Способ, система и устройство для обработки текучих сред
Группа изобретений относится к способу, системе и устройству для обработки текучих сред. Устройство для обработки текучей среды содержит камеру для обработки текучей среды и по меньшей мере один ультрафиолетовый световой блок, расположенный по периферии камеры для обработки текучей среды. По меньшей мере один ультрафиолетовый световой блок содержит по меньшей мере один эмитирующий ультрафиолетовое излучение диод и элемент, направляющий ультрафиолетовое излучение. Элемент, направляющий ультрафиолетовое излучение, выполнен с возможностью коллимировать, по меньшей мере, часть излучения, эмитируемого по меньшей мере одним эмитирующим ультрафиолетовое излучение диодом в процессе эксплуатации таким образом, чтобы ультрафиолетовые лучи, эмитируемые каждым ультрафиолетовым световым блоком, были параллельны в первой плоскости. Также описан способ охлаждения эмитирующего ультрафиолетовое излучение диода в системе для обработки текучей среды. 7 н. и 44 з.п. ф-лы, 14 ил.
Настоящее изобретение относится к применению ультрафиолетового (УФ) излучения для обработки прозрачных или полупрозрачных (светопроницаемых) жидких, парообразных или газообразных текучих сред с целью уменьшения и предпочтительно минимизации риска воздействия токсичных химических веществ и/или биологических патогенных микроорганизмов на людей, животных и окружающую природную среду. В частности, настоящее изобретение подходит, но не ограничивается перечисленным, для обработки питьевой воды, обработки сточных вод и обработки технологической воды промышленных предприятий, например, для обработки воды, применяемой при производстве полупроводниковых интегральных схем (чипов).
Современный уровень техники в области УФ-обработки текучих сред связан с использованием ртутных газонаполненных трубчатых ламп, устанавливаемых в камере, через которую проходит текучая среда. Число ламп, приходящееся на камеру, может находиться в диапазоне от одной до 200 и выше. В случае одноламповой камеры трубка обычно ориентирована параллельно потоку текучей среды. В случае применения множества ламп, лампы и/или камеру обычно ориентируют перпендикулярно потоку текучей среды. Для обработки высокоскоростных потоков текучей среды камеры можно устанавливать параллельно. Количество энергии, необходимое при использовании ртутных газонаполненных трубчатых ламп, является высоким и очень затратным. Также такие лампы недолговечны и требуют частой замены.
Состояние уровня техники в области систем для обработки текучих сред требует использования электрического тока, проходящего через лампу, который заставляет ртутные пары эмитировать свет в УФ-диапазоне с пиком в области 254 нанометров. Приблизительно 15% электрической энергии превращается в фотоны. Свыше 85% электрической энергии превращается в тепловую энергию внутри лампы. Тепло передается текучей среде через поверхность трубки. Если текучая среда является жидкой, например, представляет собой воду, нагрев может создавать проблему, связанную с образованием твердых минеральных отложений. Некоторые общеизвестные минеральные соли, такие как сульфат натрия и гидроксид кальция, по мере увеличения температуры становятся менее растворимыми в воде, усугубляя проблему. Система не является идеальной, поскольку для поддержания интенсивности эмитируемого УФ-излучения каждая лампа должна подвергаться очистке с высокой периодичностью.
УФ-излучение распространяется от ламп в проходящую мимо текучую среду. Часть эмитируемых лампами фотонов, выраженная в процентах, рядом со стенкой камеры поглощается материалом поверхности стенки. Текучие среды, которые пропускают менее 100% света, поглощают часть эмитируемых лампами фотонов, выраженную в процентах. Светопроницаемость всегда ниже 100%, и даже водопроводная вода может иметь светопроницаемость всего лишь 90%. УФ-излучение, проходящее через столб воды шириной 30 см, со светопроницаемостью 85% в соответствии с законом Бера теряет 95% своей интенсивности. Нередко случается так, что во время обработки текучие среды поглощают 25% излучаемой энергии на расстоянии одного сантиметра от лампы. В полупрозрачных текучих средах вероятность попадания фотона в место, где он поглощается нуклеотидом ДНК (микро)организма, является функцией расстояния, пройденного фотоном в камере для обработки (длина пробега фотона). Кроме того, интенсивность выходящего из источника излучения уменьшается согласно закону обратной пропорциональности квадрату.
Небольшая доля (примерно 10-6) фотонов, достигающих целевых (микро)организмов в подвергаемой обработке текучей среде, приводит к повреждению ДНК (микро)организма. Такое повреждение инактивирует способность к воспроизведению или репродуктивную функцию организма. Эффективность дезинфекции с помощью УФ-излучения уменьшается по мере увеличения непрозрачности среды в результате поглощения, рассеивания и экранирования, вызванных суспендированными твердыми веществами и растворенными соединениями. Бактерицидная доза УФ-излучения, указанная в "Руководстве по использованию УФ-излучения для дезинфекции (2006) Агентства США по защите окружающей среды" (US Environmental Protection Agency UV Disinfection Guidance Manual), составляет 40 мДж/см2. Следовательно, эффективная система для обработки текучих сред, таких как сточные воды, должна обеспечивать такую дозу УФ-излучения во всей области обработки. Следует понимать, что эффективная бактерицидная доза для некоторых (микро)организмов (или доза, необходимая для конкретных химических обработок) может значительно отличаться от дозы 40 мДж/см2.
В данной области техники существует потребность в системе для обработки текучих сред для муниципального или индивидуального использования, которая успешно и эффективно обрабатывает и предпочтительно обеззараживает проницаемые для УФ-излучения текучие среды, является долговечной, надежной, энергоэффективной и требует меньше эксплуатационных расходов, чем существующие системы. Также в данной области техники существует потребность в энергоэффективном способе фотохимической обработки.
В настоящем изобретении предлагается устройство для обработки текучей среды, содержащее камеру для обработки текучей среды и, по меньшей мере, один ультрафиолетовый световой блок, расположенную на периферии камеры для обработки текучей среды; при этом, по меньшей мере, один ультрафиолетовый световой блок содержит, по меньшей мере, один эмитирующий ультрафиолетовое излучение диод и элемент, направляющий ультрафиолетовое излучение; в котором элемент, направляющий ультрафиолетовое излучение, выполнен с возможностью коллимировать, по меньшей мере, часть излучения, эмитируемого, по меньшей мере, одним эмитирующим ультрафиолетовое излучение диодом, в процессе эксплуатации таким образом, чтобы ультрафиолетовые лучи, эмитируемые каждым ультрафиолетовым световым блоком, были параллельны в первом направлении и не были параллельны во втором направлении, и при этом второе направление было перпендикулярно первому направлению.
Благодаря коллимации излучения в одном направлении длина пробега фотона света уменьшается, уменьшая при этом потери энергии, обусловленные законом обратной пропорциональности квадрату и законом Бера.
Предпочтительно элемент, направляющий ультрафиолетовое излучение, выполнен с возможностью сводить коллимированное ультрафиолетовое излучение в одну точку во втором направлении. Более предпочтительно элемент, направляющий ультрафиолетовое излучение, выполнен с возможностью сводить коллимированное ультрафиолетовое излучение в точку фокуса на центральной оси или близко к центральной оси камеры для обработки текучей среды.
Альтернативно элемент, направляющий ультрафиолетовое излучение, выполнен с возможностью рассеивать коллимированное излучение во втором направлении.
Предпочтительно устройство содержит множество ультрафиолетовых световых блоков. Предпочтительно множество ультрафиолетовых световых блоков расположено радиально по окружности или по периферии вокруг камеры для обработки текучей среды. Предпочтительно множество ультрафиолетовых световых блоков расположено в одном или нескольких кольцах по периферии камеры для обработки текучей среды. Предпочтительно расположенные рядом кольца ультрафиолетовых световых блоков смещены относительно друг друга на интервал, необходимый для обеспечения равномерного воздействия УФ-излучения на всю текучую среду, подлежащую обработке в процессе эксплуатации.
Предпочтительно камера для обработки текучей среды является прозрачной.
Предпочтительно, по меньшей мере, один ультрафиолетовый световой блок расположен на внешней поверхности камеры для обработки текучей среды.
Размещение УФ-СИД (UV LED) на внешней поверхности камеры для обработки текучей среды повышает легкость доступа к ним для очистки, текущего ремонта и замены.
Предпочтительно устройство содержит защитную оболочку, расположенную на внешней поверхности камеры для обработки текучей среды, где, по меньшей мере, один ультрафиолетовый световой блок вмонтирован в защитную оболочку. Предпочтительно защитная оболочка образована из материала, который блокирует ультрафиолетовое излучение, и содержит, по меньшей мере, одно отверстие, расположенное таким образом, чтобы пропускать ультрафиолетовое излучение, эмитируемое эмитирующим ультрафиолетовое излучение диодом, в камеру для обработки текучей среды в процессе эксплуатации.
Предпочтительно элемент, направляющий излучение, представляет собой рефлектор. Наиболее предпочтительно каждый, по меньшей мере, один из эмитирующих ультрафиолетовое излучение диодов расположен в фокальной точке рефлектора. Предпочтительно центральная ось камеры для обработки текучей среды расположена в фокальной точке рефлектора или близко к ней.
В дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение обеспечивает устройство для обработки текучей среды, содержащее камеру для обработки текучей среды и, по меньшей мере, один ультрафиолетовый световой блок, расположенный на периферии камеры для обработки текучей среды; в котором, по меньшей мере, один ультрафиолетовый световой блок содержит, по меньшей мере, один эмитирующий ультрафиолетовое излучение диод и элемент, направляющий ультрафиолетовое излучение; и в котором элемент, направляющий ультрафиолетовое излучение, выполнен с возможностью коллимировать, по меньшей мере, часть излучения, эмитируемого, по меньшей мере, одним эмитирующим ультрафиолетовое излучение диодом в процессе эксплуатации таким образом, чтобы ультрафиолетовые лучи, эмитируемые каждым ультрафиолетовым световым блоком, были параллельны только в одном направлении.
Предпочтительно устройство содержит один или несколько элементов для стимулирования вращательного или вихревого движения в текучей среде, подлежащей обработке.
Предпочтительно устройство содержит охлаждающее устройство для регулирования температуры эмитирующего ультрафиолетовое излучение диода. Предпочтительно охлаждающее устройство выполнено с возможностью регулируемой передачи тепла от эмитирующего ультрафиолетовое излучение диода к текучей среде, подлежащей обработке в процессе эксплуатации.
Предпочтительно охлаждающее устройство содержит контур хладагента; при этом первая часть контура хладагента находится в контакте с эмитирующим ультрафиолетовое излучение диодом для передачи тепла между контуром хладагента и эмитирующим ультрафиолетовое излучение диодом в процессе эксплуатации; и при этом вторая часть контура хладагента содержит теплообменник для передачи тепла между контуром хладагента и текучей средой, подлежащей обработке в процессе эксплуатации. Предпочтительно устройство дополнительно содержит регулирующий элемент, выполненный с возможностью изменения светоотдачи устройства в ответ на изменение температуры хладагента в процессе эксплуатации. Предпочтительно устройство дополнительно содержит регулирующий элемент, выполненный с возможностью изменения светоотдачи устройства в ответ на изменение светопроницаемости текучей среды, подлежащей обработке в процессе эксплуатации. Предпочтительно устройство дополнительно содержит множество ультрафиолетовых световых блоков, при этом регулирующий элемент выполнен с возможностью увеличения количества ультрафиолетовых световых блоков, эмитирующих излучение в ответ на повышение температуры хладагента.
В дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение обеспечивает устройство для обработки текучей среды, содержащее: массив эмитирующих ультрафиолетовое излучение диодов, ориентированных радиально вокруг внешней поверхности прозрачной трубы, внутри которой содержится текучая среда, подлежащая обработке; в котором каждый эмитирующий ультрафиолетовое излучение диод установлен в фокальной точке рефлектора; и в котором рефлектор коллимирует отраженное излучение в направлении продольной оси трубы и концентрирует отраженные лучи в поперечном сечении трубы в процессе эксплуатации.
В дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение обеспечивает устройство для обработки текучей среды, содержащее: массив эмитирующих ультрафиолетовое излучение диодов, ориентированных радиально вокруг внешней поверхности прозрачной трубы, внутри которой содержится текучая среда, подлежащая обработке; в котором каждый эмитирующий ультрафиолетовое излучение диод установлен в фокальной точке рефлектора; и в котором рефлектор коллимирует отраженное излучение в направлении продольной оси трубы и рассеивает отраженные лучи в пределах поперечного сечения трубы в процессе эксплуатации.
В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения предлагается устройство для обработки текучей среды, содержащее: массив эмитирующих ультрафиолетовое излучение диодов, ориентированных радиально вокруг внешней поверхности прозрачной трубы, внутри которой содержится текучая среда, подлежащая обработке; в котором ультрафиолетовое излучение каждого эмитирующего ультрафиолетовое излучение диода проходит через линзу; и в котором линза коллимирует излучение в направлении продольной оси, и концентрирует излучение в поперечном сечении трубы в процессе эксплуатации.
В дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение обеспечивает устройство для обработки текучей среды, содержащее: массив эмитирующих ультрафиолетовое излучение диодов, ориентированных радиально вокруг внешней поверхности прозрачной трубы, внутри которой содержится текучая среда, подлежащая обработке; и систему охлаждения для охлаждения массива эмитирующих ультрафиолетовое излучение диодов; в котором система охлаждения выполнена с возможностью циркуляции охлаждающей жидкости таким образом, чтобы происходил теплообмен i) между эмитирующими ультрафиолетовое излучение диодами и охлаждающей жидкостью и ii) между охлаждающей жидкостью и текучей средой, подлежащей обработке.
Предпочтительно охлаждающая жидкость представляет собой гликолевую смесь.
В дополнительном варианте осуществления изобретения настоящее изобретение обеспечивает устройство для обработки текучей среды, содержащее массив эмитирующих ультрафиолетовое излучение диодов, ориентированных радиально вокруг внешней поверхности прозрачной трубы, внутри которой содержится текучая среда, подлежащая обработке; и систему охлаждения для охлаждения массива эмитирующих ультрафиолетовое излучение диодов; в котором система охлаждения содержит один или несколько датчиков температуры для мониторинга температуры охлаждающей жидкости; и в котором система охлаждения выполнена с возможностью включать эмитирующие ультрафиолетовое излучение диоды в ответ на повышение температуры охлаждающей жидкости и выключать эмитирующие ультрафиолетовое излучение диоды в ответ на уменьшение температуры охлаждающей жидкости.
В дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение обеспечивает устройство для обработки текучей среды, содержащее: массив эмитирующих ультрафиолетовое излучение диодов, ориентированных радиально вокруг внешней поверхности прозрачной трубы, внутри которой содержится текучая среда, подлежащая обработке; один или несколько датчиков для определения пропускания УФ-излучения; и программное обеспечение для мониторинга обработки, выполненное с возможностью выключать эмитирующие ультрафиолетовое излучение диоды в ответ на увеличение светопроницаемости текучей среды, подлежащей обработке, и включать эмитирующие ультрафиолетовое излучение диоды в ответ на уменьшение светопроницаемости текучей среды, подлежащей обработке.
В дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение обеспечивает применение устройства по любому из заявленных предыдущих пунктов для обработки текучей среды.
В дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение обеспечивает систему для обработки текучей среды, содержащую множество устройств, которые описаны выше.
В дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение обеспечивает способ обработки текучей среды, содержащий стадии:
введения текучей среды в камеру для обработки текучей среды;
направления излучения, эмитируемого эмитирующим ультрафиолетовое излучение диодом, в текучую среду;
в котором, по меньшей мере, часть ультрафиолетового излучения, эмитируемого, по меньшей мере, одним эмитирующим ультрафиолетовое излучение диодом, коллимируется таким образом, чтобы ультрафиолетовые лучи, эмитируемые каждым ультрафиолетовым световым блоком, были параллельными только в одном направлении.
В дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение обеспечивает устройство для охлаждения эмитирующего ультрафиолетовое излучение диода в системе для обработки текучей среды; причем упомянутое устройство выполнено с возможностью регулируемой передачи тепла от эмитирующего ультрафиолетовое излучение диода к текучей среде, подлежащей обработке в процессе эксплуатации. Предпочтительно устройство содержит контур хладагента, в котором первая часть контура хладагента находится в контакте с эмитирующим ультрафиолетовое излучение диодом для передачи тепла между контуром хладагента и эмитирующим УФ-излучение диодом в процессе эксплуатации; и в котором вторая часть контура хладагента содержит теплообменник для передачи тепла между контуром хладагента и текучей средой, подлежащей обработке в процессе эксплуатации. Предпочтительно устройство содержит регулирующий элемент, выполненный с возможностью изменения светоотдачи эмитирующего УФ-излучение диода в ответ на изменение температуры хладагента или изменение светопроницаемости текучей среды, подлежащей обработке в процессе эксплуатации.
В дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение обеспечивает способ охлаждения эмитирующего УФ-излучение диода в системе для обработки текучей среды, содержащий стадии:
опосредованной передачи тепла от эмитирующего УФ-излучение диода к текучей среде, подлежащей обработке в системе в процессе эксплуатации;
Предпочтительно опосредованную передачу тепла осуществляют с помощью контура хладагента;
Предпочтительно присутствует стадия регулирования светоотдачи эмитирующего УФ-излучение диода в ответ на изменение температуры хладагента или изменение светопроницаемости текучей среды, подлежащей обработке в процессе эксплуатации.
Благодаря обеспечению массива ультрафиолетовых световых блоков в соответствии с настоящим изобретением; такой коллимации излучения, при которой лучи параллельны в первом направлении; и рассеиванию излучения перпендикулярно первому направлению, устройство извлекает преимущество из уменьшенной длины пробега фотона в первом направлении, при этом рассеивание позволяет излучению эмитироваться при более тупом угле излучения, чем тот, который мог бы быть в случае коллимации в обоих направлениях, позволяя обеспечивать меньшее количество ультрафиолетовых световых блоков, эмитирующих УФ-излучение, по окружности вокруг камеры для обработки текучей среды, и обеспечивая при этом оптимальную дозу во всей обрабатываемой области.
Благодаря такой коллимации излучения, при которой лучи являются параллельными в первом направлении, перпендикулярном центральной оси камеры для обработки текучей среды, и сходимости излучения в одной точке во втором направлении, перпендикулярном направлению, в котором лучи параллельны, интенсивность излучения увеличивается с расстоянием от источника. Это повышает эффективность и гарантирует, что через достаточную часть поперечного сечения камеры для обработки текучей среды подается бактерицидная доза УФ.
Внутренняя поверхность устройства согласно настоящему изобретению представляет собой прозрачную трубу, которая не будет нагреваться во время эксплуатации, поэтому образование минеральных твердых отложений будет значительно меньше, чем в случае ртутных ламп. В системах известного уровня техники общая площадь поверхности кварца большого числа погруженных в воду цилиндрических ртутных ламп, находящихся в контакте с водой, подлежащей обработке, значительно выше, чем площадь поверхности трубы в эквивалентном устройстве для обработки воды согласно настоящему изобретению. Поскольку общая площадь поверхности кварца, находящаяся в контакте с обрабатываемой текучей средой, в настоящем изобретении значительно ниже, внутренняя поверхность легко поддается очистке.
Кроме того, поскольку все рабочие компоненты системы находятся на внешней поверхности трубы, текущий ремонт можно осуществлять без остановки работы системы для обработки (текучей среды) и осушения проточной ячейки для обработки.
Светоотдача СИД обратно пропорциональна рабочей температуре диода. Следовательно, горячие СИД эмитируют меньше излучения, чем холодные СИД. Поэтому во время эксплуатации необходимо охлаждать СИД для поддержания уровня светоотдачи.
Теперь предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны исключительно для примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 представлен схематичный вид ряда параллельных ячеек для обработки и обеззараживания текучих сред с применением УФ-излучения, создаваемого массивом излучений СИД в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 2а представлен схематичный вид в перспективе участка отдельной ячейки для обработки в сборке в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 2b представлен схематичный вид в перспективе отдельного рефлектора в подсборке, применяемого в ячейке для обработки, показанной на фиг. 2a;
на фиг. 3 представлен схематичный вид в перспективе участка отдельной проточной ячейки для обработки в сборке, имеющей в своем составе поворотные лопатки для текучей среды до входа в проточную ячейку для обработки;
на фиг. 4 представлен увеличенный схематичный вид сбоку вертикального разреза одного из рефлекторов в подсборке, наблюдаемый в плоскости (x-y или x-z), совпадающей с центральной осью x камеры для обработки текучей среды;
на фиг. 5 представлен увеличенный схематичный вид в разрезе рефлектора в подсборке, показанного на фиг. 4, наблюдаемый в плоскости (y-z), перпендикулярной плоскости, показанной на фиг. 4;
на фиг. 6 дополнительно представлен схематичный, увеличенный вид в разрезе альтернативного рефлектора в подсборке, который показан на фиг. 4, наблюдаемый в плоскости (y-z), перпендикулярной плоскости, показанной на фиг. 4;
на фиг. 7 представлен увеличенный схематичный вид сбоку вертикального разреза трубы, включая схему коллимированного УФ-излучения от одной из подсборок СИД и рефлектора, показанной на фиг. 4;
на фиг. 8 представлен схематичный вид в разрезе ячейки для обработки, включая схему рассеянного УФ-излучения (в плоскости y-z) от одного из рефлекторов в подсборке, показанного на фиг. 5;
на фиг. 9 представлен схематичный вид в разрезе ячейки для обработки, иллюстрирующий схему сходящихся в одной точке лучей (в плоскости y-z) от рефлектора в подсборке, показанного на фиг. 6;
на фиг. 10 представлен схематичный вид сбоку ячейки для обработки, иллюстрирующий схему коллимированного УФ-излучения, распространяющегося по оси x от двух рефлекторов в подсборках, показанных на фиг. 4 и 7, расположенных на диаметрально противоположных сторонах ячейки для обработки;
на фиг. 11 представлен схематичный вид в разрезе ячейки для обработки, иллюстрирующий схему рассеянного УФ-излучения (в плоскости y-z) от восьми рефлекторов в подсборках, показанных на фиг. 5;
на фиг. 12 представлен схематичный вид в разрезе ячейки для обработки, иллюстрирующий схему сходящихся в одной точке УФ-световых лучей (в плоскости y-z) от восьми рефлекторов в подсборках, показанных на фиг. 6; и
на фиг. 13 представлен схематичный вид в перспективе участка проточной ячейки для обработки, имеющей в своем составе подсистему жидкостного охлаждения и теплообмена СИД с замкнутым контуром.
В настоящем изобретении предлагается способ, система и устройство для обработки текучих сред с применением одного или нескольких эмитирующих УФ-излучение диодов (СИД). Система согласно изобретению содержит одно или несколько устройств для обработки текучих сред, которые описаны в следующем конкретном описании исключительно только в качестве примера, но не в качестве ограничения, как проточные ячейки 10 для обработки (применяемый здесь термин "ячейка" имеет такое же значение и является взаимозаменяемым со словом "камера").
Устройство согласно изобретению содержит камеру для обработки текучей среды, которая описана и проиллюстрирована в следующем конкретном описании исключительно в качестве примера, но не в качестве ограничения, в виде трубопровода в форме трубы 16. Следует понимать, что камера для обработки текучей среды согласно настоящему изобретению может принимать другие формы. Камера для обработки текучей среды может представлять собой трубопровод для отведения потока текучей среды, подлежащей обработке, например, трубу или трубопровод с отверстием на любом из концов структуры. Альтернативно камера для обработки текучей среды может представлять собой контейнер, по меньшей мере, для временного удержания объема текучей среды, подлежащей обработке. Камера для обработки текучей среды, какую бы из указанных форм она не принимала, может быть цилиндрической или иметь другие формы: коническую, прямоугольную, восьмигранную, многогранную или другую. В предпочтительном варианте осуществления изобретения принятая форма камеры для обработки текучей среды и размещение подсборок СИД и рефлекторов будет таким, чтобы текучая среда подвергалась достаточному воздействию УФ-излучения по мере того, как она протекает через камеру для обработки текучей среды или выходит из нее, подвергаясь при этом воздействию бактерицидной дозы.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения устройство согласно настоящему изобретению содержит массив УФ-СИД, расположенных по периферии камеры для обработки текучей среды. Предпочтительно УФ-СИД расположены радиально по окружности вокруг камеры для обработки текучей среды (как показано на фиг. 1 и 2a). Предпочтительно УФ-СИД распределены равномерно вокруг камеры. Предпочтительно камера для обработки текучей среды представляет собой прозрачную трубу, и УФ-СИД расположены радиально по внешней окружности прозрачной трубы.
На фиг. 1 показана система, содержащая ряд параллельных проточных ячеек 10 для обработки. В альтернативном варианте осуществления изобретения ячейки 10 для обработки текучей среды могут быть непараллельными. Система согласно изобретению может содержать одну или несколько проточных ячеек 10 для обработки.
Как показано на фиг. 1, система содержит четыре соединенных параллельно устройства в форме проточных ячеек 10 для обработки с одинаковыми диаметрами. Диаметр каждой проточной ячейки 10 для обработки меньше диаметра трубы 100 для впуска необработанной текучей среды и диаметра трубы 110 для выпуска обработанной текучей среды.
В еще одном варианте осуществления изобретения устройство может содержать одну или несколько проточных ячеек 10 для обработки, которые являются не совсем цилиндрическими или совсем нецилиндрическими, например, ячейки могут быть прямоугольной формы или любой другой формы или геометрии. В еще одном варианте осуществления изобретения диаметр впускных отверстий проточных ячеек 10 для обработки может быть меньше или больше диаметра выпускных отверстий проточных ячеек 10 для обработки. В предпочтительном варианте осуществления изобретения любая форма проточных ячеек 10 для обработки в системе будет такой, чтобы проходящая через них текучая среда получала всю необходимую дозу УФ-излучения. Предпочтительно форма ячейки является такой, что текучая среда проходит через проточные ячейки 10 для обработки со скоростью, необходимой для достаточной обработки, и предпочтительно необходимой для обеззараживания текучей среды, при этом сводится к минимуму живучесть или способность к воспроизведению биологических патогенных микроорганизмов в обработанной текучей среде.
В еще одном варианте осуществления изобретения одна или несколько труб 100 для впуска необработанной текучей среды и труб 110 для выпуска обработанной текучей среды могут иметь более значительные или меньшие диаметры переднего по ходу или заднего по ходу отверстий для того, чтобы адаптировать систему в соответствии с требованиями заказчика для разных областей применения, например, в случае муниципальных или индивидуальных систем для обработки текучей среды, и для того, чтобы облегчить применимость к разным конфигурациям и конструкциям существующих систем для обработки или систем, вновь устанавливаемых в уникальных помещениях.
Система согласно изобретению содержит одно или несколько устройств для обработки текучей среды, причем каждое из устройств содержит камеру для обработки текучей среды и, по меньшей мере, один ультрафиолетовый световой блок, расположенную на периферии камеры для обработки текучей среды. По меньшей мере, один ультрафиолетовый световой блок содержит, по меньшей мере, один эмитирующий ультрафиолетовое излучение диод и элемент, направляющий ультрафиолетовое излучение. В проиллюстрированном варианте осуществления изобретения каждая ультрафиолетовый световой блок представлена в форме подсборки 12 СИД и рефлектора.
На фиг. 2a проиллюстрирована проточная ячейка 10 для обработки текучих сред устройства для обеззараживания текучих сред с применением УФ-излучения, создаваемого массивом подсборок 12 СИД и рефлектора, имеющих в своем составе СИД 13, установленные радиально по окружности в виде колец.
Устройство может содержать защитную оболочку, которая монтируется вокруг камеры для обработки текучей среды и, по меньшей мере, частично закрывает камеру для обработки текучей среды. В проиллюстрированном варианте осуществления изобретения защитная оболочка представляет собой конструкционный кожух 14. СИД вмонтированы в конструкционный кожух 14, соединены с конструкционным кожухом 14 или опираются на конструкционный кожух 14, который монтируется вокруг внешней поверхности прозрачной трубы 16. Расположенные рядом кольца подсборок 12 СИД могут быть расположены в шахматном порядке/со смещением рефлекторов в подсборках относительно друг друга на интервал, необходимый для обеспечения равномерного воздействия УФ на всю текучую среду 18, проходящую через камеру для обработки текучей среды (так называемое "прецессионное" размещение).
Защитная оболочка может быть изготовлена из нержавеющей стали или любого другого материала, который блокирует УФ-излучение, может обеспечивать опорную конструкцию для выдерживания давления со стороны внутренней текучей среды 18 и может обеспечивать рамку для каждого рефлектора в подсборке 12. Подсборки 12 могут монтироваться в защитную оболочку без какого-либо клея, пластика или других адгезивных материалов, которые могут плавиться и/или превращаться в порошок под воздействием УФ-излучений СИД 13. Кроме того, рефлектор в подсборках может устанавливаться посредством фрикционной посадки, прессовой посадки, находиться в литом корпусе, прикрепляться с помощью металлических скобок или иным образом располагаться или монтироваться.
Камера для обработки текучей среды (прозрачная труба 16 в проиллюстрированном варианте осуществления изобретения) состоит из плавленого кварца или другого прозрачного материала, способного выдерживать давление со стороны внутренней текучей среды 18, и может опираться на защитную оболочку (конструкционный кожух 14 в проиллюстрированном варианте осуществления изобретения) по мере того, как текучая среда 18 проходит через систему.
Устройство может содержать один или несколько элементов для стимулирования вращательного или вихревого движения текучей среды в текучей среде, подлежащей обработке. Элементы могут быть, например, в форме лопаток 22 (фиг. 3). Лопатки могут находиться в камере для обработки текучей среды или на входе в нее.
На фиг. 3 показано устройство проточной ячейки 10 для обработки с целью обеззараживания текучих сред 18 с применением УФ-излучения, генерируемого массивом ультрафиолетовых световых блоков (также упоминаемых в настоящем документе как подсборки 12 СИД и рефлектора или подсборки 12), содержащей короткое фланцевое соединение 20 с множеством поворотных лопаток 22 для текучей среды на входе в проточную ячейку для обработки. Поворотные лопатки вызывают вращательное или вихревое движение текучей среды 18 через проточную ячейку 10. Понятно, что в еще одном варианте осуществления изобретения можно применять любую конфигурацию, которая вызывает вращение или вихревое движение текучей среды 18 через проточную ячейку 10. Например, в приемное отверстие или другую подходящую область на впуске текучей среды 18 можно помещать неподвижное тело цилиндрической или другой формы или вибрирующее или вращающееся формованное тело таким образом, чтобы текучая среда омывала одно или несколько таких тел и приобретала такое движение, при котором вся текучая среда могла быть обработана в достаточной степени, чтобы обеспечить обеззараживание и инактивацию биологических патогенных микроорганизмов или другую желательную обработку.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения каждый рефлектор в подсборке 12 содержит внутренние поверхности 17a рефлектора, которые обычно ориентированы перпендикулярно центральной оси 19 камеры для обработки текучей среды, и внутренние поверхности 17b рефлектора, которые обычно ориентированы параллельно центральной оси 19, как показано на фиг. 2a. Внутренние поверхности 17a рефлектора, которые обычно ориентированы перпендикулярно центральной оси 19, определяются/формируются совокупностью параболических поверхностей, которые имеют общую фокальную точку. Внутренние поверхности 17b рефлектора, которые обычно ориентированы параллельно центральной оси 19, определяются/формируются совокупностью эллиптических поверхностей, которые имеют такую общую фокальную точку, что и параболические поверхности. Эмитирующая поверхность УФ СИД расположена в общей фокальной точке.
Любая кривая, которая образуется при пересечении внутренних поверхностей 17a рефлектора, которые обычно ориентированы перпендикулярно центральной оси 19 камеры для обработки текучей среды, и любой воображаемой вертикальной плоскости, разделяющей пополам основание рефлектора по диагонали, и которая включает в себя общую фокальную точку рефлектора (например, вдоль линии "a-a", которая показана на фиг. 2b), будет представлять собой параболу. Любая кривая, которая образуется при пересечении поверхностей 17b рефлектора и любой воображаемой вертикальной плоскости, разделяющей пополам основание рефлектора по диагонали, и которая включает в себя общую фокальную точку рефлектора, будет представлять собой эллипс. Следовательно, излучение коллимируется таким образом, чтобы лучи были параллельны в первом направлении, перпендикулярном центральной оси 19, и сходились в одной точке во втором направлении, перпендикулярном первому направлению (то есть сходились в одной точке на плоскости, параллельной плоскости y-z на фиг. 2a), чтобы фокусироваться на центральной оси или в другой желательной точке или на оси.
В альтернативном варианте осуществления изобретения внутренние поверхности 17a рефлектора, которые обычно ориентированы перпендикулярно центральной оси 19, образованы совокупностью параболических поверхностей, которые имеют общую фокальную точку. Внутренние поверхности 17b рефлектора, которые обычно ориентированы параллельно продольной оси трубы, являются плоскими. Следовательно, излучение коллимируется таким образом, чтобы лучи были параллельны в первом направлении (перпендикулярно центральной оси 19) и рассеивались во втором направлении, перпендикулярном первому направлению, так что лучи рассеиваются в плоскости, параллельной плоскости y-z на фиг. 2a, чтобы фокусироваться в точке на центральной оси или близко к ней или в другой желательной точке или на оси.
В проиллюстрированных вариантах осуществления изобретения форма рефлектора 26 такова, что излучение коллимируется в направлении продольной x-оси 19 трубы, таким образом, чтобы лучи УФ-света были параллельны по всему диаметру или поперечному сечению потока текучей среды в первом направлении, перпендикулярном продольной x-оси 19. В одном из вариантов осуществления изобретения внутренняя поверхность рефлектора 26 имеет параболическую форму в направлении вида (сбоку), показанного на фиг. 4.
Альтернативно форма рефлектора может быть выполнена с возможностью коллимировать излучение в первом направлении, как описано выше, и также рассеивать излучение во втором направлении, причем второе направление перпендикулярно первому направлению, для того, чтобы создавать веерообразную форму, лучеобразно расходящуюся от рефлектора в плоскости, параллельной плоскости y-z на фиг. 2a, как показано на фиг. 8. Рефлектор может коллимировать отраженное излучение таким образом, чтобы лучи были параллельны в направлении, перпендикулярном продольной оси трубы, и рассеивать отраженные лучи в поперечном сечении трубы 16, образуя при этом веерообразную форму.
Альтернативно рефлектор коллимирует отраженное излучение, как описано выше, в направлении продольной оси 19 трубы таким образом, чтобы лучи УФ-света были параллельны в первом направлении, перпендикулярном продольной оси 19, и концентрирует отраженные лучи в поперечном сечении трубы 16 в плоскости, параллельной плоскости y-z на фиг. 2a, как показано на фиг. 9, создавая при этом клиновидную форму. На фиг. 4 показан вид сбоку трубы с СИД-модулем 13 с полупроводниковым чипом 24, смонтированным на рефлекторе 26 таким образом, чтобы чип 24 СИД был расположен в фокальной точке рефлектора. Рефлектор 26 для СИД может состоять из пластика с внутренней поверхностью, покрытой алюминиевым слоем, обращенным внутрь конструкционного кожуха 14. Каждый рефлектор в подсборке 12 вмонтирован в конструкционный кожух 14 вровень с наружной поверхностью прозрачной трубы 16. В проиллюстрированном варианте осуществления изобретения показан рефлектор 26 для СИД с шириной, приблизительно равной диаметру трубы 16, умноженному на 0,05.
В еще одном варианте осуществления изобретения защитная оболочка (конструкционный кожух 14 в проиллюстрированном варианте осуществления изобретения) граничит с наружной поверхностью прозрачной трубы 16 и либо частично контактирует с ней, либо совсем не касается наружной поверхности прозрачной трубы 16. Количество диодов 24 в одном СИД-модуле 13 может превышать один.
На каждой из фиг. 5 и 6 показан вид в разрезе разных подсборок 12 СИД 13 и рефлектора 26. Поперечное сечение каждой из таких подсборок, показанных на фиг. 5 и 6, перпендикулярно поперечному сечению, которое показано на фиг. 4.
На фиг. 5 показан вид в разрезе подсборки 12 СИД 13 и рефлектора 26. Проиллюстрированный вариант осуществления изобретения показывает рефлектор 26 с длиной основания, приблизительно равной диаметру трубы 16, умноженному на 0,2. Отношение длины рефлектора 26 к диаметру трубы 16 зависит от заданного количества подсборок 12 СИД в кольце. Вариант осуществления изобретения, требующий большего количества подсборок 12 в кольце, должен характеризоваться меньшим отношением ширины рефлектора 26 к диаметру трубы 16. В одном из вариантов осуществления изобретения с таким отношением и внутренней поверхностью рефлектора 26, показанной на фиг. 5, излучение создает картину рассеянного УФ-света. Рефлектор в подсборке 12 показан вместе с СИД-модулем 13, установленным на рефлектор 26 таким образом, что чип 24 расположен в фокальной точке рефлектора. Число диодов 24 в СИД-модуле 13 может превышать один. Каждый рефлектор в подсборке 12 вмонтирован в конструкционный кожух 14, который окружает наружную поверхность прозрачной трубы 16.
На фиг. 6 показан вид в разрезе другого рефлектора в подсборке 12. Внутренняя поверхность рефлектора 26 на показанном схематичном виде является эллиптической и фокусирует излучение в месте, находящимся на расстоянии от рефлектора. Рефлектор в подсборке 12 показан с СИД-модулем 13, установленным на рефлектор 26 таким образом, что чип 24 расположен в фокальной точке рефлектора. Каждый рефлектор в подсборке 12 вмонтирован в конструкционный кожух 14, который окружает наружную поверхность прозрачной трубы 16. Количество диодов 24 в СИД-модуле 13 может превышать один.
На фиг. 7 показаны непосредственно эмитируемые УФ-лучи 28 и коллимированные УФ-лучи 30 от одной подсборки 12 СИД и рефлектора. Форма рефлектора 26 служит для коллимирования отраженного излучения СИД таким образом, чтобы лучи были параллельными в направлении, перпендикулярном потоку текучей среды 18. В одном из вариантов осуществления изобретения отношение коллимированных лучей 30 к непосредственно эмитируемым лучам 28 превышает 10:1. Предпочтительно коллимированные лучи проходят через текучую среду перпендикулярно направлению потока текучей среды. Показан вид сбоку разреза конструкционного кожуха 14 и прозрачной трубы 16.
На фиг. 8 показан вид в разрезе отдельной подсборки 12 СИД и рефлектора, подобной подсборке 12 СИД и рефлектора на фиг. 5, и непосредственно эмитируемых УФ-лучей 28 и коллимированных УФ-лучей 30, рассеянных в области поперечного сечения трубы 16. На фиг. 8 представлен вид в разрезе подсборки 12, проиллюстрированной на фиг. 7. Интенсивность излучения от (под)сборки 12 СИД и рефлектора в поперечном сечении трубы распределяется по существу равномерно. Понятно, что конструкционный кожух 14 будет содержать одну или несколько подсборок 12 СИД и рефлектора; в целях иллюстрации здесь показана только одна подсборка.
На фиг. 9 показан вид в разрезе отдельной подсборки 12 СИД и рефлектора, подобной подсборке 12 СИД и рефлектора на фиг. 6, и непосредственно эмитируемых УФ-лучей 28 и отраженных УФ-лучей 30, концентрируемых по всей области поперечного сечения трубы 16. На фиг. 9 показан вид в разрезе подсборки 12, проиллюстрированной на фиг. 7. Форма внутренней поверхности рефлектора 26 на этом виде предназначена для того, чтобы фокусировать излучение СИД, отраженное от внутренней поверхности рефлектора 26, в месте, расположенном на расстоянии от рефлектора. В одном из вариантов осуществления изобретения фокальная точка рефлектора 26 находится приблизительно в центре трубы 16. Понятно, что конструкционный кожух 14 будет содержать одну или несколько подсборок 12 СИД и рефлектора; для целей иллюстрации здесь показана только одна подсборка 12.
На фиг. 10 проиллюстрировано распределение непосредственно эмитируемого УФ-излучения 28 и отраженного УФ-излучения 30 через трубу 16 перпендикулярно потоку текучей среды 18. Показанные подсборки 12 СИД и рефлектора имеют параболическую форму, подобную подсборке 12 на фиг. 4 и фиг. 7. В проиллюстрированном варианте осуществления изобретения в конструкционном кожухе 14 имеется одно кольцо подсборок 12 СИД и рефлектора. Верхнего ограничения на количество колец, которое может быть включено в проточную ячейку 10 для обработки, не существует. В еще одном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 3, текучая среда 18 протекает вращательным или вихревым образом.
Предпочтительно устройство содержит множество ультрафиолетовых световых блоков, распределенных вокруг периферии камеры для обработки текучей среды. Наиболее предпочтительно ультрафиолетовые световые блоки могут быть расположены в кольцах по окружности вокруг камеры для обработки текучей среды. (Термины "кольца" и "окружность" должны интерпретироваться как охватывающие все свои эквиваленты, относящиеся к камерам для обработки текучих сред с некруглыми поперечными сечениями, причем "окружность" представляет собой периферию или периметр камеры для обработки текучей среды.) Ультрафиолетовые световые блоки могут быть равномерно распределены по окружности. Устройство может содержать множество колец УФ-световых блоков.
На фиг. 11 проиллюстрировано распределение непосредственно эмитируемого 28 и рассеянного отраженного УФ-излучения 30 по поперечному сечению трубы 16. Массив подсборок 12 СИД и рефлектора в конструкционном кожухе 14 вокруг трубы 16 служит для равномерного распределения интенсивности УФ по всему поперечному сечению трубы 16. Подсборки 12 СИД и рефлектора приобретают размер и форму, подобные размеру и форме в подсборке 12, показанной на фиг. 5. В проиллюстрированном варианте осуществления изобретения присутствует восемь подсборок 12 СИД и рефлектора. Количество подсборок СИД и рефлектора на кольцо может находиться в диапазоне от одного до того количества, которое можно установить по окружности вокруг трубы 16.
В тех вариантах осуществления изобретения, где УФ-световые лучи сходятся в одной точке, фокальные точки каждого из УФ-световых блоков могут совпадать, как показано на фигуре 12.
На фиг. 12 показано распределение непосредственно эмитируемого 28 и концентрируемого отраженного УФ-излучения 30 по поперечному сечению трубы 16. Подсборки 12 СИД и рефлектора в массиве являются эллипсоидальными по форме и расположены в шахматном порядке рядами вдоль продольной оси конструкционного кожуха 14 вокруг трубы 16, причем все они служат для равномерного распределения интенсивности УФ по поперечному сечению трубы 16. В проиллюстрированном варианте осуществления изобретения присутствует восемь подсборок 12 СИД и рефлектора. Количество подсборок 12 СИД и рефлектора на кольцо может находиться в диапазоне от одного до того количества, которое можно установить по окружности вокруг трубы 16.
Можно применять непоказанные здесь комбинации рефлекторов разной геометрии или оптически подходящей геометрии внутри колец или в виде рядов колец, имеющих в своем составе рефлекторы разного типа.
В дополнительном варианте осуществления изобретения СИД можно охлаждать путем применения циркуляционной системы жидкостного охлаждения с замкнутым контуром, в котором текучая среда, подлежащая обработке, применяется для теплоотвода энергии, генерируемой СИД. В предпочтительном варианте осуществления изобретения охлаждение массива СИД можно обеспечивать с помощью любой системы охлаждения с замкнутым контуром, такой как заполненные гликолевой смесью медные трубки, соприкасающиеся с корпусом каждого СИД, и насоса для обеспечения движения жидкости. В случае обработки воды вода проходит через теплообменную секцию и охлаждает гликолевую смесь, а охлажденная гликолевая смесь охлаждает СИД, приводя к теплообмену с водой, подлежащей обработке. На фиг. 13 показано расположение и конфигурация системы жидкостного охлаждения СИД с замкнутым контуром. Жидкий хладагент 32 прокачивается насосом 34 для хладагента через трубопровод 36 для хладагента. Следует понимать, что во время эксплуатации направление потока хладагента может время от времени меняться. Трубопровод 36 для хладагента вступает в контакт с теплоотводящим корпусом каждого СИД-модуля 13 в проточной ячейке 10 для обработки. В точке соприкосновения трубопровода 36 для хладагента и СИД-модуля 13 применяется материал с высоким коэффициентом теплопередачи. Тепло, генерируемое каждым СИД-модулем 13, передается жидкому хладагенту 32 по мере его циркуляции через трубопровод 36 для хладагента. В одном из вариантов осуществления изобретения каждое из колец СИД соприкасается с одним кольцом трубопровода для хладагента. Возможны дополнительные варианты осуществления изобретения, где трубопровод 36 для хладагента вступает в контакт с несколькими или со всеми СИД 13 каждого кольца.
После соприкосновения с одним или несколькими СИД 13 хладагент 32 переносится в теплообменную секцию 38. Теплообменная секция 38 находится в опосредованном тепловом контакте с достаточным количеством подлежащей обработке текучей среды 18 для передачи тепла от СИД 13 к подлежащей обработке текучей среде 18. Для уменьшения образования твердых отложений теплообменная секция 38 может быть расположена до СИД.
Можно обеспечить мониторинг и регулирование температуры жидкости, охлаждающей СИД, поскольку светоотдача УФ СИД является линейной функцией рабочей температуры СИД. Например, холодная охлаждающая жидкость будет приводить к более яркому излучению, и более теплая охлаждающая жидкость будет приводить к менее яркому излучению. Один или несколько датчиков температуры, установленных в циркулирующей охлаждающей жидкости, с помощью программного обеспечения, задействованного в системе согласно изобретению, может включать дополнительные СИД или кольца СИД, когда охлаждающая жидкость имеет более высокую температуру.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения один или несколько датчиков температуры 40 измеряют температуру хладагента 32, текущего через теплообменную секцию 38. Когда подлежащая обработке текучая среда 18 имеет относительно высокую температуру, эффективность ее охлаждения будет уменьшаться. Это будет измеряться опосредованно с помощью датчиков 40 температуры жидкого хладагента 32. Программное обеспечение мониторинга системы для обработки может включать в себя инструкции по включению дополнительных СИД 13 или колец СИД, когда температура обрабатываемой текучей среды 18 относительно высокая, и выключать СИД 13 или кольца СИД, когда температура обрабатываемой текучей среды 18 относительно низкая.
Также система согласно изобретению предназначена для эффективного функционирования и приспособлена к измерению светопроницаемости текучих сред, протекающих через ячейку для обработки. Например, в систему согласно изобретению можно добавлять датчики для измерения светопроницаемости УФ-излучения от СИД через проточную ячейку, чтобы передавать информацию системе программного обеспечения для выключения СИД или колец СИД в случае высокой светопроницаемости текучих сред и, наоборот, включать их, если светопроницаемость уменьшается.
Для системы, эксплуатируемой при постоянной и устойчивой светоотдаче УФ-излучения, необходимо обеспечить светоотдачу УФ-излучения в течение всего времени, которое будет эффективно обрабатывать текучую среду при самой высокой возможной температуре и самой низкой возможной светопроницаемости, чтобы гарантировать, что вся текучая среда эффективно обрабатывается даже при таком самом неблагоприятном варианте. Однако, поскольку энергопотребление системы согласно настоящему изобретению можно ограничивать путем регулирования светоотдачи УФ, исходя из температуры или светопроницаемости, система может эксплуатироваться при более низких светоотдачах, когда температура ниже максимальной и/или светопроницаемость выше минимальной, повышая при этом эффективность эксплуатации.
Следует понимать, что настоящее изобретение можно применять в комбинации с химическими веществами-окислителями, такими как хлор, озон или перекись водорода, инжектируемыми в текучую среду для осуществления химической и/или биологической обработки.
Несмотря на то, что выше описаны и проиллюстрированы на чертежах предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, они приведены исключительно для примера и не являются ограничивающими. Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что в пределах объема изобретения возможны многие альтернативы. Например, элемент, направляющий излучение, может представлять собой линзу или другое оптическое средство, осуществляющее ту же самую функцию, что и описанный рефлектор.
В альтернативном варианте осуществления изобретения камера для обработки текучей среды может быть образована из непрозрачного материала. В таком варианте осуществления изобретения СИД могут быть расположены вблизи периферии внутри камеры для обработки текучей среды.
В альтернативном варианте осуществления изобретения элементы, направляющие излучение, могут быть сконфигурированы таким образом, что направление, в котором происходит рассеивание или сведение излучения в одну точку, не будет перпендикулярно оси камеры для обработки текучей среды.
Система согласно настоящему изобретению может содержать множество устройств, расположенных последовательно или соединенных параллельно и сконфигурированных таким образом, что поток может отводиться из любого устройства и поочередно проходить через одно или несколько устройств, чтобы создать возможность для очистки внутренней поверхности первого устройства без остановки системы.
Устройство может содержать множество массивов СИД, причем каждый массив СИД способен отсекаться от других массивов СИД таким образом, чтобы текущий ремонт любого массива СИД можно было осуществлять без остановки всех СИД устройства. Следовательно, устройство может продолжать функционировать во время текущего ремонта.
Система, устройство и способ согласно настоящему изобретению особенно подходят для обработки питьевой воды, обработки сточной воды, обработки технологической воды промышленных предприятий и для других областей применения, нуждающихся в обработке высокоскоростных потоков текучей среды, подлежащей обработке. В предпочтительном варианте осуществления изобретения каждое устройство может быть выполнено с возможностью обработки от 15 до 750 кубических метров воды в час. Предпочтительно каждое устройство может быть выполнено с возможностью обработки от 30 до 500 кубических метров воды в час. Наиболее предпочтительно каждое устройство может быть выполнено с возможностью обработки приблизительно 250 кубических метров воды в час.
Предпочтительно скорость потока текучей среды через устройство может составлять приблизительно 1 м/с.
На основании вышеизложенной информации должно быть ясно, что устройство не ограничивается описанной проточной ячейкой 10 для обработки. Например, камера для обработки текучей среды может представлять собой контейнер, по меньшей мере, для временного удержания некоторого объема текучей среды для обработки, а не трубопровод (например, трубу 16). При таком варианте осуществления изобретения текучей среде нет необходимости проходить непосредственно через устройство. Вместо этого текучая среда может удерживаться в контейнере в течение периода времени, необходимого для обработки. Устройство может быть снабжено средством для циркуляции или перемешивания текучей среды внутри камеры для обработки текучей среды таким образом, чтобы текучая среда двигалась, проходя через УФ-излучение для обработки, например, может быть снабжено насосом.
Если иное не оговорено особо, каждый признак, раскрытый в данном описании (включая прилагаемую формулу изобретения и чертежи), может быть заменен альтернативными признаками, служащими той же самой, эквивалентной или подобной цели, которая установлена в прилагаемой формуле изобретения. Таким образом, если иное не оговорено особо, каждый раскрытый признак является только одним из примеров основных групп эквивалентных или подобных признаков, которые установлены в прилагаемой формуле изобретения. Кроме того, все признаки, раскрытые в данном описании (включая прилагаемую формулу изобретения и чертежи), и/или все стадии любого раскрытого способа или процесса можно объединять в любой комбинации, за исключением комбинации, где, по меньшей мере, некоторые из таких признаков и/или стадий являются взаимоисключающими, как установлено в прилагаемой формуле изобретения. Соответственно, несмотря на то, что выше было описано много разных вариантов осуществления настоящего изобретения, любой признак или несколько признаков или все признаки, описанные, проиллюстрированные и/или заявленные в прилагаемой формуле изобретения, можно применять сами по себе или в различных комбинациях в любом из вариантов осуществления изобретения, которые установлены в прилагаемой формуле изобретения. В связи с этим любой признак или несколько признаков можно изымать, заменять и/или добавлять к любой описанной комбинации признаков, проиллюстрированной и/или заявленной согласно пунктам прилагаемой формулы изобретения. Во избежание неоднозначности толкования, любой признак или несколько признаков любого из вариантов осуществления изобретения можно объединять и/или применять порознь в другом варианте осуществления изобретения с любым другим признаком или признаками любого из вариантов осуществления изобретения, которые установлены в прилагаемой формуле изобретения.
1. Устройство для обработки текучей среды, содержащее:
камеру для обработки текучей среды, содержащую центральную ось; и,
по меньшей мере, один ультрафиолетовый световой блок;
в котором, по меньшей мере, один ультрафиолетовый световой блок содержит, по меньшей мере, один эмитирующий ультрафиолетовое излучение диод и, по меньшей мере, один элемент, направляющий ультрафиолетовое излучение;
при этом, по меньшей мере, один элемент, направляющий ультрафиолетовое излучение, выполнен с возможностью
a) коллимировать, по меньшей мере, часть световых лучей, эмитируемых, по меньшей мере, одним эмитирующим ультрафиолетовое излучение диодом в процессе эксплуатации таким образом, чтобы i) коллимированные световые лучи были параллельны в первой плоскости, совпадающей с центральной осью, или параллельны центральной оси, и ii) коллимированные световые лучи были перпендикулярны центральной оси; и
b) сводить в одной точке или рассеивать, по меньшей мере, часть световых лучей, эмитируемых, по меньшей мере, одним ультрафиолетовым световым блоком в процессе эксплуатации таким образом, чтобы рассеянные или сходящиеся в одной точке световые лучи не были параллельны во второй плоскости, перпендикулярной первой плоскости.
2. Устройство по п. 1, в котором элемент, направляющий ультрафиолетовое излучение, выполнен с возможностью сводить световые лучи в одной точке, лежащей во второй плоскости.
3. Устройство по п. 2, в котором элемент, направляющий ультрафиолетовое излучение, выполнен с возможностью сводить световые лучи в точке фокуса или близко к центральной оси.
4. Устройство по п. 1, в котором элемент, направляющий ультрафиолетовое излучение, выполнен с возможностью рассеивать световые лучи во второй плоскости.
5. Устройство по любому из предыдущих пунктов, содержащее множество ультрафиолетовых световых блоков.
6. Устройство по п. 5, в котором множество ультрафиолетовых световых блоков расположено по окружности или по периферии камеры для обработки текучей среды.
7. Устройство по п. 6, в котором множество ультрафиолетовых световых блоков расположено радиально по окружности или по периферии камеры для обработки текучей среды.
8. Устройство по п. 5, в котором множество ультрафиолетовых световых блоков расположено на расстоянии от окружности или периферии камеры для обработки текучей среды.
9. Устройство по п. 7 или 8, в котором множество ультрафиолетовых световых блоков расположено в одном или нескольких кольцах или кольцевых участках по окружности или по периферии камеры для обработки текучей среды.
10. Устройство по п. 9, в котором расположенные рядом кольца ультрафиолетовых световых блоков смещены с поворотом относительно друг друга на интервал, необходимый для обеспечения желательной схемы воздействия УФ-излучения на текучую среду, подлежащую обработке в процессе эксплуатации.
11. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором камера для обработки текучей среды является прозрачной.
12. Устройство по п. 11, в котором, по меньшей мере, один ультрафиолетовый световой блок расположен на внешней поверхности камеры для обработки текучей среды или вне ее.
13. Устройство по п. 12, дополнительно содержащее защитную оболочку, расположенную на внешней поверхности камеры для обработки текучей среды, в котором, по меньшей мере, один ультрафиолетовый световой блок вмонтирован в защитную оболочку, соединен с защитной оболочкой или опирается на защитную оболочку.
14. Устройство по п. 13, в котором защитная оболочка образована из материала, который блокирует ультрафиолетовое излучение, и содержит, по меньшей мере, одно отверстие, расположенное таким образом, чтобы позволить ультрафиолетовому излучению, эмитируемому ультрафиолетовым световым блоком, проходить в камеру для обработки текучей среды в процессе эксплуатации.
15. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором элемент, направляющий излучение, представляет собой рефлектор.
16. Устройство по п. 15, в котором каждый, по меньшей мере, один из эмитирующих излучение диодов расположен в фокальной точке рефлектора.
17. Устройство по п. 15 или 16, в котором центральная ось камеры для обработки текучей среды расположена в фокальной точке рефлектора или близко к ней.
18. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором центральная ось образует продольную ось камеры для обработки текучей среды.
19. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором центральная ось смещена относительно продольной оси камеры для обработки текучей среды на угол не более 45°.
20. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором камера для обработки текучей среды представляет собой трубу.
21. Устройство для обработки текучей среды, содержащее:
камеру для обработки текучей среды; и,
по меньшей мере, один ультрафиолетовый световой блок;
в котором, по меньшей мере, один ультрафиолетовый световой блок содержит, по меньшей мере, один эмитирующий ультрафиолетовое излучение диод и, по меньшей мере, один элемент, направляющий ультрафиолетовое излучение; при этом:
по меньшей мере, один элемент, направляющий ультрафиолетовое излучение, выполнен с возможностью
a) коллимировать, по меньшей мере, часть световых лучей, эмитируемых, по меньшей мере, одним эмитирующим ультрафиолетовое излучение диодом в процессе эксплуатации таким образом, чтобы коллимированные ультрафиолетовые лучи, эмитируемые каждым ультрафиолетовым световым блоком, были параллельны в первой плоскости; и
b) сводить в одной точке или рассеивать, по меньшей мере, часть световых лучей, эмитируемых, по меньшей мере, одним ультрафиолетовым световым блоком в процессе эксплуатации таким образом, чтобы рассеянные или сходящиеся в одной точке световые лучи не были параллельны во второй плоскости, перпендикулярной первой плоскости.
22. Устройство по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащее один или более элементов для стимулирования в процессе эксплуатации вращательного или вихревого движения текучей среды, подлежащей обработке.
23. Устройство по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащее охлаждающее устройство для регулирования температуры эмитирующего ультрафиолетовое излучение диода.
24. Устройство по п. 23, в котором охлаждающее устройство выполнено с возможностью регулируемой передачи тепла в процессе эксплуатации, по меньшей мере, от одного эмитирующего ультрафиолетовое излучение диода к текучей среде, подлежащей обработке.
25. Устройство по п. 23 или 24, в котором охлаждающее устройство содержит контур хладагента, содержащий хладагент и в котором:
первая часть контура хладагента находится в контакте, по меньшей мере, с одним эмитирующим ультрафиолетовое излучение диодом для передачи тепла между эмитирующим ультрафиолетовое излучение диодом и хладагентом в процессе эксплуатации; и
вторая часть контура хладагента содержит теплообменник для передачи тепла между хладагентом и текучей средой, подлежащей обработке в процессе эксплуатации.
26. Устройство по п. 25, дополнительно содержащее регулирующий элемент, выполненный с возможностью изменения светоотдачи устройства в ответ на изменение температуры хладагента в процессе эксплуатации.
27. Устройство по п. 25 или 26, дополнительно содержащее регулирующий элемент, выполненный с возможностью изменения светоотдачи устройства в ответ на изменение светопроницаемости текучей среды, подлежащей обработке в процессе эксплуатации.
28. Устройство по п. 25 или 26, содержащее множество ультрафиолетовых световых блоков, в котором регулирующий элемент выполнен с возможностью увеличения и/или уменьшения количества ультрафиолетовых световых блоков, эмитирующих излучение, в ответ на увеличение и/или уменьшение температуры хладагента.
29. Устройство по п. 1 или 21, содержащее:
массив эмитирующих ультрафиолетовое излучение диодов, ориентированных радиально вокруг внешней поверхности прозрачной трубы, внутри которой содержится текучая среда, подвергаемая обработке;
в котором каждый эмитирующий ультрафиолетовое излучение диод установлен в фокальной точке рефлектора; и
в котором рефлектор выполнен с возможностью коллимировать отраженное излучение в направлении продольной оси трубы и концентрировать отраженные лучи в поперечном сечении трубы в процессе эксплуатации.
30. Устройство по п. 1 или 21, содержащее:
массив эмитирующих ультрафиолетовое излучение диодов, ориентированных радиально вокруг внешней поверхности прозрачной трубы, внутри которой содержится текучая среда, подлежащая обработке;
в котором каждый эмитирующий ультрафиолетовое излучение диод установлен в фокальной точке рефлектора; и
в котором рефлектор выполнен с возможностью коллимировать отраженное излучение в направлении продольной оси трубы и рассеивать отраженные лучи в поперечном сечении трубы в процессе эксплуатации.
31. Устройство по п. 1 или 21, содержащее:
массив эмитирующих ультрафиолетовое излучение диодов, ориентированных радиально вокруг внешней поверхности прозрачной трубы, внутри которой содержится текучая среда, подлежащая обработке;
в котором ультрафиолетовое излучение каждого эмитирующего УФ-излучение диода имеет возможность пропускания через линзу; и
в котором линза выполнена с возможностью коллимировать излучение в направлении продольной оси и концентрировать излучение в поперечном сечении трубы в процессе эксплуатации.
32. Устройство по п. 1 или 21, содержащее:
массив эмитирующих ультрафиолетовое излучение диодов, ориентированных радиально вокруг внешней поверхности прозрачной трубы, внутри которой содержится текучая среда, подлежащая обработке; и
систему охлаждения для охлаждения массива эмитирующих ультрафиолетовое излучение диодов;
в котором система охлаждения выполнена с возможностью циркуляции охлаждающей жидкости таким образом, чтобы происходил теплообмен i) между эмитирующими ультрафиолетовое излучение диодами и охлаждающей жидкостью и ii) между охлаждающей жидкостью и текучей средой, подлежащей обработке.
33. Устройство по п. 32, в котором охлаждающая жидкость представляет собой гликолевую смесь.
34. Устройство по п. 1 или 21, содержащее:
массив эмитирующих ультрафиолетовое излучение диодов, ориентированных радиально вокруг внешней поверхности прозрачной трубы, внутри которой содержится текучая среда, подлежащая обработке; и
систему охлаждения для охлаждения массива эмитирующих ультрафиолетовое излучение диодов;
в котором система охлаждения содержит один или несколько датчиков температуры для мониторинга температуры охлаждающей жидкости; и
при этом система охлаждения выполнена с возможностью включать эмитирующие ультрафиолетовое излучение диоды в ответ на увеличение температуры охлаждающей жидкости и выключать эмитирующие ультрафиолетовое излучение диоды в ответ на уменьшение температуры охлаждающей жидкости.
35. Устройство по п. 1 или 21, содержащее:
массив эмитирующих ультрафиолетовое излучение диодов, ориентированных радиально вокруг внешней поверхности прозрачной трубы, внутри которой содержится текучая среда, подлежащая обработке;
один или несколько датчиков проницаемости ультрафиолетового света; и
программное обеспечение для мониторинга обработки, выполненное с возможностью выключать эмитирующие ультрафиолетовое излучение диоды в ответ на увеличение светопроницаемости текучей среды, подлежащей обработке, и включать эмитирующие ультрафиолетовое излучение диоды в ответ на уменьшение светопроницаемости текучей среды, подлежащей обработке.
36. Устройство по п. 1 или 21, содержащее:
массив эмитирующих ультрафиолетовое излучение диодов, обеспечиваемых радиально или по периферии вокруг прозрачной трубы, внутри которой перемещается или содержится текучая среда, подвергаемая обработке;
в котором каждый эмитирующий ультрафиолетовое излучение диод (диоды) обеспечивает в фокальной точке рефлектора; и
в котором рефлектор выполнен с возможностью коллимировать, по меньшей мере, часть отраженных световых лучей в направлении продольной оси трубы и концентрирует, по меньшей мере, часть отраженных световых лучей в поперечном сечении трубы в процессе эксплуатации.
37. Устройство по п. 1 или 21, содержащее:
массив эмитирующих ультрафиолетовое излучение диодов, обеспечиваемых радиально или по периферии вокруг прозрачной трубы, внутри которой перемещается или содержится текучая среда, подлежащая обработке;
в котором каждый эмитирующий ультрафиолетовое излучение диод (диоды) установлен в фокальной точке рефлектора; и
в котором рефлектор выполнен с возможностью коллимировать, по меньшей мере, часть отраженных световых лучей в направлении продольной оси трубы и рассеивает, по меньшей мере, часть отраженных световых лучей в поперечном сечении трубы в процессе эксплуатации.
38. Устройство по п. 1 или 21, содержащее:
массив эмитирующих ультрафиолетовое излучение диодов, обеспечиваемых радиально или по периферии вокруг прозрачной трубы, внутри которой перемещается или содержится текучая среда, подлежащая обработке;
в котором лучи ультрафиолетового излучения от каждого эмитирующего УФ-излучение диода имеют возможность проходить через линзу; и
в котором линза выполнена с возможностью коллимировать излучение в направлении продольной оси трубы и концентрировать излучение в поперечном сечении трубы в процессе эксплуатации.
39. Устройство по п. 1 или 21, содержащее:
массив эмитирующих ультрафиолетовое излучение диодов, обеспечиваемых радиально или по периферии вокруг прозрачной трубы, внутри которой перемещается или содержится текучая среда, подлежащая обработке; и
систему охлаждения для охлаждения, по меньшей мере, одного массива эмитирующих ультрафиолетовое излучение диодов;
в котором система охлаждения выполнена с возможностью циркуляции охлаждающей жидкости таким образом, чтобы происходил теплообмен i) между, по меньшей мере, одним эмитирующим ультрафиолетовое излучение диодом и хладагентом и ii) между хладагентом и текучей средой, подлежащей обработке.
40. Устройство по п. 39, в котором хладагент представляет собой гликолевую смесь.
41. Устройство по п. 1 или 21, содержащее:
массив эмитирующих ультрафиолетовое излучение диодов, обеспечиваемых радиально или по периферии вокруг прозрачной трубы, внутри которой перемещается или содержится текучая среда, подлежащая обработке; и
систему охлаждения для охлаждения, по меньшей мере, одного массива эмитирующих ультрафиолетовое излучение диодов;
в котором система охлаждения содержит один или несколько датчиков температуры для мониторинга температуры хладагента; и
в котором система охлаждения выполнена с возможностью включать эмитирующие ультрафиолетовое излучение диоды в ответ на увеличение температуры хладагента и выключать эмитирующие ультрафиолетовое излучение диоды в ответ на уменьшение температуры хладагента.
42. Устройство по п. 1 или 21, содержащее:
массив эмитирующих ультрафиолетовое излучение диодов, обеспечиваемых радиально или по периферии вокруг прозрачной трубы, внутри которой перемещается или содержится текучая среда, подлежащая обработке;
один или несколько датчиков проницаемости ультрафиолетового света; и
устройство для мониторинга обработки и/или программное обеспечение, выполненное с возможностью выключать эмитирующие ультрафиолетовое излучение диоды в ответ на увеличение светопроницаемости текучей среды, подлежащей обработке, и включать эмитирующие ультрафиолетовое излучение диоды в ответ на уменьшение светопроницаемости текучей среды, подлежащей обработке.
43. Применение устройства по любому из предыдущих пунктов для обработки текучей среды.
44. Система для обработки текучей среды, содержащая множество устройств по любому из пп. 1-42.
45. Способ обработки текучей среды, содержащий стадии:
введения текучей среды в камеру для обработки текучей среды, содержащую центральную ось;
направления излучения, эмитируемого, по меньшей мере, одним эмитирующим ультрафиолетовое излучение диодом, в текучую среду по меньшей мере одним элементом, направляющим ультрафиолетовое излучение;
в котором, по меньшей мере, часть ультрафиолетового излучения, направляемого по меньшей мере одним элементом, направляющим ультрафиолетовое излучение,
a) коллимируется таким образом, чтобы i) ультрафиолетовые лучи были параллельны в первой плоскости, совпадающей с центральной осью, или параллельной центральной оси, и ii) ультрафиолетовые световые лучи были перпендикулярны центральной оси; и
b) рассеивается или сходится в одной точке так, чтобы рассеянные или сходящиеся в одной точке световые лучи не были параллельны во второй плоскости, перпендикулярной первой плоскости.
46. Устройство для охлаждения, по меньшей мере, одного эмитирующего излучение диода в устройстве для обработки текучей среды по любому из пп. 1-42 или в системе для обработки текучей среды по п. 44, причем упомянутое устройство выполнено с возможностью регулируемой передачи тепла от эмитирующего излучение диода к текучей среде, подлежащей обработке в процессе эксплуатации.
47. Устройство по п. 46, в котором устройство содержит контур хладагента; и
в котором первая часть контура хладагента находится в контакте, по меньшей мере, с одним эмитирующим излучение диодом для передачи тепла между контуром хладагента и, по меньшей мере, одним эмитирующим излучение диодом в процессе эксплуатации; и
в котором вторая часть контура хладагента содержит теплообменник для передачи тепла между хладагентом в контуре хладагента и текучей средой, подлежащей обработке в процессе эксплуатации.
48. Устройство по п. 47, дополнительно содержащее регулирующий элемент, выполненный с возможностью изменения светоотдачи, по меньшей мере, одного эмитирующего излучение диода в ответ на изменение температуры хладагента или светопроницаемости текучей среды, подлежащей обработке в процессе эксплуатации.
49. Способ охлаждения, по меньшей мере, одного эмитирующего излучение диода в системе для обработки текучей среды по п. 44, содержащий стадии:
опосредованной передачи тепла, по меньшей мере, от одного эмитирующего излучение диода к текучей среде, подлежащей обработке в системе в процессе эксплуатации.
50. Способ по п. 49, в котором опосредованную передачу тепла осуществляют с помощью контура хладагента.
51. Способ по п. 50, дополнительно содержащий стадию регулирования светоотдачи, по меньшей мере, одного эмитирующего излучение диода в ответ на изменение температуры хладагента или изменение светопроницаемости текучей среды, подлежащей обработке в процессе эксплуатации.
