包括用于从入口到出口引导流体的装置的设备

摘要

一种包括用于从入口到出口引导流体的装置的设备，包括机壳(10)，具有用于包含流体的内部空间(11)；入口，用于让流体进入机壳(10)；出口，用于让流体流出机壳(10)；布置在机壳(10)内的元件(20)；以及也布置在机壳(10)内的装置(31、32)，用于围绕所述元件(20)，从所述机壳(10)的入口侧向所述机壳(10)的出口侧引导流体。所述流体引导装置包括沿所述元件(20)的至少一部分延伸的两个之字形部件(31、32)，其作为组合提供对所述元件(20)在圆周方向即围绕所述元件(20)的方向的完全覆盖，其中所述之字形部件(31、32)在圆周方向上部分地重叠。

说明书

技术领域

本发明涉及一种设备，包括机壳，具有用于包含流体的内部空间；入口，用于让流体进入机壳；出口，用于让流体流出机壳；布置在机壳内的元件；以及也布置在机壳内的装置，用于围绕所述元件，从所述机壳的入口侧向所述机壳的出口侧引导流体。

背景技术

如前一章节中定义的设备的一个公知的例子是一种用于消毒水的设备，其中布置在所述机壳内的元件是诸如用于发出紫外光特别是通常称为UV-C的类型的紫外光的灯的源。将受感染的水暴露于紫外光具有对水净化的效果，这基于UV-C光能够杀死细菌的事实。对于家用应用，紫外光源通常包含在不透明的容纳结构中，实现所希望的将水暴露于源。

为了足够的杀菌效果，紫外消毒源必须产生一定的紫外剂量，以J/m²表示。该剂量由辐照度(W/m²)乘以细菌在设备中的停留时间(s)给出。上述的停留时间由水的流动路径，以及所应用的紫外光源的类型的辐照度等级确定。

当设计如上所述的水消毒设备时，必须牢记紫外光源的辐照度线性地衰减，或者取决于吸收发生的程度，线性地和指数地随到源的径向距离而衰减。有鉴于此，为了实现设备期望的有效性，如果采取措施来确保发生水元素的径向混合是有利的。通过提供径向混合，预期所有水元素在某个点上以非常短的距离经过紫外源。接近源的辐照度等级如此之高，使得将细菌短时间暴露于源的附近就足以消灭它们。

因此，水消毒设备领域一个普遍碰到的问题是需要径向混合来在有限曝光时间或紧凑设计中实现要求的剂量。

根据一种已知的增强径向混合的可能性，通过在紫外源的上游安装混合器，或者通过设计入口使得发生螺旋运动，产生涡流。这种可能性从EP803472，US2008/0095661和EP616975中获知。然而，由于旋转只施加在入口侧的水上，它将在下游衰减。结果，混合程度在整个紫外源的长度上并不均匀，从而剂量输出并非最佳。

根据另一种已知的增强径向混合的可能性，修改机壳的内壁，诸如能够在经过内壁的水中产生混合效果。在此方面，US5503800教导了在轴向方向形成槽。然而，在槽之间可能有“死区”，即其中不发生期望的混合效果的区域，以及其中水在轴向上或多或少平行于紫外源流动的区域。由于这样的流动路径与源的距离相对较大，并不满足要求的剂量。EP202820公开了增强水元素的径向移位的另一种方式，即施加脊线以限制在轴向上的流动。然而，在此情况下，混合并非最佳，因为水被强迫朝紫外源流动，代价是更高的速度以及由此更短的停留时间。

水消毒设备领域碰到的另一个问题是可能存在所谓的近路(short-cut)。近路是从入口直接流向出口的流动路径。跟随这些近路的细菌的停留时间非常短。特别是当近路普遍在布置紫外源的部分的外径处存在时，在这些位置辐照度等级最低，导致非常低的剂量等级。近路通常由某些流入条件和/或不适当的混合引起。

一种已知的消除近路的方式涉及将螺旋状的部件放置于设置了紫外源的部分中，其中部件相对于紫外源的定位使得源在部件的中心延伸。US2003/0049809公开了这样的部件的一个示例。当应用了该部件时，强迫水跟随螺旋形，使得避免了近路。然而，当水跟随围绕紫外源的完全螺旋的路径时，细菌到源的径向距离在通过布置了源的部分时并不变化。因此，实际上并没有径向混合，并且不能期望剂量输出的增加。

发明内容

本发明的一个目的在于提供对上述问题的一种解决方案。特别是本发明的一个目的是提供一种设备，其中增强了流体的径向混合，同时避免了近路。

根据本发明，提供一种设备，其包括机壳，具有用于包含流体的内部空间；入口，用于让流体进入机壳；出口，用于让流体流出机壳；布置在机壳内的元件；以及也布置在机壳内的装置，用于围绕所述元件，从所述机壳的入口侧向所述机壳的出口侧引导流体，其中所述流体引导装置包括沿所述元件的至少一部分延伸的两个之字形部件，沿着之字形部件在元件的轴向上的总长度来看，之字形部件作为组合提供对所述元件在圆周方向即围绕所述元件的方向的完全覆盖，其中每个所述之字形部件的部分地围绕元件并且桥接元件与机壳的内壁之间的空间；其中在元件的轴向上，之字形部件以移位的方式布置；并且其中之字形部件在圆周方向上部分地重叠。

在根据本发明的设备中，围绕布置在机壳内的元件的径向混合，通过应用两个之字形部件来产生，所述元件下文将称为中心元件。当水或其他流体跟随之字形部件时，水被强迫在径向即垂直于中心元件的轴向的方向上穿越中心元件，其中这种穿越实现的次数取决于之字形部件的台阶的数量。通过不使用单个环绕中心元件的螺旋部件，而是使用两个在轴向上处于相互移位的位置的之字形部件，实现了将两个逆向流动方向施加到水。用这种方式，增强了混合。此外，已经在根据本发明的设备上执行的测试显示了在之字形部件之间获得了再循环区。这些区更进一步增强了混合。

此外，利用以轴向上相互移位的位置布置的两个之字形部件，可以不存在完全从紫外源屏蔽的区。基于之字形部件在设备的在中心元件和机壳的内壁之间的整个直径上延伸的事实，以及之字形部件在圆周方向有重叠的事实，避免了近路。

之字形部件的制造过程相对简单，因为可以通过在单张薄片中进行适当的切割，并弯曲以这种方式获得的基础产品，来获得这些部件。当将需要螺旋时这是不可能的，因为在这种情况下，需要使用复杂的技术像三维铣削技术。因此，当考虑像制造成本之类的因素时，之字形比螺旋形更为优选。

关于提到的重叠，其可以是这样，即使得每个之字形部件围绕中心元件跨超过180°的角度。实际上，两个之字形部件可以是相同的。优选圆周重叠角度在5°到45°的范围内，更优选圆周重叠角度在5°到15°的范围内。基于重叠的存在，避免了两个之字形部件之间的近路，并且水被强迫不断地从一个之字形部件流向另一个并流回，其中没有绕开这些组件的途径。

中心元件可以是用于发射紫外光的源，使得根据本发明的设备适合于应用为水消毒设备。

在根据本发明的设备的一个实际实施方式中，机壳成形为类似于具有圆形的外围的圆柱体，其中之字形部件的每一个台阶成形为类似于具有中央孔的椭圆的一部分。将理解中央孔用于允许中心元件在之字形部件之间延伸，而椭圆形基于每一台阶具有相对于圆柱形机壳的中心轴的倾斜取向而进行解释。

优选地，之字形部件与中心元件和机壳的内壁都接触。在水消毒设备的上下文中，特别重要的是在之字形部件和机壳的内壁之间不会发生近路，因为这样的近路将存在于相对于中心定位的紫外源的最长的径向距离处。在此方面，需要指出更优选的是之字形部件连接到机壳的内壁，在此情况下，确定不会发生如提到过的其中细菌可能在部件和壁之间穿过的情况。

之字形部件上游的流入条件可以通过施加用于在机壳的入口侧和出口侧至少其中之一处使流体流动直化的装置来控制。在一优选实施方式中，这些装置包括具有入口开口和出口开口的元件，入口开口用于让流体在一侧进入，而出口开口用于让流体在另一侧流出，其中每个入口开口与多个出口开口连通。这样的元件的实际示例包括该元件的包括泡沫状材料的实施方式，以及该元件成形为编织的网比如不锈钢编织网的实施方式。大体上，该元件将具有线团状的外观，并且不需要很贵，如在所提到的示例的基础上可以得出结论的。此外，该元件可以被布置为例如围绕中心元件的末端，换言之，中心元件的一个末端可以容纳在流动直化装置内。流动直化装置可以具有支撑中心元件的功能，使得可以更进一步降低成本。此外，流动直化装置还可以具有屏蔽功能，即布置为使得设备的某些区域被保护而免受紫外光的影响。

本发明的上述和其他方面将从根据本发明的水消毒设备的下列详细描述变得明显并且参考该详细说明进行阐述。

附图说明

现在将参照附图更详细描述本发明，附图中相同或相似的部件由相同的附图标记指示，并且其中：

图1示意性示出了根据本发明的水消毒设备的机壳，以及布置在机壳内的设备的之字形部件和紫外灯；

图2示意性地示出了机壳，之字形部件和紫外灯的另一个视图；

图3示出了机壳，之字形部件和紫外灯的一部分；以及

图4通过示意性示出流动直化元件和紫外灯的一部分，示意性示出了流动直化元件在设备中的应用。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的水消毒设备1的机壳10。在示出的示例中，机壳10类似于具有圆形的外围的圆柱体而成形。机壳10具有适合于容纳水的内部空间11。实际上，在设备1的操作中，使水流过机壳10，其中水通过入口12提供给机壳10，并且其中水在出口13流出机壳，其中入口12和出口13中的每一个布置在机壳10的另一端。

在机壳10内，布置有用于发出紫外光的源20和两个之字形部件31、32。在该示例中，源为灯20，具体来说为具有伸长的管状的外观的灯20。此外，灯20具有机壳10中的中心位置，其中机壳10的纵轴和灯20实际上相重合。之字形部件31、32用于将水流从灯20的一侧引导至另一侧，并且用于确保所有水元素在它们存在于机壳10内期间在某个点上来到灯20的附近。

在示出的示例中，之字形部件31、32是相同的，其中每个之字形部件31、32包括多个类似于具有中央孔的椭圆的一部分成形的台阶33。之字形部件31、32的形状和尺寸适合于例如安装在机壳10的内壁14和灯20之间的空间内，其中之字形部件31、32的台阶33的椭圆形状的中央孔例如成形为紧密地包围灯20，并且其中之字形部件31、32的台阶33的椭圆形状的外围例如成形为紧密地接触机壳10的内壁14。

在轴向上，即在机壳10和灯20的纵轴延伸的方向上，之字形部件31、32的位置相对于彼此移位。这意味着之字形部件31、32的台阶33在中心区域，即在灯20处相互交叉，其中在灯20的长度的相同部分处的两个台阶33可以说构成X形的腿，其中每条腿在灯20的另一侧存在。如果之字形部件31、32在轴向上不以移位的方式布置，则需要之字形部件31、32和内壁14之间的空间以便避免阻断在水消毒过程中需要存在于机壳10中的水流。然而，这样的空间将会被阻断不受灯20发射的紫外线辐射，这是非常不希望的。此外，基于偏移的定位，获得了逆向的流动，这增强了混合。

每个之字形部件31、32部分地围绕灯20，但是沿着之字形部件31、32在灯20的轴向上的总长度来看，作为组合，之字形部件31、32提供对灯20在圆周方向上的完全覆盖。因此，当在轴向上查看灯20和之字形部件31、32整体时，可以看出围绕灯20的环形的结构，其在任何位置都没有中断。

图2示出机壳10，以及布置在机壳10内的之字形部件31、32和灯20的另一个视图。借助于箭头，在图2中指示出了在操作中水流过机壳10的方向。此外，图2示例说明了如何测量之字形部件31、32的直径d，之字形部件31、32的两个台阶33的高度λ，以及之字形部件31、32的台阶33之间的角度α。在根据本发明的设备1的一个实际实施方式中，优选两个台阶33的高度λ与直径d的比率，λ/d，在0.1到5的范围内，其中更为优选的是该比率在0.5到3的范围内，并且优选台阶33之间的角度α在5°到80°的范围内，其中更为优选的是，该角度α在20°到60°的范围内。

图3示例说明了本发明另一个值得注意的方面，即如下事实：之字形部件31、32在圆周方向上有部分重叠。具体来说，之字形部件31、32的台阶33的边缘区域，如在图3中圈出的那个，重叠。也在图3中指示的重叠角度β优选在5°到45°的范围内，更优选在5°到15°的范围内。

由于之字形部件31、32的特定设计，水消毒过程可以最为有效。当使水从机壳10的入口12流到出口13时，近路不可能出现。所有水元素都在某个点上被移动到接近灯20的位置，使得这些元素中存在的细菌可以被消除。由于存在于之字形部件31、32的台阶33之间的重叠，水不能找到之字形部件31、32之间的通路。而是，水需要跟随之字形部件31、32的台阶33，其中在某些点上水被强迫从灯20的一侧流向另一侧。在避免近路方面起作用的另一个因素是之字形部件31、32桥接灯20与机壳10的内壁14之间的空间的事实。优选地，之字形部件31、32连接到机壳10的内壁14，使得确保在紫外线辐照度等级最低的位置处没有细菌可以通过的间隙。

之字形部件31、32可以由电流传导材料诸如金属制成。在任何情况下，将理解如果之字形部件31、32由抗紫外线辐射的材料制成是有利的。金属或者其他反光材料的一个优势是紫外光的反射增强了细菌接收的紫外光。使用金属还允许之字形部件31、32作为用于给灯20供电的电路的一部分。这会是有利的一种情况的例子是当使用如EP697374中描述的准分子灯(excimerlamp)时。另一方面，之字形部件31、32也有可能由诸如玻璃的透明材料制成。以这种方式，避免了之字形部件31、32吸收过多的紫外光，并且更有效地使用了灯20的紫外线输出。

之字形部件31、32的表面可以或者是光滑的或者是有纹理的。当应用纹理时，再循环区可增强水的流动行为，所述再循环区是基于之字形部件31、32的表面粗糙性获得的。之字形部件31、32的台阶33的厚度优选在0.1mm到5mm的范围内，更优选在0.1mm到2mm的范围内。

图4示出应用用于直化水的流入和/或流出的装置的可能性。具体来说，示出泡沫状元件40，其可以非常好的用于实现对流入条件的期望控制。由于大部分入口条件涉及面积的突然改变，之字形部件31、32上游的流动并不为人熟知，并且有形成具有不同流速的区域或者具有流动循环(或者湍流结构)的区域的风险，这将不利地影响之字形部件31、32在引导流动方面的有效性。对于出口条件来说也是一样。因此，在机壳10的出口侧具有流动直化元件40也是有利的。

流动直化元件40可以具有任何适合的形状，并且可以包括任何适合的材料。图4示例说明了流动直化元件40可以成形和定位为诸如包围灯20的末端的事实。流动直化元件40可以具有在机壳10内支撑灯20的额外功能，其中不需要使用其他支撑元件，或者其中至少需要更少的其他支撑元件。流动直化元件40的另一个额外功能可以是阻断紫外光并从而保护水消毒设备1的部件免受紫外光的有害影响。

对于本领域技术人员很清楚本发明不限于前面讨论的示例，并且其多种修改和修正是可能的，而不偏离如所附权利要求书限定的本发明的范围。尽管已经在附图和说明书中详细示例说明和描述了本发明，这样的示例说明和描述将被认为仅是示例性的或示范性的，而不是限制性的。本发明不限于公开的实施方式。

本领域技术人员在实践所要求保护的发明中，根据对附图、说明书和所附权利要求书的研究，可以理解和实现对所公开实施方式的变化。在权利要求书中，词语“包括”不排除其他步骤或元件，不定冠词“一个”不排除多个。仅凭某些措施在互不相同的从属权利要求中记载的事实，并不表示这些措施的组合不能被使用来获得益处。权利要求书中的任何附图标记不应被认为是对本发明的范围的限制。

总体上，本发明适用于其中流体需要在一段时间内暴露于某元件，并且需要被向着该元件引导，使得所有流体元素在某个点上被置于该元件的附近的设备。该元件可以是用于发出辐射的源20，如在所示示例中的情况那样，但是在本发明的范围内这不是必须的。为了完整性，需要指出将水作为流体的示例提及的事实不应被理解为诸如意味着本发明限制于该种流体。此外，需要指出在本说明书的上下文中，术语“紫外光”和“紫外辐射”用于指同一个现象，即具有在紫外区域的波长的波。

为了完整性的目的，需要指出这样的事实，即在示出的示例中，之字形部件31、32相同不应被理解为诸如意味着这是必要的。重要的是之字形部件31、32能够实现充分的混合并避免近路，使得流体的紫外线处理可以有效。

在根据本发明的设备1中具有诸如图4中所示的流动直化元件40是有利的，但是应当理解该元件40不构成设备1的必不可少的元件。

本发明可以总结为如下。一种设备1，包括：机壳10，具有用于包含流体的内部空间11；入口12，用于让流体进入机壳10；出口13，用于让流体流出机壳10；布置在机壳10内的元件20；以及也布置在机壳10内的装置31、32，用于围绕所述元件20，从所述机壳10的入口侧向所述机壳10的出口侧引导流体。所述流体引导装置包括沿所述元件20的至少一部分延伸的两个之字形部件31、32，沿着之字形部件31、32在元件20的轴向上的总长度来看，之字形部件31、32作为组合提供对所述元件20在圆周方向即围绕所述元件20的方向的完全覆盖，其中之字形部件31、32在圆周方向上部分地重叠。

之字形部件31、32定尺寸和成形为使得不存在机壳10的入口侧和出口侧之间的近路。当元件例如为用于发出紫外光的源20时，确保了流过机壳10的流体的所有流体元素暴露于光到这样的程度，即使得流体中存在的细菌被消灭，这是因为流体元素不能跟随从入口到出口的或多或少直而且快的路径，并且被强迫重复地从源20的一侧向另一侧移动，使得它不可能总是处于在机壳10的内壁14处的区域中，该区域是辐照度等级最低的区域。一般来说，之字形部件31、32的形状被选择为使得用紫外光处理流体或者类似过程的有效性最高。