CN105268386B

CN105268386B - 紫外透明外壳

Info

Publication number: CN105268386B
Application number: CN201510301012.2A
Authority: CN
Inventors: S·斯梅塔纳; T·J·贝特尔斯; A·杜博尔因斯基; M·舒尔; R·格斯卡
Original assignee: Sensor Electronic Technology Inc
Current assignee: Sensor Electronic Technology Inc
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2015-06-03
Publication date: 2021-03-12
Anticipated expiration: 2035-06-03
Also published as: US10093558B2; US20190039920A1; CN105268386A; US10301195B2; DE102015108773A1; US9718706B2; CN112830545B; US20170369335A1; US20150344329A1; CN112830545A

Abstract

本公开涉及紫外透明外壳。提供了用于使用紫外辐射消毒流体、胶体、混合物等的解决方案。紫外透明外壳可以包括用于要消毒的介质流的入口和出口。紫外透明外壳包括配置为防止紫外透明外壳内的生物污损的材料。一组紫外辐射源其位置与紫外透明外壳相邻，且配置为产生向着紫外透明外壳的紫外辐射。

Description

紫外透明外壳

技术领域

本公开总的来说关于消毒，以及更加具体地，涉及使用紫外辐射消毒流体、胶体、混合物等的解决方案。

背景技术

紫外(UV)辐射体可以有效地用于消毒液体，比如水，且已经用在各种水处理设施中。使用紫外辐射的水处理相比其他形式的水处理，比如化学处理，提供许多优点。例如，利用紫外辐射的处理不将另外的化学或者生物污染物引入水中。此外，紫外辐射提供对水污染物的最有效率的方法之一，因为没有已知对紫外辐射耐受的微生物，这与比如氯化的其他净化方法不同。已知紫外辐射对细菌、病毒、藻类、霉菌和酵母是高度有效的。例如，已知肝炎病毒在存在氯的情况下显示出可观的时间段的存活，但是容易通过紫外辐射处理消除。紫外辐射对于大多数微生物污染物，比如细菌和病毒的去除系数通常超过99％。到该程度，紫外辐射在消除E-杆菌、沙门氏菌、伤寒、霍乱、肺结核、流感病毒、骨髓灰质炎病毒和甲型肝炎病毒上是高度有效的。

使用基于汞的灯的紫外辐射消毒是完善的技术。总的来说，用于使用紫外辐射处理水的***在管道或者化粪池***中相对易于安装和维护。这种***中紫外辐射的使用不影响整个***。但是，通常期望组合紫外净化***与另一过滤形式，因为紫外辐射不能中和可能存在于水中的铬，重金属及其他化学污染物。用于沉积过滤、颗粒活性炭过滤、反渗透等的各种膜过滤器可以用作减少化学及其他无机污染物的存在的过滤设备。

基于汞灯的紫外辐射消毒当与基于深紫外(DUV)发光器件(LED)的技术相比时具有几个缺点，特别是对于某些消毒应用。例如，在乡村和/或网格外的位置，对于紫外净化***期望具有比如以下各种属性的一个或多个属性：长的操作寿命，不包含危险成分，不容易受到损伤，需要最小的操作技能，不需要特定的设置过程，能够在局部间断的电能下操作，等等。基于DUV LED的解决方案的使用与基于汞蒸气灯的方法相比可以提供改进这些属性中的一个或多个的解决方案。例如，与汞蒸气灯相比，DUV LED实质上具有更长的操作寿命(例如，以十的量级)，不包括需要特定设置和维护的危险成分(例如，汞)，在运输和处理时更耐用(例如，没有灯丝或者玻璃)，具有更快的投产期，具有低操作电压，对电源间断更不敏感，更紧凑和便携，可以用于移动设备，可以由光伏(PV)技术供电，可以被安装在没有连续接入电和具有稀少的清水资源的乡村地区中，等等。

发明内容

本发明的方面提供了用于使用紫外辐射消毒流体、胶体、混合物等的解决方案。紫外透明(ultraviolet transparent)外壳可以包括用于要消毒的介质流的入口和出口。紫外透明外壳包括配置为防止紫外透明外壳内的生物污损的材料。一组紫外辐射源的位置与紫外透明外壳相邻，且配置为产生向着紫外透明外壳的紫外辐射。

本发明的第一方面提供一种设备，包括：紫外透明外壳，包括用于要消毒的介质流的入口和出口，其中，所述紫外透明外壳包括配置为防止紫外透明外壳内的生物污损的材料；和一组紫外辐射源，其位置与所述紫外透明外壳相邻，该组紫外辐射源配置为产生向着紫外透明外壳的紫外辐射。

本发明的第二方面提供一种设备，包括：紫外透明外壳，包括用于要消毒的介质流的入口和出口，其中，所述紫外透明外壳包括配置为防止紫外透明外壳内的生物污损的材料；一组紫外辐射源，其位置与所述紫外透明外壳相邻，该组紫外辐射源配置为产生向着紫外透明外壳的紫外辐射；和外反射性外壳，其中，该紫外透明外壳位于所述外反射性外壳内。

本发明的第三方面提供一种***，包括：紫外透明外壳，包括用于要消毒的介质流的入口和出口，其中，所述紫外透明外壳包括配置为防止紫外透明外壳内的生物污损的材料，且其中，所述紫外透明外壳包括创建所述紫外透明外壳内的蛇形通道的多个焊接的分隔件；一组紫外辐射源，其位置与紫外透明外壳相邻，该组紫外辐射源配置为产生向着紫外透明外壳的紫外辐射；外反射性外壳，其中，所述紫外透明外壳位于外反射性外壳内；和控制部件，配置为控制该组紫外辐射源和通过蛇形通道的流体流。

本发明的说明性方面设计用于解决在这里描述的一个或多个问题和/或没有讨论的一个或多个其他问题。

附图说明

从结合描绘本发明的各个方面的附图进行的本发明的各个方面的以下详细说明可以更容易地理解本公开的这些及其他特征。

图1A和1B示出了根据本发明的实施例的说明性的紫外透明外壳。

图2A示出了说明性的紫外透明外壳的横截面视图，且图2B示出了根据本发明的实施例的说明性的消毒***的横截面视图。

图3示出了根据本发明的实施例的包括紫外透明外壳的说明性的消毒***。

图4示出了根据本发明的实施例的用于扩散性地发射UV辐射的UV辐射源的组件。

图5A和5B示出了根据本发明的实施例的用于扩散性地发射UV辐射的UV辐射源的组件。

图6示出了根据本发明的实施例的说明性的消毒***。

图7示出了根据本发明的实施例的说明性的消毒***。

图8A和8B示出了根据本发明的实施例的说明性的紫外透明外壳。

图9A和9B示出了根据本发明的实施例的说明性的UV透明外壳。

图10A-10D示出了根据实施例的用于图9A和9B中示出的说明性的消毒***的射线跟踪模拟。

图11A和11B示出了根据本发明的实施例的分别不具有窗口和具有窗口的说明性的紫外透明外壳的部分横截面视图。

图12A示出了根据本发明的实施例的螺旋形状外壳，且图12B示出了根据本发明的实施例的螺旋形状外壳的横截面视图。

图13示出了根据实施例的说明性的消毒***。

应当注意附图可能不是成比例的。附图意在仅示出本发明的典型方面，且因此不应该被认为限制本发明的范围。在图中，相同的编号表示各附图之间相同的要素。

具体实施方式

如上所指出的，本发明的方面提供了用于使用紫外辐射消毒流体、胶体、混合物等的解决方案。紫外透明外壳可以包括用于要消毒的介质流的入口和出口。紫外透明外壳包括配置为防止紫外透明外壳内的生物污损的材料。一组紫外辐射源其位置与紫外透明外壳相邻，且配置为产生向着紫外透明外壳的紫外辐射。

总的来说，紫外(UV)光被分类为三种波长范围：从大约200纳米(nm)到大约280nm的UV-C；从大约280nm到大约315nm的UV-B；和从大约315nm到大约400nm的UV-A。通常，紫外光，且具体来说，UV-C光是“杀菌性的”，即，其使细菌、病毒及其他病原体的DNA失活且由此破坏它们繁殖和引起疾病的能力。这有效地导致微生物的灭菌。特别地，UV-C光通过在DNA中某些相邻的基之间形成共价键来导致破坏微生物的核酸。这些键的形成防止DNA对于复制“拉开拉链”，且有机体既不能产生生命过程必要的分子，也不能够再生。事实上，当有机体不能产生这些必不可少的分子或者不能复制时，其死去。具有大约在大约250到大约280nm之间的波长的UV光提供最高的杀菌有效性。在对UV光的敏感度变化的同时，暴露给大约20到大约34毫瓦-秒/cm²的UV能量足以使大约99％的病原体无效。

如此处使用的，除非另作说明，术语“组”意味着一个或多个(即，至少一个)且短语“任意解决方案”意味着任意现在已知的或者将来开发的解决方案。如也在这里使用的，当一层允许法线入射到该层的界面上那样地辐射的、具有目标波长的辐射的至少百分之十透过该层，则该层是透明层。此外，如此处使用的，当一层反射法线入射到该层的界面上那样地辐射的、具有目标波长的辐射的至少百分之十，则该层是反射性层。在实施例中，辐射的目标波长对应于在设备的操作期间由光电器件的有源区发射或者感应的辐射的波长(例如，峰值波长+/-5纳米)。对于给定层，可以在考虑的材料中测量波长，且波长可能取决于材料的折射率。应当理解，除非另作说明，每个值是近似的，且在这里包括的每个值的范围包括限定该范围的端值。

如此处使用的，术语“消毒”和其有关术语指的是处理介质，以使得介质包括充分低的数目的污染物(例如，化学的)和微生物(例如，病毒，细菌等)，以使得介质可以用作所需的与人的互动的一部分，而没有将疾病或者其他伤害传递给人的危险或合理而言没有这种危险。例如，介质的消毒指的是介质充分低水平的活性微生物和/或其他污染物浓度，使得常人能够与介质交互而不遭受介质上或者介质中存在的微生物和/或污染物的不利影响。另外，消毒可以包括灭菌。如此处使用的，术语“灭菌”和其有关术语指的是使微生物再生的能力失效，这可能在不物理地破坏微生物的情况下达到。在该实例中，物品上存在的微生物的水平不能增加到危险水平且将最终被降低，因为已经使其复制能力失效。例如，可以由标准设置组织，比如政府组织定义微生物和/或污染物的目标水平。

转到附图，图1A和1B示出了根据本发明的实施例的说明性的紫外透明外壳。在图1A中，紫外透明外壳10示为柔性的紫外透明袋。如图1B所示，紫外透明外壳10可以包括用于创建通道14的多个焊接的分隔件12，流体、胶体、混合物等可以流过该通道14(例如，如通过通道14的虚线箭头所示的蛇形通道)。紫外透明外壳10内焊接的分隔件12的放置由入口16和出口18相对紫外透明外壳10的位置决定且控制流体、胶体、混合物等的流。虽然仅示出了一个入口16和一个出口18，应当理解外壳10可以包括许多入口和出口。现在转到图2A，示出了沿着图1B中外壳10的线A-A的横截面视图，其中通道14的分段由焊接的分隔件12创建。

紫外透明外壳10可以包括作为低至无生物污损的(low-to-none biofouling)材料的材料，比如UV透明聚合物(例如，氟化乙丙烯(fluorinated ethylene propylene，FEP)、四氟乙烯六氟丙烯1,1--二氟乙烯(tetrafluoroethylene hexafluoropropylenevinylidene fluoride，THV)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)等)等。低至无生物污损的材料防止微生物、藻类、植物等在外壳10内的累积。此外，外壳10的材料可以是对与消毒介质(例如，流体、胶体、混合物等)的任何反应是化学上不活泼的，且可以在对暴露给在这里描述的UV辐射是化学上稳定的。在实施例中，紫外透明外壳10包括对表面法线UV光的至少50％的透明度。焊接的分隔件12的材料可以包括类似的材料。一种形成具有焊接的分隔件12的紫外透明外壳10的方法可以包括：选择用于紫外透明外壳10和焊接的分隔件12的UV透明聚合材料；确定UV透明聚合物的熔解温度；和在外壳10的需要焊接的分隔件12的区域施加压力和可与熔解温度相当的温度。

UV透明外壳10可以与消毒***一起使用。现在转到图3，示出了根据实施例的说明性的消毒***20。消毒***20包括具有创建通道14的焊接的分隔件12的UV透明外壳10，该通道14用于介质从入口16流过通道14到出口18。该UV透明外壳10位于外部外壳22内，外部外壳22可以配置为限制和重复利用(recycle)由一组紫外辐射源24产生的UV辐射。该组紫外辐射源24可以包括一个或多个紫外辐射发射器的任何组合。例如，该组紫外辐射源24可以包括高强度的紫外灯(例如，高强度汞灯)、放电灯、紫外发光二极管(LED)、超电致发光LED、激光二极管等。在实施例中，该组紫外辐射源24包括一组发光二极管，所述发光二极管以从组-III氮化物材料系(例如，Al_xIn_yGa_1-X-YN，其中，0≤x、y≤1，且x+y≤1和其合金)中选出的一层或多层材料制造。另外，该组紫外辐射源24可以包括一个或多个另外的组件(例如，波导结构、用于重定位和/或重定向一个或多个紫外辐射发射器的组件等)，从而以特定的方向、以特定的模式等向着流过通道14的介质引导和/或传递发射的辐射到特定的位置/区域。说明性的波导结构包括，但不限于多个紫外光纤，其每个终止于开口、扩散器等。

外部外壳22的内表面可以包括对UV辐射高度反射性以在外部外壳22内重复利用UV辐射的材料，比如

漫反射器产品

膜、聚四氟乙烯(PTFE)、Spectralon聚合物、Valar UV材料等。在实施例中，外部外壳22的内表面可以是对UV辐射扩散地反射性的，且对UV辐射化学上稳定的。现在转到图2B，示出了根据实施例的消毒***的横截面视图。如图2A所示，UV透明外壳10位于外部外壳22内。在本实施例中，外部外壳22可以包括保持UV透明外壳10的底部部分26。该底部部分26可以从对UV辐射呈反射性的压印的铝制成或者是以反射膜(例如，

膜、PTFE、Spectralon聚合物等)覆盖的三维(3D)打印的聚合物。UV透明外壳10可以由对UV辐射也是反射性的顶部部分28覆盖。顶部部分28可以包括用于该组紫外辐射源24的印刷电路板(PCB)和任何驱动器、紫外发射器(UVT)、流指示器、流阀门、传感器(例如，用于感测要消毒的介质的透明度)、用于混合要消毒的介质的器件、过滤器(例如，用于在确定介质的透明度之前从介质过滤污染物)，等等。

回到图3，通过在外部外壳22内具有UV透明外壳10，该组紫外辐射源24可以与通道14内要消毒的介质分开，这可以延长该组紫外辐射源24的寿命。另外，UV透明外壳10可被容易地替换。外部外壳22可以有助于重复利用由UV辐射源14产生的UV辐射，以使得改进消毒的效率。

该组紫外辐射源24可以集成为外部外壳22的一部分，或者是配置为提供UV辐射的、可与外部外壳22分离的分开的组件。在实施例中，该组紫外辐射源24可以是位于与外部外壳22相邻的UV扩散性照射器的一部分，如图3所示。现在转到图4，示出了根据实施例的UV扩散性照射器30中的该组紫外辐射源24的说明性的组件。照射器30可以包括多个表面32A-C。第一表面32A和第二表面32B可以是对UV辐射高度反射性的。第三表面32C可以包括用于允许UV辐射的至少一部分通过的半透明膜。半透明膜可以包括比如氟化乙丙烯(fluorinated ethylene propylene，FEP)、氟化乙丙烯共同聚合物(fluorinatedethylene propylene co-polymer，EFEP)、全氟烷链烷(Perfluoroalkoxy，PFA)、四氟乙烯六氟丙烯1,1--二氟乙烯(tetrafluoroethylene hexafluoropropylene vinylidenefluoride，THV)等的材料。在实施例中，该组紫外辐射源24可以被附加到第一表面32A。照射器30可以包括一组反射镜34，每个反射镜直接位于紫外辐射源24之下。反射镜34可以包括高度扩散性的紫外辐射材料，比如高度紫外反射性的扩展的聚四氟乙烯(expandedpolytetrafluoroethylene，ePTFE)薄膜(例如，

漫反射器产品(DRP))等。在实施例中，反射镜34可以包括含氟聚合物，比如氟化乙烯-丙烯(fluorinated ethylene-propylene，EFEP)、氟化乙丙烯(fluorinated ethylene propylene，FEP)、全氟烷(perfluoroalkoxy，PFA)、四氟乙烯六氟丙烯1,1--二氟乙烯(tetrafluoroethylenehexafluoropropylene vinylidene fluoride，THV)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)、聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride，PVDF)、乙烯-四氟乙烯(ethylene-tetrafluoroethylene，ETFE)、特氟隆等。在又一实施例中，反射镜34可以是部分UV反射、部分UV透明的。例如，反射镜34可以包括UV透明膜之上的UV反射膜。在实施例中，反射镜34可以配置为提供镜面反射，且例如可以包括抛光的铝等。

反射镜34经由腿部36附加到照射器30的第一表面32A。在操作中，从紫外辐射源24的紫外辐射38的初始入射可以由反射镜34扩散性地反射，且然后由表面(例如，第一表面32A)再次扩散性地反射。该扩散性的UV辐射39通过该部分透明、部分反射性的表面(例如，第三表面32C)离开照射器30。

照射器30的表面32A-B的高扩散性的反射性和反射镜34分布并且扩散性地反射来自紫外辐射源24的紫外辐射，以使得照射器30的第三表面32C具有近似的兰伯特(Lambertian)反射。

应当理解，紫外辐射源可以被放置到照射器内的任何地方，包括附加到照射器(例如，图4中的照射器30)的空腔的表面或者空腔的内部。到该程度，现在转到图5A和5B，示出了根据实施例的说明性的照射器40。在该情况下，紫外辐射源24位于照射器40的内部之内，且配置为向着第一表面32A引导紫外辐射。在实施例中，引导紫外辐射的至少90％向着照射器40的第一表面32A。紫外辐射源24可以使用任何解决方案安装在安装网格42上。因为照射器40的至少第一表面32A是至少70％反射性的，由紫外辐射源24产生的紫外辐射扩散性地反射出第一表面32A且在整个照射器40内散射。安装网格42可以包括多个空隙44以允许扩散的紫外辐射向着第三表面32C穿过安装网格42以离开照射器40。安装网格42还可以包括高度反射性的材料，比如高度紫外反射性的扩展聚四氟乙烯(ePTFE)薄膜(例如，

漫反射器产品)等，以改进总体光强分布和促进整个照射器40内的光散射和重复利用。

现在转到图6，示出了根据实施例的说明性的UV透明外壳50。UV透明外壳50包括由多个焊接的分隔件12创建的通道14。在本实施例中，多个焊接的分隔件12可以包括对UV辐射透明的材料。因此，由该组紫外辐射源24产生的UV辐射可以穿透通道14的所有部分，即使仅存在位于通道14的开头的第一组紫外辐射源24A和位于通道14的末尾的第二组紫外辐射源24B。该紫外辐射源24A、24B的配置允许通道14内的介质对UV辐射的最大暴露。在实施例中，可以选择通道14的厚度以允许流过那里的不透明流体的消毒。例如，UV透明外壳50可以设计成具有乳状物的吸收系数的流体。考虑具有吸收系数a的流体。然后，透射率由I＝I₀exp(-ax)或者

给出，其中I是透射的强度，I_o是发射的强度，且x是紫外辐射通过材料的路径长度，其对应于材料厚度。对于在0.2-0.5的范围内的

在距离x:

仍然有充足的消毒作用。因此，该厚度可以用作在UV辐射源24的附近的通道14的特性厚度，以保证在适当流速的不透明流体的足够剂量。

现在转到图7，示出了根据本发明的实施例的说明性的消毒***60。在本实施例中，UV透明外壳10是要消毒的介质流过其的通道。虽然在该UV透明外壳10中没有示出在其他实施例(例如，图1B、图2A、图2B、图3)中示出的多个焊接结构12，应当理解可以包括多个焊接结构12。UV透明外壳10位于包括多个层64A-C的外部外壳62内。外部外壳62的第一最内层64A可以包括对UV辐射透明的聚合物材料，比如FEP、EFEP、THV等。外部外壳62的第二层64B可以是例如可以以空气填充的间隙。外部外壳62的第三层64C可以包括对UV辐射反射性的反射性材料，比如PTFE、特氟隆、

Spectralon、Valar UV材料等。在实施例中，UV透明外壳10和外部外壳62之间的区域66可以以具有类似于第一层64A的折射系数的折射系数的蒸馏的高度透明流体填充。在实施例中，高度透明流体的折射系数在第一层64A的折射系数的20％内。外部外壳62还可以包括封装该组紫外辐射源24的域68。虽然该域68位于外部外壳62的一侧上，应当理解这仅是为了说明性的目的且该域68可以位于外部外壳62的任何一侧上。此外，虽然未示出，该域68可以包括照射器，比如图4和图5A-B示出的照射器30、40。消毒***60的功能性所需的任何其他金属、电学、光学等组件可以位于域68或者未示出的单独的隔室内，以使得它们不直接与区域66中的流体或者UV透明外壳10内的要消毒的介质作用。另外，由于以临界角以上的角度传播，UV辐射的折射系数的减小，UV辐射可能在第一层64A和第二层64B的界面处发生全内反射(TIR)。外部外壳62的层64A-C提供反射TIR射线的全方向镜像，并具有对于接近于临界角的角度的射线的高反射性。而且，从第三层64C的反射提供对于表面法线入射射线的高度扩散性的反射率。

在实施例中，任何实施例的UV透明外壳的体积可以是侧面积乘以外壳的高度，且外壳的高度可以是可调节的。现在转到图8A和图8B，示出了根据本发明的实施例的说明性的紫外透明外壳70。在本实施例中，紫外透明外壳70的外表面可以包括波纹边缘72。UV辐射可以施加在紫外透明外壳70的任何侧。例如，UV辐射74可以施加到第一侧76。提供紫外透明外壳70的波纹边缘72以使得可以改变紫外透明外壳70的物理有效厚度，如图8A和图8B所示，其中外壳体积被修改。可以基于要消毒的介质的透明度调整紫外透明外壳70的厚度，如由公式

所示。应当理解不是外壳70的所有表面需要对UV辐射是透明的。也理解该外壳70可以被并入在这里提供的任何消毒***中。

现在转到图9A和图9B，示出了根据实施例的说明性的UV透明外壳。图9A和9B示出的UV透明外壳80A、80B可以用于相对UV辐射透明的介质的消毒。例如，消毒介质的透射高于近似1厘米。对于该介质，可以通过在介质和UV透明外壳的界面处的UV辐射的TIR提供UV辐射的重复利用。为获得UV辐射的TIR，需要UV辐射的准直度。抛物面反射器可以是照射器83A或者83B的一部分。例如，照射器83A或者83B可以包括位于抛物面反射器的焦点的单个UVLED源或者UV LED源的阵列。在所有实施例中，无论使用抛物面反射器，还是使用一组任何其他光学元件(比如镜头)，来自照射器83A或者83B的UV辐射被对准。应当理解不需要绝对对准，且如果至少发射辐射的50％具有对应于大约10度的圆锥角的大约0.1的立体角内的辐射的对准分量，则就足够了。图9A所示的UV透明外壳80A包括圆柱环82。该圆柱环82包括外部UV透明表面84和内部UV透明表面86。要消毒的介质在圆柱环82之内，在表面84、86之间。外部和内部UV透明表面84、86两者可以包括对UV辐射透明的聚合物。圆柱体88可以位于圆柱环82内并且与内部UV透明表面86相邻。在实施例中，一层水可以位于圆柱体88和圆柱环82之间。对于可用于装入水的典型UV透明材料，折射系数匹配装入的水的折射系数或者更高。例如，含氟聚合物可容易地得到，且可用于制造分别具有外部和内部UV透明表面84和86的UV透明封装环。该含氟聚合物具有类似于水的折射系数的折射系数(例如，大约1.3)。在另一实施例中，透明封装环可以由具有大于装入的液体的折射系数的折射系数的融化的石英或者蓝宝石制成。在本实施例中，圆柱体88可以包括反射性的或者透明材料并装有该组紫外辐射源，其提供对准的UV辐射。在图9A中，照射器83A位于圆柱体88内，且UV辐射85被发射到UV透明外壳80A的圆柱环82中。在图9B中，照射器83B被放置在UV透明外壳80B的圆柱环82内，且UV辐射被导向圆柱环82和圆柱体88之间。

图10A-图10C示出了图9A所示的UV透明外壳80A的射线跟踪模拟，其中紫外辐射源位于与圆柱体88的内部相切。离开源的UV辐射射线以临界角或者临界角之上的角度撞击内部UV透明表面86和空气的边界，这导致TIR。该射线然后以圆形方式传播，如图10A-10C所示，这导致圆柱环82中强度的集中。如图10D所示，可以基于要消毒的介质的折射指数选择圆柱体88的半径h。例如，半径h可以由h＝R*sin(θ)＝R*(n₂/n₁)定义，其中R是UV透明外壳80的半径，n₂是大气的折射系数(例如，对于空气n₂＝1)，n₁是要消毒的介质的折射系数，且θ由图10D对于紫外辐射源24A所示的反射角定义。在另一实施例中，n₁可以是UV透明外壳80A的材料的折射系数。在实施例中，圆柱体88的半径h比通过如下计算获得值小约5％：外半径R乘以需要针对发射辐射的波长估计的、外部介质的折射系数n₂与包括圆柱体88UV透明材料或者需要消毒的介质中的最小的折射系数n₁的比率。

紫外辐射源24B可以位于圆柱环82内，且可以通过窗口89提供UV辐射。在实施例中，窗口89可以设计用于不改变UV辐射的方向。在实施例中，窗口89的材料可以由与圆柱体88相同的材料、融化的石英、蓝宝石等形成。例如，图11A和11B图示根据本发明的实施例的分别没有窗口和具有窗口的紫外透明外壳80的一部分。在图11A中，当不存在窗口时，UV辐射的方向在其通过UV透明外壳80和进入要消毒的介质位于其中的通道14中时改变。在图11B中，UV辐射通过UV透明外壳80的窗口89。在图11B所示的实施例中，UV辐射形成螺旋的射线路径。在可选的实施例中，不使用窗口且紫外辐射源24适当地调整角度以适应UV辐射的方向的变化。

现在转到图12A和图12B，示出了根据实施例的说明性的UV透明外壳90。在本实施例中，UV透明外壳90是螺旋形状，其例如可以提升TIR。UV透明外壳90的螺旋形状可以保证UV辐射的损失主要地通过要消毒的介质内、外壳90的壁内的吸收，和与UV辐射的对准的最终损失及其从外壳90的脱离相关联。为了缩小对准的损失的作用，可以选择UV辐射的初始方向为在大于全内反射需要的临界角的某个角度上，如图12B所示。图12A和图12B示出的UV透明外壳90的实施例包括在这里示出的其他实施例的所有特征，包括图9A到图11B，以及包括导致螺旋的形状的曲率的图9B中圆柱体88的中心轴87。

应当理解，图9A-图12B示出的实施例仅图示利用对准的UV辐射的全内反射以改进UV辐射的重复利用。使用这种反射的其他实施例可能包括被定向以提供这种全内反射的UV辐射源和不同形状的消毒外壳。另外理解在这里讨论的UV透明外壳的实施例不必包括沿着所有表面的UV透明聚合物且也可以包括反射性的区域。更具体地，UV透明外壳也可以包括完全没有UV透明外壳的孔或者区域。例如，需要消毒的液体可以包括从喷管(比如分接头)出来的薄片状水流，其可以由于重力作用自由地下落。该喷管可以装备有包括UV辐射源的如图9A-图12B所示的UV透明外壳的一部分。另外，要消毒的介质流可以具有位于流程的中间的圆柱形的圆柱状元素，类似于图9A所示的圆柱体88。圆柱体88可以改进要消毒的介质流的薄片状的特性且可以由UV反射性材料制成。UV辐射源可以创建可以环绕介质的沿着要消毒的介质流波导的光，如图10A-10C的射线跟踪模拟所示。

在这里提供的紫外透明外壳的任何实施例中，催化剂可以被引入到介质以增强介质的消毒。此外，在紫外透明外壳的所有实施例中，入口和出口可以连接以重复消毒周期指定次数以保证适当的消毒。该次数可以取决于需要的消毒的程度。

图13示出了根据实施例的说明性的消毒***200。在该情况下，***200包括监视器和/或控制组件210，其实现为包括分析程序230的计算机***220，该分析程序230通过执行在这里描述的处理来使得计算机***220可操作以管理一组消毒组件242(例如，功率组件，一个或多个紫外(UV)源，一个或多个传感器，阀门等)。具体来说，分析程序230可以使计算机***220能够操作消毒组件242和处理与消毒组件和/或要消毒的介质的一个或多个条件对应的数据(例如，介质的透明度)。

在实施例中，在操作的初始时段期间，计算机***220可以获取关于流体的一个或多个属性的数据和产生用于另外的处理的分析数据236。分析数据236可以包括关于流体中一个或多个污染物的存在，流体的透明度等的信息。计算机***220可以使用分析数据236来产生用于由在这里讨论的计算机***221控制消毒组件242的操作的一个或多个方面的校准数据234。

示出计算机***220包括处理组件222(例如，一个或多个处理器)、存储组件224(例如，存储器层次结构)、输入/输出(I/O)组件226(例如，一个或多个I/O接口和/或器件)和通信通道228。总的来说，处理组件222执行程序代码，比如分析程序230，该程序代码至少部分地固定在存储组件224中。在执行程序代码的同时，处理组件222可以处理数据，其可能导致从存储组件224和/或I/O组件226读取转换的数据和/或向其写入转换的数据以用于另外的处理。通道228提供计算机***220中的每一组件之间的通信链路。I/O组件226和/或界面组件227可以包括使人类用户1能够与计算机***220互动的一个或多个人类I/O设备和/或使***用户1能够使用任何类型的通信链路与计算机***220通信的一个或多个通信设备。到该程度，在计算机***220的执行期间，分析程序230可以管理使人类和/或***用户1能够与分析程序230互动的一组界面(例如，一个或多个图形用户界面、应用程序接口等)。此外，分析程序230可以使用任何解决方案管理(例如，存储、检索、创建、操纵、组织、呈现等)数据，比如校准数据234和分析数据236。UV指示器244可以提供可见和/或可听指示(例如，光、声音等)来指示正在生成紫外辐射。

在任何情况下，计算机***220可以包括能够执行在其上安装的程序代码，比如分析程序230的一个或多个通用目的计算制品(例如，计算设备)。如此处使用的，应当理解“程序代码”指的是以任何语言、代码或者注释的任何指令的集合，其使得具有信息处理能力的计算设备直接或者在以下的任何组合之后执行特定功能：(a)转换为另一语言、代码或者注释；(b)以不同材料形式再现；和/或(c)解压缩。到该程度，分析程序230可以具体表现为***软件和/或应用软件的任何组合。

此外，可以使用一组模块232实现分析程序230。在该情况下，模块232可以使计算机***220能够执行由分析程序230使用的一组任务，且可以与分析程序230的其他部分分离地分开开发和/或实现。当计算机***220包括多个计算设备时，每个计算设备可以仅具有在其上固定的分析程序230的一部分(例如，一个或多个模块232)。但是，应当理解计算机***220和分析程序230仅是可以执行在这里描述的处理的各种可能的等效监视器和/或控制***210的代表。到该程度，在其他实施例中，计算机***220和分析程序230提供的功能性可以至少部分地由包括有或者没有程序代码的通用和/或特定目的硬件的任何组合的一个或多个计算设备实现。在每个实施例中，硬件和程序代码，如果包括的话，则可以分别使用标准工程和编程技术来创建。在另一实施例中，例如，可以使用实现反馈控制环路的闭环电路来实现监视器和/或控制***210而没有任何计算设备，该反馈控制环路中，一个或多个消毒组件242(例如，传感设备)的输出用作控制一个或多个其他消毒组件242(例如，UVLED)的操作的输入。

无论如何，当计算机***220包括多个计算设备时，计算设备可以经由任何类型的通信链路通信。此外，在执行在这里描述的处理的同时，计算机***220可以使用任何类型的通信链路与一个或多个其他计算机***，比如用户1通信。在任意情况下，通信链路可以包括各种类型的有线和/或无线链路的任何组合；包括一个或多个类型的网络的任何组合；和/或使用各种类型的传输技术和协议的任何组合。

虽然在这里显示和描述为用于处理(例如，消毒)流体的方法和***，应当理解本发明的方面另外提供各种可选的实施例。例如，在一个实施例中，本发明提供在至少一个计算机可读介质中固定的计算机程序，该至少一个计算机可读介质在被执行时使计算机***能够处理在这里描述的流体。到该程度，计算机可读介质包括程序代码，比如分析程序230，其使计算机***能够实现在这里描述的某些或者全部处理。应当理解，术语“计算机可读介质”包括现在已知的或者将来开发的一个或多个任何类型的有形介质的表示，可以从其感知、再现或者以其他方式由计算设备传递程序代码的副本。例如，计算机可读介质可以包括：一个或多个便携式存储制品；计算设备的一个或多个存储器/存储组件；纸张等。

在另一实施例中，本发明提供一种方法，其提供程序代码，比如分析程序230的副本，其使计算机***能够实现在这里描述的某些或者全部处理。在该情况下，计算机***可以处理程序代码的副本以对于在第二分立位置的接收，产生和发送一组数据信号，其具有其特征集合的一个或多个和/或以这种方式改变以编码该组数据信号中的程序代码的副本。类似地，本发明的实施例提供获取程序代码的副本的方法，其包括计算机***接收在这里描述的该组数据信号，和将该组数据信号转换为至少一个计算机可读介质中固定的计算机程序的副本。在任意情况下，该组数据信号可以使用任何类型的通信链路发送/接收。

在又一实施例中，本发明提供生成用于消毒介质(例如，流体、胶体、混合物等)的***的方法。在该情况下，该生成可以包括配置计算机***220以实现处理在这里描述的流体的方法。该配置可以包括获得(例如，创建、维护、购买、修改、使用、使得可用等)一个或多个硬件组件，有或者没有一个或多个软件模块，以及建立组件和/或模块以实现在这里描述的处理。到该程度，该配置可以包括配备一个或多个组件到计算机***，其可以包括以下的一个或多个：(1)在计算设备上安装程序代码；(2)将一个或多个计算和/或I/O设备添加到计算机***；(3)并入和/或修改计算机***以使其能够执行在这里描述的处理；等等。

已经为了说明和描述的目的呈现了本发明的各种方面的上述描述。其不意在为排他的或者限制本发明到公开的确切形式，且明显地，许多修改和变更是可能的。对本领域技术人员明显的这种修改和变更包括在本发明如所附的权利要求所定义的范围内

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年6月3日提交的标题为“UV Transparent DisinfectionEnclosure and Device Containing the Same”的未决美国临时申请No.62/007,141的权益，将其通过引用合并于此。本发明的方面涉及于2014年9月5日提交的标题为“Ultraviolet Diffusive Illumination”的未决美国专利申请No.14/478,266和2015年3月6日提交的标题为“Ultraviolet Surface Illuminator”的未决美国专利申请No.14/640,051，将两者通过引用合并于此。

Claims

1.一种紫外消毒设备，包括：

柔性紫外透明外壳，包括用于要消毒的介质流的入口和出口，其中所述柔性紫外透明外壳包括多个焊接的分隔件以创建所述柔性紫外透明外壳内的蛇形通道；和

一组紫外辐射源，其位置与所述柔性紫外透明外壳的至少一个壁相邻，但是物理地与所述柔性紫外透明外壳的至少一个壁分离，该组紫外辐射源配置为在基本垂直于介质流的方向向着所述介质流并且向着所述多个焊接的分隔件产生紫外辐射,

其中所述多个焊接的分隔件对紫外辐射是透明的。

2.如权利要求1所述的紫外消毒设备，还包括外反射性外壳，其中，所述柔性紫外透明外壳能够移动地位于所述外反射性外壳内。

3.如权利要求2所述的紫外消毒设备，其中，所述外反射性外壳包括：

紫外透明层，包括该组紫外辐射源被封装在其中的域；

空气间隙层；和

紫外反射性层。

4.如权利要求3所述的紫外消毒设备，还包括在所述柔性紫外透明外壳和所述外反射性外壳之间以高度透明的流体填充的区域。

5.如权利要求1所述的紫外消毒设备，其中，所述柔性紫外透明外壳包括波纹边缘，所述波纹边缘被配置为提供所述柔性紫外透明外壳的可调节有效厚度。

6.如权利要求1所述的紫外消毒设备，其中，所述柔性紫外透明外壳包括与该组紫外辐射源相邻的至少一个窗口。

7.如权利要求1所述的紫外消毒设备，其中，所述入口和所述出口连接。

8.一种紫外消毒设备，包括：

柔性紫外透明外壳，包括用于要消毒的介质流的入口和出口，其中所述柔性紫外透明外壳包括配置为防止所述柔性紫外透明外壳内的生物污损的材料，其中所述柔性紫外透明外壳包括多个焊接的分隔件以创建所述柔性紫外透明外壳内的蛇形通道，其中所述多个焊接的分隔件对于紫外辐射是透明的；

一组紫外辐射源，其位置与所述柔性紫外透明外壳的至少一个壁相邻，但是物理地与所述柔性紫外透明外壳的至少一个壁分离，该组紫外辐射源配置为在基本垂直于介质流的方向向着所述介质流并且向着所述多个焊接的分隔件产生紫外辐射；和

外反射性外壳，其中所述柔性紫外透明外壳能够移动地位于所述外反射性外壳内。

9.如权利要求8所述的紫外消毒设备，还包括与所述柔性紫外透明外壳相邻的照射器，其中该组紫外辐射源位于所述照射器内。

10.如权利要求9所述的紫外消毒设备，其中所述照射器还包括直接位于每个紫外辐射源下方的反射镜。

11.如权利要求9所述的紫外消毒设备，其中所述照射器进一步包括用于安装该组紫外辐射源的安装网格。

12.如权利要求8所述的紫外消毒设备，其中所述外反射性外壳包括：

紫外透明层，包括该组紫外辐射源被封装在其中的域；

空气间隙层；和

紫外反射性层。

13.如权利要求8所述的紫外消毒设备，还包括在所述柔性紫外透明外壳和所述外反射性外壳之间以高度透明的流体填充的区域。

14.如权利要求8所述的紫外消毒设备，其中，所述柔性紫外透明外壳包括波纹边缘，所述波纹边缘被配置为提供所述柔性紫外透明外壳的可调节有效厚度。

15.如权利要求8所述的紫外消毒设备，其中，所述柔性紫外透明外壳包括与该组紫外辐射源相邻的至少一个窗口。

16.根据权利要求8所述的紫外消毒设备，还包括控制组件，所述控制组件被配置为控制该组紫外辐射源和通过所述蛇形通道的流体流。