УСТРОЙСТВО, СОДЕРЖАЩЕЕ ИСТОЧНИК ДЛЯ ИСПУСКАНИЯ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО СВЕТА
DEVICE COMPRISING ULTRAVIOLET LIGHT EMITTING SOURCE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству, содержащему источник для испускания ультрафиолетового света, вход для ввода текучей среды в устройство, выход для вывода текучей среды из устройства и средства для осуществления выпрямления потока текучей среды через устройство, в котором средства выпрямления потока расположены на пути потока текучей среды от входа до выхода.
Предшествующий уровень техники
Хорошо известным примером устройства, определение которому дано в предшествующем абзаце, является устройство для дезинфекции воды, в котором элемент, который расположен внутри корпуса, представляет собой источник, например лампу, для испускания ультрафиолетового света, в частности, типа, обычно именуемого UV-C. Воздействие ультрафиолетового света на зараженную воду оказывает очищающий эффект в отношении воды, в основе чего лежит тот факт, что UV-C-свет способен стерилизовать микроорганизмы. Для применения в быту ультрафиолетовый источник обычно заключают в прозрачную удерживающую конструкцию, обеспечивающую возможность требуемого воздействия источника на воду.
2
2
Для обеспечения достаточного обеззараживающего действия ультрафиолетовое дезинфицирующее устройство должно давать определенную дозу ультрафиолета, выраженную в Дж/м. Доза задается интенсивностью облучения (Вт/м), помноженной на время пребывания (с) бактерий в устройстве. Время пребывания, как указано, определяется траекторией течения воды, а уровень облучения определяется типом применяемого ультрафиолетового источника.
Применение средств выпрямления потока в устройстве дезинфекции воды известно, например, из EP 1837309. Известные средства выпрямления потока содержат элемент цилиндрической формы, который снабжен рядом перфорированных листов, причем каждый из листов содержит решетку из тонких пластин с отверстиями в форме звезды. Перфорированные листы формируют, подвергая заготовочный лист процессу пробивки отверстий и подвергая полученный перфорированный лист процессу вытягивания. Тонкие пластины и отверстия расположены регулярным образом, и листы расположены параллельно, так чтобы формировать стопку особым образом, т.е. так, чтобы структуры тонких пластин и отверстий смежных листов имели определенное смещенное расположение.
При разработке устройства дезинфекции воды необходимо иметь в виду, что излучение ультрафиолетового источника затухает линейно или в зависимости от степени абсорбции линейно и экспоненциально вдоль радиального расстояния до источника. Вследствие данного факта, чтобы достичь желаемой эффективности устройства, предпочтительно предпринимать меры по обеспечению того, чтобы имело место радиальное смешение водных элементов. При обеспечении радиального смешения предполагается, что все водные элементы проходят на весьма коротком расстоянии от ультрафиолетового источника в некоторой точке. Уровни облучения вблизи источника настолько велики, что короткое воздействие на бактерии поблизости от источника достаточно для их удаления.
Из вышеизложенного следует, что радиальное смешение представляет собой способ достижения требуемой дозы при ограниченном времени воздействия или при компактной конструкции. Однако когда применяется радиальное смешение, необходимо принимать во внимание несколько аспектов. Во-первых, смешивающий элемент до некоторой степени закрывает ультрафиолетовый источник и тем самым приводит к уменьшению уровня облучения. Таким образом, применение смешивающего элемента лишь тогда полезно, когда прирост уровня дозы в результате улучшенного профиля потока превосходит потери в результате меньшего уровня облучения. Также могут быть использованы прозрачные смешивающие элементы, но такие средства должны быть устойчивы к ультрафиолетовому свету и не могут быть слишком хрупкими (стекло). Возможно использование расположенных выше по течению статических смешивающих элементов, которые не оказывают уменьшающего эффекта на уровень облучения, но в таком случае уровень смешения затухает вдоль длины устройства. Следовательно, в таком случае наибольшее радиальное смешение происходит в области входа в устройство, тогда как смешение, и конкретнее радиальное смешение, в области ниже по течению может быть минимальным или отсутствовать. Во-вторых, фактически устройства дезинфекции воды используются большей частью в областях, где давление в водопроводном кране мало. Добавление смешивающего элемента может приводить к нежелательным высоким перепадам давления.
Другая проблема, с которой сталкиваются в области устройств дезинфекции воды, заключается в том, что могут присутствовать так называемые укорочения. Укорочения представляют собой пути течения потока, ведущие непосредственно от входа к выходу. Бактерии, следующие по данным укорочениям, имеют весьма короткое время пребывания. В особенности когда укорочения преобладают во внешнем радиусе участка, где расположен ультрафиолетовый источник, будучи отдалены от ультрафиолетового источника, где в данном положении уровни облучения наименьшие, результатом являются весьма низкие уровни доз. Укорочения обычно вызываются определенными условиями притока и/или неадекватным смешением.
Сущность изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить решение вышеизложенной в общих чертах проблемы. В частности, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить устройство, содержащее ультрафиолетовый источник и средства регулирования потока текучей среды, через устройство так, чтобы имелось меньше укорочений или они отсутствовали вовсе, чтобы такие средства были легкими в изготовлении и недорогими.
Согласно настоящему изобретению обеспечено устройство, которое содержит источник для испускания ультрафиолетового света, вход для ввода текучей среды в устройство, выход для вывода текучей среды из устройства и средства для осуществления выпрямления потока текучей среды через устройство, при этом средства выпрямления потока расположены на пути потока текучей среды от входа до выхода, и средства выпрямления потока содержат по меньшей мере один элемент, имеющий входные отверстия для ввода текучей среды на одной стороне и выходные отверстия для вывода текучей среды на другой стороне, причем каждое входное отверстие сообщается с множеством выходных отверстий, а указанный элемент содержит лабиринт случайным образом расположенных взаимосвязанных отверстий для реализации множества случайных каналов для флюида по всему элементу, при этом элемент выполнен с возможностью осуществления действия по выпрямлению потока в одной из впускной области и выпускной области устройства.
Таким образом, в устройстве согласно настоящему изобретению использован по меньшей мере один элемент выпрямления потока, при этом элемент выпрямления потока имеет входные отверстия для ввода текучей среды на одной стороне и выходные отверстия для вывода текучей среды на другой стороне, при этом каждое входное отверстие сообщается с множеством выходных отверстий. Может быть даже так, что каждое входное отверстие сообщается со всеми выходными отверстиями. На первый взгляд, действительная реализация такого элемента выпрямления потока может показаться затруднительной, и дополнительным достижением настоящего изобретения является именно то, что предложены практические варианты осуществления. В частности, практические примеры элемента выпрямления потока включают в себя вариант осуществления элемента выпрямления потока, содержащий пенообразный материал, и вариант осуществления элемента выпрямления потока, согласно которому элемент выпрямления потока имеет форму наподобие вязаной сетки, например сетки из нержавеющей стали. В общем, элемент выпрямления потока содержит лабиринт случайным образом расположенных взаимосвязанных отверстий для реализации множества случайных гидравлических каналов по всему элементу. Более того, в общем, элемент выпрямления потока может иметь внешний вид, похожий на клубок ниток.
Что касается материала элемента выпрямления потока, следует отметить, что он может быть любым подходящим типом материала, включая материал, имеющий свойства отражения ультрафиолетового света, и что он может представлять собой по меньшей мере один из металлического материала, керамического материала и стеклянного материала. Применение металла также допускает возможность того, что элемент выпрямления потока будет частью электрической цепи для электроснабжения ультрафиолетового источника, такого как лампа. Примером ситуации, в которой это было бы преимущественным, является использование эксимерной лампы, описанной в EP 0697374.
Другим вариантом материала для элемента выпрямления потока является углерод. Например, элемент выпрямления потока может содержать отсек гранулированного углерода или углеродный блок. Углерод способен осуществлять диффузионный эффект в потоке текучей среды, выполняя при этом очищающую функцию в отношении текучей среды. Более того, углерод способен удалять примеси, которые могут, находясь в текучей среде, оказывать негативный эффект на ультрафиолетовый источник. Также углерод может быть использован в качестве фильтра для удаления озона, что может быть весьма уместно в контексте применения ультрафиолетового источника.
Элемент выпрямления потока может содержать медно-цинковый сплав, который особенно подходит для использования в случае очистки воды от хлора. Также элемент выпрямления потока может быть выполнен как ионообменник или мембрана.
Согласно изобретению элемент, имеющий входные отверстия и выходные отверстия, в котором каждое входное отверстие сообщается с множеством выходных отверстий, возможно со всеми выходными отверстиями, применяется для осуществления выпрямляющего действия в отношении потока текучей среды, так что возможно получить регулируемый поток текучей среды через устройство, содержащее ультрафиолетовый источник, например регулируемый входящий поток в облучаемый участок и выходящий поток из облучаемого участка. В любом случае, согласно настоящему изобретению элемент выпрямления потока не содержит пластину, имеющую определенную структуру каналов, или сборку (параллельных) перегородок, например, как в случае, когда каждое входное отверстие сообщалось бы не более чем с одним выходным отверстием. В данном отношении следует отметить, что пример традиционной ситуации, при которой разделительная перегородка, имеющая определенную структуру рисунка отверстий, используется для ламинаризации потока воды, может быть найден в публикации US 2006/0192136. Поскольку элемент выпрямления потока по настоящему изобретению имеет лабиринт случайным образом расположенных взаимосвязанных отверстий, в элементе совсем отсутствуют явно выраженные каналы, и текучая среда в обычной ситуации не будет течь по прямому пути от входного отверстия к выходному отверстию.
На основании наличия множества каналов для флюида элемент выпрямления потока устройства по настоящему изобретению имеет пористую структуру, так что потери давления текучей среды, протекающей через элемент, малы. Другое преимущество применения элемента выпрямления потока состоит в том, что влияние изменений в условиях на входе может быть сведено к минимуму. Локальные высокие скорости, превалирующие в потоке текучей среды, могут быть ослаблены. Элемент выпрямления потока может быть установлен выше по течению и/или ниже по течению относительно ультрафиолетового источника, так что на уровень облучения от источника не должно оказываться влияние. В общем, может быть реализован весьма компактный, рентабельный элемент выпрямления потока.
Помимо функции выпрямления потока элемент выпрямления потока может также иметь экранирующую функцию. В частности, элемент выпрямления потока может быть расположен в положении для экранирования по меньшей мере одной области устройства от ультрафиолетового света, который испускается ультрафиолетовым источником в ходе работы устройства. Когда элемент выпрямления потока применяется для выполнения экранирующей функции, отсутствует несовместимость между экранирующей функцией, с одной стороны, и функцией предоставления возможности потоку протекать - с другой стороны, вследствие пористой природы элемента. Следовательно, поток текучей среды через элемент действительно испытывает сильное влияние присутствия элемента наряду с тем, что отсутствует необходимость в прямом канале, ведущем от одной стороны элемента к другой стороне, который может ухудшить экранирующую функцию элемента.
В практическом варианте осуществления устройство по настоящему изобретению представляет собой устройство для дезинфекции воды, которое содержит удлиненную ультрафиолетовую лампу, проходящую из водовпускной области устройства до водовыпускной области устройства, при этом средства выпрямления потока содержат два элемента выпрямления потока, один из которых расположен на водовпускной стороне устройства, а второй расположен на водовыпускной стороне устройства. Ультрафиолетовая лампа может иметь трубчатую форму и может представлять собой любую подходящую лампу для испускания ультрафиолетового света, например типа, известного как UV-C. Основываясь на том факте, что элементы выпрямления потока могут иметь экранирующую функцию помимо функционирования в качестве выпрямителей потока, размещение элементов выпрямления потока определяет размещение облучаемого участка в устройстве и длину этого участка. Другой дополнительной функцией элементов выпрямления потока может являться функция приемных концов лампы и функция удерживания лампы в устройстве. Более того, лампа может быть расположена таким образом, чтобы проходить через элементы выпрямления потока. В такой ситуации, чтобы гарантировать, что ультрафиолетовый свет не сможет достичь участков устройства, находящихся вне облучаемого участка, предпочтительно располагать дополнительными средствами, чтобы закрыть концы лампы.
Также в случае, если лампа не проходит через элементы выпрямления потока, предпочтительно располагать средствами, чтобы закрыть центральную часть другой стороны элемента выпрямления потока, отличающейся от стороны, которая обращена к облучаемому участку. Причина необходимости в таких средствах заключается в том, что в центральной области элемента выпрямления потока пропускание ультрафиолетового света является наибольшим вследствие того, что лучи света входят в элемент выпрямления потока под относительно большими углами отражения в центральной области. Применение средств для закрытия центральной части позволяет избежать пропускания слишком большого количества ультрафиолетового света в область, которая экранирована от ультрафиолетового света элементом выпрямления потока. Более того, на водовпускной стороне, допуская, что устройство имеет центральный вход для воды, средства могут иметь дополнительную функцию уменьшения удара струи из центрального входа и усиления распределения потока воды по всей впускной поверхности облучаемого участка. Упомянутые средства содержат, например, металлическую пластину, которая имеет закрытую центральную часть и ряд спиц, проходящих из центральной части. Для полноты следует отметить, что также возможно располагать средствами для закрытия центральной части стороны элемента выпрямления потока, которая обращена к облучаемому участку.
Благодаря применению элементов выпрямления потока в качестве экранирующих элементов на обоих концах лампы удается добиться того, что ультрафиолетовый свет, который испускается лампой в ходе работы, не может достичь других участков в отличие от облучаемых участков. Элементы выпрямления потока блокируют ультрафиолетовый свет и, следовательно, возможно использовать любой желаемый тип герметизирующих средств, опор и строительных материалов, которые могут быть менее стойкими к ультрафиолетовому свету и которые, следовательно, могут быть относительно дешевыми. Более того, элементы выпрямления потока допускают протекание воды, причем сказывается выпрямляющий эффект в отношении потока воды, но не происходит нарушение структуры потока. Потери давления низки, и при этом может быть достигнут оптимальный выход дозы. В общем, элементы выпрямления потока способны одновременно обеспечивать оптимальное экранирование и разнообразные преимущественные эффекты в отношении потока воды. Когда элемент выпрямления потока применяется на водовпускной стороне, колебания скорости на входе гасятся весьма эффективно. Чтобы получить поток воды, который дополнительно оптимизирован, устройство по настоящему изобретению может быть оборудовано средствами для разделения потока текучей среды, при этом данные средства расположены в положении между входом для воды и элементом выпрямления потока, расположенным на водовпускной стороне, и/или средствами для сведения потока текучей среды, при этом данные средства расположены в положении между выходом для воды и элементом выпрямления потока, расположенным на водовыпускной стороне.
Вышеописанные и другие аспекты настоящего изобретения будут очевидны из нижеследующего подробного описания ряда вариантов осуществления устройства дезинфекции воды по настоящему изобретению.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение далее будет пояснено более подробно со ссылкой на чертежи, на которых эквивалентные или подобные части обозначены одинаковыми ссылочными позициями и на которых:
Фиг.1 схематически изображает первый вариант осуществления устройства дезинфекции воды по настоящему изобретению;
Фиг.2 изображает деталь элемента выпрямления потока, который представляет собой часть устройства, показанного на Фиг.1;
Фиг.3 иллюстрирует различия между структурой потока в традиционной конструкции для выпрямления потока, имеющей каналы с непрерывными стенками, и структурой потока в конструкции по настоящему изобретению;
Фиг.4 и Фиг.5 иллюстрируют, как элемент выпрямления потока может быть использован для удерживания лампы в устройстве;
Фиг.6 схематически изображает второй вариант осуществления устройства дезинфекции воды по настоящему изобретению;
Фиг.7 схематически изображает третий вариант осуществления устройства дезинфекции воды по настоящему изобретению;
Фиг.8 схематически изображает пластину для регулирования потока, которая может быть использована в устройстве, показанном на Фиг.7; и
Фиг.9 иллюстрирует расположение двух пластин для регулирования потока в устройстве, показанном на Фиг.7.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
На Фиг.1 показан первый вариант 1 осуществления устройства дезинфекции воды по настоящему изобретению. Устройство 1 дезинфекции воды содержит следующие компоненты: корпус 10; источник 20 для испускания ультрафиолетового света, который в данном примере представляет собой ультрафиолетовую лампу 20 и который расположен во внутреннем пространстве 11 корпуса; вход 30 для ввода воды, подлежащей обработке посредством действия ультрафиолетового излучения на внутреннее пространство 11 корпуса 10; выход 40 для вывода воды из корпуса 10; и два элемента 51, 52 выпрямления потока, при этом один элемент 51 выпрямления потока, который будет далее называться впускным элементом 51 выпрямления потока, расположен на впускной стороне устройства 1 дезинфекции воды, то есть в положении вблизи входа 30, и при этом другой элемент 52 выпрямления потока, который будет далее называться выпускным элементом 52 выпрямления потока, расположен на выпускной стороне устройства 1, то есть в положении вблизи выхода 40.
Ультрафиолетовая лампа 20 расположена в области устройства 1 дезинфекции воды, которая ограничена элементами 51, 52 выпрямления потока и которая будет далее называться облучаемой областью 12. Впускной элемент 51 выпрямления потока имеет функцию экранирования впускной области 13 устройства 1, то есть области, где расположен вход 30, от воздействия ультрафиолетового света, который испускается ультрафиолетовой лампой 20 в ходе работы, и выпускной элемент 52 выпрямления потока имеет функцию экранирования выпускной области 14 устройства 1, то есть области, где расположен выход 40, от воздействия ультрафиолетового света. Принимая во внимание тот факт, что нормальная работа устройства 1 включает в себя течение воды от входа 30 к выходу 40, элементы 51, 52 выпрямления потока являются проницаемыми для воды. Более того, элементы 51, 52 выпрямления потока приспособлены для осуществления выпрямления потока в отношении потока воды, как будет пояснено далее.
То, каким образом работает устройство 1 дезинфекции воды, будет объяснено в нижеследующем описании. Вода, которая подлежит обработке ультрафиолетовым светом для дезинфекции воды, подается в устройство 1 через вход 30. Вода течет от впускной области 13 к облучаемой области 12 через впускной элемент 51 выпрямления потока. В облучаемой области 12 вода подвергается действию ультрафиолетового света, который испускается ультрафиолетовой лампой 20, в результате чего достигается микробиологическая дезинфекция воды. Дезинфицированная вода покидает устройство 1, проходя через выпускной элемент 52 выпрямления потока к направлению выпускной области 14, протекая к выходу 40 и в конечном счете вытекая через выход 40.
Настоящее изобретение относится к элементам 51, 52 выпрямления потока. Данные элементы 51, 52 выполняют две функции, которые кажутся несовместимыми. Основная функция элементов 51, 52 заключается в том, чтобы обеспечить возможность прохода воды от одной стороны элемента 51, 52 к другой стороне и осуществить выпрямляющее действие в отношении потока воды в процессе работы. Во-вторых, имеется функция экранирования впускной области 13 и выпускной области 14 от ультрафиолетового излучения. Причиной необходимости наличия экранирующей функции в устройстве 1 дезинфекции воды является тот факт, что вследствие этого создается возможность применения дешевых материалов во впускной области 13 и в выпускной области 14, ввиду того факта, что нет необходимости в том, чтобы материалы были стойкими к ультрафиолетовому излучению. Во впускной области 13 и в выпускной области 14 присутствуют компоненты, такие как герметизирующие средства и опоры (не показаны), и предпочтительно чтобы данные компоненты были изготовлены из полимерных материалов.
Элементы 51, 52 выпрямления потока устройства 1 по настоящему изобретению отличаются от сопоставимых элементов, известных в данной области. В частности, элементы 51, 52 выпрямления потока не выполнены в виде пластин, имеющих одно или более отверстий, служащих для обеспечения прохождения воды. Вместо этого каждое входное отверстие элементов 51, 52 выпрямления потока гидравлически сообщается с множеством выходных отверстий, так что реализуется структура, в которой множество гидравлических каналов проходит от каждого входного отверстия. Например, элементы 51, 52 выпрямления потока могут иметь внешний вид, похожий на клубок ниток, и могут содержать пенообразный материал или могут иметь сетчатую структуру. На Фиг.2 показан пример структуры элементов 51, 52 выпрямления потока, при этом элемент 51, 52 выпрямления потока имеет петельчатую сетку. Материалом элемента 51, 52 выпрямления потока может быть, например, нержавеющая сталь. В любом случае нет необходимости в том, чтобы элемент 51, 52 выпрямления потока представлял собой дорогостоящий элемент, хотя, тем не менее, возможно достичь превосходных результатов выпрямления потока.
Фиг.3 иллюстрирует различия между структурой потока в традиционной конструкции для выпрямления потока, имеющей каналы с непрерывными стенками, и структурой потока в конструкции по настоящему изобретению. Слева на фигуре проиллюстрирована традиционная ситуация на основании двух примеров. В первом примере используется множество прямых каналов 55, имеющих непрерывные закрытые стенки. Поток воды через один из каналов 55 показан стрелкой. Ясно, что траектория воды от одной стороны (A) структуры до другой стороны (B) структуры определяется непрерывными закрытыми стенками. Следовательно, в традиционной ситуации траектория течения проходит от одного входного отверстия 56 до одного выходного отверстия 57. Данный факт также обнаруживается в другом примере, в котором используется множество изогнутых каналов 55, имеющих непрерывные закрытые стенки. В данном случае хотя каналы 55 изогнуты, также возможно точно предсказать, в каком выходном отверстии 57 водный элемент будет покидать структуру, если известно входное отверстие 56, через которое водный элемент входит в структуру.
Справа на Фиг.3 проиллюстрирована ситуация по настоящему изобретению. В структуре по настоящему изобретению невозможно распознать каналы, имеющие непрерывные стенки, которые проходят вдоль всей длины структуры от одного входного отверстия 56 до одного выходного отверстия 57. Вместо этого структура представляет собой разновидность лабиринта, в котором все входные отверстия 56 сообщаются со всеми выходными отверстиями 57. В такой структуре водный элемент, который движется от одной стороны (A) структуры к другой стороне (B), может избрать один из разнообразных путей в зависимости от того (скорость, направление), каким образом водный элемент поступает во входное отверстие 56. На Фиг.3 показаны два различных пути течения через структуру по настоящему изобретению, где траектории течения указаны стрелкой. Основное преимущество структуры по настоящему изобретению заключается в том, что колебания условий на входе могут быть погашены. Следовательно, с одной стороны, структура по настоящему изобретению является пористой, так что падение давления через структуру может быть минимальным, и, с другой стороны, обладает превосходными характеристиками выпрямления потока.
Длина в направлении потока и пористость элемента 51, 52 выпрямления потока могут быть выбраны так, чтобы функция выпрямления потока и функция экранирования являлись максимальными, в то время как потери давления в потоке воды были минимальными. Более того, возможно использовать элемент 51, 52 выпрямления потока в качестве опоры ультрафиолетовой лампы 20, так что отсутствует необходимость в дополнительных опорных элементах или требуется, по меньшей мере, меньше дополнительных опорных элементов. Данная возможность проиллюстрирована на Фиг.4 и 5, где показано, как элемент 51, 52 выпрямления потока может быть снабжен центральной полостью 53 и как конец ультрафиолетовой лампы 20 может быть вставлен в данную полость 53.
На Фиг.6 показан второй вариант 2 осуществления устройства дезинфекции воды по настоящему изобретению. Устройство 2 дезинфекции воды по второму варианту осуществления настоящего изобретения напоминает в значительной степени устройство 1 дезинфекции воды по первому варианту осуществления. Тем не менее, имеется различие, которое заключается в том, что устройство 2 дезинфекции воды по второму варианту осуществления включает в себя диффузор 15 потока во впускной области 13, тогда как устройство 1 дезинфекции воды по первому варианту осуществления его не содержит. Необязательный диффузор 15 потока расположен выше по течению относительно впускного элемента 51 выпрямления потока и его функция состоит в расширении контролируемым образом потока воды в направлении элемента 51 выпрямления потока. Также имеется возможность того, чтобы регулируемые средства сжатия потока (не показаны) в направлении выхода 40 устройства 1, 2 дезинфекции воды были обеспечены и расположены в выпускной области 14, то есть вниз по течению относительно выпускного элемента 52 выпрямления потока. Использование диффузора 15 потока и/или таких средств способствует плавности течения воды через устройство 1, 2 дезинфекции воды, что способствует эффективности обработки ультрафиолетовым светом.
На Фиг.7 показан третий вариант 3 осуществления устройства дезинфекции воды по настоящему изобретению. В данном варианте осуществления концы ультрафиолетовой лампы 20 проходят по всей длине через элементы 51, 52 выпрямления потока. Другими словами, элементы 51, 52 выпрямления потока окружают концы ультрафиолетовой лампы 20. Преимущество данной конфигурации состоит в том, что опорная функция элементов 51, 52 выпрямления потока в отношении ультрафиолетовой лампы 20 является оптимальной, при этом в данном случае определенно нет необходимости в использовании других опорных элементов.
Ультрафиолетовый свет, который поступает в гидравлические каналы элемента 51, 52 выпрямления потока в положении, вблизи наружной окружности элемента 51, 52 выпрямления потока, проходит относительно большое расстояние через воду, если ультрафиолетовая лампа 20 имеет центральное расположение относительно элемента 51, 52 выпрямления потока, как в случае проиллюстрированных примеров. Питьевая вода имеет коэффициент пропускания ультрафиолета примерно 0,99 на 1 мм, то есть 1% испущенного ультрафиолетового света абсорбируется по прохождении 1 мм. Таким образом, свет который прошел 50 мм, например, от ультрафиолетовой лампы 20 к внешним гидравлическим каналам элемента 51, 52 выпрямления потока, теряет примерно 40% излучения. Вследствие внутренних отражений в элементе 51, 52 выпрямления потока уровень облучения дополнительно уменьшается. В данном отношении следует отметить, что металлические поверхности могут отражать падающий ультрафиолетовый свет в количестве вплоть до примерно 60%. Свет, который излучен ближе к элементу 51, 52 выпрямления потока, не теряет большого количества интенсивности излучения по причине абсорбции водой. Однако поскольку угол отражения таких световых лучей меньше, значительная потеря интенсивности излучения происходит в любом случае вследствие отражения. Это означает, что несмотря на тот факт, что некоторые световые лучи поступают во внешние гидравлические каналы элемента 51, 52 выпрямления потока с относительно высокой мощностью ультрафиолета, отражение служит причиной того, что данная мощность уменьшается на коротких расстояниях.
Пропускание ультрафиолетового света возрастает от гидравлических каналов у наружной окружности каждого элемента 51, 52 выпрямления потока к гидравлическим каналам ближе к центральной оси каждого элемента 51, 52 выпрямления потока. Пропускание является наибольшим для света, поступающего в гидравлические каналы в центральной области каждого элемента 51, 52 выпрямления потока. Часть пропущенного света по центральной области каждого элемента 51, 52 выпрямления потока обусловлена световыми лучами, приходящими под большими углами отражения. Поскольку как уровни абсорбции, так и уровни отражения таких световых лучей низки, потеря мощности ультрафиолета невелика. Уровень облучения в центральной области может быть снижен помещением пластины, например металлической пластины, которая закрыта в центральной области, выше и ниже по течению относительно соответственно впускного элемента 51 выпрямления потока и выпускного элемента 52 выпрямления потока. Пример такой пластины 60 показан на Фиг.8. Помимо закрытой центральной части 61 пластина 60 содержит спицы 62, проходящие от центральной части 61, так что пластина 60 в действительности вряд ли затрудняет течение воды вне центральной области элемента 51, 52 выпрямления потока, у которого она расположена. В показанном примере пластина 60, более того, включает в себя внешнее кольцо 63. Расположение пластин 60 в устройстве 3 очистки воды по настоящему изобретению проиллюстрировано на Фиг.9. На впускной стороне применение пластины 60 дает дополнительное преимущество, поскольку пластина 60 имеет функцию уменьшения удара струи, приходящей из входа 30, и усиления распределения потока воды по всей впускной поверхности облучаемой области 12.
Для полноты картины необходимо отметить, что показанная пластина 60 представляет собой лишь один пример многих возможностей в отношении средств, которые подходят для блокировки ультрафиолетового излучения в менее эффективных областях элементов 51, 52 выпрямления потока и которые разработаны так, чтобы не нарушать структуру потока воды.
В отношении элемента 51, 52 выпрямления потока, описанного выше, следует отметить, что как потеря давления потока воды через элемент 51, 52 выпрямления потока, так и проникновение ультрафиолетового света через элемент 51, 52 выпрямления потока могут быть сведены к минимуму. Двумя значимыми свойствами элемента 51, 52 выпрямления потока в данном контексте являются длина элемента 51, 52 выпрямления потока и размер пор материала элемента 51, 52 выпрямления потока. Для размера пор может быть применено следующее проектировочное правило:
<mrow><mfrac><mi>t</mi><mi>d</mi></mfrac><mo>≥</mo><mn>0,03</mn><mi>Re</mi></mrow>
,
где t представляет собой толщину элемента 51, 52 выпрямления потока; d представляет собой размер пор материала элемента 51, 52 выпрямления потока; и Re представляет собой число Рейнольдса в порах, которое задается следующим соотношением:
<mrow><mi>Re</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>v</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>D</mi><mi>o</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>D</mi><mi>i</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mi>υ</mi></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>4</mn><mi>Q</mi></mrow><mrow><mi>π</mi><mi>υ</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>D</mi><mi>o</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>D</mi><mi>i</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mfrac></mrow>
,
ν
o
i
<mi>υ</mi>
где  представляет собой скорость текучей среды; D представляет собой внешний диаметр элемента 51, 52 выпрямления потока или диаметр облучаемого участка 12; D представляет собой внутренний диаметр элемента 51, 52 выпрямления потока или диаметр ультрафиолетовой лампы;
представляет собой кинематическую вязкость; и Q представляет собой скорость потока текучей среды.
Чтобы свести к минимуму проникновение ультрафиолетового света, t/d является предпочтительно насколько возможно большим, тогда как для сведения к минимуму потери давления t/d должно быть по возможности наименьшим. Ввиду этого в практических ситуациях применимо следующее:
<mrow><mn>1</mn><mo>≤</mo><mfrac><mi>t</mi><mi>d</mi></mfrac><mo>≤</mo><mn>500</mn></mrow>
<mrow><mn>1</mn><mo>≤</mo><mfrac><mi>t</mi><mi>d</mi></mfrac><mo>≤</mo><mn>150</mn></mrow>
<mrow><mn>5</mn><mo>≤</mo><mfrac><mi>t</mi><mi>d</mi></mfrac><mo>≤</mo><mn>50</mn></mrow>
, предпочтительно
, предпочтительно
.
Вместо размера пор в качестве проектировочного параметра может быть выбрана пористость p материала элемента 51, 52 выпрямления потока. Например, пористость p=0,9 означает, что 90% структуры открыто. Следующие диапазоны могут быть приняты во внимание:
<mrow><mn>5</mn><mo>≤</mo><mfrac><mi>t</mi><mi>p</mi></mfrac><mo>≤</mo><mn>500</mn></mrow>
<mrow><mn>25</mn><mo>≤</mo><mfrac><mi>t</mi><mi>p</mi></mfrac><mo>≤</mo><mn>250</mn></mrow>
, предпочтительно
,
где t имеет размерность, мм.
o
o
Другим важным проектировочным параметром для блокировки ультрафиолетового света, присущего материалу элемента 51, 52 выпрямления потока, является отношение длины лампы 20 к внешнему диаметру элемента 51, 52 выпрямления потока, L/D, где L представляет собой длину лампы 20, а D представляет собой внешний диаметр элемента 51, 52 выпрямления потока. Применимым является следующий диапазон данного отношения:
<mrow><mn>0,5</mn><mo>≤</mo><mfrac><mi>L</mi><mrow><msub><mi>D</mi><mi>o</mi></msub></mrow></mfrac><mo>≤</mo><mn>10</mn></mrow>
<mrow><mn>0,5</mn><mo>≤</mo><mfrac><mi>L</mi><mrow><msub><mi>D</mi><mi>o</mi></msub></mrow></mfrac><mo>≤</mo><mn>5</mn></mrow>
, предпочтительно
.
Следует отметить, что испытания доказали, что возможно достижение ситуации, при которой ультрафиолетовый свет полностью блокируется элементом 51, 52 выпрямления потока, который представлен в форме петельчатой сетки из нержавеющей стали. При испытаниях использовали петельчатые сетки из нержавеющей стали от KnitMesh Ltd, Гринфилд, Великобритания. Петельчатые сетки имели диаметр 42 мм и толщину 20 мм. Было найдено, что в случае петельчатой сетки, которая имеет проницаемость 85% или менее, несомненно, ультрафиолетовый свет полностью блокируется.
Специалисту в данной области будет ясно, что объем настоящего изобретения не ограничен примерами, обсужденными в вышеизложенном описании, но несколько изменений и модификаций изобретения возможны в пределах объема настоящего изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения. Хотя настоящее изобретение проиллюстрировано и описано подробно с использованием чертежей и данного описания, такое иллюстрирование и описание должны рассматриваться лишь как иллюстративные или служащие примером, но не как ограничительные. Настоящее изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления.
Изменения в раскрытых вариантах осуществления могут быть поняты и произведены специалистом в данной области при реализации на практике заявленного изобретения, в результате изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения. В пунктах формулы изобретения слово “содержащий” не исключает других этапов или элементов, и неопределенная форма единственного числа при существительном не исключает множественности. Сам факт того, что некоторые меры приведены во взаимно отличающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что сочетание данных мер не может быть использовано для достижения преимущества. Любые ссылочные позиции в пунктах формулы изобретения не должны истолковываться как ограничивающие объем настоящего изобретения.
В общем, настоящее изобретение применимо в устройствах, в которых расположен источник для генерации/испускания ультрафиолетового света и в которых имеется поток текучей среды во время работы устройства, в котором важно управлять потоком текучей среды средствами выпрямления потока. Для полноты картины необходимо отметить, что факт того, что вода упоминается в качестве примера текучей среды, не должен пониматься таким образом, что он означает, что настоящее изобретение ограничено таким типом текучей среды. Более того, следует отметить, что в контексте данного описания термины “ультрафиолетовый свет” и “ультрафиолетовое излучение” используются для указания на одно и то же явление, а именно в отношении волн, имеющих длину волны в ультрафиолетовой области.
Не является обязательным то, чтобы средства выпрямления потока устройства 1, 2, 3 по настоящему изобретению содержали два элемента 51, 52. Возможно также, чтобы только один элемент 51, 52 выпрямления потока использовался в устройстве 1, 2, 3, или же более двух в зависимости от требований конкретного случая. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере один элемент 51, 52 выпрямления потока был расположен на той стороне устройства 1, 2, 3, где присутствует вход текучей среды.
Возможно также, что элемент 51, 52 выпрямления потока используется только с целью защиты определенных областей 13, 14 от воздействия ультрафиолетового света, то есть чтобы иметь только экранирующую функцию и служить экранирующим элементом, при этом устройство, в котором расположен экранирующий элемент 51, 52, не обязательно представляет собой устройство 1, 2, 3, которое рассчитано на то, чтобы вмещать поток текучей среды. В любом случае устройство может быть определено следующим образом: устройство, содержащее источник 20 испускания ультрафиолетового света и средства 51, 52 для экранирования по меньшей мере одной области устройства от ультрафиолетового света, который испускается источником 20 во время работы устройства, при этом средства экранирования содержат по меньшей мере один элемент 51, 52, имеющий отверстия 56, 57 на разных сторонах (A, B), при этом каждое отверстие 56 на одной стороне (A) сообщается с множеством отверстий 57 на другой стороне (B).
Настоящее изобретение может быть кратко изложено следующим образом. Устройство 1, 2, 3 содержит источник 20 испускания ультрафиолетового света, вход 30 для ввода текучей среды в устройство 1, 2, 3, выход 40 для вывода текучей среды из устройства 1, 2, 3 и средства 51, 52 для осуществления выпрямляющего действия в отношении потока текучей среды через устройство 1, 2, 3. В реализуемых на практике ситуациях устройство 1, 2, 3 представляет собой устройство обработки текучей среды посредством воздействия на текучую среду ультрафиолетового света, например представляет собой устройство 1, 2, 3 дезинфекции воды.
Средства выпрямления потока содержат по меньшей мере один элемент 51, 52 выпрямления потока, имеющий входные отверстия 56 для ввода текучей среды на одной стороне (A) и выходные отверстия 57 для вывода текучей среды на другой стороне (B), при этом каждое входное отверстие 56 сообщается с множеством выходных отверстий 57 и при этом элемент 51, 52 содержит лабиринт случайным образом расположенных взаимосвязанных отверстий для реализации множества случайных гидравлических каналов по всему элементу 51, 52. В такой структуре водный элемент, который движется от одной стороны (A) элемента 51, 52 выпрямления потока к другой стороне (B), может избрать один из разнообразных путей, в результате чего колебания условий на входе могут быть погашены. Более того, элемент 51, 52 выпрямления потока приспособлен для осуществления действия по выпрямлению потока в одной из областей: во впускной области 13 и в выпускной области 14 устройства 1, 2, 3, и может иметь дополнительную функцию блокировки ультрафиолетового света.
Эффект выпрямления потока, создаваемый элементом 51, 52 выпрямления потока в отношении потока текучей среды, способствует эффективности обработки текучей среды. В практическом варианте осуществления элемент 51, 52 выпрямления потока содержит петельчатую сетку из нержавеющей стали, которая легка в производстве и относительно дешева.