CN101939261A

CN101939261A - 紫外水净化系统

Info

Publication number: CN101939261A
Application number: CN2008801065735A
Authority: CN
Inventors: 斯蒂芬·A.·延科
Original assignee: Water of Life LLC
Current assignee: Water of Life LLC
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2011-01-05
Also published as: JP2010540227A; EP2195276A2; MX2010003298A; CA2697430A1; US20090084734A1; ZA201001010B; TW200920416A; BRPI0817679A2; WO2009042406A2; RU2010105556A; US7862728B2; EP2195276A4; KR20100074139A; AU2008305352A1; WO2009042406A3

Abstract

便携式紫外-C(UVC)基水净化系统，使用新的挡板阵列以提高用于根除水病原体每单位的照射UVC光能的效率。UVC光能量的闭合回路反馈监控确保了高水平的根除病原体。该系统能够根除在全世界的天然淡水源中发现的广范围的水生细菌、病毒、原生动物、蠕虫、酵母菌和霉菌。系统预或后过滤器能够除去有害的有机化合物杀虫剂、无机化合物和重金属。该系统能够根除除水之外的流体中的病原体。能够将用于到达地理分布人群的低成本通信系统与该净化系统相结合并由该净化系统提供动力。在一种实施方案中，提供无线电分组通信系统，以在无线网通信系统中产生节点，以使用一排水净化器提供声音、数据视频和因特网信息，来产生无线网状网络。

Description

紫外水净化系统

发明领域

本发明涉及流体的净化，特别涉及水的净化。本发明的实施方案涉及水净化系统与通信系统的组合。

背景技术

今日世界上的主要死因是水传染疾病。世界范围内超过2.3亿人患有与水有关的疾病，3亿(300million)人重病，每年死亡220万人，主要是5岁以下的儿童¹。这些人中的大多数以小于2美元/天生活，严重限制了其能够负担水净化的技术的范围。

同时，全世界的国家都每年使用较大百分比的淡水源，这降低了安全饮水的可用性，并提高了对有效水净化系统的需求。美国联邦人口基金(TheUnited Nations Population Fund)计划在2025年，如果保持现有的水消耗速度，全世界预计的79亿人口中的50亿人口将居住在缺乏安全水的区域。

在发展中国家发生了对饮用水大量不能满足的需求。发展中国家中的平均每人水消耗量为2加仑(7.6升)/人/天。对于发展中国家中典型的1000人村庄，饮用水需求为2000加仑(7600升)/天。很多现有的UVC水净化系统设计用于个人用户或小的人群，因此具有过低的流速不能供给这种每日水体积量。很多这些小型系统每加仑的价格过高，使其不适用于发展中国家。

其他水净化系统意于用作用于更大量的水体积的城市区域的固定基础设施，通常过于昂贵以使其不能在农村地区推广，尤其是因为发展中世界的农村地区通常缺乏这些大型装置操作所需的可靠的电力。本发明计划用于对大型大都市水净化装置成本适合的区域。该水净化系统的一种实施方案是便携式的且重量轻的，使其能够容易地输送到边缘地区或用于灾难救济或在紧急事件中快速开展。

¹联合国关于水和卫生的特别行动组(United Nations Task Force on Water and Sanitation 2003)

现有的饮水净化技术和系统

很多天然饮用水源都污染有水生病原体。全世界的湖泊、河流和小溪通常都包含能够造成严重健康问题的细菌、病毒和原生动物。甚至通常用作全世界的饮用水源的挖井和管井，在表面水污染该井引入水生病原体时，都可能在全世界的很多区域的雨季被地下水污染。如果该管井构造较差或维护较差，污染的地下水能够在更常见的基础上渗漏到该井中。

从简单和廉价的到非常复杂和昂贵的，存在很多水净化技术，最终在处理水生病原体、有机污染物和无机污染物的效能水平上具有宽的范围。一种简单和普通的技术是使水沸腾。对于世界上的很多部分，沸腾对于每天使用无法实施，因为需要大量的能量以及因为水可能将不能加热到完全沸腾或加热过短的时间以不能使该水生病原体失活或杀死。而且由于在沸腾方法过程中损失的水而使沸腾提高了在水中已经存在的重金属的浓度。

最近开发的技术是太阳能水消毒，或SODIS。与沸腾不同，SODIS仅依赖于太阳能使水消毒。SODIS是使用太阳能热和日光的组合使病原体失活或将其杀死的简单方法。SODIS是与1或2升塑料瓶(优选由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成，并优选在该瓶子的非阳光照射的背面上刷黑)一起使用的。将该瓶子完全充满水，并放置在太阳中的波纹钢板上。SODIS需要该水保持60℃-80℃最少4小时以除去病原体。在多云条件下，必须将该瓶子放置在太阳下连续两天。SODIS的实施非常廉价，但对病毒和原生动物并不是那么有效。经SODIS处理的水并不推荐给小于18个月的婴儿或具有慢性肠胃疾病的人群。该净化水的质量非常难于控制。该技术对于甚至部分阴影的情况也并不是那么有效。SODIS不杀死原生动物，例如小球隐孢子虫卵囊(cryptosporidiumparvum oocysts)。

其他更先进的水净化系统容易得到，但也具有限制。碘和氯都能有效根除大多数细菌、病毒和病原体。然而，小球隐孢子虫是几种重要性日益增加的抗氯病原体中的一种。小球隐孢子虫是能够对婴儿、老人和具有损害免疫系统的人群构成生命威胁的肠内病原体。典型地，在最初暴露发生很久之后隐孢子虫出现的症状要花费约7天。该疾病通常能够维持直至两周。用氯净化去除类似小球隐孢子虫卵囊和贾第鞭毛虫属是困难的，因为其需要高氯浓度的产品和作用时间。因为在饮用水中添加过多的氯能够造成对人体的器官损伤或死亡，因此能够用于将水消毒的氯浓度是有限的。因此，用氯消毒隐孢子虫属所需的时间通常也是被禁止的。

已经显示当将氯添加到具有有机污染物的水中时，如天然来源(例如河流、湖泊和小溪)中典型发现的那样，氯会产生有害的三卤甲烷。三卤甲烷也是环境污染物，很多(例如氯仿)被认为是致癌的。此外，如果水的pH值小于7.5，那么氯是无效的。如果该氯来自时间超过6个月的漂白瓶，那么其会丧失其效力。

如果长期使用，碘和氯能够在人体中造成副作用。经碘处理的饮用水并不适用于孕妇或超过50岁的女性或具有甲状腺问题的人们。

很多现代水净化系统使用氯胺代替氯，对该处理系统增加了提高的复杂性。

二氧化氯也用作杀死大多数细菌、病毒和病原体的净化剂。由于爆炸危险，其通常是在使用地点制备的，这提高了净化系统的复杂性和成本。二氧化氯净化产生了反应副产物，其毒性是未知的。

臭氧是对饮用水中所有类型的病原体的最有效消毒剂。其在水中留下最少或没有残余。然而，臭氧化系统的实施是昂贵的。

其他方法依赖于先进的陶瓷或膜代替消毒剂以将病原体从水中过滤掉。陶瓷过滤器用于过滤病原体是有效的，但由于水中的颗粒而使其可能容易堵塞。典型的陶瓷过滤器元件具有2-5微米尺寸的孔。因为细菌(例如霍乱和沙门氏菌)的尺寸典型地为0.2-1.0微米，细菌能通过很多这些过滤器。病毒(例如甲型和乙型肝炎、轮状病毒和诺瓦克病毒)典型地尺寸低于0.004微米，使其能够容易地通过该陶瓷过滤器元件。这些病毒和一些细菌甚至可以穿过反渗透净化器。

反渗透(RO)水净化器能够除去细菌、盐、糖、蛋白质、颗粒、染料、重金属、氯及相关副产物和分子量大于150-250道尔顿的其他污染物。该反渗透系统需要加压水，这是在发展中国家的很多地区无法获得的。反渗透膜可能结垢，除非将进入的水在反渗透系统之前仔细过滤。在该水具有高矿物含量的情况下(硬水)，该RO系统也可能需要RO净化器上游的水软化设备，以防止膜结垢。

有两种主要类型的RO膜：薄膜复合材料(TFC)和三乙酸纤维素(CTA)。TFC膜比CTA膜过滤出更多的污染物，但其更容易被氯损害。由于RO膜受到氯、铁、锰、硫化氢的降解以及细菌侵袭，通常在该RO系统之前需要沉降过滤器和颗粒活性炭(GAC)预过滤器。对于挥发性有机化合物(例如苯、MTBE、三氯乙烯、三卤甲烷)和氡，需要其他处理，例如GAC。

该RO过程是相当慢的，对于每加仑(3.8升)净化水可能需要3-10加仑(11.4-38升)的未处理水，这使其用于缺水的区域成为问题。在没有二次处理(例如对可能包含生物污染物(例如病毒和细菌)的水的UV处理)的情况下，RO水处理并不推荐使用。

UVC净化器通过通常使用释放253.7nm最高波长的低压汞灯照射水中的病原体来工作。其他UVC系统是基于中压汞灯的。目前存在很多不同类型的UVC水净化系统。

UVC具有在约200nm-280nm范围内的波长，也称作杀菌UV，因为证实其使非常宽范围的病毒、细菌、病原体、蠕虫、酵母菌和霉菌失活或将其杀死方面是有效的。UVC净化系统的优点是其能够处理用于所有人群部分的饮用水，与其他杀菌技术(例如碘和氯)不同。UVC系统在水中不留下残余的杀菌化合物。

很多难于杀死的病原体之一是小球隐孢子虫卵囊，其需要约200mJ/cm²的UV-C照射密度将其杀死。

因此，需要的是净化所有待处理水的水净化系统，其不需要昂贵的化学物质或将需要替换的过滤器，其产生能够被所有人(包括孕妇、小儿童和老年人)饮用的水，且其能够根据水中存在的杂质的类型和浓度而可以对该净化方法廉价地进行调节。

发明概述

依照本发明，紫外-C(UVC)基水净化系统使用新型挡板阵列以提高施加每单位UVC光能对水中病原体的根除效率。该系统能够处理在全世界的天然淡水源中发现的广范围的水生细菌、病毒、原生动物、蠕虫、酵母菌和霉菌。通过在该系统中增加预过滤器或后过滤器或臭氧化或过氧化氢，能够除去重金属、无机化合物、杀虫剂和/或有害的有机化合物。因为其能够处理大量全世界的水生病原体，因此可以使用该单一净化器系统有效处理全世界所有地方的饮用水中的水生病原体。

该系统的一种实施方案的新特征是使用非必要的用于监控灯功率输出以直接测定照射水平的闭环反馈系统。这能够通过光学二极管进行，或者间接通过用变流器或霍尔效应传感器对该UVC等电流或镇流器电流进行连续测定而进行。该反馈电路将实际功率与预设值进行比较，并且在如果该系统产生不足以失活或杀死该病原体的功率的情况下使用该比较情况来控制阀门停止或降低该水的流速。该系统可以装备有流速测定装置和数字或模拟控制系统。

依照本发明的一种实施方案，将充足量的UVC功率施加给该水以使小球隐孢子虫卵囊失活。本发明施加足够的UVC能量以使病原体细胞死亡。

依照本发明，将足够的UVC照射施加给水以使小球隐孢子虫卵囊失活并使该病原体细胞死亡。

现有技术(专利号6403030)教导能够使用较低的UVC功率水平代替使细胞死亡所需的较高的功率水平，在实验室条件下使隐孢子虫死亡。

在该失活过程中，该DNA的胸腺嘧啶碱基包含强烈吸收UVC光波长的芳香环。当吸收足够的UVC光时，越过该DNA链，胸腺嘧啶碱基和其碱基对之间的化学键断裂。然后该胸腺嘧啶碱基与相邻的碱基化学结合，产生胸腺嘧啶二聚物，其防止病原体的复制。然而，在野外条件中，该病原体通常与遮蔽该UVC光的颗粒结合，因此可能需要施加比在实验室条件下杀死该病原体所需的UVC能量的量更高量的UVC能量以确保充分杀死该病原体。

通过UVC照射失活或杀死宽范围的病原体，包括细菌、病毒、原生动物和蠕虫。依照本发明，产生充分量的UVC照射，其意于杀死以下名单上的每种病原体。该名单代表在全世界的天然水源中典型发现的病原体。其并非穷举。

原生动物：

世界卫生组织列出的更常见的原生动物：

溶组织内阿米巴

肠贾第鞭毛虫属

小球隐孢子虫

其他原生动物：

阿米巴痢疾

兰伯贾第鞭毛虫属：

胚泡

粪类圆线虫

粪类血吸虫

曼氏血吸虫

日本血吸虫

湄公河血吸虫

埃及血吸虫

斑氏线虫

马来丝虫

罗阿眼丝虫(Loa Loaeye)

旋盘尾丝虫

华支睪吸虫

棘球蚴病(Hyatid disease)

克氏锥虫

蛲虫病

蛔虫巨大蛔虫(Ascarisgiant roundworm)

十二指肠钩虫

鞭虫(Richuriswhip worms)

锥虫型寄生虫(Trypanasoma parasites)

龙线虫病

细菌：

世界卫生组织列出的较常见的细菌：

空肠弯曲杆菌或大肠弯曲杆菌

致病性大肠杆菌

伤寒杆菌

霍乱弧菌

小肠结肠炎耶尔森菌

绿脓杆菌

气单胞菌

其他相关细菌：

炭疽杆菌

啤酒酵母

白喉棒状杆菌

痢疾杆菌(腹泻)

大肠杆菌(腹泻)

犬钩端螺旋体嗜肺军团菌

结核分枝杆菌

肠炎沙门氏菌

副伤寒沙门氏菌

痢疾志贺菌

弗氏志贺菌

表皮葡萄球菌

粪链球菌

砂眼

伤寒

屎肠球菌

大肠菌群

粪链球菌

金黄色葡萄球菌

亚硫酸盐减少厌氧菌

绿脓杆菌

副溶血性弧菌

脑膜炎球菌性脑膜炎

病毒：

世界卫生组织列举的更常见的病毒：

腺病毒

肠道病毒(脑膜炎)

甲型肝炎

诺瓦克病毒

轮状病毒

小圆形结构病毒，包括诺瓦克病毒、星状和轮状病毒

其他病毒：

噬菌体-大肠杆菌

乙型肝炎

戊型肝炎

诺如病毒

流感

脊髓灰质炎病毒-脊髓灰质炎

白喉

麻疹

牛绵状脑病

蠕虫

世界卫生组织认定的更常见的蠕虫中的一种是麦地那龙线虫(dracunulus medinensis)(龙线虫病麦地那龙线虫(dracunculiasis guineaworm))。

其他蠕虫：

裂头属-绦虫

吸虫

血吸虫属(裂体吸虫病(schistosomiasis)，血吸虫病(biharziasis))

水源

用于本发明的实施方案的净化系统的水源能够广泛不同。水源的实例是湖泊、河流、小溪、井、自流井和甚至可能具有差质量水的民用给水。

该系统设计以在来自例如高位槽的来源的低水压下操作，尽管其也能够对高水压有效操作，例如60psi(410kPa)的生活用水管线。其优选是重力给水的。该净化器具有低流动阻力，导致对输入给水的低压头需求。对于重力给水系统，该低压头需求将使水槽在该净化单元之上的高度最小化。例如，具有在该净化器之上的高度为12英尺(3.7m)的水槽会在该净化器入口提供5.2psi(36kPa)的压头。很多其他用于将水提供给该单元的方法也是可以的，例如手动或电动泵、家用压力水、升高的天然来源和类似或等效的结构或设置。可替代地，将水手动提升到升高的存储槽中。

研究显示当有机体寄宿在颗粒内时或当该颗粒本身是UV吸收剂时，水浊度抑制紫外消毒。否则，浊度并不妨碍消毒。能够通过使用预过滤器将很多这些寄宿生物体从水源中释放出来。预过滤器的一种实例是砂预过滤器。该系统的优选实施方案设计用于小于5NTU(比浊法浊度单位(NephelometricTurbidity Unit))的引入水浊度。对于更浑浊的水，必须使用砂预过滤器或硅藻土预过滤器或筒式过滤器或其他预过滤器以去除颗粒物质。可替代地，可以在其进入该过滤器之前使用沉降槽使该颗粒从水中沉降出来。如果该系统也不能通过UV消毒而将其充分净化，可以使用具有2微米开口的预过滤网或其他小于3微米的过滤器将小球隐孢子虫卵囊和其他病原体从水中预过滤出来。

该水的浊度影响该UVC能量的病原体杀死半径。对于具有低于约5NTU的浊度的水，该UVC吸收系数典型地在约0.01/cm-约0.021/cm之间变化。因此，在距灯表面15cm的半径处，使用最佳情况的吸收系数，吸收85％的UVC能量。该信息用于设计如下所述的照射子腔室。

以下是能够引入依照本发明的具有流体流动子腔室的系统的一种或多种实施方案中的其中的特征：

1.一排基本沿流体(例如水)在该子腔室中的流动方向上定位的挡板，以在一个或多个UVC光源周围产生待净化流体通过其的部分子腔室。

2.具有上述特征#1的系统，具有并联或串联的多个子腔室。

3.在该系统中使用的挡板，优选在子腔室中产生流体或水流以提高病原体对UVC光的暴露。

4.在该系统中使用的挡板，在其顶部处或附近具有小通道以使空气从该系统中渗出。

5.在该具有挡板的子腔室中的石英管内的至少一个UVC灯，基本位于与该石英管垂直或与其成选定角度。

6.上述特征#1的系统，具有至少一个在涂覆有FEP的石英管中的UVC灯，以降低外来物质在该石英管上的沉积。

7.上述特征#1的系统，具有至少一个涂覆有FEP的UVC发射灯，其中该FEP覆层与水接触，但该灯的端部并未浸没。

8.上述特征#1的系统，具有至少一个脉冲UV源。

9.上述特征#1的系统，具有一个或多个中压或低压UVC灯。

10.上述特征#1的系统，具有微波UVC源。

11.上述特征#1的系统，具有至少一个UVC发射LED。

12.上述特征#1的系统，在用于流体(例如水)的净化器中具有至少一个UVC发射LED，具有来自分别感应来自该LED的信号强度或提供给LED的电流的发光二极管或变流器的闭环反馈。

13.UVC水净化系统，使用通过经激光光谱法直接测定系统中排出的水中的细菌的闭环反馈。

14.悬挂在一排挡板和子腔室上用于净化水的UVC发射灯。

15.使用超声波发生器和一个或多个换能器清洁该UVC发射灯和/或发射管。

16.导热UV管，用于将该系统电子元件产生的热散热到水中。

17.箔筒，环绕该系统中所用的UVC灯的端部。

18.闭环反馈，用于监控镇流器的输入电流或灯的输入电流以确保有足够的电流驱动该UVC灯，并因此根除待净化流体中的病原体的。

19.闭环反馈，用于监控镇流器的输入电压或灯的输入电压以确保给UVC源提供足够的动力以根除待净化流体中的病原体的。

20.与反馈系统结合的阀，用于在如果该电流或电压或UVC输出低于预设阈值时自动停止该水流。

21.在该系统启动或重新启动时的延时，其保持该输出阀关闭，直至处理过净化器中残余体积的流体的病原体为止。

22.自动排气阀，使用浮球从该系统中连续除去空气。

23.使用与无线通信系统相结合的UVC水净化系统，将参数(例如流量、操作时间、维修需求和其他与该流体净化系统的操作和/或状态有关的信息)从该系统中传送到计算机或通信网络，以通知观察者该系统需要维修或需要一些特别行动。

24.使用感应通过UVC发射灯周围的石英管传出的UVC光的光电二极管，以提供该灯输出的反馈，由此可以监控该系统对净化流体(例如水)的效能。

25.UVC水净化系统，具有流量传感器，其通过由挡板两侧的压差计算流速而测定流量。

26.用于水或流体净化系统的流体流动子腔室的制造方法，使用加热塑料管、插入挡板并沿径向压缩该管以将该挡板部分插入该管的内壁中。

27.上述特征#1的系统，具有DC换流器。

28.将UVC水净化器与砂滤器结合使用。

29.上述特征#1的系统，使用光源，例如人力发电器或太阳能。

与以下与本发明有关的附图相结合并结合详述，本发明将得到更全面的理解。

附图说明

图1显示了依照本发明的具有外壳的净化器系统的一种实施方案的立体视图。

图2显示了图1中的净化器系统和外壳的立体剖面图，显示了两个不锈钢净化管40之一的横截面，在该管40具有TIG焊接挡板21和每个端上的塑料灯帽14。

图3显示了没有外壳的净化器的剖面图。

图4显示了该净化器管端的剖面图。

图5显示了净化器管端帽。

图6显示了灯帽。

图7显示了完全FEP封闭的灯，具有非必要的箔罩。

图8显示了交叉管和排气阀的剖面图。

图9显示了单一挡板。

图10显示了具有外围接头的挡板。

图11显示了具有外围突出部和周边孔阵列的挡板。

图12显示了安装在子腔室内的挡板，具有通过每个挡板中的开孔的灯，在每个挡板周围的外圆周上发生流体流动。

图13显示了具有直径增大的孔螺旋阵列的挡板。

图14显示了从具有螺旋孔的挡板的水流流型。

图15显示了在该挡板中的开孔圆周上具有用于灯的唇缘的挡板。

图16显示了从具有唇缘的挡板的水流流型。

图17显示了具有通道的挡板。

图18显示了从具有通道的挡板的水流流型。

图19显示了具有螺旋形内唇缘的挡板。

图20显示了具有大螺旋形内唇缘和前缘唇缘的挡板。

图21显示了具有大螺旋形内唇缘和后缘唇缘的挡板。

图22显示了具有弯曲叶片的挡板。

图23显示了对于具有弯曲叶片的挡板的水流流型。

图24显示了具有偏斜径向叶片的挡板。

图25显示了设置在通过挡板中的孔延伸的中心透明管的中心UVC发射LED光源。

图26显示了具有焊接孔的净化管。

图27显示了波纹净化管的剖面图。

图28显示了净化管波纹的特写剖面图。

图29显示了模制净化管的剖面图。

图30显示了两块模制净化管。

图31显示了三块模制双净化管，中心是单一块。

图32显示了非感应电路框图。

图33显示了人力系统。

图34a-34m显示了与本发明的实施方案使用的控制系统和控制电路的框图(图34a)和相关电路图。

图34n显示了图34b-34m的关系。

图35显示了数字控制系统的框图示意图。

图36显示了与UVC灯邻近的光电二极管UVC输出传感器630。

图37显示了具有用于传感来自灯20的UVC光的光电二极管的电路框图。

图38显示了集成在挡板之间以帮助测量流体流量的压力传感器的剖面图。

图39显示了可替代的系统设计的放大图。

图40显示了在挡板之上具有UVC光20的矩形挡板系统。

图41显示了具有圆周UVC LED的系统的剖面图。

图42显示了具有集成的净化管超声清洗的系统的剖面图。

图43显示了在灯20周围具有石英管24的本发明的净化系统的实施方案。

图44显示了在UVC灯20周围具有石英管24和在石英管24周围具有挡板21以在该挡板21的开孔内径与石英管24的外表面之间保留环状空间的本发明的系统的一部分的横截面图。

图45显示了在管40中安装有四个(4)石英管20-1到20-4的本发明的结构，每个灯20延伸通过在所述的每个个挡板21-1到21-3中的相应开孔263。

图46显示了图45的结构，其中每个灯20-1到20-4安装在石英管24-1到24-4中。

图47显示了图45和46的结构，在每个挡板21-1到21-3中具有单一非圆形开孔，用于接受具有石英罩24的石英管20并允许其通过。

图48显示了本发明的实施方案，具有与该水净化系统集成的无线网络，用于允许在包含水净化系统的位点之间进行数据和声音传送。

图49显示了用于该通信系统的系统框图。

详述

尽管在此处的发明背景、发明概述、附图说明和书面描述中有时使用词语“本发明”，但只有权利要求意于限定本发明，该文件的其余部分意于描述本发明的背景和依照本发明的示例性实施方案，因此这些实施方案的描述仅是解释性的而非限定性的。

本发明的优选实施方案包括便携式单元，在没有预过滤器和后过滤器的情况下具有约50磅(23kg)的干重量。在该优选实施方案中，该系统每小时净化约50加仑(1900升)到约5000加仑(3800升)。当然，本发明也能够在非便携式实施方案中实施。

对于每小时制备500加仑(1900升)的系统，在每天操作4小时中能够净化平均1000人的村庄的整个2000加仑日需求量。本发明的优选实施方案以500加仑(1900升)/小时的速度制水，这意于满足下面讨论的EPA指导标准水质量。

本发明与现有技术相比在杀死病原体方面节约了大量的能量，因为与现有的UVC水净化系统相比，其引入了一排挡板以提高来自该系统的每总UVC功率输出的净化水输出流速。因此，该挡板成倍增大了该UVC光的病原体杀伤力，以提高该系统的效能。

系统构造和操作

图1中显示了该系统的优选实施方案。该系统可以容纳在具有入口11和出口12、把手16和电源线15的保护性外壳10中。该系统在每个灯的两端上具有灯帽14以密封和保护并允许与UVC灯20电接触(图2)。该系统还具有下述的排气阀排出孔13。

图2是图1中的该系统的一种实施方案的立体剖面图，显示了两个具有挡板21(在一种实施方案中TIG焊接到该管上，但能够以任何其他适合的方式结合到该管上。)和在该管40每个端的灯帽14(优选是塑料的)的净化管40-2和40-1(优选是不锈钢的)之一的横截面。UVC发射杀菌灯20沿着每个管40-2和40-1的长度位于每个管40的中心。可替代地，可以使用微波UVC源。在一种实施方案中，该挡板21焊接到该净化管40上。该挡板21将每个管40形成的腔室分成子腔室22-1到22-N，其中N是比挡板21数大1的整数。在一种实施方案中，管40长约48英寸(48”)，使用三十七个(37)挡板21产生三十八个(38)子腔室。该挡板沿该腔室的长度的间距不必相等。

图3显示了具有外壳并除去碰撞保护泡沫的系统的实施方案，更详细地解释了具有开关39的防水电子元件机壳36、小时计38(其将该系统操作以净化流体的累积时间通知给使用者)、LED状态指示器25和保护环37。该电子元件封闭在具有防水引线的该密封防水外壳36中。该电子元件机壳可以安装在传热条26(典型地为不锈钢的，尽管也能够使用其他导热材料)上，该传热条26被焊接到该净化管40上。可以使用传热化合物或传热带来提高到机壳支架26的传热速率。该系统电子元件产生的废热可以转移到通过该子腔室的水中用以冷却。该电子元件(下面将描述)为该管40中的UVC灯20提供电力并包括镇流器和换流器。可以从该镇流器和该换流器中将热量传给导热电子元件外壳，然后传给导热电子元件机壳安装板26，然后传给导热不锈钢管40，以将该热吸收到通过该系统的水中。因此也可以使用该正在净化的水来冷却该系统。

优选使用铝或不锈钢螺栓连接该机壳底座26与该电子装置外壳36。这些螺栓将从该外壳传热到冷却水散热器中。该电子元件机壳36能够永久密封或可开启用于维护。可替代地，或除此之外，可以使用公知设计的常规自由或强制空气对流散热器。

水从非必要的砂滤器(未示出)和/或其他预过滤器(未示出)中通过入口弯管28和滤网29进入该净化器系统。该系统的入口优选包含一个或多个网，例如放置不锈钢网，以保持颗粒物质不能进入该系统。该网可以与其上游的第二可除去的网结合。

图3显示了该控制阀32，其是常关出口阀，如果该系统电力不足将其关闭。在电子元件机壳36中的电路延时保持阀32在系统启动过程中关闭直至消耗足够的时间净化该系统中最初残余的水为止。该出口弯管31、入口弯管28和保护入口网29与具有非必要的自动排气阀的交叉管41(其将净化的水从第一管40-1送到水流过其的第二管40-2，同时该净化处理继续)一起显示。优选使用不锈钢入口和出口弯管和交叉管。这些入口、出口和交叉管优选没有呈圆角的弯曲，以使该子腔室反射的UV能量最小化。该系统中的所有管40都优选具有激光切割精度并用于降低制造成本。如下所述，自动排气阀42可以位于该交叉管41上。

图4显示了接近一个净化管40端部的横截面的放大视图。在水通过开孔56进入该系统之后，其流入第一子腔室22-1，在其中其暴露于UVC光源20。然后该水流动通过第一挡板21-1和该FEP涂覆的UVC灯20之间的中心环形开孔23-1，进入第二子腔室22-2，等等，直至其到达该系统中的第一管40(图3中显示为管40-1)的端部。然后该水优选流出该管的顶部以确保最大UVC暴露。如图3中所示，该水从管40-1的顶部通过该交叉管41流到另一管40-2，在其中该水暴露于更多的UVC光。可替代地，交叉管41能够包括用于从该电子元件外壳36中除热的具有高导热性的传热管的一部分。该水通过出口33(图3)离开管40-2和该系统。

灯密封和电连接

该不锈钢系统优选对于每个子腔室都具有不锈钢端帽50，如图5中所示。每个端帽50具有中心灯孔55，其具有用于容纳密封到该灯和该端帽上的o形环的锥形座52。在该端帽中可以有第二孔53，用于该灯线通过以接到该镇流器。该端帽50的外表面可以是平坦的，以将该o形环44和46密封在图4和6中所示的灯帽的外圆周上。该端帽具有焊接到其上的螺母51，用于固定该灯帽并为该o形环提供密封力。可替代地，可以使用任意其他适合的用于将该端帽附着到该灯帽上的方法。

优选将每个端帽50分别钨电极惰性气体保护焊(GTAW)在一个净化管40的端部。每个端帽50可以分开以便于容易焊接到该净化管上。在焊接到该净化管上之后，可以通过将其直边焊接在一起而将每个端帽50焊接或结合到邻近的端帽50上。可替代地，可以使用其他结合技术(例如粘结或将螺纹连接到该管40周围的压缩衬套或o形环，塞入该端帽50中)。可替代地，该端帽不是由不锈钢制成的，而是如下所述.压力铸造合金或模制塑料的。

图4显示了用两个o形环44和46将灯帽14密封到该端帽50上。第一PTFE o形环44位于灯帽14上的内凹槽中。此处，使用公知设计的PTFE o形环44，该灯帽14将该杀菌灯20密封到端帽50上。由于灯帽14被螺丝连接到端帽50上，而施加在o形环44上压力，使该中心o形环44密封子腔室22-1流入电外壳和灯20的电触点45。由于锥形o形环座52，该压力具有作用于灯20上外FEP覆层80的径向向内的分量(参见下面讨论的图7)。由于在PTFE o形环44上密封力的增大，优选使用不锈钢端帽50。

该灯帽14具有非必要的中心弹性缓冲器57，以在组装过程中对准该灯20并防止在运输和操作过程中灯帽14到灯端部的碰撞。该灯帽14的外部部分可以在其光滑的外表面上用第二密封o形环46密封到该端帽50上，以产生用于电连接和配线的单独的防水配线隔室。该灯配线可以通过端帽50中的孔53进入防水密封的导管系统中，

图6中更详细地显示了该灯帽14的外部凹槽61。该非必要的外部o形环46，装配到凹槽61中，能够密封该灯帽14和该端帽50之间的灯电线。该外部o形环46(图4)优选是由比中心o形环更顺从的材料制成，例如氟橡胶、硅酮、丁腈橡胶(Buna-N)或FEP，以使该外部o形环46能够变型并密封，即使该灯帽14继续在中心o形环44上施加力以将该灯20在中心锥形座52处密封到端帽50上。

FEP灯覆层

可以优选用FEP(氟化乙烯丙烯)的圆周层80在其整个长度上覆盖该灯，如图7中所示。该FEP覆层优选以薄管的形式施加，其可以热收缩在该灯20上。优选地，全圆周辐射或强制对流加热元件沿该灯的长度以受控速度和温度移动以使该FEP管80收缩在该灯上的适当位置。

位于接近灯20端部的该FEP覆层80下的薄膜保护罩82优选是由具有丙烯酸粘合剂衬垫的铝箔制成的。可替代地，其可以由不锈钢箔或PVDF的薄膜、填充有碳黑的PTEE、PEI或其他薄材料制成。这些箔保护罩82卷绕在每个灯20的端部以保护该o形环44和聚合物灯帽14不会受到来自每个灯20的UVC照射可能的损害。

环绕该灯20的该FEP覆层80可以完全封装该灯20和该电触点，如图7中所示。如果该灯20和该触点45完全封装在FEP 80内，那么随着该导线91离开该FEP覆盖层80，用FEP 80密封该导线。在o形环44内灯20的长度(即到图7中o形环44的左侧)浸渍在待净化的水中，以使该FEP覆层80与水接触，但突出到图7中的右侧o形环44之外的FEP覆盖的灯20的部分未浸没。可替代地，如上所述，该触点45可以敞开，且在灯帽14内未覆盖FEP 80。该灯帽14可以金属化或镀覆或涂覆有UVC抑制涂料以保护其不受UVC照射的损害。可替代地，如上所述，金属覆层82可以施加于在FEP覆层80之下的灯20的端部，以防止对o形环44和灯帽14的照射。用存在的该箔薄层82能够将该o形环44仍密封到灯20。

该端帽14可以由常用热塑性材料(例如PVC、ABS、聚碳酸酯或其他材料)或热固性材料模塑成形、或可以由选自铝、锌、镁或其他合金铸成的金属压铸件。该端帽14的内表面能够由PVDF或PEEK或PEI或其他耐UV材料制成。

使用模制的端帽14和不锈钢或铝腔室40(也称作管40)，在每个灯20的端部可能需要更宽的保护带层82(图7)以通过堵塞来自灯20的延伸到最后子腔室(例如22-1(图4))之外的该部分的UVC照射，而降低或防止对端帽14的UVC损害。此外，能够将不锈钢或铝或其他UV保护罩82放置在该端帽14的该端部内以保护其。该端帽14内的保护罩的形状可以是平面的或具有其他形状，例如杯状，以保护在子腔室壁的圆周上的端帽塑料，其可能被UVC辐射照射。在该灯2端部的箔保护层或覆层具有降低了位于该灯20端部的子腔室22的净化有效性的缺点。

如果该系统使用模制塑料端帽50，那么安装在端帽50上的PVC弯管可以通过安装不锈钢或铝保护罩保护以屏蔽UVC对该塑料的直接照射，使其不受UVC照射。

碰撞保护

该系统的优选实施方案设计以承受崎岖的地形条件。该系统的优选实施方案具有由PVC膨胀泡沫或波纹状塑料或其他材料制成的保护外壳10(图1)，该管40的组件通过该泡沫或其他减震材料或装置而悬于该外壳10内或与其分开。

排气阀

将水从第一净化管40-1传送到第二净化管20-2的交叉管41(图3)具有非必要的排气阀，以使空气可以逃逸到管40外，如图8中的剖面图所示。该交叉管41优选位置比净化罐40更高，如图3中所示，以使排放的空气升高到该系统中的高点，在此处能够将其清除并使得在管40-1和40-2中的水流和UVC光的组合优化该病原体在水中的分解。气穴的消除使每个子腔室22-i能够用于水流动的体积最大化，由此使该病原体照射UVC光的时间最大化。该系统中的每个挡板21-i(i是由1≤i≤(N-1)给出的整数，其中N是管40中子腔室22的数量)具有一个或多个小开口(例如挡板21中的开口261(图9))，空气能够通过其逃逸到系统外。一旦启动以及在操作过程中定期将空气排放到系统外。

优选地，该非必要的空气排气阀42(图3)是自动的，如图8中所示。在该结构中，该排气阀42具有接近公差球形的聚丙烯球208。当在其下存在空气(甚至空气气泡)时，由于球208的密度大于空气，因此球208下沉，球208位于直径大于球208的孔209内，以使空气可以在球208和该孔之间通过。当在球208下存在水而没有空气时，球208与水一起上升，水力将该球208按压到锥形座205上以防止大量水通过该排气阀42损失。球208具有均匀的直径并具有平滑的表面以密封到该座205。可替代地，球208有另一种比重比水小的材料制成。可替代地，使用密度小于水的中空球208。球208能够由弹性材料制成或覆盖有弹性材料以改进其密封性质。该座205也具有光滑的表面以优化密封。孔209也是光滑的-但能够是波纹状的以使空气通过球208，而不会使球208从该孔的中心显著移位。可替代地，该排气阀能够是手动的，每当空气进入该系统中时，需要操作者将其开启以释放系统中夹带的空气，然后将其再次关闭。可替代地，可以用电螺线管操作排气阀42。

流动控制阀

水在移动通过该交叉管41之后，然后进入第二管40-2(图3)，在此处其继续接收UVC暴露并流动通过一排挡板21-1到21-(N-1)和子腔室22-N，其中N表示每个管40中子腔室的数量，并在图3中的第二管40-2中显示为二十一(21)。该子腔室的数量N能够变化到实现所需的净化无论需要多少的数量。该水通过向上流动通过出口到达阀32离开该第二管40-2，在阀32处其流出该净化器出口33，可能流向后过滤器。优选该阀32的流动阻力足够低以便能够使用低压供水系统(例如重力给水)。

该阀32优选由注模塑料制成，并用螺纹连接到不锈钢出口管31上。可替代地，该阀32能够以更共形的形状模制并，直接安装在最后子腔室22-N的出口管31上。该阀32可以集成到具有集成的入口和出口端部(为示出)的注模端帽中。该系统能够使用单一管40用于较低的流速或用超过两个管40用于较高的流速。该系统可以使用更小直径的子腔室22-n(其中n是由1≤n≤N给出的整数)，用于更小的流速或更小的灯功率水平。如果浊度足够低，该系统也能够使用较大直径的子腔室22-n。如果需要，该系统也能够使用串联的大于两个的管40。可替代地，两组或更多组的管40能够并联使用，以提高用于更高体积应用的流速。

系统材料

该系统中的管40优选是由304、304L、316、316L或其他不锈钢或阳极铝构成。可替代地，该净化管40可以通过共挤出聚合物食品级塑料与耐UVC聚合物共挤出内衬制成，该共挤出聚合物食品级塑料例如PVC、聚乙烯或聚丙烯、高密度聚乙烯或低密度聚乙烯，该耐UVC聚合物共挤出内衬例如聚酰亚胺、聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯(FEP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚醚醚酮(PEEK)或聚醚酰亚胺(PEI))。可替代地，如果在该聚合物中添加碳黑或其他UV抑制剂以防止UVC损害，该净化管40可以由PVC或聚碳酸酯或丙烯酸树脂或其他不抗UVC的聚合物材料制成。

可替代地，管40能够具有耐UV聚合物(例如FEP或PVDF)的吹塑内层。能够将该共挤出的管40加热并压缩，以密封并记录如下所述该挡板21沿该管40的位置。

可替代地，该聚合管40能够内衬有铝或不锈钢。这些内衬能够是穿孔的、开缝的或开槽的以将该挡板21容纳定位。该衬里可以滑入该管40中。管40能够软化并在该衬里周围压缩，或可替代地，该PVC管40可以模制在铝或不锈钢或其他衬里上。

可替代地，能够用铜、铝或其他金属将具有不锈钢或铝挡板21的PVC管40金属化或电镀，以降低UVC对子腔室壁的损害。

如果用UV稳定剂(例如二氧化钛或碳黑)保护，并且如果有足够大的直径以将其保持在距灯20在足够的距离以保持足够的寿命，将在长期暴露于高浓度的UVC过程中具有有限寿命的材料(例如PVC)用于管40是可接受的。在场测试中，具有5NTU的浊度的水在超过200mm的距离吸收大于1/e的UVC能量。

UVC从该PVC管40的内壁的反射率约为入射能量的约12％，尽管由于管半径降低了到达PVC管40的UVC光的量，该能量损失更低。尽管该PVC不具有铝的约66％UVC反射率或不锈钢的30％UVC反射率，但将较低反射率的PVC用于管40的应用，其正当理由是较低的成本、耐久性和较低的重量。因为较高反射率的管提高施加到待净化的水上的UVC能量，因此该管的反射率是重要的。

水的硬度影响能够吸收UV光的水的溶解性。硬水能够在管40或FEP表面上沉淀碳酸盐，或者如果该灯20封装在石英中，沉淀在该石英的暴露表面上。可以将观察窗添加到该系统上以观察一个或多个选定的子腔室22-n的清洁性，并观察每个灯20上的沉积物。FEP覆层的使用可以降低这些沉积物的形成以及有机沉积物的形成。

该管40能够在一个或两个端帽50上具有清洁端口(未示出)。该清洁端口可将薄的清洁工具通过开孔插入每个管40的端部以及每个挡板21的中央开孔263的内圆周265(图9)与每个灯20的外径之间的环形开孔23(图4)中。该清洁工具可以沿灯20的长度移动以出去沉积物或颗粒物。可替代地，该清洁工具可以使用永久留在该子腔室中的杆，其通过该子腔室端部上的水密密封件操作。

根据该系统的尺寸，当充满时该优选系统中保留的水的体积为约0.25加仑-10加仑(1L-38L)。然而，该系统能够具有适合的尺寸，这些体积仅是示例性的而非限定性的。

挡板阵列

如上所述，每个UVC照射管40包括由挡板21-i分隔的一组串联的圆筒形子腔室22-n，其中i是如上所述由1≤i≤(N-1)给出的整数。该挡板21通过以分段方式限制水中的病原体流动提高了沿净化器长度的病原体的杀灭率。该水和水生病原体并不像其他UV基净化系统那样在照射场的长度上自由流动，而是被限制以约束在由一组挡板(例如挡板21-i(例如图3和9))分隔的一排子腔室22-n中。该系统显著提高了给定流速下UVC照射失活的病原体的百分比。

很多系统目前是存在且可在市场上得到，其中单一管包含位于中心的杀菌灯，其照射沿管的长的长度通过该灯的水流。在传统的没有挡板21和子腔室22的UVC系统中，与使用挡板的本发明相比，水流会使一些水比平均更快地并具有更不平均的UVC照射到达出口。实验室实验证明了该挡板在使该具有一排挡板21的系统比没有挡板21的另外的相同系统杀灭显著更多的病原体的方面的有效性。

微生物测试

上述系统的测试报告在下表I和II中。这些测试都是依照用于测试微生物水纯度²的美国环境保护署指导标准和草案(United States EnvironmentalProtection Agency Guide Standard And Protocol)在亚利桑那州大学(Universityof Arizona)进行的。这些标准设定在标准测试程序中从饮用水中去除的病原体水平：对于细菌为99.9999％(6logs)、对于病毒为99.99％(4logs)、对于贾第鞭毛虫属和隐孢子虫属为99.9％(3logs)。

具有38个子腔室22的系统以7.0psi(48kPa)的入口压头(在过滤器入口处测定)-相当于16英尺(4.88m)水压每小时净化1000加仑净化水(3800升/小时)。该系统具有两个75W UVC灯20，总共产生约50W的UVC功率(30％UVC功率输出)。该系统由每个具有4.0英寸(100mm)内径和2.5英寸(64mm)轴向长度的PVC子腔室22-n构成。该挡板21-i由24规格(24gauge)(0.4mm厚)不锈钢板构成，具有直径1.5英寸(38mm)的中心孔263(图9)，和1.0英寸(25.4mm)的涂覆有FEP的灯20的直径。每个挡板在该挡板21的顶部具有0.063英寸(1.6mm)辐射式空气泄漏孔261。

在该系统上以500加仑/小时(1900升/小时)的流速进行的MS-2噬菌体测试，在每升噬菌区形成单元中降低超过99.9997％。相同的试验装置以500加仑/小时(1900升/小时)的流速将大肠杆菌细菌污染物降低超过99.99998％。

如下表I和II中所示，依照本发明的具有挡板21的水净化系统在从水中去除病原体方面提供了显著的进步。表I和II中的数据是在使用MS-2(用于检测意于去除病原体的系统的有效性的标准噬菌体)和大肠杆菌(公知病毒)的测试运行中得到的。表I显示了用两个系统(称作瑞门特普瑞(瑞门特普瑞(RemotePure))版本3.0和瑞门特普瑞(RemotePure)版本4.0)测试运行的结果。瑞门特普瑞(RemotePure)版本3.0具有两个管40，每个管40具有十四(14)个挡板21，以使每个管40形成十五(15)个子腔室，在该系统中总共有三十(30)个子腔室22。瑞门特普瑞(RemotePure)版本4.0具有两个管40，每个管40具有十八(18)个挡板21，以使每个管40形成十九(19)个

²参照US EPA指导标准(US EPA Guide Standard)

子腔室，在该系统中总共有三十八(38)个子腔室22。这三种测试装置每个的体积都相同。如表I中所示以及如下一段中将讨论的，这两种系统产生对比结果。

将两种流速的水通过每个系统。第一种流速是五百(500)加仑/小时(GPH)，第二种流速是三百(300)加仑/小时。依照可获自美国环境保护署，注册机构，杀虫剂过程和标准办公室以及标准机构、饮用水办公室，华盛顿(1987)，第39页(United States Envioronmental Protection Agency，RegistrationDivision，Office of Pesticide Programs and Criteria and Standards Divison，Officeof Drinking Water，Washington，D.C.(1987)，p.39)的US EPA指导标准和用于测定杀微生物的水净化器的草案(US EPA Guide Standard and Protocol forTesting Microbiological Water Purifiers)，将MS-2和大肠杆菌注入流过该系统的水中。

表I和II中所示的结果是基于意于提供有效测定的测试，这些测试类似于通过遵循上述引用的指导标准的那些测试，但为了成本和时间的原因，并不完全符合该指导标准。因此表I和II显示了类似于但并不完全符合该指导标准的这些测试的结果。在每个测试中，净化水的贮池具有仔细测定的所有都依照该指导标准添加并混合的MS-2和大肠杆菌病原体量。一旦将该水和病原体混合，该混合物就流动通过每个系统，直至适当量的系统体积(有时称作“单元体积”)流动通过该系统为止。每个测试包括每个灯产生约二十五(25)瓦特的UVC光。通过将一定剂量的来自该系统的输出水提取到包含该指导标准中所述的组分的容器中，并依照该指导标准培养所得到的内容物来测试从该系统中输出的水中存活的病原体浓度。依照该指导标准测定所得到的病原体存量。表I和II显示了这些结果。

因此除了一种例外，表I显示对于三百(300)和五百(500)加仑/小时的流量，在三十(30)挡板系统和三十八(38)挡板系统中，病原体的降低百分比都超过五个九(即超过百分之九十九点九九九五(99.9995％))。一种例外显示仅降低九十九点六二(99.62％)。我们相信该数据是原因不明的反常现象。

表I

具有挡板的系统

瑞门特普瑞(RemotePure)版本3.0的MS-2降低-三十(30)挡板系统结果作为噬菌区形成单元/升(PFU/L)给出

流速(GPH)	流入物PFU/L	流出物PFU/L	对数降低	降低百分比
					500(1A)	3.42e7	＜1.67e2	＞5.31	＞99.9995
300(1B)	3.42e7	＜1.67e2	＞5.31	＞99.9995

瑞门特普瑞(RemotePure)版本3.0的大肠杆菌降低-三十(30)挡板系统结果作为菌落形成单元/升(PFU/L)给出

流速(GPH)	流入物PFU/L	流出物PFU/L	对数降低	百分比降低
					500(1A)	6.07e7	1.10e2	5.74	99.99984
300(1B)	6.07e7	2.00e1	6.48	99.999971

瑞门特普瑞(RemotePure)版本4.0的MS-2降低-三十八(38)挡板系统结果作为噬菌区形成单元/升(PFU/L)给出

流速(GPH)	流入物PFU/L	流出物PFU/L	对数降低	百分比降低
					500(2A)	6.45e7	＜1.67e2	＞5.59	＞99.9997
300(2B)	6.45e7	＜1.67e2	＞5.59	＞99.9997

瑞门特普瑞(RemotePure)版本4.0的大肠杆菌降低-三十八(38)挡板系统结果作为菌落形成单元/升(PFU/L)给出

流速(GPH)	流入物PFU/L	流出物PFU/L	对数降低	百分比降低
					500(2A)	5.30e7	＜1.10e3	＞6.78	＞99.99998

300(2B)

5.30e7

1.00E5^*

2.78

99.62

表II显示了与达到表I中所示结果所用的两种系统在所有方面都相同的系统的结果，只是不将挡板与该系统中的管一起使用。表II显示随着流速的升高病原体降低的百分比降低。注意在没有挡板的系统中在300gph下，最高的病原体降低百分比是百分之九十九点八二(99.82％)。使用具有挡板的系统达到的结果与使用没有挡板的系统达到的结果的比较显示，与在测试中所用的没有挡板的同样系统相比，在测试中使用的具有挡板的系统的病原体降低总百分比至少高两个数量级。有系统中挡板造成的水纯度的这种提高可以显著防止水生疾病在由该系统制备的水中的传播。相同流速和相同UVC能量的水纯度的提高表明与现有技术相比在该系统中使用挡板达到了显著的节能。

表II

没有挡板的系统

瑞门特普瑞(RemotePure)版本2.0的MS-2降低结果作为噬菌区形成单元/升(PFU/L)给出

流速(GPH)	流入物PFU/L	流出物PFU/L	对数降低	百分比降低
					300	4.80e7	8.80e4	2.74	99.82
500	4.80e7	3.52e5	2.13	99.27
					700	4.80e7	2.50e6	1.28	94.76

瑞门特普瑞(RemotePure)版本2.0的大肠杆菌降低结果作为菌落形成单元/升(PFU/L)给出

流速(GPH)	流入物PFU/L	流出物PFU/L	对数降低	百分比降低
					300	1.03e8	1.70e3	4.77	99.9983
500	1.03e8	2.10e4	3.68	99.987
					700	1.03e8	6.10e5	2.22	99.38

测试的本发明的实施方案在流过具有子腔室的净化腔室的水的净化方面，与通过没有子腔室的净化腔室的水的相同体积流速相比，达到了显著的改进。尽管其背后的原因尚未清楚认识，但我们相信与其中水直接流过管的现有技术系统不同，该子腔室造成水的每个微粒以使水的每个微粒接受到近似相同的UVC照射的方式暴露于UVC照射。在现有技术的系统中，我们相信一些水微粒快速流动通过该管，并因此接受到较少的UVC暴露，而其他水微粒接受到更多的UVC暴露。然而，该净化最终反应的是所有水微粒中的杂质平均数，因此总净化水平低于使用本发明的结构所达到的水平。我们相信该子腔室使每个水微粒都接受基本均匀的UVC照射，由此确保所有水微粒具有以相当均匀的速率被破坏的任何杂质。如表I中的测试结果所示，与现有技术的结构相比，使用本发明的结构达到了约2-3个数量级的改进。

另一种考虑本发明达到的结果的基础的方式使该挡板21和子腔室22确保了每个水微粒在管40中的滞留时间的静态分布非常符合小标准偏差。另一方面，现有技术的水净化系统可使水微粒在宽范围的滞留时间内流过该系统，由此使一些微粒以较低的UVC照射暴露离开该系统。因此对于依照本发明的系统和通过现有技术系统的相同的水流速，本发明的系统由于对滞留时间更严格的控制(即更均匀)，病菌的杀灭更有效得多。

在一种实施方案中，挡板21中的中央开孔263(图9)形成与灯20相邻的环23(图4)，随着水从子腔室22-n移动到子腔室22-(n+1)，其迫使水通过窄通道以提高该水对UV光的暴露，如图3和4中所示。因为该UVC灯20是管式光源，因此如果该灯20沿圆柱形流动管40或子腔室22-n的中心轴设置，该水接受到最大的辐射暴露。该UVC发射灯20或环绕灯20的石英或FEP涂覆石英管24(例如参见图12)优选沿该管40的中心轴设置。可替代地，将两个或多个UVC发射灯20或一组UVC发射LED沿每个子腔室22-n的中心位于石英管内，以与杀菌灯相同的方式照射每个子腔室22-n，同时如本发明的设计中那样使用挡板21限定该子腔室22。可替代地，能够使用微波UVC源代替UVC发射LED。图25中显示了具有LED的管或子腔室40的构造。可替代地，该管40能够是椭圆形或其他形状的，该挡板21不需要是圆形的。

在沿管40长度的每个子腔室22-n中，该水流入该子腔室22-n中，保持特定的时间量，然后流到下一个子腔室22-(n+1)。每个病原体在每个子腔室22-n中接受到UVC能量是流速、子腔室22-n的体积和可用于使水流到下一个子腔室22-(n+1)的横截面积的函数。对于给定的流速(或子腔室间的压差)，试验证实了对于给定总灯长度，对于水中病原体的最佳杀灭率，最佳的自腔室体积与横截面流动面积之比。随着每个子腔室22-n变得更长，水在该子腔室22-n中的花费更多的时间并接受更多的UVC照射。然而，直到该水通过下一个子腔室22-(n+1)，水才处于特定置信度的平均纯度，因为子腔室22-n中的水平均接收到特定量的UVC能量，直至其越过进入下一个子腔室22-(n+1)的点为止。因此，子腔室22-n的数量越多，每个子腔室22-n包含特定最小纯度的水的可能性越大，直到子腔室22-n的体积相对于流动面积足够小，使得流动通过进入下一个子腔室22-(n+1)的大量水在排放到下一个子腔室22-(n+1)之前，在每个子腔室22-n中不渡过足够的平均时间。此外，每个子腔室22-n中的水流可能存在影响，其用于将水在每个子腔室22-n中容纳特定的时间。

例如，如果每个子腔室22-n中的UV能量杀死该子腔室中存在的水生病原体的百分之二十五(25％)，那么每个子腔室将进入的活原生体的百分之七十五(75％)通到下一个子腔室22-(n+1)中。因此，具有四十个(40)子腔室22的系统使得进入的病原体总数的(0.75)⁴⁰仍存活在该系统出口处的水中。因为(0.75)⁴⁰，近似等于0.00001，那么该实施例的系统将除去除0.001％之外所有进入的病原体，相当于去除了99.999％的病原体。

图9显示了在中心具有开孔263的单一挡板21，以使水在通过该开孔263延伸的该杀菌灯20周围流动。在该挡板21的顶部是小开口261，用于可使空气逃逸以防止其阻碍置换该子腔室22中的水，这将通过降低每个子腔室22-n中的有效体积不利地影响该装置的效率。每个挡板21中的空气渗出缝261可使过量的空气从一旦启动以及在操作过程中的系统中逃逸，以防止在每个子腔室22-n的上部部分中形成气穴。渗出的空气沿管40的长度向下移动通过每个挡板21上的渗出缝261到达管40的末端，在此处将该空气排出。

优选地，每个挡板21在环绕开孔263的其内周边265上具有狭缝或突出部262(图9)或其他定位特征262，如图9中所示，以在制造过程中将该挡板21对准以保持该空气渗出孔261在该挡板的顶部。如下所述，该挡板21能够与聚合物外管40一起使用，该聚合物外管被软化以埋置并环绕该挡板21的外周边或边缘264以将其保持定位。

水从子腔室22-n到子腔室22-(n+1)存在通过渗出缝261的轻微泄露，这会略微降低该系统的效率。可替代地，为了防止从一个到另一个子腔室的该轻微泄露，不使用该空气渗出缝261，沿每个子腔室22-n顶部设置小孔(为示出)以使空气从该子腔室22-n中逃逸。这些小孔将该空气渗出到与释放空气的主流动子腔室22-1到22-n分开的稳压室中。

该挡板21优选是由不锈钢或阳极铝构成的，因为这些材料优良的UVC反射性和UVC耐久性。该挡板12应当薄至最小体积和重量。可替代地，该挡板21能够由抗腐蚀性或钢板，或抗UVC聚合物(例如聚酰亚胺、聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯(FEP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚醚醚酮(PEEK)或聚醚酰亚胺(PEI))制成。可替代地，如果在该聚合物中添加碳黑或其他UV抑制剂以防止UVC损害，该挡板21可由PVC或聚碳酸酯或丙烯酸树脂或其他不耐UVC的聚合物材料构成。

图10显示了在外周边周围具有接头281的另一种单一挡板21。接头281用于多种目的。当将挡板21插入金属管40中时，该接头281被该管40的内表面偏转，能够变形以补偿在该管40制造过程中可能发生的直径和周长的变化。这种变形防止水流到挡板21的外边缘264(图9)的周围。可以通过TIG或激光或其他方法将一个或多个接头281焊接到管壁上以将该挡板21固定到管40上。管40的壁上的几个孔451(图26)可以用于将每个挡板21焊接到位。

少量水将通过该接头281之间的狭缝282逃逸。这些开孔可使夹带的空气逃逸到最后的子腔室22-N中，在此处将该空气排放到入口、出口或排气阀42(图3)。

每个挡板21可以具有压印到其中以提高其硬度的波纹或图案。这些波纹或图案可以成型以提高相邻子腔室22-n和22-(n+1)内有益的流动，以提高病原体去除的效果。

通过在每个子腔室22-n中产生水的漩涡或旋转，能够将该病原体限制到该子腔室长度上存在的病原体的窄分布。水的每个体积元以及由此每个病原体在每个子腔室22-n中花费更均匀的时间，因此每个子腔室22-n吸收更多的UV能量，以杀灭更多的病原体。可以将鳍状物添加到该挡板21上或添加到每个子腔室22-n的内壁上，以提高如下所述的这种漩涡效应。在一种实施方案中，该系统能够通过改变右手和左手定向的挡板从子腔室22-n到子腔室22-(n+1)改变水的漩涡方向。

与其中流动仅沿每个子腔室22-n的轴的设计相比，在每个腔室22-n中产生具有垂直于该管40的纵向轴的分速度的流动，能够提高在其前进到下一个子腔室22-(n+1)并与另一种水和下一个子腔室22-(n+1)中存活的病原体混合之前该，平均病原体细胞接受提高的UVC照射量的可能性。这种作用被来自距灯20更远距离时，灯20的较少照射作用所抵消。

为了降低进出每个子腔室22-n的流动面积对灯20直径的公差的依赖性，每个挡板21能够在灯20通过的开孔263附近穿有孔291或狭缝292。图11显示了在中心开孔263周围具有孔291的挡板21。孔291能够补偿灯直径或灯覆层厚度的容许公差。通过将中心孔263的直径降低到更接近该灯20的外径，该孔291以及在该灯和该中心开孔之间的间隙控制流过该挡板21的水的流速。因为能够仔细制造该孔直径，因此其能够比灯周围的开孔本身更精确地控制水的流量。图11中显示了用于相同目的的非必要的狭缝292。

可替代地，该挡板21可以直接安装与该灯20或环绕该UVC源的中央石英管24接触，如图12中所示。在该设计中，水在该挡板外圆周264和该净化管40的内壁之间的挡板21的外侧边缘264(图9)周围流动。这种实施方案需要该挡板21的外径略微小于管40的内壁，以保留环状开孔，水能够通过其流动。在一种实施方案中，接头从挡板21延伸到管40的内壁，以使挡板21结合到管40上。在另一实施方案中，挡板21安装在该石英管24上。

可替代的挡板设计

下述每种挡板构造意于提高该病原体从UVC照射中吸收的UVC能量。在该优选的实施方案中，该流动以湍流方式发生。沿该系统的长度从一个子腔室22-n到下一个子腔室22-(n+1)的微小压降将水从一个子腔室移动到下一个。

为了提高子腔室22-n中流动的循环以提高每个腔室22-n中病原体细胞或胞囊接收的平均能量暴露，能够将一列孔(例如孔292-1到292-5)或狭缝(未示出，但具有与孔292-1到292-5相同的可比较的相对尺寸)，如图13中所示，随着其越接近该灯20，该孔或狭缝的直径或尺寸降低。这种挡板设计意于在管40的每个子腔室22-n中产生螺旋流型，在该子腔室中得到的压力变化，如图14中的螺旋箭头294所示。因为由于边界层效应从较大的孔292-1相对于较小的孔292-5水的流速略微升高，因此在每个子腔室22-n内可以产生略微的旋转流，将该平均病原体在该子腔室22-n中保持更长时间。这能够导致子腔室22沿每个灯20长度的最佳数量n的降低，并可能甚至进一步提高该病原体杀灭率。

图15显示了另一种挡板21，在开孔263的内圆周上具有内圆周唇缘266的。该唇缘266能够用于在流过唇缘266的水产生环形涡流，如图16中的箭头267-1到267-6所示。该涡流的产生是因为该唇缘266的内边缘处的水流速大于该唇缘临近的外部的水流速，在该子腔室内产生环形水流。该涡流的优点是其可使该病原体暴露于更多的UVC能量，提高水中病原体的杀灭率。

图17显示了一种挡板21，其还意于通过随着其从挡板21中的切线方向通道312进入，而将该水切线引入在下一个相邻的子腔室22中产生水的环流。图18中的箭头268-1到268-3显示了螺旋流型的实例。

图19、20和21显示了与挡板21中的中央开孔263相邻的螺旋面352-1、352-2和352-3。这些螺旋面与开孔263一起还将在下一个子腔室22-n中产生环流。图20包括在每个螺旋面352-1到352-3的前缘上的唇缘350-1到350-3，随着水流向下一个子腔室22-n，其分别可以在水中产生离开前挡板的后缘的涡流。图21包括在螺旋面352-1到352-3的后缘上的唇缘360-1到360-3，其也可以分别产生有利的流效应。

图22显示了在具有弯曲叶片371-1到371-I的挡板21中的开孔263周围的径向狭缝370-1到370-I，其经设计以在下一个子腔室22中产生流动。如图23中的箭头372所示产生的流动意于具有环流部分以及在与灯20相切的平面中的螺旋流。

图24显示了与图22中所示的挡板结构21类似的挡板结构，具有相对于挡板21平面中的径向线从灯20的中心并具有更小角度半径的偏斜的刀片381-1到381-I。

上述挡板21可以结合到管40中，或者管40可以在该系统的不同位置上具有一个或多个挡板类型的变型。

流量测试

流量测试是在原型系统上进行的，以研究子腔室22-n体积对给定流速下每单位输入能量的细菌杀灭率的影响。该测试证实了存在最佳的子腔室22-n体积与挡板流动面积之比，其使给定流速下病原体的杀灭率最大化。随着沿给定长度管40的挡板21数量的增加，该病原体杀灭率增大，直至该子腔室22-n体积与挡板21面积之比达到约20cm。在该最佳值以下，发现增加更多的挡板21降低了该病原体杀灭率。因此，对于给定的子腔室22-n直径和挡板21流动面积，为使该UVC病原体杀灭能力最大化，存在最佳的挡板数。该最佳的挡板21数将根据挡板和子腔室的设计、流动面积和流速而改变，且将可以通过实验测定。

UVC灯

优选的实施方案使用253.7nm低压汞灯20，例如菲利普(Philips)TUV75W HO灯，其在253.7nm的频率释放超过95％的其能量。该优选的灯是用石英管制造的。石英具有优良的UVC透射特征和高的抗热震性，以使得一旦突然温度改变(例如在冷水与热灯接触时)而造成的破裂最小化。

在该优选实施方案中，该石英灯20直接涂覆有氟化乙烯丙烯(FEP)，氟化乙烯丙烯直接与待净化的水接触。该FEP通过长期暴露于UVC不会降解且UVC透射损失最小。如果在操作过程中灯20破裂，该FEP覆层将包住破裂的石英和灯内的少量汞蒸汽，并防止其污染该饮用水。此外，该FEP覆层降低了该石英灯20的热冲击。该覆层还用于降低该灯到周围水的传热系数，由此提高灯20在冷水中的有效UVC输出。

该FEP覆层80(图7)是有利的，因为来自水中的生物体以比不涂覆FEP或类似材料的灯20的石英管上更慢的速率聚集在FEP上。该FEP具有比石英更光滑的表面，这可以有助于这种累积速率的降低。

在该优选实施方案中，使用聚合物密封件将该UVC灯20直接密封到腔室端帽50上(图5)以允许石英随温度膨胀，并以在如果该系统压紧时减震或者在如果过载时允许该管40结构变型而不会破坏该灯20。这种构造示于图3中。该灯密封件优选是由PTFE构成的。可替代地，该密封件是由FEP、PVDF、PEI、PEEK或其他抗UVC或UVC稳定的聚合物或其他材料构成的。可替代地，该弹性体密封件包含2％或更多的碳黑或其他UV抑制剂以防止UVC损害和密封件的破裂。由可以位于从该电子元件机壳伸出的导管中的电缆为该灯提供电力。

可替代地，该灯20环绕与水接触的单独的石英管24(例如参见图12和36)。可替代地，可以在单一石英管中使用多个灯来代替单一的灯。可替代地，可以使用高压汞灯代替低压汞灯。可替代地，能够在中心FEP涂覆管40中使用UVC发射LED，例如频率为260nm或280nm的LED 440-I到440-L，如图25中所示。可替代地，能够使用脉冲UVC源代替低压灯20。可替代地，可以使用微波UVC源。

该中央紫外灯20能够环绕有在管40内的石英管24，如图42、43和44中所示。该系统将继续使用上述的挡板构造。空气或可能的惰性气体能够占据灯20和石英管24内部之间的径向空间。该石英管24能够涂覆有FEP以防止或降低生物膜和钙和镁沉积物的沉积。

可替代地，能够将多个紫外灯(例如20-1和20-4)放置在单一管40内，如图45中所示。该单独的灯20-1到20-4能够每个分别位于石英管24-1到24-4内，如图46中所示，或者多个紫外灯20能够位于单一的石英管24中(未示出)。

具有多个开孔的挡板(例如图45中所示的挡板21-1中的开孔263-1到263-4)可以用于容纳多个紫外灯20，如图45和46中所示。图46显示了分别封装在石英管24-1到24-4中的灯20-1到20-4。可替代地，具有单独开孔(例如开孔269-1到269-3，如图47中所示，)的挡板21能够与两个或多个灯20结合使用(显示为四个(4)分别在石英管24-1到24-4中的灯20-1到20-4)。

制造方法

该优选的系统是包括不锈钢净化管40和挡板21。如图26中所示，通过沿其长度激光切割或其他方式钻孔或冲压孔451对该管40穿孔，以将该挡板21TIG焊接到管40内的适当位置。可替代地，该管可以不穿孔，且可以使用其他方法(例如电阻焊接)结合该挡板。每个挡板21优选具有三个或多个位于该挡板21的外圆周周围的焊接接头。该挡板21可以可替代地通过激光焊接到位。

如图27和28中所示，也可以通过在将挡板21置于适当的位置之前或之后用按压或冲压到该净化管40中的凹座452-1和452-2保持每个挡板21。优选地，用在管40壁上档板的每一侧的多个缺口来保持每个档板21，并且如图所示至少在该所示的挡板21的外圆周周围的三个位置处。可以将该管压印或凹进在该周边上以产生图案以在该子腔室22中产生有益的流动。

可替代地，该管40可以由卷成管状的具有凹槽或焊接在一起以将该挡板21对准在其适合的位置的薄片材制成。

可替代地，该挡板21和管40可以由阳极铝构成。

如上所述，能够将PVC用于管40。将该PVC管加热到约320F使其直径膨胀并变得顺从。能够通过将其在标准PVC管加热器中旋转而将其加热。然后将其放入由两个绞接在一起的半圆筒制成的开口压缩固定器中。然后关闭该压缩固定器，并对该聚合物筒40施加径向压力。该管40在该压缩固定器中径向压缩，将该挡板21的边缘埋置到该PVC管的内壁中，将其锁合到位，如图29中的等轴横截面所示。图29显示了在聚合物外层400b(例如PVC)内部的抗UVC聚合物(例如PVDF、PEI、FEP、PTFE或其他材料)的内层400a。

然后将该管40排列，组装端帽50，并将其密封到管40上，然后插入灯20，并将电子元件机壳36安装到系统上(参见图3)。

可替代地，该外壳和挡板组件可以由材料(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))使用设置在该模具中的预切割挡板吹塑而成。可替代地，使用该模具中放置的预切割挡板可以旋转模制该外壳。

可替代地，如图30中所示，将每个管40在两个或多个纵向部分上40a和40b上注塑，挡板21分割成两个或多个部分21a和21b。然后可以将由此制造的该部分40a和40b胶结或热粘合或塑料焊接在一起。

可替代地，管40-1和40-2都是在三个纵向部分40-1a、40-3和40-2b上注塑的。在这种情况下，中心剖面40-3是由半管40-1b制成的，与半管40-2a形成整体结构。中心剖面40-3在两侧上都具有挡板，如图31中所示。将每个管40的侧边部分40-1a和40-2b胶结或热结合或塑料焊接到中心部分40-3上以完成该结构。在该设计中该挡板能够插入到模制的不锈钢或阳极铝中，或者能够将其注塑到位。

能源

在一种实施方案中，该系统由一个或多个由电网充电的深循环电池(deep cyclebatteries)或太阳能光电池或其他太阳能发电技术提供电力。其可以在具有可靠电力的区域中直接连接到AC电网。

可替代地，该系统可以直接由太阳能光电板提供电力或可以由从太阳能光电板充电的电池提供电力。从光电板给一个或多个电池充电的优点是该太阳能板能够具有较小的功率输出且能够用于每天更多的小时，同时该水净化器在每天的较短时间内消耗相同量的能量。

对于电网电力不可靠或不连续的区域，电池功率将可使该系统可靠操作，使用间歇的电网电力为该电池充电。可以将低电压关闭特征设计到该换流器中以保持电池不释放到低于约70％的其容量(约10.6伏特)以保护该电池并保持其寿命。用于操作该灯的该换流器和镇流器可以一起集成在该系统中。

深循环电池允许在再充电之前使用储存在该电池中不超过约80％的能量。可替代地，该电力源能够是铅酸起动用电池，其成本典型地低于深循环铅酸电池。对于合理的电池寿命，该铅酸起动用电池典型地仅能够放电其储存能量的20-30％。假设在使用前将该电池完全充满，三个并联的安培-小时卡车起动用电池的30％放电产生68.4安培小时的可用容量。如果该净化器在12伏特的标称电池电压时消耗165瓦特，那么其将引起13.8安培的电流。从该电池中可得到的68.4安培小时，将以连续13.8安培的量提供约5小时的净化。

可替代地，该系统可以由碱、锂离子、镍镉、镍金属氢化物、锌空气、钠硫、锂金属电池或其他电池或具有适当电压和足够容量的电池组合提供电力。

图32显示了用于净化器的没有感应电路的电池电力系统的电路框图。图32显示了用于保护过压的断路器563a、用于保护电池561过度放电的低电压检测器559和AC换流器565，所有都是公知设计。该系统优选设计以耐受施加到输入端子的高AC功率，并耐受施加到输入端子的反DC极性。图32中的电路中所示的热熔丝563b以能量损失最小的方式保护该系统不会温度过高。

可替代地，通过绕过AC换流器565提供AC电源线和插头572，该系统能够直接由电网提供电力，如图32中所示。该电路560也可以具有集成的自动电流或电压感应以感应有效电力源(该电池561或通过插头572的外部电力)或用于选择电力源的手动开关。

作为电池或电网电力的替代，该净化器能够通过如图33中所示的集成单元或通过使用单独的踏板电力产生系统由踏板提供电力。平均健康的人体2.2小时能够产生165W(0.22马力)，其足以为功率消耗为165瓦特的净化约1100加仑(4200升)的该优选实施方案系统提供电力。该踏板可以直接或通过驱动轮为该发电器提供所需的旋转速度而驱动AC或DC发电器。如果使用DC发电器，该系统可以装备有用于灯20的DC镇流器以消除对AC换流器的使用。

可替代地，该系统由发电机(例如电力、柴油、汽油、丙烷或天然气提供电力的发电器或水轮发电机或其他电力源)提供电力。

电子元件

用于该系统的电子元件和电力元件可以容纳在防水或耐水机壳36中，如图3中所示。该耐水密性外壳包含该控制电路、具有集成低电压检测电路的AC换流器、UVC杀菌灯镇流器566(图35)、启/闭式开关39(图3)、小时计38和非必要的用于为非必要的阀螺线管产生24V AC的变压器。其具有LED25和/或非必要的LCD屏(未示出)，用于指示该系统的状态。优选地，该外壳具有气密配件602，用于该电池的电力输入电缆和非必要的AC电力电缆，以及灯和阀螺线管的输出电缆。该启/闭式开关39和小时计38优选是防水的。该LED 25和非必要的LCD屏优选也是防水的。

该镇流器566(图35)优选是编程启动或编程快速启动型的，以使灯寿命最大化。可替代地，使用常规磁镇流器。可替代地，用AC电力镇流器代替DC电力镇流器以消除对AC换流器的需求。

控制系统

该净化系统优选由模拟控制系统或集成数字微处理器或微控制器控制。该数字控制系统使用模拟到数字的(A/D)转换器以如下所述提取该模拟输入。

图34a显示了如下所述进行电流监控、启动延迟和阀控制功能的模拟控制电路的示意图。

图34a显示了与本发明的水净化系统一起使用的电子电路的框图。在框301(图34b中更详细显示)中，开关通过热断路器将电池的加减输入端连接到换流器。该公知设计的换流器将电池电压(优选十二(12)伏特)转化为一百二十(120)伏特、六十(60)周波的AC电流或其他适合的AC电流。当温度提高到特定值(例如一百五十(150)摄氏度)以上时，该断路器切断电源。在该电池反向安装而导致会使该热断路器打开与电路剩余部分的连接的大电流的情况下，该断路器还断开该电池和电路剩余部分之间的连接。

该换流器(在图34b中显示为换流_1加(INV_1 PLUS)、换流_5框架(INV_5 FRAME)和换流_2地(INV_2 GND)的输入引线)具有发送到输入引线(示为镇流_1_120输入(Bal_1_120 IN)和镇流_2_120输入(Bal_2_120 IN))的AC输出信号，通过图34c中的框302所示的电流变压器T1输送到镇流器。该通向镇流器的接地引线示为镇流_地_框架(BAL_GND_FRAME)。由于镇流器是公知的且可现货获得的，该镇流器本身未示于附图中。该镇流器以公知方式产生高频率信号，将其直接传送给管40中的灯20，以激发灯20中的气体并因此产生等离子体，该等离子体发出用于净化水或其他液体的UVC照射。

框302中的电流变压器T1(图34a和34c)提供了用于监控通向灯20和镇流器303的电流的连续信号，以指示该灯20不再能够产生净化水或其他待净化流体所需的UVC照射。该来自电流监控变压器302的信号通过框301送往放大器309，以如下所述的方式使用以关闭阀32并因此停止水或其他待净化流体的流动。

框304中的变压器T3为阀32和阀控制306(图34d中更详细显示)提供信号。阀控制306接收信号(在图34d中显示为五(5)伏特)，其开启发光二极管D7，光敏开关S3响应于来自逻辑门307(图34a和34g)的低电平信号而检测来自其的光。因此开关S3提供示为阀1和阀_2(图34d)的输入引线之间的电连接，由此以如下所述的方式响应来自逻辑门307(图34a和34g)的低电平信号打开阀32。

来自该换流器的信号还直接发送给变压器T3(图34a和34c中的框304)。变压器304从框301中的换流器中接收一百二十(120)伏特，并将该信号转化为二十四(24)伏特的AC信号，将其发送给如上所述的阀32和阀控制306。阀32控制通过该单元的水流。如下面将解释的那样，在该单元被开启允许任何水在该单元中被纯化之后，在将另外的水引入该单元(该单元具有最初流动通过该单元的流体)之前，将阀32保持关闭特定时间(在一种实施方案中为约四十(40)秒)。由以如下方式产生的来自逻辑门307的信号控制阀32的开启。

逻辑门307中的逻辑门U7A(图34a和34g)根据来自计时器311(图34a和34i)的信号控制阀32的开启。如图34i中所示，计时器311(来自Atmel的U6046B)接收来自断路器(图34b)的输入引线的十二(12)伏特信号。该信号开启计时器311。通过设定电阻器R13和电容器C8的RC值控制计时器设定的延时。在一种实施方案中，将计时器311设定以在该系统开启后约四十(40)秒在来自U13的引线2上产生高电平输出信号。该高电平信号发送给逻辑门307中的与非门U7A的输入引线2。与非门U7A的输入引线1接收来自电压调节器310(图34a和34h)的五(5)伏特信号，该电压调节器310(图34a和34h)响应于在该系统启动时从断路器CB1(图34b)的输入引线接收的十二(12)伏特信号产生该五(5)伏特信号。

一旦接收到两个高电平信号，与非门U7A在其输出引线上产生低电平信号。由于与非门U7A的输出引线与LED D7的阴极连接，以及来自电压调节器310的该五(5)伏特电源与LED D7的阳极连接，因此LED D7开启并激发开关U4。其开启阀32。结果，待净化的水开始流动通过该系统，在该水开始流动之前，净化阀32开启之前系统中的水被净化。

累积计时器312(图341)记录并保持系统已经操作的总累积时间。在一种实施方案中，该计时器是机械的，使类似里程表中的机械元件转动并由此记录总操作时间。如果需要，替代的计时器能够使用可再充电的电池和LCD显示器。其他电子计时器也可以与本发明一起使用。如果需要，能够使用此处描述为与本发明的水净化系统相结合的无线系统，将无论何种类型的计时器中保持的信息传送给中央控制装置。

当来自电流监控变压器302的信号检测到通向镇流器303的电流(其使施加给该灯20的电流量度)降低到选定值以下时，在变压器302的输出引线上发送信号通过框301到达放大器309(图34a和34e)。这样造成框309中的放大器U18A和U18B产生低电平信号。该低电平信号通过电阻器R6(1K欧姆)(图34e)并通过计时器311(图34i)中的电阻器R14送往从计时器311到逻辑门307的输出引线。将该低电平信号分别发送到与非门U7A和U7B的输入引线2和5，使来自这些与非门的输出引线的输出信号变高。来自与非门U7A的高电平输出信号关闭二极管D7(图34d)并关闭阀32。因为通向镇流器303的较低电流表示没有足够的电流可以供给灯20从而不能完全净化通过该系统的水，因此这是必须的。

此外，将框309中的放大器U18A和U18B的输出引线上的低信号直接送到比较仪U10(框308；图34a和34f)的RS输入端子。这样将比较仪U10的输出引线输出1(OUT1)上的输出信号降低到低电平。该框308中的比较仪U10的输出引线输出1(OUT1)上的低电平信号应用于逻辑门307中的与非门U7A、U7B和U7C的输入引线1、4和10。该低电平信号确保了逻辑门307中的与非门U7A、U7B和U7C的输出信号变高，从而关闭绿色LED D3(图34a)。这告诉使用者该系统不再运行。

比较仪框314(图34a和34k)包含电路，该电路包括将信号发送给LEDD3(绿色)、D5(黄色)和D6(红色)的比较仪U16。当系统操作时绿色LEDD3亮。然而，框313中的振荡器U12产生振荡输出信号，其被送往逻辑门307中的与非门U7C(图34a和34g)，以使该来自与非门U7C的该输出信号以从低到高再到低等方式来回振荡。这种来自U7C的振荡输出信号使LED D3持续闪烁绿光，向使用者指示该系统处于启动模式且在使新水流过该系统之前正在净化系统中剩余的水。

比较仪U16(框314，图34k)感应来自电池的电压降低到低于十二伏特(10.6伏特是该电池电压允许降低的最低电压)。当这种情况发生时，比较仪U16使与非门U7D的输出信号降低，由此开启红色LED D6，以指示该系统功率较低。比较仪U16是通过以下实现的：感应输入引线：比较输入1(CIN1)和比较输入2(CIN2)上的电池电压的降低，然后在输出引线：比较输出2(COUT2)上产生高输出信号。该高输出信号驱动与非门U17A的输出信号降低。将该低输出信号作用于与非门U7D的输入引线12上。施加到与非门U7D的另一输入引线13上的是振荡框313中的振荡器U12的振荡输出信号。该振荡信号使该与非门U7D的输出信号在高低之间振荡，由此使红色二极管D6开关振荡并由此警告使用者电池较低。

图34m显示了LED D3、D5和D6的连接。如图34m中所示，将五(5)伏特施加到LED D3、D5和D6的阳极上。

图34n在一种示意图中显示了图34b-34m中所示的电路元件的相互关系。图34b-34n中所示的电路元件的数据如下：

CB1 断路器

C1 4.7uF

C2 0.1uF

C3 0.1uF

C4 0.1uF

C5 0.1uF

C6 0.1uF

CI0 0.1uF

C12 0.1uF

C14 0.1uF

C11 47uF

C13 47uF

C15 0.1uF

C16 0.1uF

C17 0.1uF

C18 0.1uF

C7 47uF

C8 0.001uF

C9 0.47uF

D1 肖特基(Schottky)

D2 D1N4148

D3 1N6264/TO

D4 D1N4148

D5 1N6264/TO

D6 1N6264/TO

D7 D1N4148

L5 阀

RI0 1K

R11 3K

R12 510

R13 665K

R14 510

R15 330

R16 330K

R17 330

R18 9.1

R19 1K

R2 60.4

R20 1K

R21 330

R22 510

R23 510

R24 510

R25 330K

R26 510

R27 510

R3 1K

R4 3K

R5 1K

R6 1K

R7 330

R8 510

R9 510

T1 电流_传感_1(CURRENT_SENSE_1)

T3 120V-24v

U10 最大4373测试+-ND(MAX4373TESA+-ND)

U18 LM1458M

U12 555C

U13 U6046B

U14 LM340MP_5.0

U16 最大4373测试+-ND(MAX4373TESA+-ND)

U17 SN74F38D

U4 H11F1

U7 SN74F38D

R31 51.1

R29 60

R30 1K

R28 1K

R23 510

R22 510

R26 510

R32 510

R34 510

R35 510

R33 510

R36 510

J1 标题(Header)

图37在框图水平上显示了用于与本发明一起使用的控制系统的另一实施方案。防水开关321将电池320(示为70安培-小时卡车电池)连接到换流器323。红色LED D6和绿色LED D3与换流器323连接，该LED的操作如上所述。小时计322连接换流器323的输入引线323a和323b，以提供该系统总操作时间的测量。一百二十伏特(120)交流电从换流器323输出到镇流器324。镇流器324驱动产生用于净化流过该系统的流体的UVC光的灯20。光电二极管328检测UVC光的强度并产生被放大器329放大的输出信号。该放大器329的输出信号被发送给阀螺线管327的输入引线，在该光电二极管328检测到低于灯20净化待净化流体所需的最小强度UVC光时关闭阀32。延时计时器325与输出引线323c和323d以从换流器323中接收AC信号，并将阀32的开启延迟选定时间(在图37中示为三十(30)秒，但能够设定位所需的任意其他适当时间)，以在将新流体流过该系统之前使该系统净化系统内的流体。延迟计时器325驱动变压器326的输入线圈，其输出线圈连接以驱动该阀螺线管327，并由此在该计时器向变压器326的输入线圈发送适当信号时开启阀32。

使用数字控制系统，可以记录并存储该系统数据和状态用于随后取用。可以将所有关键变量的数据取出并记录在本身连续改写的转动记录器上，改写之前最老的数据。可替代地，可以将该数据存储在固定文件中。随后能够通过一种或多种技术远程存取该数据。优选地，该系统通过互联网自动将流量和水状态的数据传送到中央数据库中。

此外，该系统可以包含红外端口、通用串行总线(USB)或火线(Firewire)(IEEE标准1394)端口，或很多可能的标准接口中的一种。可替代地，可以使用具有内置无线电的无线装置接收该数据。

微处理器577可以通过脉冲宽度调制(PWM)螺线管驱动器控制该阀32。图35显示了这种电路的典型示意图。

该系统可以可替代地使用保持螺线管阀32，设计以使用瞬时12VDC脉冲开启和关闭，以降低功率消耗的。该DC保持螺线管580不需要恒定的功率供给。而是其需要使用电流脉冲给该螺线管580，以开关该阀32。

阀延时计时器

当该系统关闭和一旦启动或重启动时，该输出阀32(图3、32和35)关闭。在最初启动或一旦重启动，在输出阀32自动开启之前，该阀32保持关闭预设时间(基于系统设计流速的流动体积，为40秒)。该延时可使UVC灯20照射自腔室22-1到22-N足够的时间以净化该管40内容纳的水的所有体积，由此确保甚至当该系统最初启动或重启动时，离开该系统的所有水都完全净化。该启动延时在模拟控制系统中时通过图34a中的电路中所示的计时器311实施的。

使用上述流速信息，可以用使用脉冲宽度调整控制的数字控制系统来控制该阀螺线管569(图32)以改变阀流速。

例如，如果电流监控器或光电二极管测定到该UVC光输出已经降低，那么能够调整该阀32以降低如该系统中的流量传感器(例如压力传感器579(图35))监控的系统的流速。

该系统控制器能够监控并在如果该电流变压器568(图32)或光电二极管显示该系统的病原体杀灭性能降低时降低流速。通过关闭阀螺线管569(图32)可以自动停止通过该系统的流速，或为适当的净化水平，通过将该阀螺线管569的脉冲宽度调整而降低通过该系统的流速。如果可能由于输入水的压力过大而使得系统中的压力传感器检测到对于有效病原体消除过高的流速，该控制系统能够依照该控制系统中内置的预定义的算法或查询表降低该阀螺线管569的负载循环以减慢通过该系统的水的流速。

电流监控器

本发明的优选实施方案装备有内置自动连续系统以监控杀菌灯20释放的UVC功率。该系统可以设计以在如果引发了暗示生产的水不纯的条件时停止水从该净化器中流出。该电流监控器574(图35)也可以用于使用PWM和数字控制系统降低水的流速。灯电流降低到足以杀灭水中病原体的预设水平以下将导致一个或多个该灯20的UVC发光的降低，因此导致水质量不能保持在可接收的水平。由于该UVC灯20需要在最低阈电压之上操作，并且因为该灯20产生固定频率的频谱，因此到达灯20的电流是灯20所产生的UVC功率的量度，从而是测定该系统的病原体失活速率的量度。

用该系统测试了两种类型的电流监控系统。第一种且优选的实施方案(图35)使用电流变压器574测定镇流器输入上的AC电流。当该灯或镇流器故障或当该输入功率水平过低时，该电流监控器将显示到达灯20的电流的降低。在图34a和34f的电路中显示适合的比较仪。可替代地，可以通过A/D转换器576将该电流变压器的输出输入到微处理器577中，如图35中所示。可替代地，能够测定镇流器566和灯20之间的电流，尽管可能需要多个电流变压器。

第二种实施方案使用霍耳效应传感器(未示出)来测定在镇流器566的入口处到达灯20的电流。如前述实施方案中那样，当至少一个灯20不正常工作或当系统产生的电流降低或当该镇流器566不正常工作时，该电流监控器将测量到到达灯20的电流降低，并响应于其产生信号，该信号被输入到该电路中的比较仪中。可替代地，可以通过A/D转换器将该霍耳效应传感器的输出输入到微处理器中。可替代地，测定灯20和镇流器566之间的电流，尽管使用该后一种方法可能需要多个电流传感器。

使用电流变压器或霍耳效应测量技术，模拟或数字控制系统产生信号以控制该阀32的螺线管，并在到达镇流器566的电流降低到阈值以下时停止或降低流量。当电流仍足够但接近阈值时LED指示器可以指示以警告操作者可能需要对该系统进行预防性维护。

光电二极管监测器

可替代的实施方案不测定灯电流，而是使用光电二极管630(图36)测定UVC灯发出的实际光，如图36中所示。在该图中，该光电二极管630暴露于环绕该灯20的石英管24传导的光，尽管在没有石英套管24的情况下，该光电二极管630能够得到直接来自灯20的光。

该光电二极管信号在电路中放大并流入用于模拟电路的比较仪或在数字控制系统中的A/D转换器中，以检测用于适当系统操作的最低可接收的UVC光输出。如上述方法中所示，模拟或电子控制系统产生信号以控制该阀的螺线管并在该UVC光水平降低到阈值以下时停止该流动。在该优选实施方案中，当该光水平不足但接近该阈值时该LED指示器显示以警告该操作者该系统可能需要预防性的维修。

该光电二极管630可以被来自水的沉降物或沉积物部分堵塞，这可能导致错误的负读数，在不合理时使该阀关闭或降低流速。使用光电二极管630的系统依赖于非常敏感的放大器，其不能在严苛的操作条件和宽温度范围下可靠地操作。由于这些原因，电流监控是从灯20得到反馈的优选技术。对该单元的故障模式和操作的研究显示用图35中所示的更耐用和更简单的电流监测器574，将能够检测到该光电二极管630可检测到的致命故障模式。

浊度监测器

可以使用水的浊度作为用于通过反馈到数字控制系统而停止或降低通过该系统的水的流速的标准。该系统可以包括浊度传感器用于测定该水的浊度，使用简单的光电晶体管或光电二极管和LED光源。如果水的浊度超过临界值，那么可以调节阀32(图3、32和35)作为流量传感器的反馈来降低该系统的流速。能够将来自电流监控器和该浊度传感器的信息相组合以产生该系统的性能包，其可使该数字控制系统根据给定流速的UVC功率、浊度和水温度的适当组合调节该流速。该性能图可以表示为在该数字控制系统内的公式，或优选地，作为一组数值保持在该系统的固定存储器中的查阅表中。

可替代地，该浊度传感器是测定水对该杀菌灯或其他光源发射的UVC的吸收率的UVC光电二极管。

差示流量传感器

能够使用两个或多个跨越一个或多个挡板的固态电子压力传感器651和652测定通过该系统的流速，如图38中所示。以差示形式使用来自这些传感器的输出信号以得到通过该系统的流速信号。该挡板比没有挡板的腔室沿该腔室的长度产生更大的压降，因此提高该流量测定的敏感性。随着流速的增加，给定距离上的压降相应地升高，使得这些传感器651和652之间测得的压差也将升高。

在通过使用模拟比较仪或惠斯登电桥电路的模拟控制系统的情况下，通过对比来自传感器652和652的输出信号产生流量信息。对于数字控制系统，优选使用多元模拟-数字转换器，并通过使用集成微处理器的内置算法比较来自传感器651和652的数值。该压力传感器651和652多路传输到A/D转换器中用于和微控制器基数字控制系统一起使用。

可替代地，能够在该系统中增加单旋转流量计或其他适合的流量计。该流量计能够将信息提供给模拟或数字控制系统。

温度传感器

类似地，可以通过热电偶或热敏电阻或其他热测定装置感应该水温度。可以通过数字控制电路使用温度信息以调节该阀32(图32)，在较低的温度下，需要更大的UVC功率以及因此更低的流速以杀死病原体。

根据需要能够将任意上述传感器都构造以与该控制系统无线通信。

系统状态指示器

该水净化系统优选包括显系统状态的指示器LED 25，如图3中所示。在该优选实施方案中，当系统电力充足且开关开启时，绿色LED连续发光。该绿色LED持续发光指示正常操作。红色LED闪烁指示该电池微弱。当该阀32开启时琥珀色LED连续发光。当该阀32关闭以净化系统中残余体积的水时在启动延时过程中绿色LED闪烁。

当使用数字控制系统时，能够使用LCD或其他显示器以字母数字方式显示系统状态，并可使操作者通过选项屏驱动显示与系统相互作用以改变系统中的设置。

与系统相结合用于从系统中除去沉积物的超声波换能器。

在本发明的另一方面，将超声频率施加到每个紫外照射子腔室中，用于从灯和管40上除去沉积物。紫外净化系统的通用问题是沉积物累积在紫外灯20的表面上或环绕该灯20的石英管24上以及灯20所位于的管40上。这些沉积物典型地包括生物膜、钙沉积物和镁沉积物。钙和镁沉积物主要是来自在净化过程中硬水的使用。目前，很多紫外净化单元使用手动或自动擦拭器定期从灯上除去这些沉积物。

在本发明的该方面中，一个或多个超声换能器(在图42的实施方案中显示为两个换能器1011-1和1011-2)固定到紫外管40上。每个换能器从超声发生器接收能量。在激活时，每个超声换能器在该管40内产生压力波，其在该管40和环绕灯20的石英圆筒24的表面上造成气穴现象。这种气穴现象从该石英24和管40的暴露表面上除去生物膜沉积物和钙、镁和其他沉积物。该超声清洗特征意于增强或代替传统的机械擦拭。其能够消除对用于清洁该灯20的自动擦拭器臂系统的需求。

每个换能器1011自身典型地是由环绕不锈钢壳的压电材料制备的。该换能器与超声发生器连接。如图42中所示，该换能器能够通过焊接、螺栓连接、铜焊或其他方法结合到该管40的外壳上。超声发生系统是本领域公知的。

能够使用单一的超声或声波频率，或者可以顺序或同时使用多个频率。典型地将使用在约20kHz-200kHz的范围内的频率。越高的频率产生越小的空穴气泡，并从该灯和子腔室上除去越小的颗粒。能够在清洗顺序早期产生较低的频率以首先除去较大的颗粒。然而，能够产生较高的频率以除去较小的颗粒。可替代地，该系统可以同时或以其他顺序使用多个频率。如果该较高的超声频率是较低频率的整数倍数，那么能够通过相同的换能器传送多个频率。

使用控制系统，该系统本身就可以以预设间隔自动超声清洗。可替代地，能够手动控制该超声清洗。当然，可以将水净化器的超声清洗与其他类型的净化系统(包括没有挡板的系统)一起使用。

与其他过滤器的组合

该UVC照射将杀死水生病原体，但可能本身并不足以处理水中的其他杂质，例如有机溶剂、无机材料(例如重金属)和杀虫剂。本发明可能需要预过滤器或后过滤器(图中未示出)或臭氧注入或过氧化氢注入以除去这些非微生物污染物。

优选地，在使用该水净化系统之前，测定该水源的有害有机化合物、无机化合物、重金属和杀虫剂，以根据需要增加另外的预过滤器或后过滤器。

砂预过滤器

在一种实施方案中，将该水净化系统与砂预过滤器一起使用，用于使用普遍可得到的硅砂介质去除尺寸下至20微米的颗粒。能够使用沸石介质代替该砂过滤器中的砂介质以除去甚至更小的颗粒物质。

可替代地，除砂过滤器之外或作为其替代，能够将该系统与硅藻土(DE)预过滤器一起使用。DE预过滤器能够除去下至3微米的颗粒。可替代地，能够使用沉降槽代替该砂过滤器与DE过滤器或与它们相结合。

该砂过滤器，无论集成到该UV单元中或单独使用，都可以具有能够手动或自动操作的反冲洗阀。自动阀将会以特定的间隔反冲洗该系统，其能够使用来自内设传感器的返回到该微控制器的信息，根据自动测定的通过该系统的累积水流量、或累积水流量与浊度的乘积而自动缩短或延长该间隔。

可替代地，在水净化器的入口处使用非常细的不锈钢网(在一种实施方案中为60目不锈钢网)。可以使用锥形或波纹形或圆筒形网以提高表面积，用于降低流动阻力并降低过滤器的堵塞情况。

本发明的实施方案能够在该反渗透过滤器之前与活性炭预过滤器或后过滤器和水软化器一起使用，以防止在该反渗透膜上的聚集。

非必要的，该系统可以使用预过滤器，例如聚丙烯纺粘预过滤器。可替代地，在入口处能够使用细布过滤器，以过滤出小颗粒。可以使用一层或多层布层。该颗粒将被该布的纤维捕获。

活性炭预过滤器

本发明的另一实施方案在该UV系统之前或之后将活性炭块过滤器或颗粒活性炭(GAC)过滤器集成到该系统中，以除去有机化学物质、杀虫剂和其他将吸附到该活性炭过滤器表面上的杂质。

活性氧化铝过滤器

能够使用活性氧化铝过滤器以从水中除去砷、磷酸盐、硫酸盐、铬酸盐、氟化物，但不能除去硝酸盐。其优选用作预过滤器。

在一种实施方案中，将该砂过滤器、活性炭过滤器和活性氧化铝过滤器串联设置在与另两个UVC照射管并排的第三管中。

可替代地，使用与该两个UV管和砂过滤器管并排的第四平行管作为活性炭过滤器。

水软化器

该系统可以装备有水软化器，其是电力型可再次填充盐类型的或非电力型的，以在进入该水净化器之前将水软化。该水软化器能够降低或消除可能在该系统的内表面(可能包括灯或涂覆有FEP的灯表面)上发生的钙和镁化合物的沉淀。

可替代的系统设计

可替代的系统设计使用非潜水灯，使用与上述所示相同的挡板，以如上所述使水的UVC照射最大化。在该设计中，如图39中所示，UVC透明窗口681将该灯20与该组挡板21和水分隔开。该系统优选使用半圆筒形净化管40，以使水的UVC照射最大化。弧形挡板21设置在该半圆筒形管40中，具有与该弧形照射窗口681相邻的流动环。该子腔室的顶部优选具有角度，如顶部682所示，从水平面升高一定角度以有助于如图所示将该放气引出该系统。在一种实施方案中，该系统设置在通过加热被软化的挤出PVC管中，插入该组件，将该PVC管40压缩以将该挡板21锁定在如前所示的壁内。可替代地，使用不锈钢或阳极铝或LDPE或HDPE或聚丙烯外壳。该系统优选是重力给水的，但可以加压到更大的压力。

该窗口681优选是由在其长度上与LVC灯20相邻的FEP膜构成的，其将灯20与水和一组不锈钢挡板21隔开，如图39中所示。该FEP覆层将降低有机物质在该净化过程中粘附到该灯20上的趋势。可替代地，窗口可以由石英或涂覆有FEP的石英或涂覆有FEP、PTFE、PVDF、PEI、PEEK或其他耐UVC或UVC稳定的聚合物或其他材料构成。

图40显示了悬挂在该挡板21上方的灯20。在该灯20上方并沿其长度优选使用反射镜426。水流动通过该组挡板21，并接受来自上面的灯20的照射。优选使用低压UVC灯。这种可替代的设计将保护该低压UVC灯20的输出不会变差，通过上述优选实施方案从流动的冷水中冷却到40摄氏度的最适宜温度之下输出就会发生变差。可替代地，可以使用中压UVC灯20。可替代地，可以使用表面放电脉冲UV源。

可以使用UVC发射LED代替UVC灯。如图25中所示，这些LED 440-1到440-L可以仅涂覆FEP、PTEE、PEI、PVDF、PEEK或其他耐UVC的聚合物，并成一排与该挡板相邻设置。可替代地，该LED可以封装在能够涂覆FEP的石英管或套管中。可替代地，LED 441可以设置在该管40外周的周围，如图41中所示。该LED也可以设置在具有挡板的弯曲或抛物线子腔室的顶部。

无线数据传送

本发明的水净化系统可以结合无线通信设备以使其能够用作无线网状通信网络的节点。两个或多个这些节点的组合将产生无线网状网络。网状网络是其中每个节点能够代表其他节点中继信息并因此提高该范围和可获得的带宽的自配置系统。在网状网络中的节点将仅与在固定范围内的其他节点连接。

可以使用机载电池或储能系统以为该通信系统提供电力。可以用该水净化器的电力源为该电池充电，然后通过在完成该天的水净化之后较长的时期内使用该通信系统放电。

在该优选实施方案中，所有节点都与其他在范围内的节点直接通信，如图48中所示。每个网授权节点605用作进一步延伸该网络的中继站。通过添加更多的节点可以自动延伸该网络。因此，随着将更多的水净化单元添加到区域内，该通信网络会自动与其增长。该连接的冗余能使该系统自动检测路径问题并将其恢复，使得在如果一个或多个节点损坏且其他节点与该覆盖区域交叉时该系统能够“自愈合”。

图48显示了这种网状网络的实施方案，具有包括具有天线611-1到611-5的移动无线发射器和接收器610-1到610-5的节点605-1到605-5。基站612从选定的发射器和接收器610-1到610-5接收信号，并将这些移动的发射器和接收器连接到网络，例如互联网613。

图49以框图形式显示了典型的无线发射器和接收器。来自本发明的水净化系统的电力源621为构成该移动无线发射器和接收器的该电路的剩余部分提供电力。这种移动装置能够包括数字电子装置622，该数字电子装置622可含有RAM存储器、用于控制该移动装置的操作的ROM编码和用于控制信息的接收和发送的微处理器。该移动装置还将包括能够发送和接收无线信号的RF部分623和用于放大接收和发送信号的放大器624。天线611能够定向或全方向以使该移动装置从该系统中的其他移动装置中发送或接收信号并使该移动装置发送信号到该基站612(图48)。

随着更多的装置添加到该网络中，倘若该平均通信路径中发射数量足够低，那么可以得到更多的带宽。如果节点之间的距离过大，那么可以在节点之间使用转发器。

数据优选是在信息包中通过该系统从一个节点发送到另一个节点，该信息包包含具有路由和其他信息的标题，然后是少量数据，直至每个信息包到达适合的目的地，在该目的地将该信息包重新组合并使用。在每个装置中包括的路由选择能力使其能够发生。为了实施这种动态路由能力，每个装置需要将其路由信号与其连接的每个装置通信，然后每个装置决定是否将其接收到的该信息包通向另一个装置或将其保持。

每个节点仅需要传送远至下一个节点。节点作为转发器，将数据从附近的节点传送到超出无线电范围的下一个，产生能够跨越长距离，甚至跨越崎岖地区的网络。网状网络也是非常可靠的，因为每个节点可以与几个其他节点连接。如果一个节点由于硬件故障或其他原因丢失，那么其邻居能够简单地找到另一个路径。已经显示以最高数据速率通信到最近的节点的优点超出了在多次反射网(multi-hop mesh)中传送的信息包的负面性能影响。

由于该网络中的每个节点都携带有需要的所有其他的负载量，那么每个节点都必须能够接收和传送系统中的每个频率。每个节点必须具有独特分配的静态IP地址，尽管这对于所有协议可能并不需要。

该水净化器节点可以与不是水净化器的一部分的固定或移动节点结合使用，以产生将提供来自或去往该节点的互联网接入/电话服务/视频/数据。

可用于描述该网状网络的框架是七层OSI模型。为简化起见，在此处将该模型简化为三层：物理层、传送层和应用层。

物理层

在该物理层中，该系统由具有单频率或多频率能力的地理上分开的离散节点构成。该节点可以能够点对点或点对多点通信，以使该系统能够根据选择的协议找到通过该网络的最佳路径。

该系统可以需要与该水净化器分开的天线，以获得适当的范围。例如，该天线可以至于单独的塔上。由于低发送功率和一些村庄之间的长距离，可能需要高增益定向天线。在一些情况下，已经制备了没有放大器的802.11b连接，其使用抛物面天线以11Mbpa的数据率覆盖200km的距离。可替代地，对于长距离连接，使用在5.8GHz波带中操作的OFDM设备。

可以同时使用单或多载波频率以在节点间通信。多个频率提高了数据传送的速度，同时单一频率将会使该系统更容易实施。

任何具有足够的性能和系统资源的微处理器基系统都可以编程以与适合的无线电发送器/接收器连接以在该无线网中产生节点，只要其以适合的频率和协议操作并具有适合的传送功率、S/N比和天线。

可替代地，该系统可以使用高功率/低功率混合无线电，在两种不同频率(或两组频率)上操作-一种用于更本地的节点，另一个用于更远程的节点。

该通信设备可以位于该水净化器上并由相同的电力源提供电力。可能可以使用一种微处理器控制该过滤器并用作该无线节点的控制器。该系统可能可以使用Linux操作系统。

传送层

该传送层能够自动拓扑获知和动态路径配置。作为该传送层的一部分，每个节点都具有自动发现和自动配置能力。也可以提供动态路径配置以使每个移动装置可以选择将信息从该装置传送出的替代路径。图49(如上所述)显示了将会引入该传送层的结构的一种实施方案。

协议

可以使用一种或多种很多不同的技术作为协议，用于格式化信息包、确定网拓扑并发送信息包以将信息传送通过该系统。目前，存在超过七十个(70)不同的协议用于在网状网络上发送信息包，例如但不局限于：

IEEE Standard 802，11s-将网络20-25个节点，低功率

Locust World-将网络100个节点

OSPF

AODV(无线自组网按需平面距离矢量路由协议)

DSR(动态源路由协议)

HSLS(模糊视野链路状态)

OLSR(最优链路状态路由协议)

PWRP(预测无线路由协议)

TORA(临时按序路由算法)

一种选择是使该到达其目的的信息包的传送数量最小化。另外的选择是使用统计来确定误码率并由此确定最小化误码的最佳途径。该技术对每个瞬间的信息包误码率与网络条件进行比较以确定每个信息包的最佳路径。一些协议使用路由选择表，其随着网络拓扑的改变而由该系统自动升级。每个信息包可以以完全特定的目的、来源、大小、序号和优先级传送。

802.11s增加了额外的功能，可使无线节点找到彼此及其相对位置(自动拓扑获知)、验证并建立连接，以及找到用于特定任务的最有效路径。

该802.11s标准在能够自动拓扑获知和动态路径配置的自配置多次反射拓扑上使用在节点之间的自配置路径。

应用层

优选地，将该无线网状网络上的一个或多个节点连接到互联网。该互联网连接(参见图48)能够在所有互通节点处的所有客户机之间共享。

有几种连接互联网的方法：卫星上行链路和/或下行链路，将数据传向或传自互联网。可替代地，一个或多个节点，可以使用光纤干线或线缆调制解调器或DSL或其他高速连接，具有连接到高速互联网服务提供商的硬线连接，以将数据从该网状网络传送到互联网服务器或邮件服务器。

可以使用信息包基语音通信协议(例如SIP或其他类型的语音互联网协议(VoIP)³)在该系统上进行语音通信。通过升级该网以支持SIP路由选择，任何无线网状网络都能够在一段时间内激活语音。

³开源电话交换(Asterisk Phone Exchange)已经在无线网上运行了。

优选地，语音业务在网络上取得最高优先，因此通话质量不受宽带数据用户的需求而影响。使用VoIP网，用户能够接收来电并进行出话呼叫，到达公共电话网络，并免费连接其他互联网语音用户。

能够通过电缆将电话联接或连接到该水净化器，即使该电话信号经过信息包通信和VOIP。用户界面仍能够看似电话。

用于水收集、系统状态、功率水平、使用小时、流速(甚至例如可能的内置水质量检测和系统功能状态)都能够通过互联网自动传送到用于监控该系统的网址。

能够将数据传送到并接收自该水系统。因此人们能够远程诊断和调试该系统并从远程的位置改变该系统上的设置。能够将来源该水净化系统的数据记录在与互联网连接的数据库中。这样即使在远程位置也能集中监控该水净化系统的性能。

可以将语音在数据包中，通过该网通过将其流出或通过作为文件(优选压缩的)传送到目的节点。可以将照相机与该水净化器连接以传输视频图像。

作为非必要的方式，能够提供内置或可连接的终端或膝上型计算机或电话，其能够由为该水净化器提供电力的电池提供电力。

安全也是所关心的，因为每个节点理论上都携带有每个其他节点的通信量，使得具有不良动机的人能够看到来自一个或多个来源的信息包的整个流量，因此调整并阅读该通信。安全的一种方法是使用WEP加密。可替代地，使用WPA加密。

可替代地，在802.11i下，为安全起见，用单一的逻辑管理实体控制所有节点。在该网中的每个节点上能够允许一个或多个802.11无线电。

手持式UV水净化器系统

本发明的另一实施方案包括手持式水净化系统，包括手动电力源(例如按压把手)。在该系统中，使用者重复按压该把手，将该把手中的磁铁在线圈附近移动以产生电力源。把手中的弹簧自动将该把手返回到在先位置用于下次电力行程。可替代地，该系统能够具有两个把手：一个保持，另一个按压。可替代地，可以通过推动脚踏开关通过相同的原理产生电力而为该系统提供电力。

该电力源为图25中所示的紫外LED提供电力，该系统优选使用具有280nm波长的UVC LED，显示其比253.7nm低压汞灯对水生病原体更有效。如图25中所示，该LED照射子腔室22中的水，该子腔室优选由不锈钢或阳极铝构成，以使UV能量反射最大化。由于相同的原因，该子腔室的上部部分也可以覆盖有不锈钢或铝。

在该子腔室的下端提供出口孔。该孔的尺寸在该子腔室22充满时提供了流速，该流速将提供足以杀死或失活所有有关细菌、病毒、病原体和蠕虫(包括小球隐孢子虫卵囊)的UVC照射量。

考虑到上述公开内容，本发明的其他实施方案对本领域技术人员将变得显而易见。

Claims

1.流体净化系统，包括：

流体能够流动通过其的腔室，所述腔室具有流体通过其进入该腔室的入口和流体通过其离开该腔室的出口；

用于在所述腔室内提供紫外光的光源；和

在所述腔室内的多个挡板，用于在所述腔室内限定多个子腔室，待净化的流体通过其从所述入口流到所述出口；每个所述子腔室被定位以接受紫外光。

2.权利要求1的系统，其中所述子腔室沿所述紫外光源定位。

3.权利要求1的系统，其中所述紫外光源的至少一部分位于每个所述子腔室内。

4.水净化系统，包括：

腔室，具有水通过其进入该腔室的入口和水通过其离开该腔室的出口；

至少一个紫外光源，用于在所述腔室内产生紫外光；和

在所述腔室内限定多个子腔室的多个挡板，所述子腔室被定位以接受来自所述至少一个紫外光源的紫外光。

5.权利要求4的系统，其中所述至少一个紫外光源涂覆有UV透射材料。

6.权利要求5的系统，其中所述透射材料包括含氟聚合物。

7.权利要求6的系统，其中所述含氟聚合物包括从氟化乙烯丙烯、聚四氟乙烯、PFA、AF和ETFE构成的组中选择的材料。

8.权利要求4的系统，包括：

设置以从所述系统中去除沉积物的超声波发生器。

9.权利要求8的系统，其中所述超声波发生器设置为在所述系统的操作过程中偶尔开启。

10.权利要求9的系统，其中所述超声波发生器设置为在所述系统的操作过程中周期性开启。

11.权利要求4的系统，其中每个挡板包括具有至少一个开孔的圆盘，每个所述圆盘安装在所述腔室内以使所述至少一个紫外光源延伸通过所述至少一个开孔。

12.权利要求11的系统，其中每个挡板进一步包括围绕所述开孔周边形成的多个唇缘。

13.权利要求12的系统，其中所述唇缘使通过所述开孔进入到子腔室内的水滞留在所述子腔室内，以便暴露于来自所述紫外光源的紫外光。

14.权利要求4的系统，进一步包括电路，用于在开启该系统与水流开始通过该系统之间产生延时，使得在水开始流动通过该系统之前，该系统净化在该系统开启之前滞留在该系统中的所有水。

15.权利要求4的系统，进一步包括：

至少一个传感器，用于感应该紫外光并用于在该紫外光降低到选定强度以下时，停止水流通过所述腔室。

16.权利要求8的系统，进一步包括：

至少一个传感器，用于感应到达所述至少一个紫外光源的电流，并用于在所述电流降低到选定强度以下时，停止水流通过所述腔室。

17.权利要求16的系统，进一步包括：

装置，用于响应于来自所述传感器的停止水流通过所述腔室的信号，开启所述超声波发生器。

18.权利要求4的系统，进一步包括：

环绕每个紫外光源的石英管。

19.水净化系统，包括：

至少一个紫外光源，用于用UV光照射待净化的水；和

超声波发生器，设置以产生用于清洁包括所述紫外光源的所述系统的超声波。

20.权利要求19的系统，进一步包括：

环绕每个所述至少一个紫外光源的石英管；和

其中所述超声波发生器被设置以产生至少用于清洁每个石英管的超声波。

21.权利要求19的结构，其中所述超声波发生器被设置以从所述水净化系统的元件上去除沉积物。

22.一种结构，包括：

水净化系统；和

与所述水净化系统结合设置的无线通信系统。

23.净化流体的方法，包括：

将该流体流动通过腔室，所述腔室具有流体通过其进入该腔室的入口和流体通过其离开该腔室的出口，

在所述腔室内设置紫外光源；和

控制该流体在所述腔室内相对于所述紫外光源的流动，以提高该滞留时间并因此提高该流体在所述紫外光中的暴露。

24.权利要求23的方法，其中所述控制流体的流动包括：

在所述腔室内设置多个挡板，用于在所述腔室内限定多个子腔室，所述待净化的流体通过其从所述入口流到所述出口；所述子腔室基本沿所述紫外光源定位。

25.一种结构，包括：

紫外光源；和

一列挡板，由不渗透材料制成且沿所述紫外光源间隔设置，由此沿所述紫外光源产生子腔室，其串联作用以降低经处理的水中的病原体浓度。

26.权利要求25的结构，其中所述挡板沿所述紫外光源基本上线性地间隔设置。

27.权利要求12的系统，其中每个挡板具有接近该挡板边缘的至少一个流体通道。

28.权利要求12的系统，其中每个挡板包括一个或多个结构元件，以使通过该挡板的流体围绕该紫外光源至少部分周向地流动。

29.权利要求28的系统，其中所述一个或多个结构元件包括：

在该挡板上的一个或多个开孔。

30.权利要求28的系统，其中每个所述挡板主要形成在平面中，以及所述一个或多个结构元件包括不形成在所述平面中的挡板的一个或多个部分。

31.一种结构，包括：

水净化系统；和

与所述系统相结合用于储存和/或检索数据库中的一个或多个参数的装置。

32.一种结构，包括：

水净化系统；和

与所述水净化系统相结合用于发送和/或接受信息的装置。

33.水净化系统，包括：

具有镇流器的UVC灯；和

用于监控的装置，其是用于监控灯电流或镇流器电流的装置。

34.权利要求33的系统，进一步包括：

用于控制的装置，其是响应于来自所述用于监控的装置的信号，用于控制正在净化的所述水流经阀的装置。

35.权利要求34的系统，其中所述用于控制的装置进一步包括：

响应于来自所述用于监控的装置所表示的该UVC输出能量已降至阈值以下的所述信号而关闭该阀，由此防止水流动通过所述系统的装置。

36.感应水净化系统中的流体流速的方法，其包括：

在沿该流体的流动通道的两个或多个点处，测定该流体的压力；和

使用测得的压力计算通过该系统的流体流速。

37.使用水净化系统作为通信网络的一部分的方法，所述方法包括：

提供多个电动水净化系统；

将无线发射器和接收器与每个所述系统结合设置；和

连接所述多个系统以作为通信网络的一部分发挥功能。

38.用于控制水净化系统的方法，所述方法包括：

设置腔室，该腔室具有水通过其进入该腔室的开口和水通过其离开该腔室的出口；

在所述腔室内设置用于产生紫外光的至少一个紫外光源；和

在所述腔室内设置水通过其流动的多个子腔室，所述子腔室沿所述腔室配置以使所述紫外光源延伸通过每个子腔室。

39.权利要求38的方法，其中所述多个子腔室使得流动通过所述腔室的水更均匀地暴露于所述紫外光，由此与经过不包含该子腔室的系统所处理的水中的病原体的杀伤率相比，提高该水中的病原体的杀伤率。

40.权利要求38的方法，其中在所述腔室内设置多个子腔室包括：

设置用于在所述腔室内限定多个子腔室的多个挡板。

41.清洗水净化系统的方法，该水净化系统包含用于用UV光照射待净化的水的至少一个紫外光源，所述方法包括：

产生用于清洗包括所述紫外光源的所述系统的超声波。

42.权利要求41的方法，进一步包括：

将一个或多个超声波发生器置于所述系统中，以能够产生将与所述系统的选定的内部部分接触的超声波；

测定在所述系统的一个或多个所述选定的内部部分上杂质的累计量；和

基于所述测定提供用于控制所述一个或多个超声波发生器的信号。

43.一种结构，包括：

电动水净化系统；和

使用该正在净化的水冷却所述系统中的电子元件的冷却系统。

44.流体净化系统，包括：

流体能够通过其流动的腔室，所述腔室具有流体通过其进入该腔室的入口和流体通过其离开该腔室的出口；

用于在所述腔室内产生紫外光的光源；和

所述腔室内的多个子腔室，待净化的流体通过其从所述入口流到所述出口，所述子腔室被定位以接受所述紫外光。

45.权利要求44的系统，其中，与经过不包含该子腔室的系统处理的流体中的病原体的杀伤率相比，所述子腔室提高了该流体中的病原体的杀伤率。

46.权利要求4的结构，其中设置所述挡板，以与经过不包含该子腔室的系统处理的水中的病原体的杀伤率相比，提高了该水中的病原体的杀伤率。

47.净化流体的方法，包括：

将流体流动通过腔室，所述腔室具有流体通过其进入该腔室的入口和流体通过其离开该腔室的出口，

在所述腔室内设置紫外光源；和

相对于所述紫外光源控制所述腔室内的流体流动，以提高流体体积单元暴露的均匀性并因此提高流体在所述紫外光中的暴露。

48.权利要求47的方法，其中与通过不包含该子腔室的系统处理的水中的病原体的杀伤率相比，控制所述腔室内的流体的流动提高了该流体中的病原体的杀伤率。

49.一种结构，包括：

多个电动水净化系统；和

与每个所述系统相结合的无线发射器和接收器；

由此使所述多个系统作为通信网络的一部分发挥功能。

50.水净化系统，包括：

UVC光源；和

用于监控供给所述UVC光源的电流的装置。