包括发射紫外线光的源的装置的制作方法

专利名称：包括发射紫外线光的源的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种装置，包括用于发射紫外线光的源、用于使流体流入装置的入 口、用于使流体流出装置的出口以及用于对流动通过装置的流体执行矫正动作的构件，其 中流动矫正构件被布置在从入口到出口的流体路径中。
背景技术：
上文段落中定义的装置的公知例子是用于对水进行消毒的装置，其中布置在壳体 内的元件是例如用于发射紫外线光的灯(尤其是通常称为UV-C型)的源。基于UV-C光能 够杀灭微生物的事实，将被污染的水暴露在紫外线光下对水具有净化作用。针对家庭应用， 紫外线源通常被密封在非遮光夹持结构中，使得水能够按期望暴露于所述源。为了具有足够的杀菌作用，紫外线消毒装置必须产生一定的紫外线剂量，以J/m2 表示。剂量通过辐照度(W/m2)乘以细菌在装置中的停留时间(s)来给定。所述停留时间 通过水的流动路径来确定，而辐照度水平通过应用的紫外线源的类型来确定。从例如EP 1837309获知在水消毒装置中使用流动矫正构件。已知的流动矫正构 件包括提供有多个穿孔薄片的圆柱形元件，其中每个薄片包括薄层网格和星形开口。基础 薄片经历穿孔过程形成穿孔薄片，并且使获得的穿孔薄片经历拉伸过程。薄层和开口以规 则样式布置，并且薄片平行布置诸如以便以特定的方式形成堆叠，即，使得薄层的样式以及 相邻薄片的开口具有确定的移位排列。当设计水消毒装置时，必须记住紫外线源的辐照度是线性衰减的，或者根据吸收 进行的程度，随着到源的径向距离呈线性和指数衰减。鉴于这个事实，为了使装置达到希望 的效果，如果采取措施来确保发生水元素的径向混合是有利的。通过提供径向混合，意图在 于在某一时刻所有水元素在非常短的距离上流过紫外线源。靠近源的辐照度水平是如此巨 大，以至于细菌在源附近的短暂暴露就足以将其杀灭。由前所述可以理解，径向混合是在有限的暴露时间或者紧凑设计下获得所需剂量 的一种方法。然而，当应用径向混合时，需要考虑几个方面。首先，混合元件覆盖了紫外线 源，至少一定程度上覆盖了紫外线源，从而导致辐照度水平的减少。因此，只有当改进的流 动面获得的剂量增益超过了较低辐照度水平导致的损失时，应用混合元件才是有用的。还 可以使用透明的混合元件，但是这种构件必须能抵御紫外线光，并且不太易碎(玻璃)。可 以使用对辐照度水平不具有减弱效果的上流式静态混合元件，但是如果那样的话，混合程 度沿着装置的长度衰减。所以，如果那样的话，最高径向混合发生在装置的入口区域，而下 游区域的混合，尤其是径向混合可能最低甚至不存在。其次，事实上水消毒装置大多数用于 自来水压低的区域。增加混合元件可能会导致不期望的高压下降。在水消毒装置领域碰到的另一个问题是可能存在所谓的短流(short-cut)。短流 是从入口直接通向出口的流动路径。沿着这些短流而行的细菌的停留时间非常短。尤其当 短流在布置了紫外线源的部件的外径、远离紫外线源之处占优势时，此处的辐照水平最低， 导致极低的剂量水平。短流通常由特定的流入条件和/或不适当的混合引起。

发明内容
本发明的目的是提供一种对上述问题的解决方法。特别地，本发明的目的是提供 一种装置，其包括紫外线源和用于控制流过该装置的流体流动的构件，使得短流较少或者 甚至完全没有短流，其中这种构件易于制造并且不昂贵。依照本发明，提供一种装置，其包括用于发射紫外线光的源、用于使流体流入装置 的入口、用于使流体流出装置的出口以及用来在流体流过装置时执行矫正动作的构件，其 中流动矫正构件被布置在从入口到出口的流体路径中，并且其中流动矫正构件包括至少一 个元件，该元件具有用于使流体从一侧流入的入口开口和使流体从另一侧流出的出口开 口，其中每个入口开口与多个出口开口相通，其中该元件包括随机布置的、互相连通的孔洞 的迷宫，以实现通过元件的多个随机流体通路，并且其中布置元件在设备的入口区域和出 口区域以用于执行流动矫正动作。因此，在依照本发明的装置中，使用了至少一个流动矫正元件，该流动矫正元件具 有使流体从一侧流入的入口开口和使流体从另一侧流出的出口开口，每个入口开口与多个 出口开口相通。甚至可以使得每个入口开口与所有的出口开口相连通。初看起来，真正实现 这种流动矫正元件似乎是困难的，而提出实用的实施例是本发明的进一步成果。特别地，流 动矫正元件的实用实施例包括包含泡沫状材料的流动矫正元件的实施例；以及流动矫正 元件的实施例，根据该实施例将流动矫正元件形成类似于编织网，例如，不锈钢编织网。通 常，流动矫正元件包括随机布置的、互相连通的孔洞的迷宫，以实现通过元件的多个随机流 体通路。此外，通常流动矫正元件可以具有线团状的外形。就流动矫正元件的材料而言，应当指出这可以是任何适当类型的材料，包括具有 紫外线光反射特性的材料，并且其可以至少为金属材料、陶瓷材料和玻璃质材料中的一种。 使用金属还可以使流动矫正元件成为向例如灯的紫外线源供电的电路的一部分。这种有利 的情况的例子是在使用EP 0697374中描述的受激准分子灯的时候。然而流动矫正元件材料的另一选择是碳。例如，流动矫正元件可以包括一部分颗 粒状碳，或碳块。碳在对流体执行净化功能时，能够在流体流动中实现扩散效应。此外，碳 能够从流体中去除对紫外线源具有负面影响的杂质。同样，碳可以用作过滤器来去除在应 用紫外线源的范围内关联极好的臭氧。流动矫正元件可以包括铜锌合金，其特别适合用来净化水中的氯。同样，流动矫正 元件可以实现为离子交换器或者隔膜。依照本发明，具有入口开口和出口开口的元件被用来在流体流动上执行矫正动 作，其中每个入口开口与多个出口(可能是所有出口开口)流体连通，使得可能通过包括紫 外线源的装置具有控制的流体流动，也就是经控制的流入和流出辐射部分。无论如何，依照 本发明，流动矫正元件不包括具有确定样式通道的板状物，或者一系列的(平行)隔板，例 如，在这种情况下，每个入口开口将与不超过一个出口开口相通。在这方面，需要注意在us 2006/0192136中找到了具有确定样式的孔洞的隔壁用于层化水流的常规情况的例子。由于 依照本发明的流动矫正元件具有随机布置的、相互连通的孔洞的迷宫，因此元件中不存在 确定的通道，流体通常不会顺着直线路径从入口开口到出口开口。基于存在多个流体通道，依照本发明的装置的流动矫正元件具有多孔结构，使得 流过元件的流体压力损失低。流动矫正元件应用的另一优点是能将入口条件改变的影响最小化。流体流动中占优势的局部高速率可以被抑制。流体矫正元件可安装在紫外线源的上游 和/或下游，使得不会影响源的辐照度水平。总之，可实现非常紧凑、划算的流动矫正元件。除了流动矫正功能，流动矫正元件还可以具有屏蔽功能。特别地，流动矫正元件可 布置在用于在装置操作期间屏蔽该装置的至少一个区域免于由紫外线源发射的紫外线光 的位置。当流动矫正元件被用于执行屏蔽功能时，由于元件的多孔性质，在一方面屏蔽功能 与另一方面允许流体通过的功能之间没有矛盾。因此，流体通过元件的流动几乎不会受到 元件存在的影响，而不需要从元件的一侧流到另一侧的直线通道，其可能会使元件的屏蔽 功能恶化。在实用的实施例中，依照本发明的装置是用于对水进行消毒的装置，其包括一个 从装置的进水口区域延伸到装置的出水口区域的拉长的紫外线灯，其中流动矫正构件包括 两个流动矫正元件，其中一个流动矫正元件布置在装置的进水口侧，另一个流动矫正元件 布置在装置的出水口侧。紫外线灯可为管状，并且可以是用于发射紫外线光的任何合适的 灯，例如，已知的UV-C型。基于流动矫正元件除了流动矫正功能之外还可以具有屏蔽功能 的事实，流动矫正元件的位置决定了装置中受辐照部分的位置以及该部分的长度。流动矫 正元件的另一附加功能可为容纳灯的末端以及支撑装置中灯的作用。此外，灯可被布置例 如以贯穿流动矫正元件。在这种情况下，为了确保没有紫外线光可以到达辐照部分外的装 置部分，优选具有用于遮盖灯的最远端的附加构件。同样，如果灯不贯穿流动矫正元件，有利的是具有用于覆盖流动矫正元件另一侧 的中间部分而不是面向辐照部分的一侧的构件。具有这种构件的原因是在流动矫正元件的 中心区域，由于在中心区域光束以相对大的反射角进入流动矫正元件，因此紫外线光的透 射最高。使用覆盖中心部分的构件来避免太多紫外线光透射到由流动矫正元件屏蔽免于紫 外线光的区域。此外，在进水口侧，假定装置具有中心进水口，该构件可具有减少来自中心 入口喷射的影响，以及强化辐照部分整个入口表面上水流分布的附加功能。所述的构件包 括金属盘，例如，具有封闭的中心部分以及许多从中心部分延伸的轮辐。为了完整起见，需 要注意，还可能具有覆盖流动矫正元件面向辐照区域一侧的中心部分的构件。由于流动矫正元件在灯两端作为屏蔽元件的应用，实现了操作期间灯发射的紫外 线光不能到达除了辐照部分的其他部分。流动矫正元件阻挡了紫外线光，因此，可能使用任 何期望类型的封口、轴承和建筑材料，其对紫外线光的抗性可以较低，因此能够相对便宜。 此外，流动矫正元件允许水通过，其中对水的流动具有矫正作用，而不发生流型的搅动。虽 然能得到最佳剂量的输出，但是压力损失低。总之，流动矫正元件能够同时提供最佳的屏蔽 以及对水体流动的各种有利影响。当流动矫正元件在进水口侧使用时，非常有效地降低了 入口处的速度变化。为了具有更优化的水流，依照本发明的装置可配备分散流体流动的构 件，该构件布置在进水口与布置在进水口侧的流动矫正元件之间的位置，和/或会聚流体 流动的构件，该构件布置在出水口与布置在出水口侧的流体矫正元件之间的位置。根据下列依照本发明的水消毒装置的许多实施例的细节描述，本发明的上述和其 他方面将是显然的并且经阐明的。


现在将根据附图更详尽地解释本发明，其中同样的或相似的部分由同样的附图标记指代，其中图1概略地示出了依照本发明的水消毒装置的第一实施例；图2示出了作为图1所示装置一部分的流动矫正元件的细节；图3示出了在具有连续壁的通道的常规流动矫正结构的流型与依照本发明的结 构的流型之间的不同；图4和图5示出了流动矫正元件如何可以用于支撑装置中的灯；图6概略地示出了依照本发明的水消毒装置的第二实施例；图7概略地示出了依照本发明的水消毒装置的第三实施例；图8概略地示出了可用于图7所示的装置的流动盘；以及图9示出了图7所示装置中两个流动盘的位置。
具体实施例方式图1示出了依照本发明的水消毒装置的第一实施例1。水消毒装置1包括下列组 件外壳10 ；发射紫外线光的源20，其中在此示例中为紫外线灯20，并且其被布置在外壳的 内部空间11中；供待通过紫外线辐射处理的水进入外壳10的内部空间11的入口 30 ；供水 从外壳10流出的出口 40 ；以及两个流动矫正元件51、52，其中一个流动矫正元件51，在下 文中将被称为入口流动矫正元件51，被布置在水消毒装置1的入口侧，即靠近入口 30的位 置，而其中另一个流动矫正元件52，在下文中将被称为出口流动矫正元件52，被布置在装 置1的出口侧，即靠近出口 40的位置。紫外线灯20被布置在水消毒装置1的区域中，该区域由流动矫正元件51、52限 定，并且在下文中将被称为辐照区域12。入口流动矫正元件51具有屏蔽装置1的入口区域 13，即入口 30位于的区域，使其在操作期间不受紫外线灯20发射的紫外线光影响的功能， 而出口流动矫正元件52具有屏蔽装置1的出口区域14，即出口 40位于的区域，使其不受紫 外线光影响的功能。考虑到装置1恰当的操作包括水从入口 30流到出口 40的事实，流动 矫正元件51、52能透过水。此外，流动矫正元件51、52适于对水的流动执行流动矫正动作， 其将随后说明。水消毒装置1的操作方式将在下面说明。待经受紫外线光处理以便消毒的 水通过入口 30被供应到装置1。水从入口区域13，通过入口流动矫正元件51流到辐照区 域12。在辐照区域12中，水暴露在紫外线灯20发射的紫外线光下，从而完成杀灭水中的微 生物。经消毒的水通过穿过出口流动矫正元件52到出口区域14 ；流向出口 40 ；以及最后流 过出口 40，离开装置1。本发明涉及流动矫正元件51、52。这些元件51、52执行两个似乎矛盾的功能。元 件51、52的主要功能是使水从元件51、52的一边流到另一边，并在此过程中对水的流动执 行矫正动作。另一方面，具有屏蔽入口区域13和出口区域14免于紫外线辐射的功能。在 水消毒装置1中设有屏蔽功能的原因是考虑到这些材料不需要抗紫外线辐射的事实，产生 了在入口区域13和出口区域14使用便宜材料的可能性的事实。在入口区域13和出口区 域14，存在例如封口和轴承(在图1的图形中未示出)的组件，如果这些组件能由聚合材料 制造将是有利的。依照本发明的装置1的流动矫正元件51、52不同于本领域中已知的类似元件。特 别地，流动矫正元件51、52不是以具有一个或多个允许水通过的孔洞的板来实现的。相反，流动矫正元件51、52的每个入口开口与多个出口开口流体连通，从而实现其中多个流体通 道延伸自每个入口开口的结构。例如，流动矫正元件51、52可以具有线团状外观，并且可以 包括泡沫状材料或者可以具有网状结构。在图2中，示出了流动矫正元件51、52结构的例 子，其中流动矫正元件51、52包括编织网。流动矫正元件51、52的材料例如可以是不锈钢。 无论如何，流动矫正元件51、52不必是昂贵的元件，但其仍然可能获得极好的流动矫正结果。图3示出了具有连续壁的通道的常规流动矫正结构的流型与依照本发明的结构 的流型之间的不同。在图的左侧，示出了基于两个例子的常规情况。在第一例子中，应用了 具有连续的、封闭壁的多个直通道55。穿过其中一个通道55的水流由箭头说明。显然，水 从该结构的一侧(A)到该结构的另一侧⑶的路径由连续的、封闭壁限定。因此，在常规情 况下，流动路径是从一个入口开口 56到一个出口开口 57。这一事实还在另一例子中发现， 其中应用了具有连续的、封闭壁的多个弯曲的通道55。在这种情况下，尽管通道55是弯曲 的，但是一旦知道水元素进入该结构的入口开口 56，仍然还有可能确切的预知水元素从哪 个出口开口 57离开该结构。在图3的右侧，示出了依照本发明的情况。在根据本发明的结构中，不可能辨别具 有沿着该结构的整个长度(从一个入口开口 56到一个出口开口 57)延伸的连续壁的通道。 相反，该结构为一种迷宫，其中所有入口开口 56与所有出口开口 57相通。在这种结构中， 从该结构的一侧(A)移向该结构的另一侧(B)的水元素可选择多个路径中的一条，取决于 水元素进入入口开口 56的方式(速度、方向)。图3示出了通过依照本发明的结构的两个 不同的流动路经，其中的流动路经用箭头示出。依照本发明的结构的主要优点是可以抑制 入口条件的变化。因此，依照本发明的结构一方面是多孔的，使得能最小化经过该结构的压 降，并且另一方面具有极好的流动矫正性能。可以选择流动方向的长度和流动矫正元件51、52的多孔性，使得能最大化流动矫 正功能和屏蔽功能，而最小化水流动的压力损失。此外，可以应用流动矫正元件51、52作 为紫外线灯20的支撑，其中不需要附加的支撑元件，或者其中需要至少较少的附加支撑元 件。这种可能性由图4和5进行了说明，其中显示了流动矫正元件51、52如何能具有中心 腔53，以及紫外线灯20的一端如何能被插入到腔53中。图6示出了依照本发明的水消毒装置的第二实施例2。依照本发明第二实施例的 水消毒装置2在很大程度上与依照第一实施例的水消毒装置1相似。然而，存在不同之处， 其归于依照第二实施例的水消毒装置2在入口区域13中包括流量扩散器15的事实，而依 照第一实施例的水消毒装置1没有。可选的流量扩散器15位于入口流动矫正元件51的上 游，并且具有以可控方式扩大水流到入口流动矫正元件51的功能。还可以提供以可控方式 收缩流向水消毒装置1、2的出口 40的构件(未示出)，并将其布置在出口区域14中，即出 口流动矫正元件52的下游。使用流量扩散器15和/或这样的构件有助于平滑通过水消毒 装置1、2的水的流动，从而有助于紫外线光处理的效果。图7示出了依照本发明的水消毒装置的第三实施例3。在本实施例中，紫外线灯 20的末端一直延伸贯穿流动矫正元件51、52。换句话说，流动矫正元件51、52包围着紫外 线灯20的末端。这种构造的优点是流动矫正元件51、52对紫外线灯20的支撑功能是最优 的，其中必然不需要使用其他的支撑元件。
当紫外线灯20相对于流动矫正元件51、52具有中心定位时，如所示例子中的情 况，在靠近流动矫正元件51、52的外圆周的位置，进入流动矫正元件51、52的流体通道的紫 外线通过水行进了相对长的距离。饮用水具有约0. 99/mm的紫外线透射系数，即透射1mm 后的紫外线输出被吸收。因此，行进50mm的光(例如，从紫外线灯20到流动矫正元件 51、52的外部流体通道)损失大约40%的辐照度。由于流动矫正元件51、52的内部反射， 辐照度水平进一步减小。在这种情况下，需要注意金属表面会反射入射的紫外线光达到约 60%。更近辐射到流动矫正元件51、52的光不会由于水的吸收损失很多的辐照度。然而， 鉴于这种光束的反射角较小，由于反射导致无论如何辐照度都会产生相当大的损失。这意 味着尽管某些光束以相对高的紫外线能量进入流动矫正元件51、52的外部流体通道，反射 确保了该能量在短距离内降低。从处于流动矫正元件51、52的外圆周的流体通道到靠近流动矫正元件51、52的中 心轴的流体通道，紫外线光透射增加。进入流动矫正元件51、52中心区域的流体通道的光 的透射最高。一部分穿过流动矫正元件51、52中心区域的透射光是由于以大反射角到达的 光束。由于这种光束的吸收和反射程度都低，因此没有很多紫外能量的损失。中心区域的辐 照度水平可通过在入口流动矫正元件51的上游和出口流动矫正元件52的下游放置中心区 域封闭的盘，例如金属盘来降低。图8示出了这种盘60的例子。除了封闭的中心部分61， 盘60还包括从中心部分61延伸的轮辐62，使得布置在流动矫正元件51、52中心区域的盘 60几乎不阻碍该中心区域外部的水的流动。在所示实施例中，盘60还包括外环63。图9 中示出了依照本发明的水净化装置3中的盘60的位置。在入口侧，盘60的应用提供了额 外的优点，因为盘60具有降低来自入口 30喷射的影响，以及强化辐照区域12整个入口表 面水流分布的功能。为了完整起见，需要注意示出的盘60只是适于在流动矫正元件51、52的低效区域 内阻挡紫外辐射的构件的众多可能性中的一个例子，其被设计例如用于不扰动水的流型。关于前文中所述的流动矫正元件51、52，需要注意流过流动矫正元件51、52的水 的压力损失以及透过流动矫正元件51、52的紫外线光透射量都能被最小化。关于此上下文 中，流动矫正元件51、52的两个相关特性为流动矫正元件51、52的长度和流动矫正元件51、 52材料的孔洞尺寸。对于上述的孔洞尺寸，可应用下面的设计规则
权利要求
一种装置(1、2、3)，包括发射紫外线光的源(20)、使流体流入所述装置(1、2、3)的入口(30)、使流体流出所述装置(1、2、3)的出口(40)以及对流过所述装置(1、2、3)的流体执行矫正动作的构件(51、52)，其中所述流动矫正构件被布置在从所述入口(30)到所述出口(40)的流体路径中，并且其中所述流动矫正构件包括具有使流体在一侧(A)流入的入口开口(56)和使流体在另一侧(B)流出的出口开口(57)的至少一个元件(51、52)，其中每个入口开口(56)与多个出口开口(57)相通，其中所述元件(51、52)包括随机布置的、相互连通的孔洞的迷宫，以实现通过所述元件(51、52)的多个随机流体通路，并且其中布置所述元件(51、52)在所述装置(1、2、3)的入口区域(13)和出口区域(14)中的一处执行流动矫正动作。
2.根据权利要求1所述的装置(1、2、3)，其中所述流动矫正元件(51、52)的每个入口 开口(56)与所有所述出口开口(57)相通。
3.根据权利要求1所述的装置(1、2、3)，其中所述流动矫正元件(51、52)包括泡沫状 材料。
4.根据权利要求1所述的装置(1、2、3)，其中所述流动矫正元件(51、52)为编织网状。
5.根据权利要求1所述的装置(1、2、3)，其中所述流动矫正元件(51、52)被布置在用 于在所述装置(1、2、3)操作期间屏蔽所述装置(1、2、3)的至少一个区域(13、14)免于由紫 外线源(20)发射的所述紫外线光的位置。
6.根据权利要求5所述的装置(1、2、3)，其中提供构件(60)来覆盖所述流动矫正元件 (51,52)另一侧的中心部分，而不是面向所述装置(1、2、3)布置有所述紫外线源(20)的区 域(12)的一侧。
7.根据权利要求1所述的装置(1、2、3)，其中所述流动矫正元件(51、52)包括具有紫 外线光反射特性的材料。
8.根据权利要求1所述的装置(1、2、3)，其中所述流动矫正元件(51、52)包括金属材 料、陶瓷材料和玻璃材料中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的装置(1、2、3)，其中所述流动矫正元件(51、52)包括碳。
10.根据权利要求1所述的装置(1、2、3)，其中所述紫外线源包括拉长的紫外线灯 (20)，其中所述流动矫正元件(51、52)调整以用于在所述装置(1、2、3)中容纳所述灯(20) 的一端并支撑所述灯(20)。
11.根据权利要求10所述的装置(3)，其中所述灯(20)延伸穿过所述流动矫正元件 (51、52)，并提供构件(60)来覆盖所述灯的最远端。
12.根据权利要求1所述的装置(1、2、3)，还包括用于分散流体流动的构件(15)和用于 会聚流体流动的构件的至少一个，所述构件(15)布置在所述装置(1、2、3)的所述入口区域 (13)中，所述用于会聚流体流动的构件布置在所述装置(1、2、3)的所述出口区域(14)中。
13.根据权利要求1所述的装置(1、2、3)，其中所述流动矫正元件(51、52)的厚度⑴ 与所述流动矫正元件(51、52)材料的孔洞尺寸(d)的比值在1到500的范围内。
14.根据权利要求1所述的装置(1、2、3)，其中所述流动矫正元件(51、52)的厚度⑴ 与所述流动矫正元件(51、52)的材料的孔隙率(ρ)的比值在5mm到500mm的范围内。
15.根据权利要求1所述的装置(1、2、3)，其中所述紫外线源(20)的长度(L)与所述 流动矫正元件(51,52)的外径(D0)的比值在0. 5到10的范围内。
全文摘要
本发明涉及包括发射紫外线光的源的装置。装置(1)包括发射紫外线光的源(20)、使流体流入装置(1)的入口(30)、使流体流出装置(1)的出口(40)以及对流过装置(1)的流体执行矫正动作的构件(51、52)。流动矫正构件包括具有使流体从一侧流入的入口和使流体从另一侧流出的出口的至少一个流动矫正元件(51、52)，其中每个入口与多个出口相通，并且其中元件(51、52)包括随机布置的、相互连通的孔洞的迷宫。在这种结构中，从元件(51、52)的一侧移向另一侧的水元素可选择多个路径中的一条，从而可以抑制入口条件的变动。
文档编号C02F1/32GK101993132SQ20101050288
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月13日 优先权日2009年8月13日
发明者E·蒙特, H·J·泰克玛, M·帕斯图尔斯, P·C·杜尼维尔德, W·H·M·布鲁吉恩克, W·S·维杰玛 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司