使用一个或多个低输出功率uv光源的便携式水净化系统的制作方法
【专利说明】使用一个或多个低输出功率UV光源的便携式水净化系统
[0001]相关申请的交叉引用
本申请涉及下列美国临时专利申请:2013年8月21日由Mi Ies Maiden提交的名称为“PORTABLE WATER PURIFICAT1N SYSTEM USING ONE OR MORE LOW OUTPUT POWER UVLIGHT SOURCES”的美国临时专利申请序列号61/868，235;2013年12月31日由Miles Maiden提交的名称为 “PORTABLE WATER PURIFICAT1N SYSTEM USING ONE OR MORE LOW OUTPUTPOWER UV LIGHT SOURCES AND UV SENSORS” 的美国临时专利申请序列号61/922，172;以及2014年5月 I 日由Miles Maiden提交的名称为 “FLOW-THROUGH UV WATER PURIFICAT1NSYSTEM WITH HIGHLY REFLECTIVE INSERT” 的美国临时专利申请序列号61/987，194，所有这些文献通过参考由此并入。
[0002]
技术领域
[0003]本发明总体上涉及便携式水净化系统，并且更具体地涉及利用处于杀菌范围的紫外线光的便携式水净化系统。
[0004]
【背景技术】
[0005]使用杀菌紫外线(UV)光即处于杀菌范围的UV光对少量水或小批量的水进行消毒的便携式水净化系统是公知的且非常流行的。美国专利5，900，212、7，641，790和8，226，831是这样的系统的示例。系统使用向囊和瓶子等内容纳的水提供UVC光的UV灯或UV LED而良好地工作。然而，UV灯相对低效地操作从而在水中产生具有是供应到UV灯的输入功率的大约30%的输出功率的UVC光。当前可用的UVC LED是甚至更加低效的，其操作以产生具有是供应到UV LED的输入功率的大约2%的输出功率的UVC光。因此，使用UV灯和UV LED的水净化系统必须提供相对高的输入功率，即，输入功率是由灯和LED产生的实际输出功率的5-50倍，以便驱动灯和LED来产生净化期望量的水所需的剂量。
[0006]电源可以是例如外部电源插座、电池、太阳能板、光伏织物等等和/或其各种组合。便携式水净化系统可以由野营者、徒步者、旅行者和/或生活在难以获得更换电池和/或公用设施有限或不可用的区域中的人使用。因此，期望提供一种便携式水净化系统，其在所需功率方面更高效地操作以便避免电池耗尽和/或需要生成更高的太阳能等等，以使由于缺少输入功率而导致的系统停机的时间最小化。更高效的系统还会减少使用者携带或试图放置更换电池的需要和/或通过需要更少的容量而降低太阳能发电机的成本和复杂性。更高效的系统还会需要更少或更小的UV光源从而进一步降低系统成本。
[0007]
【发明内容】
[0008]便携式水净化系统包括一个或多个UV光源，所述UV光源产生杀菌UV光并且将UV光提供给放大腔室中作为批量容纳的给定量的流体。放大腔室具有反射性内表面，其同时地且沿基本所有方向将到达反射性内表面的UV光返回重新引导穿过批量流体。电源驱动一个或多个UV光源以便向该批量流体提供净化给定量的流体所需的总UV能量的一小部分，并且放大腔室将到达内部反射性表面的UV光反复地返回重新引导到所述批量流体中，以便促进流体的净化。
【附图说明】
[0009]以下对本发明的描述参考附图，在附图中:
图1是根据本发明构成的系统的剖视图；
图2是根据本发明构成的系统的替代布置的剖视图；
图3是根据本发明构成的系统的替代布置的剖视图；
图4是图1-图3的系统的操作的流程图；
图5是根据本发明构成的系统的替代布置的剖视图；
图6是根据本发明构成的系统的替代布置的剖视图；
图7是根据本发明构成的系统的替代布置的剖视图；
图8A和图8B是图1-图3的系统中的UV光源的替代布置的剖视图；
图9和图10是根据本发明构成的系统的替代直流式布置的剖视图；
图11和图12是可以被包括在图1-图3和图5-图7的系统中的可移除囊的剖视图；
图13是具有高度反射性插入件的直流式布置的剖视图；
图14示出了具有可移除端盖的图13的布置；
图15示出了具有可充气插入件的图13的布置;以及图16示出了具有可移除反射性腔室的直流式布置。
【具体实施方式】
[0010]现在参考图1，系统100包括囊10，其具有用于接纳待净化流体的放大腔室12。放大腔室12具有内表面14，该内表面14高度反射杀菌UV光。放大腔室12还具有开口 18，该开口既用作流体进入放大腔室的入口又用作流体离开放大腔室的出口。罩19优选地闭合开口 18，以便在操作一个或多个UV光源16来产生杀菌UV光之前封闭作为一个批量的流体，罩19可以但不必要具有UV反射性内表面。电源20驱动一个或多个UV光源16来向放大腔室中容纳的批量流体提供净化腔室中容纳的批量中的流体量所需的总UV能量的一小部分。放大腔室12的高度反射性内表面14同时地且沿基本上所有方向将到达内表面的UV光反复地返回重新引导穿过流体，从而导致所容纳流体的净化。
[0011 ]高度反射性内表面14可以例如由针对杀菌UV光具有大致98%的反射比的抛光铝制成。对于高度反射性内表面14，可以利用针对杀菌UV光具有等于或大于60%且优选地等于或大于70%的反射比的任意材料。
[0012]系统100可以包括使用者操作的开关21或者水传感器启用/激活的开关(未示出)，以便开启一个或多个UV光源。使用者操作的开关21可以如图所示位于电源20上，或者可以位于罩19或囊10上。替代地，罩19可以用作开关，使得当罩就位以闭合开口 18时，使将电源20连接到一个或多个UV光源16的电路完整。可选地，可以使用定时器22来在开启一个或多个UV光源16之后的预定时间时将其关断。
[0013]一个或多个UV光源16定位在放大腔室12内，以便不仅将UV光引导到腔室中所容纳的流体中，而且还使被反射性内表面14同时从基本所有方向反复地重新引导穿过流体的UV光的阻挡最小化。如下文更详细讨论的那样，系统100驱动一个或多个UV光源16以便仅产生净化放大腔室中所容纳的给定量的流体所需的总UV能量中的一小部分。放大腔室12通过将到达反射性内表面14的UV光反复地返回重新引导到批量流体中而促进流体的净化。因此，与否则如果批量流体容纳在例如常规囊状腔室中而将需要的相比，系统100的电源20仅需要产生输入功率的对应一小部分和/或在较短时间段上操作。
[0014]如图1所示，一个或多个UV光源16悬挂在放大腔室12内的期望位置，基本处于放大腔室的中心，以便延伸到腔室18中容纳的流体中，并且基本上使对到达和来自反射性内表面14的光路的阻挡最小化。一个或多个UV光源16可以永久性定位在腔室12内，例如由延伸穿过腔室壁而连接到电源20的系绳24悬挂于腔室壁。一个或多个UV光源16可以替代地定位在腔室12内以用于净化批量流体且然后从腔室移除。
[0015]如图2所示，一个或多个UV光源16可以通过罩19中的可重新关闭的通路26提供给腔室12，或者替代地可以通过腔室壁中的可重新关闭的通路(未示出)提供给腔室12。如果一个或多个UV光源16是可移除的，则为了安全原因而可以在系统中包括液面传感器(未示出)，以便确保除非被浸没在流体中否则一个或多个UV光源16不会开启或保持接通。
[0016]通常，UV灯和UVC LED分别具有大约30%和2%的估计效率。因此，UV灯必须由流体中所需的输出功率的大约3.3倍的输入功率驱动，而UV LED必须由所需输出功率的大约50倍提供。
[0017]净化批量流体所需的UV能量是在15mj/cm2至50 mj/cm2的范围内。国家卫生基金会限定微生物水净化所需的剂量是40mJ/cm2。作为示例，由UV灯提供