本發(fā)明涉及用于液體凈化設(shè)備的照射組件，該照射組件利用紫外線照射防止病原微生物繁殖。本發(fā)明尤其涉及用于小型液體凈化設(shè)備的照射室，以及包括這種液體凈化設(shè)備的飲料分配器(例如飲水器)。

背景技術(shù)：

本發(fā)明整體涉及包括用于凈化液體的照射室的凈化設(shè)備。本發(fā)明尤其涉及液體凈化組件、包括這種凈化設(shè)備的飲料分配器，以及用于凈化液體的方法。

凈化用于飲用的液體(諸如水)的最基本的工作之一是消毒，以確保水中存在的任何病原微生物(例如細(xì)菌、病毒和原生動(dòng)物)不會(huì)導(dǎo)致飲水的任何人患病。通過(guò)紫外線(UV)照射方法進(jìn)行該消毒是已知的，在該方法中，用紫外線形式的高能輻射轟擊一定體積的待處理的水。紫外線損害病原微生物的DNA和RNA，破壞它們的繁殖能力并且有效地消除它們引起疾病的能力。

由于這種系統(tǒng)使用光線進(jìn)行消毒，在天然不透明的或者未經(jīng)過(guò)濾去除懸浮固形物的液體上，這種系統(tǒng)的有效性下降。出于本文檔的目的，“凈化”的范圍因此應(yīng)被理解為涵蓋其中濁度極小的液體的消毒。

傳統(tǒng)的紫外線液體凈化系統(tǒng)采用了氣體放電燈特別是汞蒸氣燈作為紫外線來(lái)源。最近，越來(lái)越普遍的是采用紫外線發(fā)光二極管(UV-LED)作為照射用紫外光的來(lái)源。UV-LED具有許多益處，吸引人們將其用于紫外線液體凈化系統(tǒng)，值得注意的益處是其尺寸緊湊、可靠并且沒(méi)有常規(guī)燈具中存在的有毒組分(如汞蒸氣)。UV-LED的固態(tài)特性還使其能夠立即接通和切斷，這是相對(duì)于常規(guī)的氣體放電燈的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

現(xiàn)有技術(shù)中有若干個(gè)采用UV-LED通過(guò)紫外線照射來(lái)凈化液體的示例。例如，文檔CN 202175579描述了一種照射裝置，其中單根照射管螺旋盤(pán)繞在UV-LED陣列周圍，從而允許連續(xù)處理液體。文檔DE102005057875公開(kāi)了一種裝置，該裝置在小型污水處理與凈化廠中采用依序分批式反應(yīng)器方法對(duì)污水進(jìn)行滅菌。然而，在所公開(kāi)的裝置中，未經(jīng)處理的水將處理過(guò)的水推出裝置，這可能給流體動(dòng)力帶來(lái)麻煩(諸如產(chǎn)生捷徑和停滯區(qū))，導(dǎo)致所公開(kāi)的裝置不能保證實(shí)際上完全凈化所有流過(guò)該裝置的水。

一般而言，為確保處理過(guò)的液體得到有效凈化，必須用紫外線照射所述液體足夠長(zhǎng)的時(shí)間。已知的小型凈化設(shè)備(例如，飲水器中使用的小型凈化設(shè)備)通常包括照射室，在從凈化設(shè)備抽取液體時(shí)，液體在照射室內(nèi)連續(xù)流動(dòng)。

由于照射室具有一定容積，所以液體在照射室內(nèi)流動(dòng)的平均速度減小，從而延長(zhǎng)了液體在照射室內(nèi)的停留時(shí)間，因此延長(zhǎng)了照射時(shí)間。

典型的照射室基本上為圓筒形，其每一端都由直壁閉合。

但是，在這種液體凈化設(shè)備中，照射時(shí)間(這是通過(guò)紫外線照射來(lái)凈化液體的一個(gè)重要因素)取決于照射室內(nèi)液體的流速。

實(shí)際上，照射時(shí)間等于在照射室內(nèi)的停留時(shí)間(假設(shè)UV-LED已接通)，該停留時(shí)間取決于流流速。尤其是在小型凈化設(shè)備中，不但要求液體具有較小的流速，還需要大量的紫外線源。

此外，流體在照射室內(nèi)流動(dòng)時(shí)，可能存在死體積(即，照射室內(nèi)流體停滯的那些部分)和捷徑(流體流線不減速，從照射室的入口直達(dá)出口)。死體積和捷徑降低了照射室的消毒效率。最后，在本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)已知的凈化設(shè)備中，由于處理過(guò)的液體被未經(jīng)處理的液體推出照射室，所以處理過(guò)的液體和未經(jīng)處理的液體之間可能出現(xiàn)交叉污染。

因此，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種使用紫外線照射的液體凈化組件，該液體凈化組件可解決或減輕至少一個(gè)上文提到的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在本發(fā)明的第一方面，提供了一種使用紫外線照射防止病原微生物繁殖的液體凈化組件，該液體凈化組件包括照射室，該照射室具有內(nèi)部容積并包括入口和出口，其中照射室設(shè)有紫外線發(fā)光裝置，該紫外線發(fā)光裝置被配置成利用紫外線照射該照射室內(nèi)的液體。照射室包括被配置成引起照射室內(nèi)部容積的變化的機(jī)構(gòu)，所述內(nèi)部容積的變化在照射室容積增大時(shí)將液體吸入照射室，并在照射室容積減小時(shí)將液體壓出照射室。

使用這種組件，可采用分批依序模式凈化液體。由于處理過(guò)的液體不是被未經(jīng)處理的液體推出照射室，而是被機(jī)構(gòu)壓出照射室，因此用戶可以確信所有的液體都得到了充分處理，并且處理過(guò)的液體和未經(jīng)處理的液體之間沒(méi)有交叉污染。另外，這使得可以高效地凈化精確量的液體。最后，這可減輕進(jìn)行連續(xù)凈化的設(shè)備中可能存在的流體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。

在一些實(shí)施方案中，液體凈化組件還可替代通常用于凈化設(shè)備中的循環(huán)泵。

液體凈化組件可包括被配置成允許液體流過(guò)入口進(jìn)入照射室的第一單向閥，和被配置成允許液體流過(guò)出口離開(kāi)照射室的第二單向閥。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，液體凈化組件包括一端由壁閉合的圓筒，以及被封閉在所述圓筒內(nèi)的可移動(dòng)活塞，該活塞的移動(dòng)引起照射室的被包含在活塞與將圓筒的一端閉合的壁之間的內(nèi)部容積的變化。

在這個(gè)實(shí)施方案中，入口和出口可位于將圓筒的一端閉合的壁上。另選地，入口可位于將圓筒的一端閉合的壁上，而出口可位于活塞上；出口可位于將圓筒的一端閉合的壁上，而入口可位于活塞上。入口和出口都可位于活塞上。

紫外線發(fā)光裝置可被包括在活塞上。紫外線發(fā)光裝置可被包括在將圓筒的一端閉合的壁上。在本發(fā)明的一個(gè)變型中，圓筒具有透明的側(cè)壁，紫外線發(fā)光裝置可設(shè)置在所述側(cè)壁上。

在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，相應(yīng)的液體凈化組件可包括形成照射室的壁的可變形膜，所述膜變形引起照射室內(nèi)部容積的變化。

紫外線發(fā)光裝置可包括或可為紫外線發(fā)光二極管。

液體凈化組件還可包括電子控制器，該電子控制器被配置成控制照射室的容積和/或紫外線發(fā)光裝置的發(fā)光。

液體凈化組件還可包括至少一種用于防止因空氣進(jìn)入組件而造成污染的系統(tǒng)，該系統(tǒng)選自以下系統(tǒng)：

·位于照射室入口前方的空氣微濾系統(tǒng)；

·無(wú)菌空氣環(huán)路；以及

·對(duì)照射室進(jìn)行滅菌和干燥的快速加熱系統(tǒng)；

本發(fā)明還涉及包括如上所述的液體凈化組件的飲料分配器(諸如飲水器)，該飲料分配器被配置成先利用紫外線照射將飲料凈化，再將飲料輸送出去。

本發(fā)明還涉及一種用于凈化液體的方法，包括：

·提供根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的液體凈化組件，其中照射室處于最小容積；

·增大照射室的容積，由此造成壓力降低，從而通過(guò)入口將液體吸入照射室；

·使用紫外線發(fā)光裝置照射所述照射室中容納的液體，由此將照射室中容納的液體凈化；

·減小照射室的容積，由此將凈化過(guò)的液體壓出照射室。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的額外特征和優(yōu)點(diǎn)在下文參照附圖給出的目前優(yōu)選實(shí)施方案的說(shuō)明中有所描述，并且這些特征和優(yōu)點(diǎn)將從該說(shuō)明中顯而易見(jiàn)，其中：

圖1為液體凈化設(shè)備的一個(gè)示例的示意圖，該液體凈化設(shè)備代表包括照射室的液體凈化設(shè)備；

圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的液體凈化組件的示意圖；

圖3為根據(jù)圖2的實(shí)施方案的第一變型的液體凈化組件的示意圖；

圖4為根據(jù)圖2的實(shí)施方案的第二變型的液體凈化組件的示意圖；

圖5為根據(jù)圖2的實(shí)施方案的第三變型的液體凈化組件的示意圖；

圖6示意性地呈現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的另一方面的方法。

具體實(shí)施方式

為了完全理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，參考對(duì)本發(fā)明的以下詳細(xì)說(shuō)明。

現(xiàn)參考以下實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解，受權(quán)利要求書(shū)保護(hù)的本發(fā)明并非旨在以任何方式限制于這些實(shí)施例。

還應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各實(shí)施方案可以與本發(fā)明的其他實(shí)施方案組合，并且僅是制備和使用本發(fā)明的具體方式的示例，當(dāng)以權(quán)利要求書(shū)和以下詳細(xì)說(shuō)明進(jìn)行考慮時(shí)并不限制本發(fā)明的范圍。

圖1為本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)已知的液體凈化設(shè)備100(尤其是被包括在飲料分配器諸如飲水器中的液體凈化設(shè)備)的示意圖。以下對(duì)液體凈化設(shè)備的描述涉及這種液體凈化設(shè)備的一個(gè)示例的總體構(gòu)造。

液體凈化設(shè)備100具有貯存器101，其中容納一定體積的液體102。在本實(shí)施方案中，液體102為水，但液體可任選地為任何足夠透明的液體。液體102從貯存器101中抽出，經(jīng)過(guò)泵管103進(jìn)入泵104。液體102從泵104被引導(dǎo)進(jìn)入循環(huán)管105。

如圖所示，循環(huán)管105從泵104延伸穿過(guò)照射裝置106，在泵104與凈化設(shè)備的排出口107之間建立起流體連通。

在照射裝置106中，通過(guò)紫外線照射來(lái)凈化液體。在圖示實(shí)施方案中，照射裝置106包括具有內(nèi)表面108的管狀結(jié)構(gòu)。內(nèi)表面108是反射性的，優(yōu)選地由高度拋光的金屬制成，或者另選地被反射性金屬箔覆蓋。多個(gè)主紫外線發(fā)光二極管(UV-LED)109設(shè)置在所述主照射裝置106的內(nèi)表面108上，從而在照射室111內(nèi)投射紫外線照射110。

照射室在一端包括入口，在其另一端包括出口。

液體102在照射室111內(nèi)得到照射、因此得到消毒之后，流到排出口107而從設(shè)備100排出。

任選地，凈化設(shè)備可進(jìn)一步設(shè)置次照射裝置112，該次照射裝置包括至少一個(gè)次UV-LED 113。次照射裝置112將紫外線110投射到排出口107上，用于對(duì)排放的流體進(jìn)行滅菌。

設(shè)置在主照射裝置106上的UV-LED 109和設(shè)置在次照射裝置112上的UV-LED 113的輸出和數(shù)量可根據(jù)設(shè)備100的具體特性和將在其中采用該設(shè)備的應(yīng)用而改變。

在圖示實(shí)施方案中，設(shè)備100還包括控制裝置114，該控制裝置被配置成以電子方式控制主照射裝置106、次照射裝置112和泵104的操作。優(yōu)選地，控制裝置114還與設(shè)置在主照射裝置106內(nèi)的光傳感器115通信。控制裝置114利用光傳感器115的輸出來(lái)校準(zhǔn)主UV-LED 109發(fā)出的紫外線照射110的強(qiáng)度、監(jiān)控設(shè)備100的操作，以及在出現(xiàn)任何故障時(shí)提醒用戶。

盡管本文討論的設(shè)備采用了光傳感器115，但應(yīng)當(dāng)理解，設(shè)備100可配置其他傳感器(例如流量計(jì)、水透明度傳感器、熱電偶等)，所述其他傳感器與控制裝置114通信，并允許控制裝置不斷地調(diào)整液體凈化裝置的操作參數(shù)。因此，控制裝置114的確切配置和操作程序會(huì)根據(jù)將在其中采用該液體凈化裝置的應(yīng)用而改變。

圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的液體凈化組件的示意圖。該凈化組件基本上對(duì)應(yīng)于如圖1所示的凈化裝置106。在一些應(yīng)用中，該凈化組件也可替代泵104。圖示的液體凈化組件包括照射室200。提供了一種機(jī)構(gòu)，來(lái)引起照射室的內(nèi)部容積的變化。在圖示的示例中，液體凈化組件包括一端由壁202閉合的圓筒?；钊?03被封閉在所述圓筒內(nèi)?；钊?03是可移動(dòng)的，可在圓筒201內(nèi)平移?；钊?03的移動(dòng)引起照射室200的(在本發(fā)明的實(shí)施方案中)被包含在活塞203與壁202之間的內(nèi)部容積的變化?；钊捎芍聞?dòng)器(未示出)致動(dòng)，其中致動(dòng)器例如電動(dòng)致動(dòng)器或液壓致動(dòng)器?；钊囊苿?dòng)可由控制器控制(經(jīng)由致動(dòng)器的控件控制)，所述控制器例如與圖1所示的控制器114類似的控制器或另一個(gè)專用控制器?？刂破骺擅钫丈涫?00的容積發(fā)生任何變化，最多達(dá)到照射室的最大容積?？刂破骺杀慌渲贸擅钫丈涫业娜莘e發(fā)生特定次數(shù)的預(yù)定變化。因此，該凈化組件使得可以凈化精確量的液體。被吸入照射室中并且其總量由照射室的容積的變化限定的液體，在給定的照射時(shí)間內(nèi)得到了有效照射。

照射室包括入口204和出口205。待消毒的液體可通過(guò)入口204流入照射室，并通過(guò)出口205流出照射室。為確保液體沿該流動(dòng)方向流動(dòng)，在圖示的示例性實(shí)施方案中，第一單向閥206被配置成允許液體流過(guò)入口204進(jìn)入照射室，第二單向閥207被配置成允許液體流過(guò)出口205離開(kāi)照射室。單向閥可以是被動(dòng)單向閥，也就是說(shuō)，在其兩端的壓差作用下開(kāi)啟或閉合。在其他實(shí)施方案中，單向閥可以是主動(dòng)單向閥，也就是說(shuō)，受先導(dǎo)控制而開(kāi)啟或閉合。在這種情況下，可使用電磁閥。

在本示例性實(shí)施方案中，入口和出口都位于壁202上。入口204和出口205也可位于許多其他位置，如圖3、圖4和圖5以舉例的方式示出，以及如下文所述。

照射室200設(shè)有紫外線發(fā)光裝置208。更具體地講，在本示例性實(shí)施方案中，紫外線發(fā)光裝置208為紫外線發(fā)光二極管(UV-LED)。紫外線發(fā)光裝置208適于在照射室200內(nèi)發(fā)出紫外線。在圖示的實(shí)施方案示例中，UV-LED位于壁202上。UV-LED也可具有許多其他配置，如圖3、圖4和圖5以舉例的方式示出，以及如下文所述。

圖3為根據(jù)圖2的實(shí)施方案的第一變型的液體凈化組件的示意圖。更具體地講，該圖示出了入口、出口和紫外線發(fā)光裝置的位置的第一種可能的變型。所示的凈化組件具有與圖2的凈化組件相同的總體結(jié)構(gòu)。該凈化組件包括：照射室300、一端由壁302閉合的圓筒301，以及包括活塞303的機(jī)構(gòu)。入口304位于活塞303上，并包括相應(yīng)的第一單向閥306。出口305位于壁302上，并包括相應(yīng)的第二單向閥307。紫外線發(fā)光裝置308被布置在壁302和活塞303上。

當(dāng)然，在具有這種配置的紫外線發(fā)光裝置308的一個(gè)變型中，入口304可位于壁302上而出口305可位于活塞303上，或者，入口304和出口305可都位于壁302上、或可都位于活塞303上。

圖4為根據(jù)圖2的實(shí)施方案的第二變型的液體凈化組件的示意圖。更具體地講，該圖示出了入口、出口和紫外線發(fā)光裝置的位置的第二種可能的變型。此處所示的凈化組件具有與圖2的凈化組件相同的總體結(jié)構(gòu)。該凈化組件包括：照射室400、一端由壁402閉合的圓筒401，以及包括活塞403的機(jī)構(gòu)。入口404位于壁402上，并包括相應(yīng)的第一單向閥406。出口405位于活塞403上，并包括相應(yīng)的第二單向閥407。紫外線發(fā)光裝置408被布置在壁402上。

當(dāng)然，在具有這種配置的紫外線發(fā)光裝置408的一個(gè)變型中，入口404可位于活塞403上而出口405可位于壁402上，或者，入口404和出口405可都位于壁402上、或可都位于活塞403上。

圖5為根據(jù)圖2的實(shí)施方案的第三變型的液體凈化組件的示意圖。更具體地講，該圖示出了入口、出口和紫外線發(fā)光裝置的位置的第三種可能的變型。所示的凈化組件具有與圖2的凈化組件相同的總體結(jié)構(gòu)。該凈化組件包括：照射室500、一端由壁502閉合的圓筒501，以及包括活塞503的機(jī)構(gòu)。入口504位于活塞503上，并包括相應(yīng)的第一單向閥506。出口505也位于活塞503上，并包括相應(yīng)的第二單向閥507。紫外線發(fā)光裝置508被布置在圓筒501上。

當(dāng)然，在具有這種配置的紫外線發(fā)光裝置508的一個(gè)變型中，入口504可位于活塞503上而出口505可位于壁502上，或者入口504可位于壁502上而出口505可位于活塞503上，或者入口504和出口505可都位于壁502上。

紫外線發(fā)光裝置可具有許多其他配置。另外，照射室的內(nèi)表面可涂覆有紫外線反射材料，以改善紫外線分布。

根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種用于凈化液體的方法。該方法的一個(gè)示例性實(shí)施方案示于圖6中。

為實(shí)施參照?qǐng)D6所述的方法，提供了如前所述的液體凈化組件。圖6所示的方法實(shí)施參照?qǐng)D2所述的液體凈化組件。

然而，可使用根據(jù)本發(fā)明的任何其他組件。

該方法從填充步驟S1開(kāi)始。在填充步驟S1開(kāi)始時(shí)，照射室具有最小容積。該最小容積可為零或接近零，或?yàn)橛梢后w凈化組件的活塞(或任何其他機(jī)構(gòu))的預(yù)定位置限定的某個(gè)小容積。

將照射室的容積逐漸增至最大容積(或預(yù)定容積)；照射室內(nèi)的壓力降低，因此，照射室入口處的第一單向閥開(kāi)啟，液體被吸入照射室。

當(dāng)照射室已達(dá)到最大容積，在照射步驟S2接通紫外線發(fā)光裝置。利用紫外線照射對(duì)已在填充步驟S1期間被吸入照射室內(nèi)的液體進(jìn)行消毒。在該方法的圖示實(shí)施方案中，照射室的容積在照射步驟期間不發(fā)生變化。因此，液體在凈化期間不在照射室內(nèi)循環(huán)。

在預(yù)定時(shí)間之后，認(rèn)為液體已得到凈化，所述預(yù)定時(shí)間取決于照射室內(nèi)液體的量，以及在所述液體中發(fā)出的紫外線的強(qiáng)度。一般說(shuō)來(lái)，照射室內(nèi)液體的體積越大，照射時(shí)間越長(zhǎng)。

在排空步驟S3中，減小照射室的容積。這導(dǎo)致照射室內(nèi)的壓力增大，因此，照射室出口處的第一單向閥開(kāi)啟，凈化過(guò)的液體被壓出照射室。

根據(jù)所述方法的變型實(shí)施方案，照射步驟S2可與填充步驟S1和/或排空步驟S3重疊。換句話說(shuō)，可在填充步驟S1和/或排空步驟S3期間接通紫外線發(fā)光裝置。這延長(zhǎng)了所處理的液體的平均照射時(shí)間。

在這種方法中，采用分批依序模式凈化液體。這使得可以減輕采用連續(xù)凈化方法時(shí)可能出現(xiàn)的流體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題(湍流、死體積(液體在其中停滯)等等)。此外，由于處理過(guò)的液體不是被未經(jīng)處理的液體推出照射室，而是被機(jī)構(gòu)壓出照射室，因此用戶可以確信所有的液體都得到了充分處理，并且處理過(guò)的液體和未經(jīng)處理的液體之間沒(méi)有交叉污染。

由于根據(jù)本發(fā)明的液體凈化組件充當(dāng)容積泵，所以在一些實(shí)施方案中可替代有些凈化設(shè)備中所用的循環(huán)泵。

本說(shuō)明書(shū)中使用的詞語(yǔ)“包括”、“包含”和類似的詞語(yǔ)，都不應(yīng)被理解為具有排他性或窮舉性的含義。換句話講，這些詞語(yǔ)用來(lái)指“包括但不限于”的意思。

不能將本說(shuō)明書(shū)中對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)中的任何參考視為承認(rèn)此類現(xiàn)有技術(shù)為眾所周知的技術(shù)或構(gòu)成本領(lǐng)域普遍常識(shí)的一部分。

盡管以舉例的方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離權(quán)利要求書(shū)中所限定的本發(fā)明范圍的前提下，可作出變型和修改。例如，可以設(shè)想使用許多已知的機(jī)構(gòu)來(lái)引起照射室的容積的變化。此外，對(duì)于具體的特征如果存在已知的等同物，則應(yīng)如同在本說(shuō)明書(shū)中明確提到的那樣來(lái)引入這些等同物。