专利名称：紫外线(uv)流体处理装置和方法
技术领域：
本发明一方面涉及一种流体处理装置。本发明另一方面涉及处理流体的方法。
背景技术：
流体处理装置和系统是已知的。例如，美国专利US4,482,809；4,872,980；5,006,244和5,418,370(均已转让给本申请的受让人)都公开了重力供给流体的处理系统，其采用紫外线辐射使流体里的微生物失去活性，各专利的内容均收作本发明的参考。
上述美国专利US 4,482,809；4,872,980和5,006,244所披露的装置和系统都包括几个UV灯，每个灯都安装于在支架的两个支承臂之间延伸的套内。该支架被浸入待处理的流体中，该流体在需要时被进行辐射处理。所述流体接受的辐射量由流体与UV灯的距离决定。用一个或几个UV传感器监测灯的UV输出，通常，用水位口之类的装置将水位控制在处理装置下游的一定程度。由于在较高的流速下在重力给进系统中精确控制流体水位是困难的，流体水位的波动是不可避免的。这种波动会导致对被处理流体的不均匀辐射。
然而，上述系统是有缺陷的。根据被处理流体的质量，UV灯外面的套筒周期性地会被异物污损，妨碍其向流体发送UV辐射的能力。每隔一段时间，当历史操作数据或由UV传感器测量确认套筒已被污损时，必须对其进行手工清洗，以清除污物。无论UV灯架是用于开放的槽状系统，还是用于封闭的系统，清洗所述套管都是不可能的。
在开放的槽状系统中，包括所述套筒的组件通常被从槽中取出，浸入盛有合适清洗流体的另一个槽中。在封闭的槽状系统中，必须使该装置停止工作，随后加入合适的清洗流体清洗所述套筒，或者以与开放的槽状系统相同的方式取出UV灯。在以上任一种类型的系统中，操作者必需要面对较长的系统停机时间和/或投入大量的额外成本，以便有足够的空间放置这种笨重的系统，该系统带有合适的控制系统，以引出被清洗的系统里的液流。
在’370号专利中所披露的系统在本领域具有突出的优点，它克服’809,’980和’244号专利的装置和系统所存在的若干缺陷。遗憾的是，’370号专利中所披露的系统只适用于开放的槽状系统，不能很好地适用于完全封闭的系统，在封闭系统中，液体流是在加压情况下从导管中输入的。
如果有一种能够处理导管或类似回路中的加压液体流的流体处理装置将是很理想的。如果该装置还能在使用中较容易清洗或保持清洁就更理想。
发明描述本发明的目的是提供一种新的流体处理装置，该装置能克服或减轻现有技术的至少一种缺陷。
本发明的另一个目的是提供一种处理流体的新方法，该方法能克服或减轻现有技术的至少一种缺陷。
因此，本发明的一方面提供了一种流体处理装置，该装置包括一个用于容纳液体流的壳体，该壳体包括一个流体入口，一个流体出口，一个位于所述流体入口和流体出口之间的流体处理区，至少一个置于所述流体处理区中的辐射源组件，所述至少一个辐射源组件包括一个可密封地与一个臂连接的辐射源，该臂可密封地安装在所述外壳上，辐射源大致平行于液体流设置。
本发明另一方面提供了一种处理盛于一个壳体中的流体的方法，所述壳体包括一个流体入口，一个流体出口，一个位于所述流体入口和出口之间的流体处理区，该流体处理区至少有一个辐射源位于其中，该方法包括以下步骤(i)向所述流体入口提供一种液体流；(ii)以大致平行于至少一个辐射源的方式将所述液体流从所述流体入口输送至所述流体处理区；(iii)辐射流体处理区里的液体流；和(iv)将所述液体流输送至所述流体出口；其中，通过所述流体入口、流体出口和流体处理区的液体流是大致共线的。
因此，本发明的流体处理装置和方法涉及一种用于处理流体的封闭系统，。在本说明书中，与处理流体有关的“封闭系统”欲包括这样一种系统其中，所述液体流是加压的，而且在整个处理过程中大致完全盛于一个外壳中。因此，开放的槽状系统不属于本发明的范围，因为在该系统的操作中，槽和/或处理区里的水位会变化。对液体流的压力源无特殊限制。例如，所述压力可以由一台泵产生或是由重力产生。
理想的是，本发明的流体处理装置和方法可用于与常规的水管串连在一起。视具体应用而定，用于家庭时管径最大可达4英寸，用于市政时管径为1～3英尺或更大。附图简介下面将结合附图对本发明的实施方案进行说明。其中
图1表示一种用于处理流体的常规封闭系统的、局部剖开的侧视图；图2表示本发明流体处理装置的第一种实施方案的端视图；图3表示沿图2中III-III线的剖视图；图4表示本发明流体处理装置的第二种实施方案的端视图；图5表示沿图4中V-V线的剖视图；图6表示本发明流体处理装置的第三种实施方案的端视图；图7表示沿图6中VII-VII线的剖视图；图8是图3中标出的C区的放大视图；图9表示沿图8中IX-IX线的剖视图；图10表示用于图2-9所示装置中的一个辐射源组件的部分剖开的侧视图。
在以上附图中，不同的图中的类似编号表示类似的部件。
发明优选实施例为清楚起见，在说明本发明之前，先对现有的流体处理装置-一种封闭系统做简要的说明。
图1表示一种常规的流体处理装置。因此，参照图1，其示出了一种具有壳体12的流体处理装置10。壳体12包括一个具有入口凸缘16的流体入口14，和一个具有出口凸缘20的流体出口18。壳体12内装有若干个紫外线(UV)灯22，每个UV灯都由一个石英套筒24包着。壳体12包括一个第一凸缘26，其上连接一个第一板28。所述第一凸缘26与第一板28之间的连接是通过若干螺栓30/螺母32的结合而实现的，还使用了一种密封装置(未示同)，以形成真空密封。第一板28上可以设置来自每个UV灯22的电线34。一个罩36与第一板28连接，可以现出每根电线34。每根电线34都以常见的方式与一个电源(未示出)和控制系统(未示出)连接。壳体12还包括一个第二凸缘38，它与一个第二板40连接。第二凸缘38和第二板40之间的连接是通过若干螺栓42/螺母44的结合实现的，并由一个密封装置(未示出)实现真空密封。分别实现第一凸缘26与第一板28之间和第二凸缘38与第二板40之间的密封的具体方法(未示出)为本领域技术人员所熟知。
在使用时，入口凸缘16与一个适当的输送管(未示出)连接，而出口凸缘20与一个适当的回行管(未示出)连接。如箭头A所示，待处理的流体经流体入口14进入壳体12。由UV灯22对流体进行辐射，然后流体沿箭头B所指方向流出壳体12。
流体处理装置10的这种设计因以下原因而遭受显著的水力头损失(i)壳体12的流体入口14和流体出口20的横截面面积明显小于壳体12的横截面面积，和(ii)液体流要流经较为曲折的路径。这会导致在壳体12中形成静止区46、48，在静止区的液体流动可以忽略不计，因而导致不能有效处理流体，在某些情况下是不能均匀处理流体。
因此，尽管上述现有的系统也是成功的，但本发明要提供一种改进的流体处理装置和系统，以克服上述缺陷中的某一些。下面将结合其余附图对本发明进行说明。
参见图2和3，示出了一种流体处理系统200，它包括一个流体入口205，一个流体出口210和一个位于壳体220里的流体处理区215。有两个辐射源组件225设置在壳体220里。通过安装板230将每个辐射源组件225安装在壳体220上，下文将对此做更详细的说明。还有两个辐射传感器235设置在壳体220里。由每个辐射源组件225引出一根电线240，每根电线240进入接线盒246，再从该接线盒引出总电源线250。流体入口205包括一个入口凸缘255，而流体出口210包括一个出口凸缘260。从每个辐射传感器引出一根电线265，其进入接线盒250，再从该接线盒中引出总电源线(未示出)。
理想的是，将流体处理系统200设计成可用于与现有的流体(如水)管串连。因此，对于一种特定安装来说，将流体处理区215设计成与所述现有管道大致相同的截面形状和尺寸是理想的。入口凸缘255和出口凸缘260可用于简化将流体处理系统200安装在所述现有管道上与其匹配的凸缘之间。当安装该系统时，对本领域技术人员来说，显而易见的是流经流体处理区216的流体流平行于设置在辐射源组件225里的辐射灯。这样可以减少液体流中水力头损失的发生，并消除静止区，从而实现对流体的更有效的处理。
参见图4和5，示出了一种流体处理装置300，它包括一个流体入口305，一个流体出口310和一个位于壳体320里的流体处理区315。在壳体320中设有6个辐射源组件325。用安装板330将每个辐射源组件325安装在外壳320上，下面将对此做更详细的说明，也有两个辐射传感器335设置在外壳320里。从每个辐射源组件325上引出一根电线340。每根电线340都进入接线盒345，再从该接线盒中引出总电源线350。流体入口305包括一个入口凸缘350，而流体出口310包括一个出口凸缘360。从每个辐射传感器引出一根电线365，每根电线365都进入接线盒370，再从该接线盒中引出总电源线(未示出)。
参见图6和7，示出了一种流体处理系统400，它包括一个流体入口405，一个流体出口410和一个位于壳体420中的流体处理区415。在壳体420中设有16个辐射源组件425。用安装板430将每个辐射源组件425安装在壳体420上，下文将对此做更详细的说明。在壳体420中还设有两个辐射传感器435。从每个辐射源组件425引出一根电线440，每根电线440都进入接线盒445，再从该接线盒中引出总电源线450。流体入口405包括一个入口凸缘450，而流体出口410包括一个出口凸缘460。从每个辐射传感器引出电线465，每根电线465都进入接线盒470，再从该接线盒中引出总电源线(未示出)。
流体处理系统300(图4和5)和400(图6和7)的结构和应用，可以以与上文流体处理系统200(图2和3)中采用的方法相同的方法实现。
参见图8和9，以如下方式将安装板230与壳体200连接在一起。首先，显而易见的是，壳体220包括一个合适形状的孔，以便容纳各个辐射源组件225。该孔的形状最好与安装板230的形状相似，孔的尺寸小于安装板230的尺寸。将一个法兰环275连接到壳体220上，以形成一个放置弹性O形圈280的槽，法兰环275的尺寸大于所述孔，并与该孔的形状相同。法兰环275具有若干直立的螺栓(未示出)。安装板230上有若干用于容纳法兰环275上的螺栓的互补孔。安装板230还包括一个垫板290，它与法兰环275一起形成用于放置O形圈280的空腔。转矩螺栓285与法兰圈275上的各个直立的螺栓形成螺纹连接。
因此，如图2，3，8和9所示，辐射源组件是以以下方式安装(同时参看图7)。辐射源组件的远离安装板230的一端被插入壳体220上的孔中。然后对安装板230进行定位，以保证其上的孔容纳法兰圈275上的直立螺栓。用足够的力拧紧转矩螺母285，以便压紧O形圈275，从而形成流体处理室215与壳体220外部之间的真空密封。
参见图10，示出了一个辐射源组件225的详细结构。本领域技术人员可以理解，辐射源225与辐射源325(图4和5)和425(图6和7)相似。在申请号为08/325,940的共同未决美国专利申请中对这种组件有详细说明，该申请是以本发明人的名义提出的，与本申请的申请日相同，该申请被本申请引为参考文献。因此，辐射源组件包括一个支持件115，一个从支持件115和安装板230上延伸出的辐射源件120，所述安装板用于将辐射源组件安装在壳体220上。安装板230上有若干个孔232，用于容纳法兰环275上的直立螺栓(图2，3，8和9)。
辐射源件120包括一个同心的异径接头130可将其焊接在支持件115上或者与支持件制成一件。一个环135与同心异径接头130连接，在环135上又连接着一个安装套筒140。安装套筒140的远离同心异径接头130的一端有一个带有螺纹的部分145。在安装套筒140内设置有一个内套筒150，它上面有一个带有螺纹的部分145，一个盖螺母160与该部分啮合。内套筒150上有合适的槽，以容纳一对弹性O形圈165，170。内套筒150的远离同心异径接头130的一端，紧贴一个弹性的锥形密封圈175。一个螺纹安装螺母180配合安装套筒140的有螺纹部分155，并紧贴锥形密封圈175。螺纹安装螺母180上设有转矩容器185，用于容纳转动该安装螺母180所用的适当工具，以便与安装套筒140形成密封接合。
在内套筒150内设有一个环状的压电陶瓷换能器190，它是一种层状结构，由若干个独立的环状压电陶瓷换能器(未示出)粘接在一起构成。换能器190的一端紧贴内套筒150，其另一端直接或间接地贴在石英套筒195的开口端。如图所示石英套筒195的另一端是封闭的。在石英套筒195内设有辐射源196。理想的是，该辐射源是一个UV灯。对UV灯无特别限制，对其的选择属于本领域技术人员的常识。将一对垫圈197设置在石英套筒195里，用于校准和保持辐射源196在石英套筒195里的位置。辐射源196的电连接和控制是常见的，并属于本领域技术人员的常识。
如在1994年10月17日提交的共同未决的美国专利申请08/323,808中所述，在对液体流进行辐射的过程中，辐射源组件225是通过换能器190的间断或连续的工作而进行自身清洗的。更具体地讲，换能器190的工作使石英套筒195沿大致平行于石英套筒195的方向往复振动。这种振动可以用一个压电换能器，特别是一个压电陶瓷换能器来完成。压电陶瓷换能器已被普通应用于声纳装置。可用于本发明的辐射源组件的一种合适的压电陶瓷换能器可从EDO公司(盐湖城，犹他州)商购，其主要由一个陶瓷元件组成，该元件符合美国Navy Type 1(I)或美国Navy Type 3(III)的要求。本领域技术人员可以理解，符合美国Navy Type1要求的陶瓷是一种硬的锆酸钛酸铅，其居里点高于310℃；而符合美国Navy Type3要求的陶瓷是一种极硬的锆酸钛酸铅，其居里点高于290℃。对这些陶瓷要求的详细说明可以查阅已公布的国防部军用标准(Department of Defense Military Standard)DOD-STD 1376A(SH)，公布日期为1984年2月28日，其内容收作本发明的参考。一般，所述压电换能器，特别是环状的压电换能器可以以1～100KHz的频率工作，频率在10～20KHz范围内较好，在10～15KHz范围内更好。
当然，本领域技术人员可以理解，在不脱离本发明实质的提前下可以对上述辐射源组件的实施方案加以改变，以适应具体的流体处理系统。例如，可以在保证真空密封的前提下改变密封圈(即O形圈，锥形圈等)的数量、类型和结构。另外，用定向装置(in situ)清洗辐射源组件也是可行的。如果用定向装置清洗辐射源组件，该装置可能不同于上述振动清洗装置。应当理解，尽管本文已对本发明的解释性实施方案作了说明，但本发明并不限于这些解释性实施例，在不超出本发明的实质和由后面的权利要求书所限定的范围的前提下，本领域技术人员可对这些方案加以改变和变形。
权利要求
1.一种流体处理装置，其包括一个用于容纳一种液体流的壳体，该壳体包括一个流体入口，一个流体出口，一个位于所述流体入口和流体出口之间的流体处理区，还包括至少一个置于所述流体处理区的辐射源组件，所述至少一个辐射源组件包括一个可密封地同一个臂连接的辐射源，该臂可密封地安装在所述壳体上，所述辐射源大致平行于所述液体流安装。
2.如权利要求1的流体处理装置，其特征在于所述流体入口、流体出口和流体处理区的截面大致相同。
3.如权利要求1的流体处理装置，其特征在于所述流体入口、流体出口和流体处理区以大致共线的方式连接。
4.如权利要求1的流体处理装置，其特征在于所述壳体为大致长形的筒。
5.如权利要求1的流体处理装置，其特征在于所述壳体的截面大致为圆形。
6.如权利要求1的流体处理装置，其特征在于所述至少一个辐射源组件包括至少一个UV灯。
7.如权利要求6的流体处理装置，其特征在于所述至少一个辐射源组件还包括一个套筒，该套筒围绕所述至少一个UV灯外面的一部分。
8.如权利要求1的流体处理装置，其还包括一个清洗装置，用于清除所述至少一个辐射源组件外面的不需要的材料。
9.如权利要求1的流体处理装置，其还包括用于监测由所述辐射源发出的辐射量的装置。
10.如权利要求1的流体处理装置，其特征在于所述臂包括一个用于装载连接所述辐射源的电连接装置的管路。
11.如权利要求1的流体处理装置，其特征在于所述臂的远离辐射源的一端包括一个可密封地与所述壳体连接的安装板。
12.如权利要求1的流体处理装置，它包括若干安装在所述壳体周围的辐射源组件，以形成辐射源环。
13.如权利要求12的流体处理装置，其特征在于，所述辐射源组件大致等距离地设置。
14.如权利要求12的流体处理装置，包括2个或更多的辐射源环。
15.一种处理盛于一个壳体里的流体的方法，该壳体包括一个流体入口，一个流体出口，一个位于所述流体入口和流体出口之间的流体处理区，流体处理区里设有至少一个辐射源，该方法包括以下步骤(i)向所述流体入口提供液体流；(ii)以大致平行于所述至少一个辐射源的方式，将所述液体流从流体入口输送到所述流体处理区；(iii)辐射所述流体处理区里的流体流；和(iv)将所述液体流输送到所述流体出口；其特征在于通过所述流体入口、流体出口和流体处理区的液体流大致共线。
16.如权利要求15的方法，其还包括选择具有大致相同的截面的流体入口，流体出口和流体处理区的步骤。
17.如权利要求15的方法，其特征在于所述壳体大致为长形的筒。
18.如权利要求16的方法，其特征在于所述壳体的截面大致为圆形。
19.如权利要求15的方法，其特征在于所述至少一个辐射源组件包括至少一个UV灯。
20.如权利要求19的方法，其特征在于所述至少一个辐射源组件还包括一个套筒，它套在所述至少一个UV灯外面的一部分。
21.如权利要求22的方法，其还包括清除所述至少一个辐射源组件外面的不需要的材料的步骤。
22.如权利要求15的方法，其还包括监测由所述辐射源发出的辐射量的步骤。
23.如权利要求7的流体处理装置，其还包括与所述套筒连接的振动发生装置，该振动发生装置能使套筒产生往复振动，以清除套筒上不需要的材料。
24.如权利要求23的流体处理装置，其特征在于所述振动发生装置是一个压电换能器。
25.如权利要求24的流体处理装置，其特征在于所述压电换能器的工作频率为1～100KHz。
26.如权利要求24的流体处理装置，其特征在于所述压电换能器的工作频率为10～20KHz。
27.如权利要求15的方法，其特征在于所述往复振动是以1～100KHz的频率进行。
28.如权利要求15的方法，其特征在于所述往复振动以大约10～20KHz的频率进行。
29.如权利要求15的方法，其特征在于所述流体是水。
全文摘要
一种流体处理装置,包括一个用于容纳液体流的壳体,该壳体包括一个流体入口,一个流体出口,一个位于所述流体入口与流体出口之间的流体处理区,和至少一个位于该流体处理区的辐射源组件,所述至少一个辐射源组件包括一个可密封地同一个臂连接的辐射源,该臂可密封地安装在所述壳体上,该辐射源大致平行于所述液体流设置。本发明还披露了一种处理壳体里的流体的方法,该壳体包括一个流体入口,一个流体出口,一个位于所述流体入口和流体出口之间的流体处理区,流体处理区内至少有一个辐射源。该方法包括以下步骤:(i)向所述流体入口提供流体流;(ii)将该流体流以大致平行于所述至少一个辐射源的方式输送到所述流体处理区;(iii)在所述流体处理区辐射所述流体流;和(iv)将该流体流输送到所述流体出口。在该方法中,流过所述流体入口、流体出口和流体处理区的流体流是大致共线的。该流体处理装置和方法能很好地应用于(但不限于)杀灭水中的微生物。
文档编号C02F1/32GK1169705SQ95196653
公开日1998年1月7日 申请日期1995年10月17日 优先权日1995年10月17日
发明者J·M·马尔斯哈尔克维尔德 申请人:特洛伊人技术公司