用于流体受控辐照的多反射器式光反应器制造技术

UV反应器包括沿大致纵向延伸的主腔室。主腔室可以包括UV

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于流体受控辐照的多反射器式光反应器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年6月24日提交的第62/865484号美国申请和于2019年12月5日提交的第62/944321号美国申请的优先权。就美国而言，本申请要求于2019年6月24日提交的第62/865484号申请和于2019年12月5日提交的第62/944321号申请的根据35 U.S.C.
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119的权益。本段所提及的所有申请均通过引用并入本申请。


[0003]本申请描述的这种技术涉及基于辐射的(例如紫外(UV))光反应器，更具体地涉及包括一个或多个固态辐射发射器(例如UV发光二极管)辐射光反应器。这种光反应器例如在水和空气净化中有应用。具体实施例提供了用于在基于辐射的光反应器中提供期望的辐射分布和/或流体速度分布的方法和设备。

技术介绍

[0004]紫外(UV)光反应器是施加UV辐射的反应器。UV光反应器通常包含一个UV光源，该UV光源将UV辐射施加于流过腔室或导管的流体。常见的UV光源包括低压和中压汞灯。UV光反应器通常用于有利于各种光反应、光催化反应和光引发反应。UV光反应器的示例性商业应用包括水和空气净化。
[0005]发光二极管(LED)是半导体(固态)辐射源，当在LED上施加电势时会释放光子。LED通常发出窄带宽的辐射。对于某些应用，LED发射的辐射具有足够窄的带宽，可以被认为是有效的单色辐射。LED可以在电磁光谱的紫外(UV)区域发射辐射。有利地，这种紫外LED(UV
‑
LED)可以设计为针对不同的应用(例如DNA吸收、光触媒活化等)产生不同波长的UV辐射。因此，UV
‑
LED有时用作UV光反应器中的主UV光源。
[0006]已经知道使用UV
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LED来照射UV光反应器中的流体(例如用于水消毒等应用)。现有技术的UV反应器的一个问题是UV
‑
LED的辐射功率分布存在相当大的变化，这反过来又会导致辐射注量率分布不均匀。注量率(以W/m2为单位)是从各个方向通过横截面积为dA的极小球面的辐射通量(功率)除以dA。光反应器设计中的另一个问题是，流过反应器的流体(例如水)的速度分布通常会发生变化，这反过来又会导致流过反应器的流体的停留时间分布。这些问题中的一个或两个都可能导致传递到通过UV光反应器的流体元件的紫外光剂量(注量率和停留时间的乘积)分布范围相当大。换言之，UV注量率分布的变化和/或流体速度分布的变化可能导致部分流体流过UV反应器而不会接收到足够的UV剂量。这个问题在UV消毒领域有时被称为“短路”。
[0007]一个总体期望是防止、最小化或以其他方式减少UV反应器中的短路。
[0008]还有一个总体期望是增强传递到通过UV反应器的流体的剂量均匀性。
[0009]相关技术的前述示例和与其相关的限制旨在是说明性的而非排他性的。在阅读说明书和研究附图后，相关技术的其他限制对于本领域技术人员将变得显而易见。

技术实现思路

[0010]结合旨在示例性和说明性而非限制范围的系统、工具和方法来描述和说明以下实施例及其各个方面。在各种实施例中，已经减少或消除了一个或多个上述问题，而其他实施例涉及其他改进。
[0011]本专利技术的各个方面包括但不限于：
[0012]·
对流经光反应器的流体施加UV辐射的方法和系统；
[0013]·
用于控制UV
‑
LED辐射分布的方法和设备；和
[0014]·
用于为流过UV光反应器的流体提供所期望量的UV辐射和/或所期望的流体速度分布。
[0015]本专利技术的一个方面提供一种流体处理设备，包括：主腔室，其由一主体限定，该主腔室沿纵向延伸；以及辐射发射器，其位于主腔室的第一纵向端部。所述辐射发射器还包括：反射器锥体，起包括限定反射器锥体凹部的反射表面；以及辐射源，其位于反射器锥体凹部中。反射器锥体的反射表面成形为将来自辐射源的辐射沿具有至少一个沿纵向定向的分量的方向引导到主腔室中。该设备还包括位于主腔室的相对的第二纵向端部处的反射壁。所述反射壁包括面向主腔室的反射表面。
[0016]本专利技术的另一方面提供一种用于流体处理的方法。该方法包括：提供限定主腔室的主体，所述主腔室沿纵向延伸；并且将辐射发射器定位在主腔室的第一纵向端部。所述辐射发射器还包括：反射器锥体，包括限定反射器锥体凹部的反射表面；辐射源，其位于反射器锥体凹部中。反射器锥体的反射表面成形为将来自辐射源的辐射沿具有至少一个沿纵向定向的分量的方向引导到主腔室中。该方法包括将反射壁定位在主腔室的相对的第二纵向端部处。所述反射壁包括面向主腔室的反射表面。
[0017]反射壁可成形为限定与主腔室流体连通的一个或多个开口。一个或多个开口可以提供以下至少之一：入口，用于将流体导入主腔室；以及出口，用于将流体导出主腔室。反射壁的反射表面可具有一横向表面区域，该横向表面区域大于主腔室在该主腔室的第一纵向端部处的横截面。
[0018]主腔室的纵向中心区域可以关于纵向定向的对称轴对称。反射器表面可以成形为使得发射到主腔室中的辐射具有纵向定向的主光轴。主腔室的对称轴和纵向定向的主光轴可以是同轴的。
[0019]反射器锥体的反射表面可以成形为在反射表面的第一部分上是抛物面形的，而在反射表面的第二部分上是椭球面形的。反射表面的第一部分可以相对靠近辐射源，而反射表面的第二部分可以相对远离辐射源。反射表面的第一部分可以相对远离辐射源，而反射表面的第二部分可以相对靠近辐射源。反射表面的第一部分可以在第一方位角范围内延伸，而反射表面的第二部分可以在第二方位角范围内延伸。反射器锥体的反射表面可以进一步成形为在反射表面的第三部分上是抛物面形的。第二部分可以位于第一和第三部分之间。
[0020]反射壁中的一个或多个开口可以提供用于将流体导入主腔室中的入口。该设备还可包括用于将流体引导出主腔室的出口。与入口相比，出口相对靠近发射器。反射壁中的一个或多个开口可以不均匀地分布在反射壁内。反射壁中的一个或多个开口可成形为提供流体进入主腔室的非均匀流动。反射壁中的一个或多个开口可以成形为在相对远离出口的区
域中提供较高的流体流速，而在相对靠近出口的区域中提供较低的流体流速。反射壁中的一个或多个开口可以在相对远离出口的区域中每单位面积的反射壁具有较大的横截面，而在相对靠近出口的区域中每单位面积的反射壁具有较低和较小的横截面。所述出口可以位于主腔室的一个横向区域处，并且反射壁中的一个或多个开口可以成形为在相对远离所述一个横向区域的横向区域中提供较高的流体流速，而在相对靠近所述一个横向区域的横向区域中提供较低的流体流速。所述出口可以位于主腔室的一个横向区域处，并且反射壁中的一个或多个开口可以在相对远离所述一个横向区域的横向区域中每单位面积的反射壁具有较大的横截面，而在相对靠近所述一个横向区域的横向区域中每单位面积的反射壁具有较低和较小的横截面。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种流体处理设备，包括：主腔室，其由一主体限定，该主腔室沿纵向延伸；辐射发射器，其位于所述主腔室的第一纵向端部，所述辐射发射器还包括：反射器锥体，其包括限定反射器锥体凹部的反射表面；和辐射源，其位于所述反射器锥体凹部中；所述反射器锥体的反射表面成形为将来自所述辐射源的辐射沿具有沿纵向定向的至少一个分量的方向引导到所述主腔室中；和反射壁，其位于所述主腔室的相对的第二纵向端部；其中所述反射壁包括面向所述主腔室的反射表面。2.根据权利要求1或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述反射壁成形为限定与所述主腔室流体连通的一个或多个开口，所述一个或多个开口提供以下中的至少一者：入口，其用于将流体导入所述主腔室中；以及出口，其用于将流体导出所述主腔室。3.根据权利要求1至2中任一项或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述反射壁的反射表面具有一横向表面区域，所述横向表面区域大于所述主腔室在该主腔室的第一纵向端部处的横截面。4.根据权利要求1至3中任一项或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述主腔室的至少纵向中心区域关于纵向定向的对称轴对称，并且其中所述反射器表面成形为使得发射到所述主腔室中的辐射具有纵向定向的主光轴。5.根据权利要求4或本申请任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述主腔室的对称轴和所述纵向定向的主光轴是同轴的。6.根据权利要求1至5中任一项或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述反射器锥体的反射表面成形为在所述反射表面的第一部分上为抛物面形的，而在所述反射表面的第二部分上为椭球面形的。7.根据权利要求6或本申请任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述反射表面的第一部分相对靠近所述辐射源，而所述反射表面的第二部分相对远离所述辐射源。8.根据权利要求6或本申请任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述反射表面的第一部分相对远离所述辐射源，而所述反射表面的第二部分相对靠近所述辐射源。9.根据权利要求6至8中任一项或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述反射表面的第一部分在第一方位角范围内延伸，而所述反射表面的第二部分在第二方位角范围内延伸。10.根据权利要求6所述的流体处理设备，其中所述反射器锥体的反射表面进一步成形为在所述反射表面的第三部分上为抛物面形的。11.根据权利要求10所述的流体处理设备，其中所述第二部分位于所述第一部分和第三部分之间。12.根据权利要求2至11中任一项或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述反射壁中的所述一个或多个开口提供用于将流体导入所述主腔室中的入口，并且其中所述设备还包括用于将流体导出所述主腔室的出口，与所述入口相比，所述出口相对靠近发射器。
13.根据权利要求12或本申请任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述反射壁中的所述一个或多个开口不均匀地分布在所述反射壁内。14.根据权利要求12至13中任一项或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述反射壁中的所述一个或多个开口被成形为提供流体进入所述主腔室的非均匀流动。15.根据权利要求12至14中任一项或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述反射壁中的所述一个或多个开口成形为在相对远离所述出口的区域中提供较高的流体流速，而在相对靠近所述出口的区域中提供较低的流体流速。16.根据权利要求12至15中任一项或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述反射壁中的所述一个或多个开口在相对远离所述出口的区域中每单位面积的反射壁具有较大的横截面，而在相对靠近出口的区域中每单位面积的反射壁具有较低和较小的横截面。17.根据权利要求12至16中任一项或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述出口位于所述主腔室的一个横向区域处，并且其中所述反射壁中的所述一个或多个开口成形为在相对远离所述一个横向区域的横向区域中提供较高的流体流速，而在相对靠近所述一个横向区域的横向区域中提供较低的流体流速。18.根据权利要求12至17中任一项或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述出口位于所述主腔室的一个横向区域处，并且其中所述反射壁中的所述一个或多个开口在相对远离所述一个横向区域的横向区域中每单位面积的反射壁具有较大的横截面，而在相对靠近所述一个横向区域的横向区域中每单位面积的反射壁具有较低和较小的横截面。19.根据权利要求1至18中任一项或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，包括多个辅助反射器，每个辅助反射器相对于所述反射壁设置以部分覆盖所述一个或多个开口中的至少一个，所述辅助反射器定位成对由所述辐射发射器发射的至少一些辐射提供额外反射，否则这些辐射将通过所述一个或多个开口，同时仍允许所述主腔室与所述一个或多个开口之间的流体连通。20.根据权利要求1至18中任一项或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，包括多个辅助反射器，每个辅助反射器从所述反射表面沿非正交方向延伸，并且每个辅助反射器包括反射表面以对由所述辐射发射器发射的至少一些辐射提供额外反射，否则这些辐射将穿过所述一个或多个开口，同时仍允许所述主腔室与所述一个或多个开口之间的流体连通。21.根据权利要求1至18中任一项或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，包括与所述反射壁纵向间隔开的次反射壁，所述次反射壁成形为提供穿过其中的次开口，其中所述次反射壁的至少一些部分定位成沿纵向与所述反射壁中的所述一个或多个开口重叠，使得所述次反射壁的所述至少一些部分覆盖所述反射壁中的所述一个或多个开口中的至少一些，同时允许所述主腔室、所述次反射壁中的所述次开口和所述反射壁中的所述一个或多个开口之间的流体连通。22.根据权利要求1至21中任一项或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，包括一个或多个透镜，所述透镜定位成折射来自所述辐射源的辐射。
23.根据权利要求1至18中任一项或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，包括：第二辐射发射器，其位于所述主腔室的第二纵向端部处，所述第二辐射发射器还包括：第二反射器锥体，其包括限定第二反射器锥体凹部的第二反射表面；和第二辐射源，其位于第二反射器锥体凹部处；所述第二反射器锥体的第二反射表面成形为将来自第二辐射源的辐射沿一方向引导到所述主腔室中，该方向具有至少一个沿纵向定向的分量并且与来自所述辐射源的辐射的所述至少一个分量的方向相反；和第二反射壁，其位于所述主腔室的第一纵向端部处；其中所述第二反射壁包括面向所述主腔室的第二反射表面。24.根据权利要求1至23中任一项或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述第一辐射源和所述第二辐射源中的每个包括对应的多个固态辐射发射器。25.根据权利要求1至24中任一项或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述主腔室在纵向间隔开的位置处的横截面具有相同的尺寸和形状。26.根据权利要求1至25中任一项或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，包括位于所述主腔室中的纵向延伸壁。27.根据权利要求26或本申请任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述纵向延伸壁和所述主体在所述主腔室内至少部分地限定多个通道。28.根据权利要求27或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述辐射发射器定位成将辐射发射到所述多个通道中的每个中。29.根据权利要求27或本申请任何其他权利要求的流体处理设备，包括多个辐射发射器，每个辐射发射器定位成将辐射发射到所述多个通道中的对应一个通道中。30.根据权利要求26至29中任一项或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述纵向延伸壁的至少一部分包括反射表面。31.根据权利要求26至29中任一项或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述纵向延伸壁的至少一部分是UV透射的。32.根据权利要求26至31中任一项或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述纵向延伸壁的至少一部分包括光催化剂材料。33.根据权利要求1至32中任一项或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述辐射发射器包括多个固态发射器。34.根据权利要求33所述的流体处理设备，其中所述多个固态发射器中的每个都包括p
‑
n结。35.根据权利要求33至34中任一项或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述多个固态发射器中的每个被提供为板上芯片。36.根据权利要求33至35中任一项或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述多个固态发射器设置在单个基板上。37.根据权利要求36或本申请任何其他权利要求所述的流体处理设备，其中所述单个基板是导热的。38.根据权利要求1至37中任一项或本申请中任何其他权利要求所述的流体处理设备，
其中所述反射器锥体被成形并且所述辐射源被定位，使得使参数Δ满足0.0≤Δ≤0.6的关系，其中Δ＝x/L，L为反射器锥体凹部在反射器锥体凹部的有效顶点和反射器锥体凹部的相对纵向边缘之间的纵向深度，x是该有效顶点与所述辐射源的纵向位置之间的距离。39.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：阿库瓦技术有限公司，
类型：发明
国别省市：