Ausführungsbeispiel weist die UV-transparente Umhüllung eine Toroidform auf, die beispielsweise die TIR fördern kann. Die Toroidform der UV-transparenten Umhüllung 90 kann sicherstellen, dass ein Verlust von UV-Strahlung primär durch Absorption innerhalb des zu desinfizierenden Mediums, innerhalb der Wände der Umhüllung 90 und in Zusammenhang mit dem letztendlichen Verlust der Kollimation der UV-Strahlung und deren Austreten aus der Umhüllung 90 erfolgt. Um den Effekt des Verlusts der Kollimierung zu reduzieren, kann die Ausgangsrichtung der UV-Strahlung so gewählt werden, dass deren Winkel größer ist als der für die Totalreflexion benötigte kritische Winkel, wie in 12B gezeigt. Das in den 12A und 12B gezeigte Ausführungsbeispiel der UV-transparenten Umhüllung 90 weist alle Merkmale der hierin gezeigten anderen Ausführungsbeispiele auf, einschließlich der 9A-11 B, wobei die Mittenachse 87 des Zylinders 88 in 9B eine Krümmung aufweist, die in der Toroidform resultiert.
Es versteht sich, dass die in den 9A-12B gezeigten Ausführungsbeispiele nur beispielhaft die Verwendung von Totalreflexion von kollimierter UV-Strahlung zeigen, um das Rückführen der UV-Strahlung zu verbessern. Andere Ausführungsbeispiele, die eine solche Reflexion verwenden, sind möglich einschließlich von unterschiedlich geformten Desinfektionsumhüllungen und UV-Strahlungsquellen, die so orientiert sind, dass solch eine Totalreflexion bereitgestellt wird. Es versteht sich außerdem, dass die hierin diskutierten Ausführungsbeispiele der UV-transparenten Umhüllung nicht entlang von allen Oberflächen ein UV-transparentes Polymer aufweisen müssen und ebenso reflektierende Bereiche aufweisen können. Genauer gesagt kann die UV-transparente Umhüllung auch Löcher aufweisen oder Bereiche überhaupt ohne UV-transparente Umhüllung. Beispielsweise kann die eine Desinfektion benötigende Flüssigkeit einen laminaren Wasserstrom aufweisen, der aus einer Düse (wie ein Wasserhahn) kommt, der durch die Wirkung der Gravitation frei fallen kann. Die Düse kann, wie in den 9A-12B gezeigt, mit einem Teil der UV-transparenten Umhüllung versehen sein, welche UV-Strahlungsquellen enthält. Zusätzlich kann sich in der Mitte des Flusses des zu desinfizierenden Mediums ein zylindrisches Säulenelement befinden, ähnlich wie der in 9A gezeigte Zylinder 88. Der Zylinder 88 kann die laminaren Eigenschaften des Flusses des zu desinfizierenden Mediums verbessern und kann aus UV-reflektierendem Material gefertigt sein. Die UV-Strahlungsquellen können ein Licht generieren, für welches der Fluss des zu desinfizierenden Mediums als Wellenleiter wirkt, wobei das Licht, wie in den Strahlverlaufssimulationen der 10A-10C gezeigt, um das Medium kreist.
In jedem der hierin gegebenen Ausführungsbeispiele der ultravioletttransparenten Umhüllung kann ein Katalysator in das Medium eingebracht werden, um die Desinfektion des Mediums zu verstärken. Weiterhin können in allen Ausführungsbeispielen der ultravioletttransparenten Umhüllung der Eingang und der Ausgang verbunden werden, um die Desinfektionszyklen mehrmals zu wiederholen, um eine ausreichende Desinfektion sicherzustellen. Die Anzahl kann abhängen von einem benötigten Level der Desinfektion.
13 zeigt ein beispielhaftes Desinfektionssystem 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. In diesem Fall weist das System 200 eine Monitor- und/oder Steuerkomponente 210 auf, die als Computersystem 220 ausgeführt ist mit einem Analyseprogramm 230, welches das Computersystem 220 in den Stand setzt, einen Satz von Desinfektionskomponenten 242 (z.B. eine Energiekomponente, ultraviolette (UV)-Quelle(n), Sensor(en), Ventile, usw.) durch Ausführen eines hierin beschriebenen Prozesses zu steuern. Insbesondere kann das Analyseprogramm 230 das Computersystem 220 in den Stand setzen, die Desinfektionskomponenten 242 zu betätigen und Daten entsprechend einer oder mehrerer Bedingungen der Desinfektionskomponenten und/oder der zu desinfizierenden Medien (z.B. Transparenz der Medien) zu verarbeiten.
In einem Ausführungsbeispiel kann das Computersystem 220 während einer Anlaufzeit des Betriebs Daten mit Bezug zu einer oder mehreren Eigenschaften des Fluids aufnehmen und Analysedaten 236 zur weiteren Verarbeitung generieren. Die Analysedaten 236 können Informationen über die Anwesenheit von einem oder mehreren Verunreinigungen in dem Fluid, einer Transparenz des Fluids und/oder dergleichen beinhalten. Das Computersystem 220 kann die Analysedaten 236 verwenden, um Kalibrierungsdaten 234 zu generieren zum Steuern von einem oder mehreren Gesichtspunkten der Betätigung der Desinfektionskomponenten 242 durch das Computersystem 221, wie hierin beschrieben.
Das Computersystem 220 ist gezeigt mit einer Prozessorkomponente 222 (z.B. ein oder mehrere Prozessoren), einer Speicherkomponente 224 (z.B. einer Speicherhierarchie), einer Input/Output (I/O) Komponente 226 (z.B. eine oder mehrere I/O Schnittstellen und/oder Vorrichtungen) und einer Kommunikationsleitung 228. Im allgemeinen führt die Prozessorkomponente 222 Programmcode aus, wie das Analyseprogramm 230, welches wenigstens teilweise in der Speicherkomponente 224 festgehalten ist. Während Programmcode ausgeführt wird kann die Prozessorkomponente 222 Daten verarbeiten, was resultieren kann im Lesen und/oder Schreiben von transformierten Daten von/auf die Speicherkomponente 224 und/oder die I/O Komponente 226 zur weiteren Verarbeitung. Die Leitung 228 stellt eine Kommunikationsverbindung zwischen jeder der Komponenten in dem Computersystem 220 bereit. Die I/O Komponente 226 und/oder die Schnittstellenkomponente 227 können eine oder mehrere menschliche I/O Vorrichtungen aufweisen, welche es ermöglichen, dass ein menschlicher Benutzer 1 mit dem Computersystem 220 interagiert, und/oder eine oder mehrere Kommunikationsvorrichtungen, welche es erlauben, dass ein Systembenutzer 1 mit dem Computersystem 220 kommuniziert unter Verwendung irgendeines Typs von Kommunikationsverbindung. Hierzu kann das Analyseprogramm 230 während der Ausführung durch das Computersystem 220 einen Satz von Schnittstellen steuern (z.B. graphische Nutzerschnittstelle(n), Anwendungsprogrammschnittstelle und/oder dergleichen), welche ermöglichen, dass menschliche und/oder Systembenutzer 1 mit dem Analyseprogramm 230 interagieren. Weiterhin kann das Analyseprogramm 230 die Daten, wie Kalibrierungsdaten 234 und Analysedaten 236 handhaben (z.B. speichern, holen, kreieren, manipulieren, organisieren, präsentieren usw.) unter Verwendung irgendeiner Lösung. Eine UV-Anzeige 224 kann eine sichtbare und/oder hörbare Anzeige (z.B. Licht, Schall und/oder dergleichen) bereitstellen, um anzuzeigen, dass Ultraviolettstrahlung erzeugt wird.
In jedem Fall kann das Computersystem 220 ein oder mehrere allgemeine Computerprodukte (z.B. Computervorrichtungen) aufweisen, die in der Lage sind, Programmcode auszuführen, wie das darauf installierte Analyseprogramm 230. In der vorliegenden Verwendung wird unter einem „Programmcode“ irgendeine Sammlung von Anweisungen verstanden in irgendeiner Sprache, irgendeinem Code oder irgendeiner Notation, die eine Computervorrichtung mit einer Fähigkeit, Information zu verarbeiten, veranlasst, eine spezielle Funktion auszuführen entweder direkt oder nach einer Kombination von (a) Umwandlung in eine andere Sprache, einen anderen Code oder eine andere Notation; (b) Reproduzierung in einer unterschiedlichen Materialform; und/oder (c) Dekompression. Hierzu kann das Analyseprogramm 230 verkörpert sein als irgendeine Kombination von Systemsoftware und/oder Anwendungssoftware.
Weiterhin kann das Analyseprogramm 230 verwirklicht sein unter Verwendung eines Satzes von Modulen 232. In diesem Fall kann ein Modul 230 das Computersystem 220 in den Stand versetzen, einen Satz von Aufgaben, die von dem Analyseprogramm 230 verwendet werden, auszuführen und kann von anderen Teilen des Analyseprogramms 230 getrennt entwickelt und/oder getrennt verwirklicht werden. Wenn das Computersystem 220 mehrere Computervorrichtungen aufweist, kann jede Computervorrichtung nur einen Teil des darauf festgehaltenen Analyseprogramms 230 aufweisen (z.B. ein oder mehrere Module 232). Es versteht sich jedoch, dass das Computersystem 220 und das Analyseprogramm 230 nur stellvertretend sind für verschiedene mögliche äquivalente Monitor- und/oder Steuerungssysteme 210, die einen hierin beschriebenen Prozess ausführen. Hierzu kann die durch das Computersystem 220 und das Analyseprogramm 230 bereitgestellte Funktionalität in anderen Ausführungsbeispielen wenigstens teilweise durch eine oder mehrere Computervorrichtungen verwirklicht werden, die durch irgendeine Kombination von allgemeiner Hardware und/oder zweckbestimmter Hardware mit oder ohne Programmcode verwirklicht werden. In jedem Ausführungsbeispiel kann die Hardware und, sofern enthalten, der Programmcode, geschaffen werden unter Verwendung von Standardentwicklungs- bzw. programmiertechniken. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Monitor- und/oder Steuersystem 210 ohne irgendeine Computervorrichtung verwirklicht werden, z.B. unter Verwendung eines geschlossenen Regelkreises, welcher eine Feedback-Steuerschleife verwirklicht, in der die Ausgänge von einer oder von mehreren Desinfektionskomponenten 242 (z.B. Fühlereinrichtungen) als Eingänge verwendet werden, um den Betrieb von einer oder von mehreren anderen Desinfektionskomponenten 242 zu steuern (z.B. UV-LEDs).
Unabhängig davon können, wenn das Computersystem 220 mehrere Computervorrichtungen enthält, die Computervorrichtungen über irgendeine Art von Kommunikationsverbindung kommunizieren. Weiterhin kann das Computersystem 220, während ein hierin beschriebener Prozess ausgeführt wird, mit einem oder mehreren anderen Computersystemen kommunizieren, wie dem Benutzer 1, unter Verwendung irgendeines Typs von Kommunikationsverbindung. In beiden Fällen kann die Kommunikationsverbindung irgendeine Kombination von verschiedenen Typen von Drahtverbindungen und/oder drahtlosen Verbindungen aufweisen; irgendeine Kombination von einem oder mehreren Typen von Netzwerken aufweisen; und/oder irgendeine Kombination von verschiedenen Typen von Übertragungstechniken und Protokollen verwenden.
Während die Erfindung vorliegend als ein Verfahren und ein System zur Behandlung (z.B. Desinfizierung) eines Fluids gezeigt und beschrieben ist, versteht es sich, dass Gesichtspunkte der Erfindung weiterhin verschiedene alternative Ausführungsbeispiele bereitstellen. Beispielsweise stellt die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel ein in wenigstens einem computerlesbaren Medium fixiertes Computerprogramm bereit, welches, wenn es ausgeführt wird, ein Computersystem in den Stand setzt, ein Fluid wie hierin beschrieben, zu behandeln. Hierzu beinhaltet das computerlesbare Medium Programmcode, wie das Analyseprogramm 230, welches ein Computersystem in den Stand setzt, einen hierin beschriebenen Prozesses ganz oder teilweise zu verwirklichen. Es versteht sich, dass der Begriff „computerlesbares Medium“ irgendeinen jetzt bekannten oder später entwickelten Typ oder mehrere irgendwelche Typen eines physischen Ausdruckmediums aufweist, von dem eine Kopie des Programmcodes wahrgenommen werden kann, reproduziert werden kann oder mit dem in anderer Weise durch eine Rechnervorrichtung kommuniziert werden kann. Zum Beispiel kann das computerlesbare Medium ein oder mehrere tragbare Speicherprodukte, ein oder mehrere Speicherkomponenten einer Rechnereinrichtung, Papier; und/oder dergleichen aufweisen.
In einem anderen Ausführungsbeispiel stellt die Erfindung ein Verfahren zum Bereitstellen einer Kopie von Programmcode, wie das Analyseprogramm 230, bereit, welches ein Computersystem in den Stand setzt, einen hierin beschriebenen Prozesses ganz oder teilweise zu verwirklichen. In diesem Fall kann ein Computersystem eine Kopie des Programmcodes verarbeiten, um einen Satz von Datensignalen, bei dem eines oder mehrere seiner Charakteristika in solch einer Weise gesetzt und/oder geändert wurden, dass eine Kopie des Programmcodes in dem Satz von Datensignalen codiert wird, zu generieren und zum Empfang an einen zweiten verschiedenen Ort zu übertragen. In ähnlicher Weise stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Verfahren zum Beschaffen einer Kopie des Programmcodes bereit, welches beinhaltet, dass ein Computersystem den Satz von hierin beschriebenen Datensignalen empfängt, dass der Satz von Datensignalen in eine Kopie des Computerprogramms übertragen wird, welches in wenigstens einem computerlesbaren Medium fixiert wird. In beiden Fällen kann der Satz von Datensignalen übertragen/empfangen werden unter Verwendung irgendeines Typs von Kommunikationsverbindung.
In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel stellt die Erfindung ein Verfahren bereit zum Generieren eines Systems zum Desinfizieren eines Mediums (z.B. Fluid, Kolloid, Mischung und/oder dergleichen). In diesem Fall kann das Generieren das Konfigurieren des Computersystems 220 beinhalten, um das hierin beschriebene Verfahren zur Behandlung eines Fluids zu verwirklichen. Das Konfigurieren kann beinhalten, eine oder mehrere Hardwarekomponenten zu erhalten (Schaffen, Aufrechterhalten, Kaufen, Modifizieren, Verwenden, Erhältlichmachen) mit oder ohne ein oder mehrere Softwaremodule und Zusammensetzen der Komponenten und/oder Module, um einen hierin beschriebenen Prozess zu verwirklichen. Hierzu kann das Konfigurieren das Einsetzen von einer oder mehreren Komponenten bei dem Computersystem beinhalten, was einen oder mehrere der folgenden Schritte beinhalten kann: (1) Installieren von Programmcode auf einer Computervorrichtung; (2) Hinzufügen einer oder mehrerer Computer- oder I/O-Vorrichtungen zu dem Computersystem; (3) In- tegrieren und/oder Modifizieren des Computersystems, um es in den Stand zu setzen, einen hierin beschriebenen Prozess auszuführen; und/oder dergleichen.

Claims

Vorrichtung mit: einer ultravioletttransparenten Umhüllung (10) mit einem Eingang (16) und einem Ausgang (18) für einen Fluss eines zu desinfizierenden Mediums, wobei die ultravioletttransparente Umhüllung (10) eine Vielzahl von geschweißten Separatoren (12) aufweist, um einen Serpentinenkanal innerhalb der ultravioletttransparenten Umhüllung (10) zu schaffen; und einer Beleuchtung (30) benachbart zu der ultravioletttransparenten Umhüllung (10), wobei die Beleuchtung (30) einen Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen (24) aufweist, wobei die Ultraviolettstrahlungsquellen (24) eingerichtet sind zum Generieren von Ultraviolettstrahlung auf den Fluss des Mediums in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zum Fluss des Mediums, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtung (30) von mindestens einer Wand der ultravioletttransparenten Umhüllung (10) physisch getrennt ist, dass die Vielzahl von geschweißten Separatoren (12) für Ultraviolettstrahlung transparent sind und dass die Ultraviolettstrahlungsquellen (24) eingerichtet sind zum Generieren von Ultraviolettstrahlung in Richtung der Vielzahl von transparenten Separatoren (12).
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die ultravioletttransparente Umhüllung (10) ein Material aufweist, welches dazu eingerichtet ist, biologischen Bewuchs innerhalb der ultravioletttransparenten Umhüllung (10) zu verhindern.
Vorrichtung nach Anspruch 2, weiter aufweisend eine äußere reflektierende Umhüllung (22), wobei die ultravioletttransparente Umhüllung (10) entfernbar innerhalb der äußeren reflektierenden Umhüllung (22) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche außerdem eine äußere reflektierende Oberfläche (62) benachbart zu der ultravioletttransparenten Umhüllung (10) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die äußere reflektierende Oberfläche (62) aufweist: - eine ultravioletttransparente Schicht (64A) mit einem Bereich (68), innerhalb dem der Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen (24) eingeschlossen ist; - eine Luftschicht (64B); und - eine ultraviolettreflektierende Schicht (64C).
Vorrichtung nach Anspruch 5, welche weiterhin einen Bereich (66) zwischen der ultravioletttransparenten Umhüllung (10) und der äußeren reflektierenden Oberfläche (62) aufweist, der mit einem hochtransparenten Fluid gefüllt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die ultravioletttransparente Umhüllung (70) wellige Kanten (72) aufweist, die dazu eingerichtet sind, eine einstellbare effektive Dicke der ultravioletttransparenten Umhüllung bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die ultravioletttransparente Umhüllung mindestens ein Fenster (89) benachbart zu dem Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen (24A, 24B) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Eingang (16) und der Ausgang (18) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ultravioletttransparente Umhüllung (10) eine flexible ultravioletttransparente Umhüllung ist und dass eine äußere reflektierende Umhüllung (62) vorhanden ist, wobei die flexible ultravioletttransparente Umhüllung (10) innerhalb der äußeren reflektierenden Umhüllung angeordnet (62) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die ultravioletttransparente Umhüllung (10) ein Material aufweist, welches dazu eingerichtet ist, biologischen Bewuchs innerhalb der ultravioletttransparenten Umhüllung zu verhindern.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Beleuchtung weiterhin einen reflektierenden Spiegel (34) aufweist, der direkt unter jeder Ultraviolettstrahlungsquelle (24) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Beleuchtung weiterhin ein Montagenetz (42) zum Montieren des Satzes von Ultraviolettstrahlungsquellen (24) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die äußere reflektierende Umhüllung aufweist: - eine ultravioletttransparente Schicht (64A); - eine Luftschicht (64B); - eine ultraviolettreflektierende Schicht (64C).
Vorrichtung nach Anspruch 10, die weiterhin einen Bereich zwischen der ultravioletttransparenten Umhüllung (10) und der äußeren reflektierenden Umhüllung (62) aufweist (66), der mit einem hochtransparenten Fluid gefüllt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die flexible ultravioletttransparente Umhüllung (70) gewellte Kanten (72) aufweist, die dazu eingerichtet sind, eine einstellbare effektive Dicke der ultravioletttransparenten Umhüllung (70) bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die flexible ultravioletttransparente Umhüllung mindestens ein Fenster (89) aufweist benachbart zu dem Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen (24A, 24B).
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die flexible ultravioletttransparente Umhüllung (10) ein ultravioletttransparentes Polymer aufweist.
System mit: einer Vorrichtung nach Anspruch 2 und mit einer Steuerkomponente (210, 220), die dazu eingerichtet ist, den Satz von Ultraviolettstrahlungsquellen (24) und einen Fluidfluss durch den Serpentinenkanal zu steuern.