[发明专利]流动流体消毒方法和消毒器

说明书

一种用于消毒流体的方法，包括：将待消毒流体形成流动流体柱，使得该流动流体柱被折射率更小的流体介质接触并包裹，沿流动流体柱轴向方向将紫外光发射到流动流体柱中。流动流体柱与包裹流体介质的折射率差导致的全内反射使得紫外光优选地在流动流体柱内传播。也提供了一种用于消毒流动流体的紫外消毒器。

技术领域

本发明一般地涉及流动流体消毒，更具体地，涉及一种采用深紫外光射线的流动流体消毒方法，以改进流体消毒效果，还涉及一种实现流动流体消毒的消毒器。

背景技术

由于杀菌化学品具有一定的健康问题，非化学流体消毒在食品、饮料和医药工业中是非常需要的。在现有技术中，低压汞灯因其254nm的UVC发射(100nm到280nm的光发射被划分为UVC波段，280nm到315nm的光发射被划分为UVB波段)具有高效的杀菌效果而有时被用于此目的。杀菌效果源于UVC光子对微生物DNA/RNA的损伤，由于严重受损的DNA/RNA不能自我复制，严重抑制甚至消除了微生物的繁殖。图1中所绘制的数据概述了一些现有技术UVC254nm线对一些常见微生物的杀菌有效剂量(在线数据源，例如http://www.americanairandwater.com/uv-facts/uv-dosage.htm和http://www.clordisys.com/pdfs/misc/UV％20Data％20Sheet.pdf及其参考文献)。可以看到，对于大多数这些微生物(例如，大肠杆菌和肠炎沙门氏菌等)，约10mJ/cm²的254nm紫外(UV)剂量可达到杀灭几乎所有微生物(五个对数级减少)的灭菌效果。将剂量增加到20mJ/cm²，甚至像藤黄八叠球菌一样顽强的细菌的繁殖也会被严重抑制。

现有技术的UV流体消毒技术和装置可以在许多专利及其参考文献中找到，例如US6,447,721、US7,601,960、US8,795,600和US20030089670等。

另一方面，采用来自固态半导体发光器的UVC光射线的新技术途径对于流体消毒是很有前景的。已知诸如AlInGaN等氮化物半导体，取决于其合金组分，能产生范围从410nm到大约200nm的紫外(UV)射线。这有助于最佳UV杀菌波长的选择，其通常出现在265nm到270nm处并对应微生物DNA的最大UV吸收。此外，固态AlInGaN UV发光器，例如发光二极管(LED)，本身是无毒且坚固耐用的，可提供快速光打开/关闭切换(截止频率高达200MHz)，以及很高的UVC光强度。固态器件固有的紧凑结构进一步开放了各种应用场景的设计多样性。这些优点使AlInGaN UVC LED成为理想的灭菌和消毒光源，尤其对于流体。

然而，除了其他缺点外，当前的流体消毒技术会因为待消毒流体和含有该流体的器件之间的固液界面而遭受UV能量损失。

发明内容

本发明提供了用于流动流体消毒/灭菌的方法和消毒器，其中，产生侧壁被流体介质包裹并与其接触的流动流体柱，并且沿着轴向方向将紫外光如UVC光发射到该流动流体柱中。通过除去待消毒流体和含有该流体的器件之间的固液界面，可减少UV能量损失，并且提高例如水、饮料或医用流体等流动流体的消毒效果。

本发明的一方面提供一种用于消毒流体的方法，该方法包括：

提供待消毒流体；

产生待消毒流体的流动流体柱，其中流动流体柱的侧壁被折射率比待消毒流体的折射率更低的流体介质接触并包裹；以及

沿着流动流体柱的轴向方向将紫外光发射到流动流体柱中。

可选地，流体介质可以是空气或真空，流动流体柱可以是层流柱。

该方法可进一步包括：

根据下面的方程，确定紫外光的光程，L