专利名称：流体净化系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及流体净化系统，更具体的，涉及这样一种流体净化系统，该系统采用将流体暴露在紫外线辐射下的净化系统。
背景技术：
多年来为研究寻求用以提供高质量、适合饮用的家用和/或商用饮用水的处理或净化系统，已经付出了大量努力。尽管在这个领域，为了满足用户所提出的改进饮用水质量的需求，已经付出了大量努力，但已研究出的任何系统都不能满足工业及消费者的全部需求和需要。
已研究出的许多现有系统都采用过滤器，例如活性碳过滤器或反渗透，来试图提高经过该过滤器的水质量。但是，由于与这些过滤器及反渗透相关的固有问题，消费者们已发现这些现有系统已经不能提供高质量的饮用水。
另外，由于紫外线辐射本身拥有杀灭水中微生物及细菌的能力，因此，在大量现有构造中已经采用将水暴露在紫外线辐射下的净化方法。但是，已发现许多这种系统的构造成本高，同时其它的廉价系统又不能在系统性能不降低的情况下长期有效地使用，因此这些现有技术构造不能满足消费者的需要和需求。
一贯困扰现有产品的一个主要问题是颗粒物质或杂质连续堆积在与流体接触的任何表面上。随着颗粒在这些表面上持续沉积和堆积，紫外线辐射的传输能力降低，损害了该系统的总体效率。
目前解决这个问题的唯一方法是手工地清洗该受到影响的表面。但是，这种清洗工作是困难、费时的，且需要时时警惕。另外，紫外线辐射强度会随着颗粒的持续堆积而持续降低，直至完全消除。
发明内容
因此，本发明的一个主要目的是提供一种采用紫外线辐射的水净化系统，该系统可廉价地制造，且是一种节省成本、高竞争性的系统。
本发明的另一个目的是提供一种具有以上所述特征的水净化系统，特别地将该系统构造为可长期使用，而系统性能不会降低或者紫外线辐射强度不会明显降低。
本发明的另一个目的是提供一种具有以上所述特征的水净化系统，该系统采用最少数量的组件，因此该系统小且紧凑，可在任何预定位置安装并使用该系统。
本发明的另一个目的是提供一种具有以上所述特征的水净化系统，将该系统构造成易于在任何需要的时候对该系统进行维护，且可防止供水被空气中的细菌污染。
对于其它以及更多的特定目的，部分是显而易见的，部分在随后将变得明显。
通过采用本发明，现有技术中发现中的所有困难及缺点都已经克服，采用紫外线辐射的流体净化系统已经实现了高效率、低成本。依照本发明，提供这样一种流体流室，优选将该流体流室构造为细长的圆筒形，且沿着该流体流室的中心轴设置有一细长的紫外线辐射产生灯。此外，一入口形成在细长室的一端，而一出口形成在该细长室的相对端。按照这种方式，将要净化的流体可在流过细长室的同时，暴露在紫外线辐射下。
为确保彻底消除现有技术中所遇到的由于水中污垢沉积在透射面上而导致紫外线辐射随着时间的流逝而减弱的困境，利用一种独特的涂覆材料对紫外线辐射的透射面进行处理。依照本发明，该涂覆材料允许紫外线辐射基本无阻碍地透过，同时还可有效地避免流体中的轻质块状沉淀物堆积在其表面上。结果，本发明净化系统可长期地获得理想的高辐射强度，而不需要进行重复性的维护。按照这种方式，可避免现有技术的许多困难和缺点。
为提供一种高效率、低成本、易于维护、可确保流体流路径完全密封的系统，本发明优选实施例采用一种细长的圆筒形套筒或管状件，沿着圆筒形室的中心轴安装该套筒，且将该套筒构造为用于在其内容纳并固定紫外线灯。通过采用这些细长套筒或管状件，可实现流体流路径的完全密封。另外，由于将该管状件密封固定在圆筒形室的两个终端上，因此可形成一种完全密封、防泄漏的流体流路径，该流体流路径由套筒的外表面和室的内表面所限定。
通过采用这种构造，可迅速且容易地将紫外线灯可伸缩地插入该套筒或管状件内，以将该灯固定在其内，同时在需要进行维护时，也可迅速且容易地取下该灯，并更换一个新的紫外线灯。结果，可提供一种完全密封的流体流路径，并提供一种在需要时可迅速取下并更换紫外线灯的构造。
在本发明的优选实施例中，该圆筒形套筒或管状件由石英材料构成，以使得紫外线辐射能有效且高效地透过、并直接射入流经该室的流体中。如现有技术中已知的，石英是一种能以最小衰减或损耗而使紫外线辐射透过的最佳材料。因此，该细长、圆筒形套筒或管状件优选由石英材料构成，以利用这种材料的固有优点。
另外，在本发明的优选实施例中，利用一种独特的本发明涂覆材料对该套筒/管状件的外表面进行处理。由于流经流体流室且通常为水的流体将直接与该套筒/管状件的外表面接触，在该套筒/管状件的外表面上采用此独特的涂覆材料可确保流体或水中的杂质不会堆积或附着在该套筒/管状件的外表面上。结果，可防止该套筒/管状件的传输能力不希望地退化。
优选的，圆筒形室的内表面上涂覆以高反射性材料，以优化射入流经该室的流体内的紫外线辐射强度。通过采用高反射性材料，透过套筒/管状件然后透过流经该室的流体的紫外线辐射将经由该室的内壁反射回到流体中。结果，可实现将流体最佳地暴露在紫外线辐射中。
在本发明中，为防止轻质块体杂质不希望地堆积在管状件的内表面上，利用套筒/管状件采用的那种涂覆材料也对该管状件的内表面进行处理。按照这种方式，可确保最佳地传输紫外线辐射，且可防止该室的内表面不希望地退化。
依照本发明，该涂覆材料可采用能传输紫外线辐射且实际上不会有信号衰减、同时能阻止水中杂质附着在涂覆材料上的任何材料。尽管各种这样的材料都能适用，但已经发现当涂覆层由含氟聚合物形成且优选自Teflon族产品中选出时，能得到最佳效果。选择性的，如果需要，也可采用能透过紫外线辐射且可抵制水中杂质堆积的某些硅树脂材料。
通过采用本发明，可避免定期地清洗或更换组件，可获得一种长期、高效且低成本的系统。此外，如果需要，本发明水净化系统还可采用附加过滤设备，例如活性碳过滤器或逆向渗透单元，以阻止额外的杂质经过。如果采用附加过滤设备，流体净化系统可包括一个附加室，以防止附加设备逆向污染。
以下以实例的方式描述本发明特征、特性及部件的相互关系，本发明范围表示在权利要求书中。
为了更充分的理解本发明特征及目的，应参照以下结合附图的详细说明，其中图1是本发明水净化系统的横截面侧视图；以及图2是沿图1中线2-2的本发明水净化系统的横截面端视图。
具体实施例方式
参照图1和2以及以下详细说明，可最好地理解本发明流体净化系统的构造及操作。在此公开内容中，充分详细地描述了本发明的优选实施例，但是，在不脱离本发明范围的情况下，可得到多个变化实施例。因此，应认识到的是，这里所包含的公开内容是仅出于示范性目的给出的，其并不意味着对本发明的限定。
此外，还应认识到的是，本发明可应用于净化任何预期流体。尽管最普遍的是采用水作为将要净化的流体，但本发明并不限于水，可净化其它任何流体，包括酒、苹果汁、流体燃料(juices)以及各种气体(gases)。此外，尽管就本发明应用于水对其作了详细描述，但应认为此术语“水”相当于且包括任何所需要的流体。
在图1和2中，表示了流体消毒系统20的优选实施例及其构造。如所示，在这种实施例中，流体消毒系统20包括一细长室或外壳21、用于辐射紫外线的透明套筒件22、以及端壁23和24。在这种优选构造中，该室/外壳21是由外壁26和内壁27所限定的一种细长、狭窄的圆筒形。另外，将端壁23和24固定在该室/外壳21的两个末端上，从而有效地密封该室/外壳21，并形成一种防泄漏的内部区域。
此外，用于紫外线辐射的透明套筒件22也是一种细长、狭窄的圆筒形，该圆筒形是由外壁28和内壁29所限定的。在此优选实施例中，将该套筒件22安装在室/外壳21的内部，且使该套筒件22的中心轴与室/外壳21的中心轴重合。另外，将该套筒件22的末端密封固定到端壁23和24上，从而防止在该室/外壳21内流动的任何流体漏出。
通过沿着细长室/外壳21的中心轴安装套筒件22，就形成由该室/外壳21的内壁27和该套筒件22的外壁28所限定的流体流区域30。另外，该流体消毒系统20还包括安装在细长室/外壳21上的入口31和出口32，该入口31用于将流体直接输入流体流区域30内以在其内对该流体进行消毒，该出口32用于将流体排出流体流区域30。
通过将该入口31设置在流体流区域30的一端以及将该出口32设置在流体流区域30的相对端，可实现将流体最佳地暴露在紫外线辐射中。此外，可使流体流经该区域30的存留时间最长化。在这点上，该两孔口中的任一个都可作为入口或出口。
可以发现在整个室/外壳21的圆筒形构件内，入口31和出口32基本上垂直地安装在限定该室/外壳21的壁上，进入该入口31的流体基本上垂直于套筒件22流动、然后以近似圆周运动的方式流过该室/外壳21的长度、连续不断地朝向出口32前进。如果需要且选择性的，流体流区域30内可具有挡板装置，以整合(uniformizing)流过的流体流并产生扰动，从而进一步地优化流体在区域30内的存留时间。
如果需要，可利用该室/外壳21的整个长度来净化流过的流体。但是，如果需要，也可将该室/外壳21分隔为两个或更多个相互分开且独立的流体流区域。在图1中，表示了两个流体流区域，其中，流体流区域30代表第一消毒部、所形成的流体流区域35代表一个分开且独立的第二流体流室。
在这种构造中，第二流体流区域35是这样形成的，在外壳/室21内安装分隔件36，该分隔件36环绕套筒件22的外圆周，且该分隔件36自该外圆周起延伸至与室/外壳21的内表面27固定接合。另外，第二入口37安装在流体流区域35的一端上，第二出口38安装在该流体流区域35的相对端上。按照这种方式，就形成了一种第二流体流区域35，当流体经由入口37流入该区域35然后经由出口38流出该区域35时，第二流体流区域具有相同的用于对该流体进行消毒的流体流优点。
整个流体净化系统采用第一和第二流体流区域是可取的。特别的，如果采用附加净化系统例如活性碳过滤器以及反渗透装置，理想的是具有第二流体流区域35，以防止这些附加净化组件的逆向污染。
如果采用这些附加净化系统，它们将与出口32之后的流体流路径连接，净化后的流体在流过这些附加设备之后再到达消费者。但是，已经发现由于空气中的微生物或其它污染物进入该附加部件的出口，这些附加净化部件会受到逆向污染或回污染。因此，在构造上应采用第二流体流室35，从而通过流经该第二流体流区域35，来确保消除此二次污染，并净化进入水中的任何污染物。
由于对任何流体的主要净化是在流体流区域30内实现的，因此该流体流区域30的长度显著地大于所采用的任何第二流体流区域的长度。在这点上，可特别地对流体流区域30的轴向总长度进行设计，以确保当流体以所采用的已知流率流过该流体流区域30时，可利用紫外线辐射杀灭该流体中的污染物。
通过采用这些要素，可确保实现最佳效率和流体净化。此外，由回污染而导致任何碳过滤器中生成细菌和/或有机物是一个相当缓慢的过程，因为有机物为了渗透到系统中需要逆着流体流动的方向移动。因此，由于有机物的存留时间相当长，所以第二流体流区域35可非常短。
如图1所示，灯40用于产生具有杀菌力的紫外线辐射，将该灯40安装在套筒件22内以产生所需要的紫外线辐射，该紫外线辐射用于对流过流体流区域30和35的流体进行净化。在这种优选构造中，利用灯镇流器41来控制该紫外线辐射产生灯40，且将该灯40安装在套筒件22内以便于插入和取出。按照这种方式，一旦需要更换该灯40时，仅通过自套筒件22内伸缩取出该灯40并将更换的灯伸缩插入该套筒件22内，就可迅速且轻易地实现更换。
依照目前的惯例，套筒件22可由能有效透过紫外线辐射的任何所需要的材料形成。尽管可采用满足这个条件的各种材料，但已经发现石英的效果最佳，石英是形成套筒件22的优选材料。
另外，如上所述，随着要被净化的流体流过流体流区域30，流体中包含和/或悬浮的杂质将沉积在套筒件22的外表面28上。随着流体持续地流过区域30，该表面28上将形成更多的杂质沉淀物，从而使得这种不希望物质不断堆积。
考虑到堆积在套筒件22表面28上的杂质事实上将阻碍紫外线辐射透过该存在杂质堆积物的区域，因此会大幅度降低且削弱进入流体中的紫外线辐射强度。如同在传统现有构造中所发现的，这种杂质的持续堆积需要整个地移除并更换套筒件22，或者经常且重复地清洗该套筒件22。
为彻底消除由于杂质堆积在套筒件22上而导致的现有技术困境，在该套筒件22的外表面28上附加一涂覆层45。在此优选实施例中，该涂覆层45特别地自可有效透过紫外线辐射的材料中选出，同时该涂覆层45还具有阻止杂质附着或堆积在其上的固有性质。
结果，穿过涂覆层45的紫外线辐射实际上不受影响，同时可防止任何杂质堆积在该涂覆层45的表面上。按照这种方式，可实现最佳的紫外线辐射传输效率及质量。
为了用涂覆层45有效地覆盖套筒件22的外表面28，已经发现应将该涂覆层45这样涂覆在套筒件22上，使得该涂覆层45环绕套筒件22的整个外圆周，实际上以一种连续、均匀且完全一体的涂覆层构造包封该套筒件22。按照这种方式，就可防止任何可能的杂质堆积，并可实现最佳的涂覆层45效能。
尽管涂覆层45可自满足以上限定条件的各种材料中选出，但已经发现该涂覆层45最好是自以下组中选出的一种，该组包括聚四氟乙烯、含氟聚合物树脂(fluoropolymer resins)、氟化乙烯丙烯树脂(fluorinated ethylene propylene resins)、全氟烷氧基共聚树脂(perfluoroalkoxy copolymer resins)。在这方面，优选材料是从以下组中选出的一种，该组包括Teflon(聚四氟乙烯)以及Teflon族产品，它们都是杜邦(DuPont)公司的商标。另外，还可采用某些可传输紫外线辐射且可抵制流体中杂质堆积的硅材料。
为了进一步的提高本发明效能，包括提高该消毒系统20使紫外线辐射最佳地暴露在流过流体流区域30和35的流体中的能力，室/外壳21的内表面27安装有一种可反射紫外线辐射的表面或者涂覆一种可反射紫外线辐射的表面涂层。尽管可采用任何理想材料，但该室/外壳21优选由铝形成，并对其内表面27进行抛光以提供最佳反射率，或者用一种适当的涂层材料例如铬涂覆该内表面27，该铬可提供所需要的紫外线辐射反射率。
另外，在此优选实施例中，室/外壳21的内表面27上还附加有涂覆层46。在这方面，该涂覆层46的组成材料是一种类似于上述的用于涂覆层45的材料。通过在室/外壳21的内表面27上附加此涂覆层46，实际上可消除杂质堆积在该内表面27上，由此可长期使用此流体消毒系统20，而不需要重复地清洗该内表面27。
在实施本发明时，可在套筒件22的表面28上涂覆任何理想厚度的涂覆层45。但是，已发现在优选构造中，涂覆层45的总厚度在大约0.001英寸至0.005英寸之间的范围内。类似的，对于涂覆到室/外壳21的内表面27上施加的涂覆层46也可以采用任何理想厚度。但是在优选构造中，涂覆层46的厚度在大约0.001英寸至0.005英寸之间的范围内。
另外，根据所要净化的流体的数量，可将流体消毒系统20构造为具有任何理想的总尺寸。但是，对于绝大多数应用而言，要求流率在大约每分钟一加仑至每分钟两加仑之间的范围内，因此当室/外壳21的内直径在大约1英寸至1.5英寸之间的范围内，且流体流区域30和35的总宽度在大约0.25英寸至0.8英寸之间的范围内时，可获得最佳效果。按照这种方式，可实现一种高度紧凑、易于使用且高效率的系统。
如果需要，该流体消毒系统20还可具有其它功能，例如睡眠模式或低功率模式，一旦流体不流经室/外壳21时，该睡眠模式将自动地关闭紫外线灯40，该低功率模式将降低该灯40的强度。按照这种方式，可使紫外线灯40的使用寿命最优化。此外，流体消毒系统20还可装有紫外线强度监测器，以确保用户可获得理想的紫外线辐射剂量。
自前述说明书显而易见的是，可有效地实现以上所述目的，由于可对以上构造作出某些改变而不脱离本发明范围，因此以上说明书所包含的或者附图中所表示的全部内容应被认为是示意性的而非限制性的。
还应认识到的是，以下权利要求书试图覆盖这里所述本发明的所有一般特征及特定特征，本发明范围的所有语言描述也被认为落入其内。
已经对我们的发明进行了描述，我们希望通过专利证书进行保护的权利要求是
权利要求
1.一种流体净化系统，包括A.细长外壳，其装有一密封内部，所述密封内部限定了一流体传送区域；B.第一孔口，以与所述流体传送区域连通的关系安装在所述外壳上以将一流体输送进入所述区域内；C.第二孔口，以与所述流体传送区域连通的关系安装在所述外壳上以将所述流体从所述区域取出；D.细长、中空的套筒件a.被安装在所述流体传送区域内，b.包括一外表面和一内表面，所述内表面限定了一内部容纳空腔，以及c.被构造用以使一紫外线辐射产生灯容纳并支承性地维持在所述容纳空腔内；E.紫外线辐射产生灯，可拆卸地安装在所述套筒件的所述容纳空腔内，所述紫外线辐射产生灯构造为用于向所述流体传送区域内输送紫外线辐射；以及F.涂覆层a.以与其外围环绕且基本上包封的关系形成在所述套筒件的外表面上，以及b.包括实际上透过紫外线辐射、可阻止悬浮在所述流体中颗粒物质的任何堆积的材料；由此，可获得这样一种流体净化系统，所述系统可避免为了移除堆积在所述套筒件上的不希望的颗粒而重复性地清洗所述套筒件。
2.如权利要求1所限定的流体净化系统，其特征在于，所述套筒件密封在所述流体传送区域内，以防止流体漏出所述区域。
3.如权利要求2所限定的流体净化系统，其特征在于，所述细长外壳是包括装有一外表面、一内表面、第一端壁以及第二端壁的一种空心圆筒形，所述两端壁与所述内表面和外表面密封接合，以限定一防泄漏的流体传送区域。
4.如权利要求3所限定的流体净化系统，其特征在于，所述细长、空心套筒件沿着所述外壳的中心轴安装在所述外壳内，且所述套筒件与所述外壳相互协作从而限定所述流体传送区域，所述流体传送区域是位于所述外壳的内表面与所述套筒件的外表面之间的区域。
5.如权利要求4所限定的流体净化系统，其特征在于，所述入口安装在所述第一端壁附近，所述出口安装在所述第二端壁附近。
6.如权利要求5所限定的流体净化系统，其特征在于，所述入口设置在所述外壳内，用于以使得所述流体在所述区域内的存留时间最长化的方式将所述流体输入所述流体传送区域内。
7.如权利要求6所限定的流体净化系统，其特征在于，所述细长、空心套筒件由石英制成。
8.如权利要求7所限定的流体净化系统，其特征在于，所述涂覆层包括自以下组中选出的一种，所述组包括聚四氟乙烯、含氟聚合物树脂、氟化乙烯丙烯树脂、全氟烷氧基共聚树脂。
9.如权利要求8所限定的流体净化系统，其特征在于，所述外壳的内表面可反射紫外线辐射。
10.如权利要求9所限定的流体净化系统，其特征在于，所述外壳的反射性内表面包括形成在其上的反射材料。
11.如权利要求10所限定的流体净化系统，其特征在于，所述外壳的内表面包括一涂层，所述涂层由实际上透过紫外线辐射、可抵抗悬浮在所述流体中颗粒物质的任何堆积的材料组成。
12.如权利要求1所限定的流体净化系统，其特征在于，所述系统还包括与其相关联的附加过滤设备，所述过滤设备包括从过滤器和反渗透产品中选出的一种。
13.如权利要求12所限定的流体净化系统，其特征在于，所述细长外壳包括形成在其内的一隔壁，以将所述外壳有效地分隔成一个分开且独立的第一流体传送区域和一个分开且独立的第二流体传送区域。
14.如权利要求13所限定的流体净化系统，其特征在于，所述外壳还包括一个单独的入口和一个单独的出口；所述入口用于将流体输入所述第二流体传送区域，所述出口用于将所述流体从所述第二流体传送区域取出，所述附加过滤设备连接在所述第一流体传送区域与所述第二流体传送区域之间，以防止逆向污染。
全文摘要
通过提供这样一种流体流室，优选将该流体流室构造为细长的圆筒形，且该流体流室内包括一细长圆筒形套筒，一紫外线辐射产生灯沿着该套筒的中心轴设置在该套筒内，且该套筒的外表面覆盖有一种独特的涂覆层，从而可实现一种采用紫外线辐射且高效率、低成本的流体净化系统。本发明的该独特涂覆层允许紫外线辐射基本无阻碍地透过，同时还可有效地避免流体中的轻质块状沉淀物堆积在其表面上。结果，本发明净化系统可长期地获得理想的高辐射强度，而不需要进行重复性的维护。此外，入口形成在细长室的一端，而出口形成在该细长室的相对一端，由此将要净化的流体可在流过该细长室的同时暴露在紫外线辐射下，与此同时可避免块状杂质堆积。
文档编号C02F5/08GK1539001SQ02815424
公开日2004年10月20日 申请日期2002年6月25日 优先权日2001年7月2日
发明者哈维·R·泽尔纳, 罗伯特·J·韦特尔, J 韦特尔, 哈维 R 泽尔纳 申请人:生命之水公司, 哈维·R·泽尔纳