[发明专利]采用消毒光消毒流体

说明书

用于消毒流体的流体消毒设备，其包括：第一光源组件，其用于生成具有截锥体形状的消毒光；以及容器，其用于容纳流体于其中。所述容器包括第一截锥体壳体，其限定了一个由其顶部、基部和内侧面围绕的空间，其中，第一截锥体壳体的内侧面与消毒光的截锥体的侧面基本相同，并且其中，第一光源组件设置在第一截锥体壳体的顶部上方，以使得空间的整个部分基本上位于消毒光的截锥体内。

技术领域

本发明涉及用于对流体进行消毒的设备，并且更具体地，涉及采用消毒光的流体消毒设备。

背景技术

水和其他液体可能携带传染性病原微生物，诸如细菌、孢子、病毒和真菌，需要对其进行消毒/灭菌以保护公众健康。已知UV光具有杀菌属性，并且已被开发为消毒光源。具体地说，UV光杀死微生物的机制是通过破坏微生物的遗传物质(脱氧核糖核酸(DNA))，并且已经显示200至300nm之间的波长可引发相邻嘧啶之间的光反应。

通常，不同的微生物具有不同的UV消毒剂量。当使用在254nm处的常规低压汞灯UV发射时，美国国家卫生基金会(NSF)标准55-1991紫外线微生物水处理系统要求A类系统UV水处理系统的NSF故障安全设定点剂量为40mJ/cm²，并且国际水护卫设计其用以运行的A类单元的最小剂量也为40mJ/cm²。A类系统是设计用以对被微生物(如细菌和病毒)污染的水进行消毒，而不是对具有明显污染源的水(诸如原污水)进行消毒的系统，这些系统也并非被设计成将废水转化成安全的饮用水。B类系统旨在提供经卫生当局测试并被认为是人类消费可接受的饮用水的补充处理。使用254nm发射的B类系统的NSF剂量要求为16mJ/cm²。与使用254nm UV光相比，针对相同杀菌作用，使用具有最大UV杀菌作用的265至275nm UV发射进行消毒可以减少所需剂量。III族氮化物半导体UV发光二极管(LED)可以生成在265nm和200nm-400nm范围内的UV发射。

为了有效地向运动中的流体传送故障安全设定点剂量，需要将流动通道和/或腔室设计成避免其内壁上的UV功率损失。图1示出了用于对管道102中的流体进行消毒的UV消毒系统100，其中，UV光的方向平行于流体流动方向。根据Lambert定律，UV剂量J可以表示为等式(1)，该UV剂量表示当流体在管道中行进距离L时接受到的UV功率面密度：

其中，P、S、α、v和G(＝Sv)分别表示入射在管道102中的总UV功率、管道102的截面积、流体的吸收系数、流体速度以及管道中的流体流量。如等式(1)中所示，功率剂量J是流量G、吸收系数α和距离L的函数。图2示出了在示例性条件P＝4000mW，G＝100加仑/min，并且L＝150cm下UV剂量J随吸收系数变化的曲线图。

应注意，等式(1)中的UV剂量J不是截面S的函数，即，UV剂量不是管道的几何形状的函数。这是因为等式(1)是在UV光平行于流动方向行进的假设下得出的。然而，通常，UV光源(诸如紫外线发光二极管(UV LED))是点光源，并且来自UV源的光不是准直光束。因此，需要光学布置来准直来自点光源的光。通常，用于准直UV光的光学布置的部件可能会吸收UV光，从而降低UV消毒系统的效率。

还应注意，等式(1)中的UV剂量J随着长度L的增加而增加，并且因此，工程师可能需要设计流动系统，以使得光的路径长度最大化，和/或光的路径长度长于最小路径长度L_min，以用于传送所需的故障安全UV剂量。然而，如果光不平行于管道102，则光可以在管道102的内壁上反射几次并且在行进距离小于L_min之前被吸收。为了减少由于反射引起的内壁上的光损失，管道102的内壁可以涂覆有反射材料。由于典型的反射涂层材料(诸如铝)具有90％的反射率，因此，例如在镀铝的管道壁上反射3次后，光的强度可能会降低27％。此外，涂覆管道壁增加了消毒系统的总制造成本。因此需要一种流动腔室设计，其能够将故障安全UV剂量有效地传送到流体，而不会反射由传统的UV光源生成的UV光。

发明内容