具有PTFE漫射的UV反应器的制作方法

本发明涉及一种用于水处理系统的紫外(uv)反应器。
背景技术：
：可例如是uv灯和led的uv源通常用在水处理中，以处理生物学上不安全的水来去除细菌、包囊和病毒。典型的反应器设计将uv源定位在石英管中，因为石英对uv光是透明的。石英管通常同轴地定位在与石英间隔且面向石英的周围结构内。周围结构包括显著增加反应器内的uv辐射强度的反射表面。通常，周围结构是铝或不锈钢，并且反射表面是周围结构的面向内部的抛光表面。水在石英管和反射表面之间的环形区域中流动。由uv源生成的uv光穿过石英管来处理水。uv光从反射表面反射回来，往回穿过水以增加反应器中的水的uv辐射强度。抛光的铝或不锈钢的成本显著增加了uv反应器的成本。随着抛光表面的质量增加以便增加表面反射率的效率，成本进一步增加。最近，ptfe已用在uv反应器中作为漫射表面，以增加水的uv辐射强度。ptfe反应器的制造需要昂贵的加工。ptfe在用作漫射涂层时面临许多挑战，因为它是半结晶热塑性塑料。具体地，ptfe可能对uv光或者是透明的或者反射uv光，这取决于在结晶区域和非晶区域之间的边界上散射的光。非晶状态ptfe对uv是透明的。ptfe的反射率取决于材料的厚度和结晶水平。传统的ptfe涂层处理常常在表面上产生薄的非晶层。因为这些挑战，所以ptfe涂层处理常常导致透明层而不是反射层。技术实现要素：在一个实施方式中，本发明提供了一种用于处理水的uv反应器，所述反应器包括：uv源；管，所述管围绕所述uv源定位；周围结构，所述周围结构同轴地围绕所述管；流动路径，所述流动路径定位在所述管和所述周围结构之间供待处理的水流动；以及漫射表面，所述漫射表面围绕所述周围结构定位以将来自所述uv源的uv光反射回到所述流动路径中。在另一实施方式中，本发明提供了一种将漫射表面固定到uv反应器的周围结构的方法，所述uv反应器包括uv源、围绕所述uv源的管、同轴地围绕所述管的所述周围结构以及围绕所述周围结构定位的所述漫射表面。所述方法包括以下步骤：将所述漫射表面装配在所述周围结构上；将热施加到所述漫射表面；确定所述漫射表面的材料性质状态；以及在确定所述漫射表面处于非晶状态下之后冷却所述漫射表面。在另一实施方式中，本发明提供了一种经由uv反应器处理水的方法，其中，所述uv反应器包括uv源、围绕所述uv源的管、同轴地围绕所述管的周围结构以及围绕所述周围结构定位的ptfe漫射表面，所述方法包括以下步骤：经由所述uv光源发射uv光；使所述uv光传输通过所述管并进入所述管和所述周围结构之间的环形流动路径；使所述uv光传输通过所述周围结构的石英壁；以及将所述uv光从所述ptfe漫射表面反射出来，穿过所述周围结构的所述石英壁，并穿过所述环形流动路径。考虑到详细描述和附图，本发明的其他方面将变得明显。附图说明图1是实施本发明的uv反应器的立体图。图2是将漫射表面固定到图1的uv反应器的周围结构的过程的流程图。图3示出了另选uv反应器。具体实施方式在详细解释本发明的任何实施方式之前，应理解，本发明的应用不限于以下描述中阐述的或在以下附图中示出的构造细节和部件布置。本发明能够具有其他实施方式并且能够以各种方式实践或实施。图1示出了实施本发明的uv反应器110。反应器110包括包含uv源130的石英管120，并包括围绕石英管120同轴定位的周围结构140。在示出的实施方式中，周围结构140是石英。然而，在另选实施方式中，周围结构140可由包括350℃以上的熔点的另选uv透明材料构成。在示出的实施方式中，石英管可具有约26mm的外径。环形流动路径150限定在管120和周围结构140之间。反应器110中的待处理水流过流动路径150。漫射表面160被固定到周围结构140的外表面。在示出的实施方式中，漫射表面160是ptfe热收缩管件。具体地，管件160包括0.10mm-1.5mm之间的厚度，最佳厚度为0.3mm-1.0mm。在另选实施方式中，漫射表面160可由另选材料(包括聚四氟乙烯(ptfe)等的层)构成。将漫射表面160固定到周围结构140的一种方式是利用热收缩。ptfe是商业上可获得的标准产品，诸如可从zues公司获得的2：1ptfe材料，其具有1.500英寸的扩展最小内径(收缩之前)和1.036英寸的恢复壁厚(收缩之后)。图2示出了将漫射表面160热收缩到周围结构140上的过程200，从而将漫射表面160固定到结构140。过程200开始于步骤210：将未收缩的漫射表面160装配在周围结构140上。在步骤220中，将热施加到漫射表面160，从而使漫射表面160收缩以围绕周围结构140紧贴地装配。热可通过各种机构(例如，烤箱、热风枪，等)施加到漫射表面160。在示出的实施方式中，热的温度大于380℃，最佳温度为385℃。热施加到漫射表面160持续足够的时间量，直到表面160完全覆盖周围结构140。具体地，热施加到漫射表面160持续30-900秒。在步骤220中的热收缩过程期间，漫射表面160从结晶状态转变成非晶状态，因此对uv光是透明的。在步骤230处，用户确定漫射表面160的状态。如果用户确认漫射表面160是非晶的(例如，真)，则该过程进行到步骤240。如果用户确认漫射表面160不是完全非晶的(例如，假)，则该过程移向步骤220并且漫射表面160继续经历热收缩。在步骤240中，漫射表面160经受冷却。具体地，漫射表面160(例如，经由烤箱)缓慢地经受较低温度。冷却漫射表面160会显著增加表面160的材料结晶水平，从而增强反射率。在冷却过程期间，漫射表面160暴露于以增量方式逐渐降低的温度。在示出的实施方式中，冷却速率介于0.3℃/分钟到30℃/分钟之间，下降到250℃；最佳冷却速率介于0.5℃/分钟到3℃/分钟之间，下降到250℃。冷却过程可继续持续预定的时间量，或者直到漫射表面160已实现特定量的uvc反射率。例如，在冷却过程之后，漫射表面160的uvc反射率约为50％-85％，最佳uvc反射率为65％-85％。为了最小化漫射表面160中的ptfe的透射率(或者最大化漫射率和/或反射率)，必须小心地管理两个因素以实现结晶材料和非晶材料的期望比率。第一因素是与漫射表面160的熔点温度比较施加到漫射表面160的热的最高温度。理想地，热的最高温度等于或略高于漫射表面160的熔点温度，以使漫射表面160从半结晶结构转变成非晶结构。第二因素是在达到最高温度之后施加到漫射表面160的冷却温度和冷却速率。如上文关于图2讨论的，实现最佳冷却速率以及增量地施加特定冷却温度会提高漫射表面160内的结晶特性，从而增强漫射表面160的反射率。使ptfe漫射表面160从非晶转变成结晶的最佳冷却范围是260℃到325℃。因此，通过优化的制造过程，ptfe热收缩漫射表面160产生围绕周围结构140的有效漫射涂层。在操作中，来自uv源130的uv光穿过石英管120以杀死环形流动路径150的水中的有害污染物。uv光穿过周围结构140的石英壁，从漫射表面160反射出来，往回穿过周围结构140的石英壁并进入环形流动路径150，以便再次穿过水。在示出的实施方式中，在操作期间uv与水的接触时间小于一秒。漫射表面160提供与大多数金属uv反应器类似或更好的结果，但成本降低。在一个测试中，在模拟飞利浦14wuv灯的前六年和3l/分钟的水流速率的测试装置中观察到大肠杆菌对数值减少。每个模拟年中观察到的大肠杆菌对数减少总结在下表1中。表1飞利浦14w灯模拟寿命(年)大肠杆菌对数值减少17.3326.1036.9647.5655.7765.30实例1—热收缩过程在本发明的一个测试中，使用关于图2描述的过程200将包括ptfe收缩包覆层的漫射表面160施加到石英周围结构140。具体地，下面在表2中报告使用的热收缩阶段和冷却阶段。漫射表面160的起始检测透射率为64％，并且冷却之后的最低检测透射率约为24％。表2温度(℉)持续时间(分钟)过程7258热收缩6155冷却下来60510冷却下来59915冷却下来实例2—热收缩过程在本发明的另一测试中，使用关于图2描述的过程200将漫射表面160(例如，ptfe收缩包覆)施加到石英周围结构140。使用下面在表3中报告的热收缩阶段和冷却阶段将漫射表面160施加到石英周围结构140。具体地，除了与第一测试中的615℉下持续5分钟比较，第一冷却阶段在644℉下持续2分钟之外，使用的热收缩阶段和冷却阶段与第一实例相同。第二测试中的漫射表面160的起始检测透射率为62％，并且冷却之后的最低检测透射率约为17％。表3温度(℉)持续时间(分钟)过程7258热收缩6442冷却下来60510冷却下来59915冷却下来由此，上述uv反应器110与传统的更昂贵的(例如，金属)uv反应器一样起作用，但制造起来明显更容易且更便宜。此外，除热收缩过程200之外，实施更厚的漫射表面160允许增加表面160内的结晶性质，从而提高反射率并降低透射率。图3示出了另选uv反应器110'。示出的uv反应器110'类似于上述反应器110并且包括相同的部件。uv反应器110'与uv反应器110的不同之处在于，它用于处理滞水而不是流动的水，这将在下面描述。类似于uv反应器110中所描述部件的部件具有相同的附图标记加撇。反应器110'由uv透射材料构成。反应器110'包括在反应器110'的透明端壁135'上定位在反应器110'外侧的uv光源130'，并包括围绕反应器110'定位的周围结构140'。uv源130'可包括经由透明壁135'将uv光辐射到反应器110'内的水中的一个或更多个uv-led。在示出的实施方式中，周围结构140'是石英。然而，在另选实施方式中，周围结构140'可由包括350℃以上熔点的另选uv透射材料构成。如图3所示，uv反应器110'采取储存容器的形式。因此，uv反应器110'主要处理滞水持续一段时间。漫射表面160'被固定到周围结构140'的外表面。在示出的实施方式中，如上文关于图1所描述的，漫射表面160'是ptfe热收缩管件。具体地，如关于图2描述的，漫射表面160'经由过程200被固定到周围结构140'。在随附权利要求书中阐述本发明的各种特征和优点。当前第1页12