本發(fā)明涉及出于減小有毒化學品和/或生物病原體暴露于人類、動物和自然環(huán)境的風險并且優(yōu)選地使該風險最小化的目的而將紫外(uv)光用于透明或半透明液體、霧狀或氣態(tài)流體的處理。特別地，本發(fā)明適合但不限于飲用水處理、廢水處理和工業(yè)過程用水的處理，例如適合用于半導體芯片制造的水。

背景技術：

uv流體處理的當前的現(xiàn)有技術采用安裝在流體經過的腔室中的汞氣體填充管燈。每個腔室的燈的數(shù)量能夠從1到超過200。對于單燈腔室，管常見地被取向為平行于流體流。對于多燈應用，燈和/或腔室通常被取向為垂直于流體流。腔室能夠被平行安裝以處理高流體流動速率。采用汞氣體填充管燈所需的能量的量高并且昂貴。此外，這種燈不持久，以及必須被經常替換。

流體處理系統(tǒng)的現(xiàn)有技術需要經過燈的電流，該電流使汞蒸汽發(fā)射uv范圍中的光(峰值在254納米)。大約百分之十五的電能轉換成光子。超過百分之八十五的電能被轉換成該燈內部的熱量。熱量通過管表面被傳輸?shù)搅黧w中。如果流體是液體(例如，水)，則該熱量能夠產生礦物結垢問題。當溫度增加時，幾種常見的礦鹽(諸如，硫酸鈉和氫氧化鈣)變得不太容易在水中溶解，使該問題更為嚴重。該系統(tǒng)是不理想的，因為每個燈必須被頻繁地清潔以維持發(fā)射的uv的強度。

uv光從燈輻射到經過的流體中。由靠近腔室的壁的燈發(fā)射的光子的一定百分比的光子被在壁表面處的材料吸收。小于百分之百透明的流體吸收從燈發(fā)射的一定百分比的光子。透射比總是低于100％，甚至自來水能夠具有低至90％的透射比。經過具有85％透射比的30cm寬水柱的uv光將會失去其強度的95％，如比爾定律所規(guī)定。對于處理流體常見的是在距燈一厘米的距離處吸收所發(fā)射的能量的百分之二十五。在半透明流體中，光子落到它被生物體的dna核苷酸吸收的位置的概率是光子在處理腔室中行進的距離(光子路徑長度)的函數(shù)。另外，從源發(fā)散的光的強度根據(jù)平方反比定律衰變。

到達正被處理的流體中的目標生物體的光子的一小部分(處于10^-6的量級)導致對該生物體的dna的損害。這種損害滅活該生物體的生存力或繁殖功能。隨著混濁度增加，uv光消毒有效性減少，這是由懸浮固體和溶解化合物引起的吸收、散射和遮蔽的結果。在2006美國環(huán)境保護局uv消毒指導手冊中列出的uv的殺菌劑量是40mj/cm²。用于處理流體(諸如，廢水)的有效系統(tǒng)應該因此在整個處理區(qū)域上提供這個劑量的uv。應該理解，用于一些生物體的有效殺菌劑量(或特定化學處理所需的劑量)可相對于40mj/cm²劑量顯著變化。

本領域需要一種用于公共或私人用途的流體處理系統(tǒng)，該流體處理系統(tǒng)高效地并且有效地處理uv半透明流體并且優(yōu)選地對uv半透明流體進行殺菌，是耐用、可靠、高效節(jié)能的，并且需要比現(xiàn)有系統(tǒng)更少的維護。類似地，本領域需要一種高效節(jié)能光化學處理。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種用于流體的處理的設備，包括：流體腔室和布置在流體腔室的外圍的至少一個紫外光單元，其中該至少一個紫外光單元包括紫外光引導元件和至少一個紫外線發(fā)光二極管，其中該紫外光引導元件被配置為在使用中對從至少一個紫外線發(fā)光二極管發(fā)射的光的至少一部分進行準直，使得從每個紫外光單元發(fā)射的紫外光線在第一方向上是平行的并且在第二方向上是非平行的，其中第二方向垂直于第一方向。

通過在一個方向上對光進行準直，光的光子路徑長度被減小，由此減小與平方反比定率和比爾定律相關的能量損失。

優(yōu)選地，紫外光引導元件被配置為在第二方向上會聚準直的紫外光。更優(yōu)選地，紫外光引導元件被配置為會聚準直的紫外光以聚焦在流體腔室的中心軸線處或聚焦在流體腔室的中心軸線附近。

替代地，紫外光引導元件被配置為在第二方向上散射準直的光。

優(yōu)選地，設備包括多個紫外光單元。優(yōu)選地，該多個紫外光單元被布置成徑向地圍繞流體腔室的圓周或外圍。優(yōu)選地，該多個紫外光單元被布置在圍繞該流體腔室的外圍的一個或多個環(huán)中。優(yōu)選地，紫外光單元的相鄰的環(huán)以確保在使用中待處理流體的全部都均勻地暴露于uv光所需的量彼此偏移。

優(yōu)選地，流體腔室是透明的。

優(yōu)選地，至少一個紫外光單元被布置在流體腔室的外面。

uvled在流體腔室的外部的布置提高了進行清潔、維護和替換的方便性。

優(yōu)選地，設備包括：覆蓋件，布置在流體腔室的外面，其中至少一個紫外光單元被安裝在覆蓋件中。優(yōu)選地，該覆蓋件由阻擋紫外光的材料形成，并且包括至少一個孔徑，該至少一個孔徑被布置為在使用中允許由紫外線發(fā)光二極管發(fā)射的紫外光進入到流體腔室中。

優(yōu)選地，光引導元件是反射器。最優(yōu)選地，至少一個發(fā)光二極管中的每個發(fā)光二極管位于反射器的焦點處。優(yōu)選地，流體腔室的中心軸線位于反射器的焦點處或位于反射器的焦點附近。

在另一實施例中，本發(fā)明提供一種用于流體的處理的設備，包括：流體腔室和布置在流體腔室的外圍的至少一個紫外光單元；其中該至少一個紫外光單元包括紫外光引導元件和至少一個紫外線發(fā)光二極管；以及其中該紫外光引導元件被配置為在使用中對從該至少一個紫外線發(fā)光二極管發(fā)射的光的至少一部分進行準直，以使得從每個紫外光單元發(fā)射的紫外光線僅在單個方向上是平行的。

優(yōu)選地，設備包括：一個或多個元件，用于在待處理流體中引起旋轉或旋渦運動。

優(yōu)選地，該設備包括：冷卻設備，用于控制紫外線發(fā)光二極管的溫度。優(yōu)選地，該冷卻設備被配置為在使用中將來自紫外線發(fā)光二極管的熱量可控地傳遞給正被處理的流體。

優(yōu)選地，該冷卻設備包括冷卻劑回路；其中該冷卻劑回路的第一部分被布置為與紫外線發(fā)光二極管接觸以在使用中用于冷卻劑回路和紫外線發(fā)光二極管之間的熱量的傳遞；以及其中該冷卻劑回路的第二部分包括熱交換器以在使用中用于該冷卻劑回路和正被處理的流體之間的熱量的傳遞。優(yōu)選地，該設備還包括：控制元件，被配置為在使用中響應于冷卻劑的溫度的改變而改變該設備的光輸出。優(yōu)選地，該設備還包括：控制元件，被配置為在使用中響應于待處理流體的透射比的改變而改變該設備的光輸出。優(yōu)選地，該設備還包括：多個紫外光單元，其中控制元件被配置為響應于冷卻劑的溫度的增加而增加發(fā)射光的紫外光單元的數(shù)量。

在另一實施例中，本發(fā)明提供一種用于流體的處理的設備，包括：紫外線發(fā)光二極管的陣列，圍繞包含待處理流體在內的透明管子的外部表面徑向地取向；其中每個紫外線發(fā)光二極管被安裝在反射器的焦點處；以及其中該反射器在使用中在管子的縱向軸線的方向上對反射的光進行準直并且通過管子的橫截面集中反射的光線。

在另一實施例中，本發(fā)明提供一種用于流體的處理的設備，包括：紫外線發(fā)光二極管的陣列，圍繞包含待處理流體在內的透明管子的外部表面徑向地取向；其中每個紫外線發(fā)光二極管被安裝在反射器的焦點處；以及其中該反射器在使用中在管子的縱向軸的方向上對反射的光進行準直并且通過管子的橫截面散射反射的光線。

在另一實施例中，本發(fā)明提供一種用于流體的處理的設備，包括：紫外線發(fā)光二極管的陣列，圍繞包含待處理流體在內的透明管子的外部表面徑向地取向；其中來自每個發(fā)光二極管的紫外光經過透鏡；以及其中該透鏡在使用中在縱向軸線的方向上對光進行準直并且在管子的橫截面中集中光。

在另一實施例中，本發(fā)明提供一種用于流體的處理的設備，包括：紫外線發(fā)光二極管的陣列，圍繞包含待處理流體在內的透明管子的外部表面徑向地取向；和冷卻系統(tǒng)，用于冷卻紫外線發(fā)光二極管的陣列；其中該冷卻系統(tǒng)被配置為循環(huán)冷卻液，以使得i)在紫外線發(fā)光二極管和冷卻液之間以及ii)在冷卻液和待處理流體之間交換熱量。

優(yōu)選地，該冷卻液是乙二醇混合物。

在另一實施例中，本發(fā)明提供一種用于流體的處理的設備，包括：紫外線發(fā)光二極管的陣列，圍繞包含待處理流體在內的透明管子的外部表面徑向地取向；和冷卻系統(tǒng)，用于冷卻紫外線發(fā)光二極管的陣列；其中該冷卻系統(tǒng)包括用于監(jiān)測冷卻液的溫度的一個或多個溫度傳感器；以及其中該冷卻系統(tǒng)被配置為響應于冷卻液的溫度的增加而接通紫外線發(fā)光二極管以及響應于冷卻液的溫度的減少而斷開紫外線發(fā)光二極管。

在另一實施例中，本發(fā)明提供一種用于流體的處理的設備，包括：紫外線發(fā)光二極管的陣列，圍繞包含待處理流體在內的透明管子的外部表面徑向地取向；一個或多個紫外線透射比傳感器；以及處理監(jiān)測軟件，被配置為響應于待處理流體的透射比的增加而斷開紫外線發(fā)光二極管以及響應于待處理流體的透射比的減少而斷開紫外線發(fā)光二極管。

在另一實施例中，本發(fā)明提供如任一前面權利要求所述的設備的用途以處理流體。

在另一實施例中，本發(fā)明提供一種用于流體的處理的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括如上所述的多個設備。

在另一實施例中，本發(fā)明提供一種用于流體的處理的方法，包括下述步驟：

將流體引入到流體腔室中；

將從紫外線發(fā)光二極管發(fā)射的光引導至流體中；

其中從至少一個紫外線發(fā)光二極管發(fā)射的紫外光的至少一部分被準直，使得從每個紫外光單元發(fā)射的紫外光線僅在單個方向上是平行的。

在另一實施例中，本發(fā)明提供一種用于冷卻流體處理系統(tǒng)中的發(fā)光二極管的設備，所述設備被配置為在使用中將來自發(fā)光二極管的熱量可控地傳遞給正被處理的流體。優(yōu)選地，該設備包括：冷卻劑回路；以及其中該冷卻劑回路的第一部分被布置為與發(fā)光二極管接觸以在使用中用于該冷卻劑回路和發(fā)光二極管之間的熱量的傳遞；以及其中該冷卻劑回路的第二部分包括熱交換器以在使用中用于冷卻劑回路和正被處理的流體之間的熱量的傳遞。優(yōu)選地，該設備包括：控制元件，被配置為在使用中響應于冷卻劑的溫度或待處理流體的透射比的改變而改變發(fā)光二極管的光輸出。

在另一實施例中，本發(fā)明提供一種用于冷卻流體處理系統(tǒng)中的發(fā)光二極管的方法，包括下述步驟：

在使用中間接地將來自發(fā)光二極管的熱量傳遞給該系統(tǒng)中正被處理的流體。

優(yōu)選地，通過冷卻劑回路來施行間接熱量傳遞。

優(yōu)選地，在使用中響應于冷卻劑的溫度或待處理流體的透射比的改變而控制發(fā)光二極管的光輸出的步驟。

通過根據(jù)本發(fā)明提供紫外光單元的陣列，對光進行準直，使得光線在第一方向上是平行的并且垂直于第一方向地散射光，該設備受益于在第一方向上減小的光子路徑長度，而散射允許與在兩個方向上都進行準直的情況相比在更寬的角度上發(fā)射光，允許圍繞流體腔室的圓周設置更少的發(fā)光單元，同時在處理區(qū)域上提供優(yōu)化的劑量。

通過對光進行準直而使得光線在垂直于流體腔室的中心軸線的第一方向上是平行的并且在垂直于光線平行的方向的第二方向上會聚光，光的強度隨著與源的距離而增加。這提高了效率，并且確保uv的殺菌劑量被遞送到流體腔室的橫截面的足夠的部分上。

本發(fā)明的設備的內表面包括將不會在工作期間變熱的透明管子，因此與汞燈相比，存在顯著更少的礦物結垢。在現(xiàn)有技術系統(tǒng)中與正被處理的水接觸的大量浸沒圓柱形汞燈的總石英表面面積顯著高于本發(fā)明的等同水處理裝置中的管子的表面面積。由于在本發(fā)明中與處理流體接觸的石英的總表面面積顯著更低，所以內表面容易清潔。

另外，由于該系統(tǒng)的所有工作部件位于管子的外面，所以能夠在不關閉處理系統(tǒng)并且對處理流基元(cell)進行排水的情況下執(zhí)行維護。

led的光輸出與它的工作溫度成反比。因此，熱led比冷led發(fā)射更少的光。因此必須在工作期間冷卻led以便維持光輸出。

附圖說明

現(xiàn)在將參照附圖僅以示例的方式描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中：

圖1是根據(jù)本公開的用于使用由led燈的陣列產生的uv光對流體進行殺菌的一組平行的處理基元的示意圖；

圖2a是根據(jù)本發(fā)明的單個處理基元組件的一部分的示意性透視圖；

圖2b是圖2a的處理基元的單個反射器子組件的示意性透視圖；

圖3是在處理流基元的上游包括流體導流葉片(turingvane)的單個流處理基元組件的一部分的示意性透視圖；

圖4是在與流體腔室的中心軸線x對準的平面(xy或xz)中觀察到的一個反射器子組件的示意性放大側視截面視圖；

圖5是在與圖4的平面垂直的平面(yz)中觀察到的如圖4中所示的反射器子組件的示意性放大截面視圖；

圖6是在與圖4中示出的平面垂直的平面(yz)中觀察到的如圖4中所示的替代的反射器子組件的另一示意性放大截面視圖；

圖7是包括來自圖4的一個led反射器子組件的準直的uv光線圖案的示意性管子側視截面視圖；

圖8是處理基元的示意性截面視圖，包括來自根據(jù)圖5中示出的反射器子組件的一個反射器子組件的散射的uv光線圖案(在yz平面中)；

圖9是處理基元的示意性截面視圖，例示來自根據(jù)圖6中示出的反射器子組件的反射器子組件的會聚的光線圖案(在yz平面中)；

圖10是處理基元的示意性側面視圖，例示來自圖4和7中的布置在處理基元的對角相對側的兩個反射器子組件的在x軸上延伸的準直的uv光線圖案；

圖11是處理基元的示意性截面視圖，例示來自根據(jù)圖5中示出的反射器子組件的八個反射器子組件的散射的uv光線圖案(在yz平面中)；

圖12是處理基元的示意性截面視圖，例示來自根據(jù)圖6中示出的反射器子組件的八個反射器子組件的會聚的uv光線圖案(在yz平面中)；以及

圖13是包括間接液體led冷卻和熱交換子系統(tǒng)的處理流基元的一部分的示意性透視圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種用于使用一個或多個uv發(fā)光二極管(led)處理流體的方法、系統(tǒng)和設備。本發(fā)明的系統(tǒng)包括用于處理流體的一個或多個設備，該一個或多個設備在下面的特定描述中純粹僅作為示例而非作為限制被描述為處理流基元10(如這里所使用的術語“基元”具有與詞語“腔室”相同的含義并且可與詞語“腔室”互換)。

本發(fā)明的設備包括流體腔室，該流體腔室在下面的特定描述中純粹作為示例而非作為限制被描述和例示為以管子16的形式的管道。應該理解，本發(fā)明的流體腔室可采取其它形式。流體腔室可以是用于傳導待處理的流體流的管道，例如，在結構的任一端具有開口的管子或管道。替代地，流體腔室可以是用于至少暫時地保留流體的主體以用于處理的容器。不管以流體腔室采取的這些形式中的哪種形式，流體腔室都可以是圓柱形或具有其它形狀；圓錐形、矩形、八邊形、多邊形或其它形狀。在優(yōu)選實施例中，采用的流體腔室的形狀以及l(fā)ed和反射器子組件的布置將會使得：當流體流動經過流體腔室或離開流體腔室中時，使得流體充分暴露于uv光，使得殺菌劑量被經歷。

在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的設備包括布置成圍繞流體腔室的外圍的uvled的陣列。優(yōu)選地，uvled布置成徑向地圍繞流體腔室的圓周(如圖1和2a中所示)。優(yōu)選地，uvled均勻地圍繞腔室分布。優(yōu)選地，流體腔室是透明管子，并且uvled布置成徑向地圍繞透明管子的外部圓周。

圖1例示包括一組平行的處理流基元10的系統(tǒng)。在替代實施例中，流體處理基元10可以是非平行的。本發(fā)明的系統(tǒng)可包括一個或多個處理流基元10。

如圖1中所述，該系統(tǒng)包括平行的以處理流基元10的形式的四個設備，該四個設備具有一致的直徑。每個處理流基元10的直徑小于未處理流體入口管子100的直徑和已處理流體出口管子110的直徑。

在另一實施例中，可具有不是完全圓柱形或根本不是圓柱形的一個或多個處理流基元10，例如，它們可以是長方的或任何形狀或形式。在另一實施例中，處理流基元10的入口直徑可小于或大于處理流基元10的出口直徑。在優(yōu)選實施例中，該系統(tǒng)中的處理流基元10的任何形狀將使得經過的流體全都接收到需要的uv光的劑量。優(yōu)選的是使得流體以充分地處理流體并且優(yōu)選地對流體進行殺菌所需的速率經過處理流基元10，由此使處理流體中的生物病原體的生存或生存力最小化。

在另一實施例中，該一個或多個未處理流體入口管子100和已處理流體出口管子110能夠在上游或下游具有更大或更小的直徑以便針對不同應用(例如，公共或私人流體處理系統(tǒng))定制該系統(tǒng)，并且容易地適用于現(xiàn)有處理系統(tǒng)或獨特空間中的新安裝的系統(tǒng)的不同配置和設計。

本發(fā)明的系統(tǒng)包括用于處理流體的一個或多個設備，每個設備包括流體腔室和布置在流體腔室的外圍的至少一個紫外光單元。該至少一個紫外光單元包括至少一個紫外線發(fā)光二極管和紫外光引導元件。在例示的實施例中，每個紫外光單元按照led和反射器子組件12的形式。

圖2a例示用于使用由led反射器子組件12的陣列產生的uv光對流體進行殺菌的處理流基元設備10，該led反射器子組件12包括以環(huán)形圍繞圓周徑向地安裝的led13。

該設備可包括覆蓋件，該覆蓋件圍繞流體腔室配合安裝并且至少部分地覆蓋流體腔室。在例示的實施例中，該覆蓋件是結構護套(jacket)14。led被安裝在結構護套14中，與結構護套14接合，或由結構護套14承載，該結構護套14圍繞透明管子16的外部配合安裝。led子組件12的相鄰的環(huán)可被布置成使反射器子組件以確保經過流體腔室的所有流體18均勻暴露于uv所需的量相對于彼此交錯/偏移(所謂的“進動”布置)。

該覆蓋件可由不銹鋼或阻擋uv光的任何其它材料制成，可提供結構支撐以承受來自內部流體18的壓力，并且可為每個反射器子組件12提供框架。子組件12可在不用任何膠水、塑料或能夠通過暴露于來自led燈13的uv而融化和或變成粉末的其它粘著材料的情況下被形成在該覆蓋件中。另外，反射器子組件能夠被摩擦配合、干涉配合、壓鑄、利用金屬夾附接或以其它方式布置或安裝。

流體腔室(例示的實施例中的透明管子16)包括熔凝石英或能夠承受內部流體18壓力的其它透明材料，以及可在流體18行進通過該系統(tǒng)時被該覆蓋件(例示的實施例中的結構護套14)支撐。

該設備可包括用于在待處理流體中引起旋轉或旋渦流體運動的一個或多個元件。該元件可例如按照葉片22的形式(圖3)。該葉片可被布置在流體腔室中或布置在流體腔室的上游。

圖3示出用于使用由紫外光單元(這里也稱為led反射器子組件12或子組件12)的陣列產生的uv光對流體18進行殺菌的處理流基元設備10，該處理流基元設備10在處理流基元的上游具有凸緣迷你卷筒20，該凸緣迷你卷筒20具有一組流體導流葉片22。導流葉片引起通過流基元10的旋轉或旋渦流體18運動。應該理解，在另一實施例中，可使用引起流體18的通過流基元10的旋轉或旋渦流體運動的任何配置。例如，靜止的圓柱形或者其它形狀的物體，或振蕩或回旋成形的物體可被放置在流體入口18的進口或其它合適的區(qū)域，以使得流體流經這些物體中的任意一個或多個物體并且獲得運動而使得所有流體被充足地處理以實現(xiàn)生物病原體的殺菌和滅活或其它想要的處理。

在優(yōu)選實施例中，每個反射器子組件12包括一般對準成垂直于流體腔室的中心軸線19的內反射器表面17a和一般對準成平行于中心軸線19的內反射器表面17b，如圖2a中所示。一般對準成垂直于中心軸線19的內反射器表面17a由共享共同焦點的一組拋物線定義/形成。一般對準成平行于中心軸線19的內反射器表面17b由與該拋物面共享相同的共同焦點的一組橢圓定義/形成。uvled發(fā)射表面位于該共同焦點處。

通過一般對準成垂直于流體腔室的中心軸線19的內反射器表面17a和對角地平分反射器底部的并且包括反射器的共同焦點的任何假想豎直平面的相交而形成的任何曲線(例如，沿著圖2b中示出的線a-a)將會是拋物線。通過反射器表面17b和對角地平分反射器底部的并且包括反射器的共同焦點的任何假想豎直平面的相交而形成的任何曲線將會是橢圓。因此，光被準直，以使得光線在垂直于中心軸線19的第一方向上是平行的并且在垂直于第一方向的第二方向上被會聚(即，在平行于圖2a中的平面y-z的平面中被會聚)以聚焦在中心軸線或其它想要的點或軸線上。

在替代實施例中，一般對準成垂直于中心軸線19的內反射器表面17a由共享共同焦點的一組拋物線形成。一般對準成平行于管子的縱向軸的內反射器表面17b是平面的。因此，光被準直，以使得光線在第一方向(垂直于中心軸線19)上是平行的并且在垂直于第一方向的第二方向上被散射，從而使得光線在平行于圖2a的平面yz的平面中被散射，以聚焦在中心軸線或另一想要的點或軸線處或者聚焦在中心軸線或另一想要的點處或軸線附近。

在例示的實施例中，反射器26的形狀要使得光在管子的縱向x軸19的方向上準直，從而使得光線在垂直于縱向x軸19的第一方向上在流體流的直徑或橫截面上是平行的。在一個實施例中，反射器26的內表面在圖4中示出的視圖的方向上具有拋物線形狀。

替代地，反射器的形狀可被配置為如上所述的在第一方向上對光進行準直并且也在第二方向上對光進行散射(第二方向垂直于第一方向)，以在平行于圖2a的平面yz的平面中形成從反射器輻射出的扇形，如圖8中所示。反射器可對反射的光進行準直，使得光線在垂直于管子的縱向軸線的方向上平行，并且通過管子16的橫截面散射所反射的光線，由此形成扇形。

替代地，反射器如上所述的在管子的縱向軸線19的方向上對反射的光進行準直，使得光線在垂直于縱向軸線19的第一方向上平行，并且在平行于圖2a的平面y-z的平面中通過管子16的橫截面集中所反射的光線，如圖9中所示，由此形成楔形形狀。圖4描繪led封裝13的管子側面視圖，該led封裝13具有安裝在反射器26上的半導體管芯芯片24，使得led芯片24位于反射器的焦點處。led反射器26可包括具有內表面涂層的塑料，該內表面涂層具有面對結構護套14的內部的鋁涂層。每個反射器子組件12被安裝在結構護套14中，并且與透明管子16的外表面平齊。例示的實施例示出具有大約是管子16的直徑的0.05倍的寬度的反射器26。

在另一實施例中，覆蓋件(例示的實施例中的結構護套14)與透明管子16的外表面相鄰，并且部分地接觸或完全不接觸透明管子16的外表面。每個led封裝13的二極管24的數(shù)量可超過一個。

圖5和6各自在截面視圖中描繪不同的led13和反射器26子組件12。如圖4中所示的這些子組件中的每個子組件具有與圖5和6中示出的橫截面垂直的橫截面。

圖5以截面視圖描述led13和反射器26子組件12。例示的實施例示出具有大約是管子16的直徑的0.2倍的底部長度的反射器26。反射器26長度與管子16直徑之比是每個環(huán)所需的led子組件12的數(shù)量的函數(shù)。每個環(huán)需要較大數(shù)量的子組件12的實施例將會表現(xiàn)出較小的反射器26寬度與管子16直徑之比。在一個實施例中，在具有這個比值和示出的視圖中的反射器26的內表面的情況下，光創(chuàng)建散射的uv光圖案。反射器子組件12被示出為具有安裝在反射器26上的led封裝13，使得芯片24位于反射器的焦點處。每個led封裝13的二極管24的數(shù)量可超過一個。每個反射器子組件12被安裝在結構護套14中，該結構護套14圍繞透明管子16的外表面。

圖6以截面視圖描述另一反射器子組件12。示出的視圖中的反射器26的內表面是橢圓形的，并且將光聚焦在遠離反射器的位置。反射器子組件12被示出為具有安裝在反射器26上的led封裝13，使得芯片24位于反射器的焦點處。每個反射器子組件12被安裝在結構護套14中，該結構護套14圍繞透明管子16的外表面。每個led封裝13的二極管24的數(shù)量可超過一個。

圖7描繪來自一個led反射器子組件12的直接發(fā)射的uv光線28和準直的uv光線30。反射器26的形狀被設計為對來自led的反射的光進行準直，使得該光線在垂直于流體流18的方向上平行。在一個實施例中，準直的光線30與直接發(fā)射的光線28之比超過10:1。優(yōu)選地，準直的光線垂直于流體流的方向地經過流體。示出結構護套14和透明管子16的側面橫截面。

圖8描繪類似于圖5中的led反射器子組件12的以截面視圖的單個led反射器子組件12以及直接發(fā)射的uv光線28和通過管子16的橫截面區(qū)域的散射的準直的uv光線30。圖8是圖7中例示的子組件12的截面視圖。來自led反射器組件12的光的強度被設計為在橫截面中基本上均勻地分布。應該理解，結構護套14將會具有一個或多個led反射器子組件12；出于例示的目的，這里僅示出一個led反射器子組件12。

圖9描繪類似于圖6中的led反射器子組件12的以截面視圖的單個led反射器子組件12以及通過管子16的橫截面區(qū)域直接發(fā)射的uv光線28和集中的反射uv光線30。圖9是圖7中例示的子組件12的截面視圖。這個視圖中的反射器26的內表面形狀被設計為將來自led的從反射器26的內表面反射出的光聚焦在遠離反射器的位置。在一個實施例中，反射器26的焦點大約是管子16的中心。應該理解，結構護套14將會具有一個或多個led反射器子組件12；出于例示的目的，這里僅示出一個led反射器子組件12。

圖10例示垂直于流體流18地通過管子16的直接發(fā)射的uv光28和反射uv光30的分布。示出的led反射器子組件12描繪拋物線形狀，類似于圖4和圖7中的子組件12。在例示的實施例中，在結構護套14中存在led反射器子組件12的一個環(huán)。對于處理流基元10中能夠包括的環(huán)的數(shù)量，不存在上限。在圖3中示出的另一實施例中，流體18以旋轉或旋渦方式流動。

優(yōu)選地，該設備包括圍繞流體腔室的外圍分布的多個紫外光單元。最優(yōu)選地，可以圍繞流體腔室的圓周以環(huán)形布置紫外光單元。(對于具有非圓形橫截面的流體腔室，術語“環(huán)”和“圓周”應該被解釋為包括它們的等同物，其中“圓周”是流體腔室的外圍或周屆。)紫外光單元可圍繞該圓周均勻地分布。該設備可包括多個uv光單元的環(huán)。

圖11例示通過管子16的橫截面的直接發(fā)射的uv光28和散射的反射uv光30的分布。圍繞管子16的結構護套14中的led反射器子組件12的陣列被設計為將通過管子16的橫截面的uv的強度均勻地分布。led反射器子組件12采取與圖5中示出的子組件12類似的尺寸和形狀。在例示的實施例中，存在八個led反射器子組件12。每個環(huán)的led反射器子組件的數(shù)量可以從一個直至能夠圍繞管子16的圓周配合安裝的數(shù)量。

在光被會聚的實施例中，uv單元中的每個的焦點可以是重合的，如圖12中所示。

圖12例示通過管子16的橫截面的直接發(fā)射的uv光28和集中的反射uv光30的分布。led反射器子組件12的陣列在形狀上是橢圓的，并且在圍繞管子16的結構護套14的縱向軸中在行上交錯，所有l(wèi)ed反射器子組件12的陣列被設計為均勻地分布通過管子16的橫截面的uv的強度。在例示的實施例中，存在八個led反射器子組件12。每個環(huán)的led反射器子組件12的數(shù)量可以從一個直至能夠圍繞管子16的圓周配合安裝的數(shù)量。

未示出的不同反射器幾何形狀或在光學方面有用的幾何形狀的組合可被用在環(huán)內，或用作包括不同反射器類型的環(huán)的行。

在另一實施例中，可通過使用循環(huán)間接液體冷卻系統(tǒng)來冷卻led，該循環(huán)間接液體冷卻系統(tǒng)使用正被處理的流體作為針對由led產生的能量的散熱器。在優(yōu)選實施例中，可通過任何間接冷卻系統(tǒng)(諸如，接觸每個led的外殼的乙二醇混合物填充銅管和用于保持液體移動的泵)實現(xiàn)對led的陣列的冷卻。在水處理的情況下，水經過熱交換部分并且冷卻乙二醇混合物，以及冷卻的乙二醇混合物冷卻led，導致與待處理水的熱交換。圖13例示間接液體led冷卻系統(tǒng)的位置和配置。液體冷卻劑32由冷卻劑泵34通過冷卻劑管36泵送。應該理解，在工作期間，冷卻劑流向可不時地反轉。冷卻劑管36與處理流基元10中的每個led封裝13的散熱器外殼接觸。在冷卻劑管36和led封裝13之間的接觸的點處，使用具有高熱傳遞系數(shù)材料。當液體冷卻劑32通過冷卻劑管36循環(huán)時，由每個led封裝13生成的熱量被傳遞給液體冷卻劑32。在一個實施例中，led的每個環(huán)由冷卻劑管的單個環(huán)接觸?？纱嬖诶鋮s劑管36與每個環(huán)中的一些或全部led13接觸的另外的實施例。

在與一個或多個led13接觸之后，冷卻劑32被傳送給熱交換部分38。熱交換部分38與足夠的正被處理的流體18處于間接熱接觸以將來自led13的熱量傳遞給正被處理的流體18。熱交換部分38可被布置在led的上游以減小結垢。

因為leduv光輸出是led工作溫度的線性函數(shù)，所以可實現(xiàn)監(jiān)測和控制led冷卻液的溫度。例如，冷的冷卻液將導致較亮的光，而較熱的冷卻液將導致較暗的光。當冷卻液較熱時，安裝在循環(huán)冷卻液中的一個或多個溫度傳感器能夠接通另外的led或led的環(huán)，其中該一個或多個溫度傳感器具有實現(xiàn)為本發(fā)明的系統(tǒng)的軟件程序。

在優(yōu)選實施例中，該一個或多個溫度傳感器40測量流動經過熱交換部分38的冷卻劑32溫度。當正被處理的流體18具有相對高的溫度時，它的冷卻效率將會減少。這將由冷卻劑液體32溫度傳感器40間接地進行測量。處理系統(tǒng)監(jiān)測軟件可包括用于在處理流體18溫度相對高時接通另外的led13或led的環(huán)的指令和用于在處理流體18溫度相對低時斷開led13或led的環(huán)的指令。

此外，本發(fā)明的系統(tǒng)被設計為高效地工作并且調整流動經過處理基元的流體的透射比。例如，來自led的流基元上的uv透射比傳感器能夠被添加到本發(fā)明的系統(tǒng)以將信息轉發(fā)給軟件系統(tǒng)從而在高透射比流體情況下斷開led或led的環(huán)以及在如果透射比減少的情況下將它們重新接通。

對于以恒定、不變的uv輸出工作的系統(tǒng)，有必要在所有時間提供uv輸出，這將以最高的可能的溫度和最低的可能的透射比有效地處理流體以便確保即使在這種最壞的情況下也有效地處理所有流體。然而，因為本發(fā)明的系統(tǒng)的能量使用能夠通過基于溫度或透射比而變化uv輸出來限制，所以當溫度低于最大值和/或透射比高于最小值時，該系統(tǒng)能夠以較低輸出工作，由此增加工作效率。

應該理解，本發(fā)明可與注入到流體中的氧化化學品(諸如，氯、臭氧或過氧化氫)組合使用以施行化學和/或生物處理。

盡管已在以上描述并且在附圖中例示本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但這些僅作為示例并且是非限制性的。本領域技術人員將理解，本發(fā)明的領域和范圍內可以有許多替代方案。例如，光引導元件可以是透鏡或與描述的反射器執(zhí)行相同功能的其它光學裝置。

在替代實施例中，流體腔室可由不透明材料形成。在這個實施例中，可圍繞流體腔室的內部的外圍布置led。

在替代實施例中，光引導元件可被配置成使得光的散射或會聚的方向不是垂直于流體腔室的軸線。

本發(fā)明的系統(tǒng)可包括多個設備，該多個設備被串聯(lián)或并聯(lián)布置，并且被配置以使得流可被轉移離開任何一個設備并且經過一個或多個替代設備以允許在不關閉該系統(tǒng)的情況下清潔第一個設備的內部。

該設備可包括多個led陣列，每個led陣列可與其它led陣列隔離，使得可在不關閉該設備中的所有l(wèi)ed的情況下施行任何一個led陣列的維護。以這種方式，該設備可在維護期間繼續(xù)運行。

本發(fā)明的系統(tǒng)、設備和方法特別適合飲用水處理、廢水處理、工業(yè)過程用水的處理和需要待處理流體的高的流體流動速率的其它應用。在優(yōu)選實施例中，每個設備可被配置為每小時處理15至750立方米的水。優(yōu)選地，每個設備可被配置為每小時處理30至500立方米的水。最優(yōu)選地，每個設備可被配置為每小時處理大約250立方米的水。

優(yōu)選地，通過該設備的流體流速可以是大約1m/s。

根據(jù)前述內容將理解，該設備不限于描述的處理流基元10。例如，流體腔室可以是用于至少暫時地保留用于處理的流體的主體的容器，而非管道(例如，管子16)。在這個實施例中，流體不必直接流動經過該設備。流體可替代地被保留在該容器中一段時間以進行處理。該設備可提供有用于使流體在流體腔室內循環(huán)或攪動以使得流體移動經過uv光以進行處理的裝置(例如，泵)。

如所附權利要求中所闡述的，除非另有明確說明，否則在本說明書(包括所附權利要求和附圖)中公開的每個特征可被用于相同、等同或類似目的的替代特征替換。因此，如所附權利要求中所闡述的，除非另有明確說明，否則公開的每個特征僅是通用的一系列的等同或類似特征的一個示例。另外，如所附權利要求中所闡述的，除了這種特征和/或步驟中的至少一些特征和/或步驟是互相排斥的組合之外，在本說明書(包括所附權利要求和附圖)中公開的所有特征和/或這樣公開的任何方法或過程的步驟的所有可被以任何組合方式組合。因此，盡管已在以上描述本發(fā)明的許多不同實施例，但如所附權利要求中所闡述的，可在任何實施例中獨自或以各種組合使用在所附權利要求中描述、例示和/或要求保護的特征中的任何一個或多個或所有特征。如此，如所附權利要求中所闡述的，任何一個或多個特征可被去除、取代和/或添加到描述、例示和/或要求保護的任何特征組合。為了避免疑問，如所附權利要求中所闡述的，任何實施例的任何一個或多個特征可在不同實施例中與來自任何實施例的任何其它一個或多個特征組合和/或單獨使用。