用于使用點(diǎn)輻射源進(jìn)行流體的細(xì)菌消毒的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供用于使用點(diǎn)輻射源進(jìn)行流體的細(xì)菌消毒的系統(tǒng)和方法，具體地，用于對流體進(jìn)行消毒的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：流動單元，該流動單元包括一個或多個入口和出口，配置為從一個或多個入口通過流動單元的內(nèi)部至一個或多個出口交換含有生物污染物的流體；和一個或多個點(diǎn)輻射源，該一個或多個點(diǎn)輻射源安置在流動單元周圍，可操作用于向生物污染物遞送輻射；流動單元的內(nèi)表面反射由一個或多個點(diǎn)輻射源遞送到生物污染物的輻射；并且其中流動單元的內(nèi)表面反射由一個或多個點(diǎn)輻射源遞送到生物污染物的輻射，使得輻射強(qiáng)度在流動單元的整個內(nèi)部均勻。在一個示意性實(shí)施方案中，流動單元是積分球。任選地，光催化材料安置在流動單元的內(nèi)表面的至少一部分上。
【專利說明】
用于使用點(diǎn)輻射源進(jìn)行流體的細(xì)菌消毒的系統(tǒng)和方法
[00011 本申請是PCT國際申請日為2009年12月18日，PCT國際申請?zhí)枮镻CT/US2009/ 068765、中國國家申請?zhí)枮?00980154776.6的發(fā)明名稱為《用于使用點(diǎn)輻射源進(jìn)行流體的 細(xì)菌消毒的系統(tǒng)和方法》的申請的分案申請。
[0002]相關(guān)申請的交叉引用
[0003]本非臨時專利申請/專利要求2008年12月19日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/ 139,022,并且題為"細(xì)菌消毒單元(BACTERIAL DISINFECTION UNIT)"的權(quán)益，通過引用將 其全部內(nèi)容并入本文。
[0004] 有關(guān)聯(lián)邦資助的研究或開發(fā)的聲明
[0005] 作為國家科學(xué)基金會(National Science Foundation)(NSF)授予的獎號0740524 和0848759的條件，美國政府對于本發(fā)明具有已付款的許可和權(quán)利，可在有限的情況下要求 專利所有者在合理的期間內(nèi)許可他人使用。
技術(shù)領(lǐng)域
[0006] 本發(fā)明涉及用于使用點(diǎn)輻射源進(jìn)行流體的細(xì)菌消毒的系統(tǒng)和方法并且包括以下 領(lǐng)域:光學(xué)工程、流體工程、材料工程和生命科學(xué)。
【背景技術(shù)】
[0007] 傳統(tǒng)上，使用紫外(UV)燈(或深紫外燈），如低至中壓汞燈，進(jìn)行例如水、空氣、燃 料、其它液體和氣體等的流體的細(xì)菌消毒。例如，可以在傳統(tǒng)的使用點(diǎn)（P O i n t - O f - u S e) (POU)水過濾系統(tǒng)中使用這類燈對水進(jìn)行消毒，以達(dá)到殺菌的效果。細(xì)菌、病毒、孢囊等的脫 氧核糖核酸(DNA)吸收UV福射并且從而使生物體(biological entities)的再生能力喪失。 與水消毒的氯化方法不同，UV輻射不影響水的生物穩(wěn)定性。因此，UV輔助的水過濾器已經(jīng)成 為在水過濾系統(tǒng)中有益于殺菌的標(biāo)準(zhǔn)操作，包括用于公用水系統(tǒng)(PWS)的巨型反應(yīng)器，以及 小型POU水過濾系統(tǒng)。類似的細(xì)菌消毒系統(tǒng)也被與其它流體一起使用。
[0008] 然而，這些細(xì)菌消毒系統(tǒng)受困于許多顯著缺點(diǎn)。首先，這些細(xì)菌消毒系統(tǒng)，因?yàn)樗?們使用管狀UV燈等，典型地具有高功率需求和大的形狀因數(shù)，要求其使用線路電壓，表現(xiàn)為 與相關(guān)流體過濾系統(tǒng)分離的部件，不適合于較小形狀因數(shù)的POU流體過濾系統(tǒng)，和/或不可 以任意縮放。其次，該細(xì)菌消毒系統(tǒng)是固有低效的。所用的管狀UV燈發(fā)射光子，所述光子穿 透流體并被另一個表面吸收或反射1次或2次并損失。結(jié)果是必須連續(xù)地產(chǎn)生并替換光子。 更進(jìn)一步地，所存在的輻射場是不均勻的。燈基系統(tǒng)中典型地使用高強(qiáng)度以補(bǔ)償損失和非 均勻輻射場。因此，本領(lǐng)域內(nèi)仍然需要彌補(bǔ)這些不足并且提供其它益處的改進(jìn)的細(xì)菌消毒 系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 再一次地，本發(fā)明涉及用于使用點(diǎn)輻射源進(jìn)行流體的細(xì)菌消毒的系統(tǒng)和方法。通 常，這些系統(tǒng)和方法使用一個或多個點(diǎn)輻射源，所述一個或多個點(diǎn)輻射源被安置在積分球 流通單元（integrating sphere flow-through cell)等的內(nèi)部周圍，在本文中所述積分球 流通單元也被稱為流通積分球(flow-through integrating sphere) (FIS)。優(yōu)選地，一個 或多個點(diǎn)輻射源為UV光源，并且任選地，一個或多個點(diǎn)輻射源為深UV光源，例如半導(dǎo)體或發(fā) 光二極管(LED)光源。一個或多個點(diǎn)輻射源可操作用于對選擇性地對其進(jìn)行暴露的流體進(jìn) 行消毒，因?yàn)榱黧w中的細(xì)菌、病毒和孢囊等的DNA吸收所產(chǎn)生的并且在積分球流通單元等中 反射的輻射，因而將生物體滅活。任選地，積分球流通單元等的內(nèi)部涂布有朗伯 (Lambertian)散射材料，和/或涂布有能夠在產(chǎn)生的和反射的福射的存在下破壞所吸附的 生物物質(zhì)的光催化材料，和/或涂布有能夠在產(chǎn)生的和反射的輻射的存在下產(chǎn)生殺菌劑的 光催化材料。
[0010] 在一個示意性實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種用于對流體進(jìn)行消毒的系統(tǒng)，所述系 統(tǒng)包括:流動單元，所述流動單元包括一個或多個入口和一個或多個出口，其中所述流動單 元配置為從所述一個或多個入口通過所述流動單元的內(nèi)部至所述一個或多個出口部 (outlet portions)交換流體;和一個或多個點(diǎn)福射源，所述一個或多個點(diǎn)福射源安置在所 述流動單元周圍，其中所述一個或多個點(diǎn)輻射源可操作用于向所述流體遞送輻射;其中所 述流動單元的內(nèi)表面可操作用于反射由所述一個或多個點(diǎn)輻射源遞送到所述流體的輻射。 在一個示意性實(shí)施方案中，流動單元是積分球。任選地，一個或多個點(diǎn)輻射源包括以下各項(xiàng) 中的一種或多種:一個或多個半導(dǎo)體光源、一個或多個發(fā)光二極管光源、一個或多個紫外光 源、以及一個或多個深紫外光源。所述流動單元的所述內(nèi)表面可操作用于反射由所述一個 或多個點(diǎn)輻射源遞送到所述流體的輻射，使得輻射強(qiáng)度在所述流動單元的整個內(nèi)部均勻。 任選地，該系統(tǒng)還包括一個或多個機(jī)械擋板或攪拌機(jī)構(gòu)，所述一個或多個機(jī)械擋板或攪拌 機(jī)構(gòu)安置在所述流動單元的內(nèi)部，用于選擇性地調(diào)節(jié)所述流動單元中通過的流體的流動。 任選地，該系統(tǒng)還包括安置在所述流動單元的內(nèi)表面的至少一部分上的光催化材料。任選 地，該系統(tǒng)還進(jìn)一步包括安置在所述一個或多個機(jī)械擋板或攪拌機(jī)構(gòu)的表面的至少一部分 上的光催化材料。優(yōu)選地，該系統(tǒng)包括可操作用于選擇性地啟動/停止所述一個或多個點(diǎn)輻 射源的控制器以及可操作用于選擇性地控制所述流體在所述流動單元內(nèi)部的停留時間的 控制器。
[0011] 在另一個示意性實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種用于對流體進(jìn)行消毒的方法，所述 方法包括:提供流動單元，所述流動單元包括一個或多個入口和一個或多個出口，其中所述 流動單元配置為從所述一個或多個入口通過所述流動單元的內(nèi)部至所述一個或多個出口 部交換流體;和提供一個或多個點(diǎn)輻射源，所述一個或多個點(diǎn)輻射源安置在所述流動單元 周圍，其中所述一個或多個點(diǎn)輻射源可操作用于向所述流體遞送輻射;其中所述流動單元 的內(nèi)表面可操作用于反射由所述一個或多個點(diǎn)輻射源遞送到所述流體的輻射。在一個示意 性實(shí)施方案中，流動單元是積分球。任選地，一個或多個點(diǎn)輻射源包括以下各項(xiàng)中的一種或 多種:一個或多個半導(dǎo)體光源、一個或多個發(fā)光二極管光源、一個或多個紫外光源、以及一 個或多個深紫外光源。所述流動單元的所述內(nèi)表面可操作用于反射由所述一個或多個點(diǎn)輻 射源遞送至所述流體的輻射，使得輻射強(qiáng)度在流動單元的整個內(nèi)部均勻。任選地，該方法還 包括提供一個或多個機(jī)械擋板或攪拌機(jī)構(gòu)，所述一個或多個機(jī)械擋板或攪拌機(jī)構(gòu)安置在所 述流動單元的內(nèi)部，用于選擇性地調(diào)節(jié)所述流動單元中通過的流體的流動。任選地，該方法 還包括提供安置在所述流動單元的內(nèi)表面的至少一部分上的光催化材料。任選地，該方法 還進(jìn)一步包括提供安置在所述一個或多個機(jī)械擋板或攪拌機(jī)構(gòu)的表面的至少一部分上的 光催化材料。優(yōu)選地，該方法包括提供可操作用于選擇性地啟動/停止所述一個或多個點(diǎn)輻 射源的控制器以及可操作用于選擇性地控制所述流體在所述流動單元內(nèi)部的停留時間的 控制器。
[0012] 在另外的示意性實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種用于對流體進(jìn)行消毒的系統(tǒng)，所述 系統(tǒng)包括:流動單元，所述流動單元包括一個或多個入口和一個或多個出口，其中所述流動 單元配置為從所述一個或多個入口通過所述流動單元的內(nèi)部至所述一個或多個出口部交 換包含生物污染物的流體;和一個或多個點(diǎn)輻射源，所述一個或多個點(diǎn)輻射源安置在所述 流動單元周圍，其中所述一個或多個點(diǎn)輻射源可操作用于向所述生物污染物遞送輻射;其 中所述流動單元的內(nèi)表面可操作用于反射由所述一個或多個點(diǎn)輻射源遞送到所述生物污 染物的輻射;并且其中所述流動單元的所述內(nèi)表面可操作用于反射由所述一個或多個點(diǎn)輻 射源遞送到所述生物污染物的輻射，使得輻射強(qiáng)度在所述流動單元的整個內(nèi)部均勻。在一 個示意性實(shí)施方案中，流動單元是積分球。任選地，一個或多個點(diǎn)輻射源包括以下各項(xiàng)中的 一種或多種:一個或多個半導(dǎo)體光源、一個或多個發(fā)光二極管光源、一個或多個紫外光源、 以及一個或多個深紫外光源。任選地，該系統(tǒng)還包括安置在所述流動單元的內(nèi)表面的至少 一部分上的光催化材料。
【附圖說明】
[0013] 這里參考不同附圖圖解并描述本發(fā)明，在適當(dāng)?shù)那闆r下，使用其中相同的標(biāo)記號 標(biāo)記相同的系統(tǒng)部件/方法步驟，并且其中：
[0014] 圖1是示例本發(fā)明的積分球點(diǎn)輻射源流體消毒系統(tǒng)的一個示意性實(shí)施方案的示意 圖；并且
[0015] 圖2是示例本發(fā)明的積分球點(diǎn)輻射源流體消毒系統(tǒng)的另一個示意性實(shí)施方案的示 意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 再一次地，本發(fā)明涉及用于使用點(diǎn)輻射源進(jìn)行流體的細(xì)菌消毒的系統(tǒng)和方法。通 常，這些系統(tǒng)和方法使用一個或多個點(diǎn)輻射源，所述點(diǎn)輻射源被安置在積分球流通單元等 的內(nèi)部周圍，在本文中所述積分球流通單元也被稱為FIS。優(yōu)選地，一個或多個點(diǎn)福射源為 UV光源，并且任選地，一個或多個點(diǎn)輻射源為深UV光源，例如半導(dǎo)體或LED光源。一個或多個 點(diǎn)輻射源可操作用于對選擇性地對其進(jìn)行暴露的流體進(jìn)行消毒，因?yàn)榱黧w中的細(xì)菌、病毒 和孢囊等的DNA吸收所產(chǎn)生的并且在積分球流通單元等中反射的輻射，因而將生物體滅活。 任選地，積分球流通單元等的內(nèi)部涂布有朗伯(Lambertian)散射材料，和/或涂布有在產(chǎn)生 的和反射的輻射的存在經(jīng)歷光催化從而局部產(chǎn)生殺菌劑的材料。
[0017]作為預(yù)備內(nèi)容，應(yīng)該注意，本文主要結(jié)合涉及商業(yè)水槽下水過濾裝置(under-sink water f i I trat ion uni t)中的精制水的消毒的應(yīng)用示例和描述本發(fā)明的細(xì)菌消毒系統(tǒng)和 方法。該具體應(yīng)用只是例證并且不應(yīng)該被解釋為以任何方式的限制。可以將本發(fā)明的細(xì)菌 消毒系統(tǒng)和方法一般化并用于任意流體消毒應(yīng)用，包括，但不限于，水、空氣、燃料、其它流 體和氣體等的細(xì)菌消毒。因此，本發(fā)明的細(xì)菌消毒系統(tǒng)是廣泛適用的并且包括很大范圍的 應(yīng)用和工業(yè)。它們在尺寸和范圍上也可以縮放。
[0018] 參見圖1，在一個示意性實(shí)施方案中，本發(fā)明的消毒系統(tǒng)10包括采用積分球等形式 的流動單元12。雖然在本文中最后討論了積分球構(gòu)造，也可以使用其它構(gòu)造。關(guān)鍵的考慮因 素在于光子在流動單元12中反復(fù)反射，并且在于形成均勻的輻射場以用低強(qiáng)度源進(jìn)行最佳 消毒。按照此方法，流動單元12應(yīng)該具有基本上彎曲的并且凹形的相對內(nèi)表面。重新敘述， 流動單元12不能具有內(nèi)部"角"，并且內(nèi)表面上的每個點(diǎn)應(yīng)該從內(nèi)表面上的其它每個點(diǎn)上看 是可見的。卵形、橢球形、帶有圓角的立方體等，全部滿足這些標(biāo)準(zhǔn)。為了方便制造，流動單 元12由塑料等制成，并且，在材料不是好的朗伯(Lamb er t i an)散射體的情況下，其內(nèi)表面涂 布有朗伯(Lambertian)散射材料14。備選地，流動單元12由金屬或其它涂布反光材料構(gòu)成， 例如鋁、不銹鋼、銅等，可以將它們陽極化處理或者另外涂布有有機(jī)物、聚硅氧烷、有機(jī)氧化 物等。流動單元12可以縮放并且可以具有任意合適尺寸，例如，大約數(shù)毫米至數(shù)米的量級。
[0019] 流動單元12至少包括制造于其中的入口 16和出口 18,其提供了流體19(即液體或 氣體)從入口 16到出口 18的流動。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員非常明顯的是也可以使用 多個入口 16和/或多個出口 18。優(yōu)選地，流體19不能夠在可感知的時間期間內(nèi)滯留在流動單 元12內(nèi)部的任意部分，如本文下面將更加詳細(xì)地描述的，并且流動單元12始終保持100 %充 滿。同樣地，可能需要的是流體19朝向流動單元12的一個或多個內(nèi)表面，以使其可以遇到由 光催化材料產(chǎn)生的消毒劑，同樣如本文下面將更加詳細(xì)地描述的。
[0020] 在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中，一個或多個點(diǎn)輻射源20,例如一個或多個UV光源、一個或多個深UV 光源、一個或多個半導(dǎo)體光源和/或一個或多個LED光源，安置在貫穿流動單元12制造的一 個或多個開口（未畫出）內(nèi)，或部分地或完全地穿過貫穿流動單元12制造的一個或多個開口 (未畫出），優(yōu)選地在對稱的位置?？梢允褂靡粋€或多個點(diǎn)輻射源20消毒選擇性地暴露于它 們的流體19,因?yàn)榱黧w19中的細(xì)菌、病毒、孢囊等22的DNA吸收流動單元12中產(chǎn)生和反射的 輻射，因而將生物體滅活。本文使用的"點(diǎn)輻射源"是指與系統(tǒng)的其它尺寸比較，小的、大致 對稱的輻射源。
[0021] 參見圖2,在另一個示意性實(shí)施方案中，本發(fā)明的消毒系統(tǒng)10包括一個或多個機(jī)械 擋板24、機(jī)械攪拌機(jī)構(gòu)等，同樣任選地涂布有朗伯(Lamber t ian)散射材料14和/或光催化材 料。該構(gòu)造被用于平衡并最大化流體19在流動單元12的內(nèi)部容積中的停留時間。當(dāng)細(xì)菌等 22在流動單元12的內(nèi)部容積中時，目標(biāo)是最優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)（即流動單元12的尺寸、朗伯 (Lambertian)散射材料14的反射比、停留時間以及一個或多個點(diǎn)輻射源20的輻射功率），以 保證細(xì)菌等22當(dāng)其在流動單元12中時受到致死劑量的UV輻射。
[0022] 任選地，光催化材料14，例如二氧化鈦(TiO2 )、氧化鋅、二氧化鋯、氧化鐵、氧化鋁、 Fe (I II) /Al 2〇3、氧化鈰、氧化錳、硅酸鈦、金屬取代的硅酸鹽或者硅鋁酸鹽、以及任意其它金 屬氧化物、混合金屬氧化物、和/或金屬摻雜/負(fù)載的金屬氧化物基體(例如，金納米粒子負(fù) 載在二氧化硅或二氧化鈦上)等，可以安置在流動單元12的一個或多個內(nèi)表面上或以其它 方式與這些表面結(jié)合，以增強(qiáng)基于近場(near-field)的污染物的光致氧化、光致還原和凈 化，所述污染物包括細(xì)菌、病原體、有機(jī)材料、鹵代化合物、生物源化合物、金屬離子、和/或 生物制劑。備選地，光催化劑材料14可以被懸掛在占據(jù)流動單元12的一些內(nèi)部區(qū)域的非吸 附基體(例如纖維或者中孔或大孔溶膠-凝膠、有機(jī)改性溶膠凝膠(ormisil)、聚合物或氣凝 膠)上。由于積分球表面獨(dú)特的高反射和隨機(jī)化的性質(zhì)，這將對催化劑提供從所有方向的均 勻照明用于最優(yōu)化光催化率?？梢栽诹鲃訂卧?2之前或之后使用流量檢測器(未畫出）等以 在沒有流動的期間關(guān)閉一個或多個點(diǎn)輻射源20以最大化一個或多個點(diǎn)輻射源20的壽命，并 且可以將整個系統(tǒng)連接于控制消毒系統(tǒng)10的全部功能的合適的計(jì)算機(jī)控制器/處理器(未 畫出）等。
[0023]作為預(yù)備內(nèi)容，DNA在約260nm有峰值吸收，但是吸收曲線寬，其UV吸收的大部分出 現(xiàn)于約240nm至約280nm之間。低和中壓萊燈具有位于約253.7nm的發(fā)射峰，其中中壓萊燈具 有跨越DNA的峰值殺菌區(qū)域的狹窄并分離的發(fā)射峰。比較起來，UV LED具有寬頻帶的深UV發(fā) 射并且可以將其制作為峰值發(fā)射位于約260nm以相對汞燈更有效地提供最大劑量?？梢酝?過改變LED的Al xGau^N活性層中的鋁的百分比組成移動LED的波長。近來可以商購到波長 集中在DNA的吸收峰處的LED。此外，UV LED不含汞，萊是劇毒的以使得必須將報(bào)廢的含有汞 的燈泡作為危險廢物對待并且當(dāng)報(bào)廢后必須將其送至有資質(zhì)的再循環(huán)工廠。同樣地，汞基 源在約185nm產(chǎn)生發(fā)射譜線，這導(dǎo)致臭氧產(chǎn)生;臭氧是腐蝕性的并且吸收UV光，同樣也是有 毒的。UV LED是無汞固態(tài)源并且可以被制造為不具有小于約200nm的發(fā)射。除了是無汞的， UV LED具有一些超越燈源的明顯優(yōu)勢。燈體積大并且需要線路電壓，這在POU系統(tǒng)中是不適 宜的，其中在該單元設(shè)置的地方線路電壓并不總是可得的。同樣，汞燈具有與燈密封體中等 離子體的產(chǎn)生有關(guān)的啟動延遲時間，所述等離子體又加熱惰性氣體，所述惰性氣體之后使 汞蒸發(fā)以使汞和等離子體離子碰撞并激發(fā)Hg以發(fā)射光。與此相反，可以即刻開啟UV LED并 操作于非?？斓拈_/關(guān)工作循環(huán)中以增加其壽命。
[0024] 關(guān)于本發(fā)明的示意性積分球?qū)嵤┓桨?，積分球典型地被光學(xué)科學(xué)家和光譜學(xué)工作 者用于（1)從具有隨機(jī)輻射方向模式的光源有效地收集光以及(2)用所收集的光建立發(fā)散 光源。這通過來自積分球的高散射內(nèi)壁的多次反射完成，所述內(nèi)壁固有反光或者被涂布有 朗伯(Lambertian)散射材料。在一些情況下，收集是重要的，例如在照明燈泡(light bulb) 的表征中。在其它情況中，目的是建立發(fā)散光源，例如用于光譜學(xué)或光化學(xué)應(yīng)用。在這些應(yīng) 用中，積分球的內(nèi)部容積被保持的盡可能空，通常僅含有空氣。因?yàn)楦呱⑸涞膬?nèi)壁，以及所 得到的路徑長度增益，數(shù)人最近提出使用積分球作為增益樣品架用于吸收光譜學(xué)，并且作 為用于表征樣品的產(chǎn)品，例如已經(jīng)使用該原理表征海水或湖水。在操作期間，當(dāng)填充有基本 上或部分地透明的媒質(zhì)，例如空氣(或水），積分球內(nèi)部的光強(qiáng)度在各處都相同，不依賴于方 向。這是積分球的一個特征，條件是與積分球的內(nèi)表面積相比光源(或源)的面積是小的。
[0025] 結(jié)合本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，使含有非常小量的細(xì)菌等的流體流過充滿輻射的積分 球。下列系列的簡單計(jì)算表明，如果控制流體(例如水)的停留時間，那么可以使用相對小的 數(shù)量的可商購的UV LED等結(jié)合適當(dāng)設(shè)計(jì)的積分球流動單元為所述水消毒。
[0026] UV LED是相對新的新興技術(shù)，并且理想地適合于最優(yōu)化地使用積分球，因?yàn)榕c標(biāo) 準(zhǔn)尺寸(例如2英寸半徑)的球的內(nèi)表面相比它們是小的（例如數(shù)平方微米）。早期的UV光源， 如汞放電燈等，可能不能與積分球流動單元以這種方式有效地結(jié)合，除了別的考慮因素以 外，歸因于它們大的形狀因數(shù)。
[0027] 廚房水槽的標(biāo)準(zhǔn)最大流率，例如，為：
[0028]
[0029] 被提議的半徑為R的FIS UV
LED流動單元具有容積：
[0030]
[0031 ]所以，如果特定流量的水Q通過容積V，如細(xì)菌的粒子的平均停留時間為：
[0032]
[0033] 另外假設(shè)飲用水被非常少量的細(xì)菌以低于每個球的容積約一個細(xì)菌的濃度污染。 在圖1和2的示意性實(shí)施方案中，水從球底部的圓口至球頂部的圓口向上流過流動單元。為 了對于每個細(xì)菌獲得大小為τ的停留時間，預(yù)料應(yīng)在接近球心的某處破壞流動，以減緩相對 快速移動的極軸射流(polar axial jet)，并且沖洗清掃相對停滯的赤道體積(equatorial volume)。這被描繪在圖2中，通過使用機(jī)械擋板等。用于增加停留時間的其它方法包括：（1) 機(jī)械攪拌的使用；（2)機(jī)械攪拌的使用結(jié)合非球形"凹部(dimples)"等，例如，戰(zhàn)略性地位于 積分球的赤道區(qū)域；（3)使用通過處于水入口處的沖孔噴嘴（即蓮蓬頭）等的定向流；以及 (4)另外，強(qiáng)迫水在球的內(nèi)部沿迂回路徑流動，例如通過使用隨機(jī)彎管一一管應(yīng)由UV透明材 料制造，如石英等。最大化停留時間的優(yōu)選方式可以是如將入射流體在南半球中在平行于 維度的方向上注入流動單元，并且位于北極的出口垂直于流動單元;這樣渦流流體均勻地 從底部至頂部充滿流動單元?？梢允褂糜?jì)算流體動力學(xué)(cro)模擬入口、出口、擋板等的最 佳布局。應(yīng)注意積分球中的任意不均勻性，例如孔、凹部、擋板等可能會降低其光學(xué)性能。因 而，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的成功開發(fā)需要停留時間與理想積分球功能之間折衷的優(yōu)化。
[0034] 如果與球的內(nèi)表面積相比點(diǎn)輻射源(例如UV LED)和接受者（即細(xì)菌，例如大腸桿 菌)具有小的面積，并且如果LED功率為Φ s (典型地mW)，球的半徑是R，流速是Q(典型地cc/ 秒），球的內(nèi)表面反射比為k(%)，反射是朗伯的（Lambertian)，并且f是球中用于源等的孔 的開口分?jǐn)?shù)，那么對于每個UV LED，遞送至球中的接受者(如細(xì)菌)每單位面積的劑量為：
[0035]
[0036]假設(shè)用于細(xì)菌消毒需要D = 5mJ/cm2的劑量。那么對于反射比為k、半徑為R以及開 口分?jǐn)?shù)可以忽略的球所需要的LED的數(shù)量(N)為：
[0037]
[0038] 假設(shè)SET UV LED在20mA的正向電流下具有輻射功率Φ s = 0.5mW，對于Spectralon 涂覆的球的內(nèi)表面k = 95%，并且同上Q=158cm3/Sec。那么獲得所需劑量的LED的數(shù)目為：
L〇〇4〇」應(yīng)注意所需要的LED的數(shù)目止比十1/R并且也止比十1/>S?？梢灶A(yù)料可得的LED的 輻射功率隨著時間的過去會通過持續(xù)的UV材料技術(shù)的發(fā)展而增加。同樣地，UV LED的壽命 目前還相對短，為約300小時左右。但是可以使用脈沖算法(algorithm)等優(yōu)化LED的操作， 并且可預(yù)料該壽命會通過持續(xù)的UV材料技術(shù)的發(fā)展而延長。當(dāng)代的0.5mW UV LED每個約消 耗約IOOmW的功率，所以對于有2.5英寸半徑的球的廚房水龍頭UV水消毒單元所需要的總系 統(tǒng)功率為2.5瓦。也預(yù)料到UV LED消耗的功率會通過技術(shù)的發(fā)展而繼續(xù)下降。比較起來，帶 有傳統(tǒng)UV汞燈的可商購水消毒單元對3加侖/分鐘的流耗費(fèi)14瓦，并且有10,000小時的燈壽 命。
[0041] 朗伯(Lambertian)反射材料必須是無毒的并且是高反射性的。球可以由金屬或塑 料制造，并涂布有金屬、有機(jī)聚合物、聚硅氧烷、有機(jī)氧化物或經(jīng)過陽極化處理。可以得到有 適度朗伯（Lambertian)特性的其它材料，并且反射比大約為k~90%以上（例如某些鋁涂 料)。
[0042] 作為對本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的增強(qiáng)，光催化材料，例如二氧化鈦(TiO2)、氧化鋅、 二氧化鋯、氧化鐵、氧化鋁、Fe (I II) /Al 2〇3、氧化鈰、氧化錳、硅酸鈦、金屬取代的硅酸鹽或硅 鋁酸鹽、以及任意其它金屬氧化物、混合金屬氧化物、和/或金屬摻雜/負(fù)載的金屬氧化物基 體(例如，金納米粒子負(fù)載在二氧化硅或二氧化鈦上)等，也可以被包含在球的內(nèi)部或者作 為球的內(nèi)表面的一部分，以增強(qiáng)水污染物的光致氧化、光致還原和凈化，所述污染物包括細(xì) 菌、病原體、有機(jī)材料、鹵代化合物、生物源化合物、金屬離子、和/或生物制劑。對于直接吸 收紫外光是不可能的或者不能導(dǎo)致污染物的凈化、脫毒或破壞的這些污染物中的任何一 種，球中的光催化劑將代替污染物或除污染物以外充當(dāng)"UV-接受者"。當(dāng)UV暴露時，激發(fā)的 光催化劑將與水流中的污染物作用以凈化水。應(yīng)注意該過程可以與輻射暴露過程一同進(jìn) 行。
[0043]因?yàn)榭梢栽诎l(fā)射光譜的近UV區(qū)操作某些UV LED，可以使用二氧化鈦(TiO2)等的殺 菌作用。例如，二氧化鈦有效地吸收近UV，具有3.2eV的寬帶隙；該吸收導(dǎo)致光催化反應(yīng)。UV 光的吸收產(chǎn)生光激發(fā)電子和空穴，它們分別是強(qiáng)還原和氧化劑(見公式6)。光激發(fā)空穴與所 吸附的水反應(yīng)以產(chǎn)生高反應(yīng)性的羥自由基（· 0H，見公式7)。同時地，光激發(fā)電子容易還原 所吸附的〇2以產(chǎn)生超氧自由基（·02_，見公式8)。這些反應(yīng)性氧物種（reactive oxygen species) (ROS)，與多種副產(chǎn)物一起，如過氧化氫，被認(rèn)為在光催化凈化方案中對于細(xì)胞死 亡有貢獻(xiàn)。
[0044] (6)Ti〇2+hv-Ti〇2(e-+h+)。
[0045] (7)Ti〇2(h+)+H2〇w-TiO2+ · OH哪付+Η+。
[0046] (8)Ti〇2(e-)+〇2 哪付-〇2· -。
[0047] 根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，二氧化鈦等被固定于高反射積分球的壁上。含氟聚合 物表現(xiàn)為用于涂布球的內(nèi)部的潛在基體，這歸因于它對UV的高反射率，它的化學(xué)惰性，以及 它固定二氧化鈦的能力。也可以將二氧化鈦固定至其它有機(jī)或無機(jī)涂層中，或者通過濺射 或電子束沉積而沉積。然而，反應(yīng)性氧物種的連續(xù)產(chǎn)生對于大部分固定基體具有長期的不 利影響。在一個研究中，用二氧化鈦光催化氧化各種聚合物膜和金屬表面，顯示含氟聚合物 是僅有的可耐受來自反應(yīng)性氧物種的氧化的基體，所述反應(yīng)性氧物種由二氧化鈦的光激發(fā) 產(chǎn)生。通過含氟聚合物粘合劑固定在金屬載體上的二氧化鈦已經(jīng)顯示保持其大部分光催化 活性，如通過4-氯酚的光分解所證實(shí)的。
[0048] 實(shí)驗(yàn)討論
[0049] 已知細(xì)菌的DNA在260nm的波長下具有峰值吸收并使用5個LED的平面陣列確定初 始細(xì)菌的對數(shù)減少率。使用LED照射帶有被大腸桿菌菌株浸制的20mL水的皮氏培養(yǎng)皿 (Petri dish)。使用該裝置確定相對目前用于水消毒中的標(biāo)準(zhǔn)汞燈源從UV LED接受的劑量 的基線。原型FIS也被設(shè)計(jì)、制造并被測試以確認(rèn)UV劑量的增大。FIS設(shè)計(jì)可以容納約230mL 液體并且配備有5個LED(球1)和32個LED(球2)。對于6個對數(shù)減少，汞燈源(λ = 254nm)的劑 量需求被發(fā)現(xiàn)為30mJ/cm2。然而，NSF/ANSI 55-20072標(biāo)準(zhǔn)對于類別A的進(jìn)入點(diǎn)(POE)或使用 點(diǎn)（POU)UV系統(tǒng)要求254nm下40mJ/cm2的最小劑量。5個260nm LED皮氏培養(yǎng)皿裝置在6ImJ/ cm2的計(jì)算劑量下產(chǎn)生超過6個對數(shù)的細(xì)菌減少，并且在36mJ/cm2下超過5個對數(shù)減少。當(dāng)將 帶有5個LED照射20mL載有細(xì)菌的水的皮氏培養(yǎng)皿構(gòu)造與同樣帶有5個LED照射230mL載有細(xì) 菌的水的原型球1相比較時，觀察到的是與皮氏培養(yǎng)皿裝置相比較，原型球能夠消毒10倍液 體體積的水。
[0050] 這個比較，與理論結(jié)果一起，表明積分球原型構(gòu)造相比LED的平面陣列提供了劑量 上的增強(qiáng)。應(yīng)注意兩個實(shí)驗(yàn)都以約lE7CFU/mL的細(xì)菌(大腸桿菌)濃度開始。
[0051 ]使用帶有32個LED的球2觀測到大腸桿菌在3分鐘內(nèi)的6個對數(shù)減少。提出的理論公 式預(yù)測，對于一定的反射比值k、LED功率Φ以及球半徑R，所需要的LED的數(shù)量為N=33。該計(jì) 算值比得上原型實(shí)驗(yàn)中使用的N=32的實(shí)驗(yàn)值。
[0052]在測試過程中，當(dāng)照射細(xì)菌大量滋生的水時，在緩慢移動的軌道搖動器上機(jī)械地 混合球形流動單元。進(jìn)行流體動力學(xué)模擬以模擬球中的水流用于粒子停留時間的分析。使 用兩個不同模型研究球中的粒子停留時間和流體流動。設(shè)計(jì)A，所制造的原型，具有水平對 準(zhǔn)的入口和出口，而設(shè)計(jì)B具有相對彼此水平偏離的入口和出口。兩個模型都具有0.5英寸 直徑的入口和出口管并在以下條件下模擬:23.2cm 3/s的體積流速，給出0.183m/s的流入速 度。
[0053]增加流體的路徑長度增加流體中任何微生物的停留時間。為測定粒子停留時間， 通過球的入口管釋放12個零質(zhì)量粒子并且隨著時間的過去進(jìn)行追蹤，以便再現(xiàn)球中微生物 的粒子停留時間（PRT)。這些模擬證明設(shè)計(jì)A具有0.9s的最小PRT而設(shè)計(jì)B具有1.4s的最小 PRT。在設(shè)計(jì)A中，一半的粒子被捕獲于渦流中并因此在球中前進(jìn)的頭2000英寸中沒有釋放。 另一方面，設(shè)計(jì)B顯示出更均勻分布的PRT，有一些粒子卷入渦流中但在離開球之前卷入不 超過50秒。
[0054] 這些結(jié)果足以證明在積分球中用深UV LED用于水消毒的原理是可行的。在積分球 流動單元原型中證實(shí)了合格水平的水中大腸桿菌細(xì)菌的6個對數(shù)的減少。
[0055] 用于球形流通積分球的理想材料組是無毒的、易于加工的（以便能夠制作用于流 體流通和光源的開口），有足夠的機(jī)械完整性和強(qiáng)度、廉價、防漏并且可以大量制造。此外， 球的內(nèi)表面涂層應(yīng)該具有合適的光學(xué)散射性質(zhì)、理想的朗伯性(Lambertian)、并且對深紫 外線有1.0的反射率。在實(shí)踐中1.0的反射率不可能得到，但是一些材料是接近的。
[0056] 目前用于在大多數(shù)深UV應(yīng)用中涂布表面的標(biāo)準(zhǔn)散射材料是在高反射率金屬外殼 中的低密度聚四氟乙烯(PTFE) ;PTFE-定程度上表現(xiàn)為漫射體，所以沒有反射性外層不能 充分獲得高的系統(tǒng)反射率。關(guān)于260nm水消毒流動單元應(yīng)用，鋁等提供了適當(dāng)?shù)耐鈿ぁＭㄟ^ 以下內(nèi)容的勞動密集型多步工藝形成低密度PTFE物體：（1)將PTFE粉末壓為固體形式(例如 立方體或圓柱體），（2)在例如500-600°F的高溫下燒結(jié)，（3)在潔凈室環(huán)境中用無油切割工 具加工部件，以及(4)封入硬機(jī)械金屬或聚合物殼中。典型地通過挖空壓制并燒結(jié)的PTFE立 方體制造積分球。因?yàn)槿绱酥苽涞挠糜谏頤V散射的低密度PTFE具有多孔結(jié)構(gòu)，在被提議的 應(yīng)用中它可以充當(dāng)"有機(jī)海綿(organic sponge)"，收集流動的水中的任何污染物(例如礦 物質(zhì)、痕量有機(jī)物），并因此球的光學(xué)性能可能受到有害的影響。盡管如此，用低密度PTFE制 造的原始積分球流動單元提供了在光學(xué)性質(zhì)的方面可接受的選擇，并且因此用這樣的裝置 進(jìn)行的初始測量代表了對于特定的一套源功率、源幾何結(jié)構(gòu)以及入口 /出口幾何結(jié)構(gòu)的系 統(tǒng)的權(quán)益。應(yīng)該注意PTFE也可以得自帶如聚乙稀醇的有機(jī)粘結(jié)劑的涂層溶液(paint-on solution)中，然而，由于有機(jī)粘合材料的吸收和降解，這些材料在小于300nm的波長下不能 作為好的反射體。對有機(jī)粘合劑也存在毒性的顧慮。
[0057]硫酸鋇(BaS04)也是一個典型地選擇并且通?？傻糜诤杏袡C(jī)粘合劑和溶劑的涂 層涂料中。來自這類材料的涂料被指明在300nm至1200nm的光譜范圍內(nèi)具有0.92至0.98的 反射率。然而，對于深UV( 即260nm)，BaS04反射比的降低以及有機(jī)粘合劑的UV吸收結(jié)合起來 使得BaS04較不適合于目前的應(yīng)用。
[0058]鋁是對UV良好的反射體，即優(yōu)于例如銀或金，是用于整個積分球的優(yōu)秀的候選材 料。鋁被廣泛地用作衛(wèi)星反射鏡應(yīng)用中極短UV(EUV，即短于200nm)的反射材料，并且在由于 使用過程中的氧化性能下降之后，可以通過用更多的鋁在上面涂布而再生反射比。帶有例 如氟化鎂(MgF 2)的薄保護(hù)層，不需要再生，并且鋁可在260nm維持大約85%的反射比。這典 型地通過在幾微米厚的鋁膜上噴鍍MgF 2薄（例如半波長)層完成，所述鋁膜沉積于表面上， 例如球殼內(nèi)部的表面上。球殼可以由鋁制成，并且如果這樣可以通過粗糙化使散射更加朗 伯化(Lambertian)，例如通過"珠粒噴射"，主要是在沉積鋁和MgF 2薄膜之前用玻璃珠噴砂。 也可以使用類似的方法將鋁和MgF2沉積在塑料球的內(nèi)表面上。氟化鎂引發(fā)對于其毒性的顧 慮，盡管一定小的劑量作為例如用于鋁箱的粘合劑是被Π )Α批準(zhǔn)的。它僅微溶于水中。它作 為該水消毒應(yīng)用中的薄固體反射涂層的使用將可能在暴露的MgF2之上需要額外的不透水 密封層。另一個可能性將是用高溫(例如，600°F)底漆/外涂層PTFE工藝涂布鋁球的內(nèi)部朗 伯(Lambertian)表面。另一個可能性是鋁之上UV-透明的聚硅氧烷硬涂層。另一個可能性是 陽極化處理的鋁。
[0059] 因其可變形的球殼原型幾何結(jié)構(gòu)和可制造性，聚合物是有吸引力的材料，雖然它 們的UV吸收度高，并且因此需要某種涂層（例如鋁、Al+MgF 2、PTFE等）以獲得朗伯 (Lambertian)內(nèi)散射表面?？梢允褂每焖僭徒⒓夹g(shù)例如固態(tài)立體平版印刷術(shù)(solid state stereolithography) (SLA)和選擇性激光燒結(jié)（selective laser sintering) (SLS) 以快速并且廉價地使用工程熱塑性塑料如Accura和Duraform(尼龍)分別構(gòu)建帶有復(fù)雜幾 何特征的空心球原型。益處是可以首先使用流體動力學(xué)軟件模擬組合多種流動單元幾何結(jié) 構(gòu)、擋板等的大量計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)以優(yōu)化流動單元停留時間。從而僅原型化并評價最 佳表現(xiàn)方案。之后可以將這些原型用作模型建立廉價的注塑工藝，所述廉價的注塑工藝用 于從關(guān)于在260nm的朗伯(Lambertian)散射而進(jìn)行優(yōu)化的其它熱塑性材料和涂料進(jìn)行大量 制造。
[0060] 雖然本文中參考優(yōu)選的實(shí)施方案及其具體實(shí)施例示例和描述了本發(fā)明，但是對于 領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員將顯而易見的是，其它實(shí)施方案和實(shí)施例可以執(zhí)行相似的功能和/ 或獲得類似的結(jié)果。所有這種等價實(shí)施方案和實(shí)施例在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)，因此是 被預(yù)期到的，并確定被下面的權(quán)利要求所覆蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于對流體進(jìn)行消毒的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 流動單元，所述流動單元包括一個或多個入口和一個或多個出口，其中所述流動單元 配置為從所述一個或多個入口通過所述流動單元的內(nèi)部至所述一個或多個出口交換流體； 和 一個或多個點(diǎn)輻射源，所述一個或多個點(diǎn)輻射源安置在所述流動單元周圍，其中所述 一個或多個點(diǎn)輻射源可操作用于向所述流體遞送輻射； 其中所述流動單元的內(nèi)表面可操作用于反射由所述一個或多個點(diǎn)輻射源遞送到所述 流體的輻射； 其中所述流動單元是包含彎曲的并且凹形的相對內(nèi)表面、不具有內(nèi)部角的積分空腔， 其中所述內(nèi)表面上的每個點(diǎn)從內(nèi)表面上的其它每個點(diǎn)上看是可見的； 其中所述一個或多個所述點(diǎn)輻射源安置在所述積分空腔周圍；并且 其中所述內(nèi)表面可操作用于反射由所述一個或多個點(diǎn)輻射源遞送到所述流體的輻射， 使得輻射強(qiáng)度在所述流動單元的整個內(nèi)部均勻，并且所述內(nèi)表面可操作用于從通過來自高 散射內(nèi)壁的多次反射所收集的輻射建立發(fā)散光源。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述流動單元包括積分橢球和積分球中的一種或 多種。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述一個或多個點(diǎn)輻射源包括以下各項(xiàng)中的一種 或多種:一個或多個半導(dǎo)體光源、一個或多個發(fā)光二極管光源、一個或多個紫外光源和一個 或多個深紫外光源。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括一個或多個機(jī)械擋板或攪拌機(jī)構(gòu)，所述 一個或多個機(jī)械擋板或攪拌機(jī)構(gòu)安置在所述流動單元的內(nèi)部，用于選擇性地調(diào)節(jié)所述流動 單元中通過的所述流體的流動。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括安置在所述流動單元的所述內(nèi)表面的 至少一部分上的光催化材料。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括安置在所述一個或多個機(jī)械擋板或攪 拌機(jī)構(gòu)的表面的至少一部分上的光催化材料。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括可操作用于選擇性地啟動/停止所述一 個或多個點(diǎn)輻射源的控制器。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括可操作用于選擇性地控制所述流體在 所述流動單元內(nèi)部的停留時間的控制器。9. 一種用于對流體進(jìn)行消毒的方法，所述方法包括： 提供流動單元，所述流動單元包括一個或多個入口和一個或多個出口，其中所述流動 單元配置為從所述一個或多個入口通過所述流動單元的內(nèi)部至所述一個或多個出口交換 流體;和 提供一個或多個點(diǎn)輻射源，所述一個或多個點(diǎn)輻射源安置在所述流動單元周圍，其中 所述一個或多個點(diǎn)輻射源可操作用于向所述流體遞送輻射； 其中所述流動單元的內(nèi)表面可操作用于反射由所述一個或多個點(diǎn)輻射源遞送到所述 流體的輻射； 其中所述流動單元是包含彎曲的并且凹形的相對內(nèi)表面、不具有內(nèi)部角的積分空腔， 其中所述內(nèi)表面上的每個點(diǎn)從內(nèi)表面上的其它每個點(diǎn)上看是可見的； 其中所述一個或多個所述點(diǎn)輻射源安置在所述積分空腔周圍；并且 其中所述內(nèi)表面可操作用于反射由所述一個或多個點(diǎn)輻射源遞送到所述流體的輻射， 使得輻射強(qiáng)度在所述流動單元的整個內(nèi)部均勻，并且所述內(nèi)表面可操作用于從通過來自高 散射內(nèi)壁的多次反射所收集的輻射建立發(fā)散光源。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述流動單元包括積分橢球和積分球中的一種或 多種。11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述一個或多個點(diǎn)輻射源包括以下各項(xiàng)中的一種 或多種:一個或多個半導(dǎo)體光源、一個或多個發(fā)光二極管光源、一個或多個紫外光源和一個 或多個深紫外光源。12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，所述方法還包括提供一個或多個機(jī)械擋板或攪拌機(jī) 構(gòu)，所述一個或多個機(jī)械擋板或攪拌機(jī)構(gòu)安置在所述流動單元的內(nèi)部，用于選擇性地調(diào)節(jié) 所述流動單元中通過的所述流體的流動。13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，所述方法還包括提供安置在所述流動單元的所述內(nèi)表 面的至少一部分上的光催化材料。14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，所述方法還包括提供安置在所述一個或多個機(jī)械擋 板或攪拌機(jī)構(gòu)的表面的至少一部分上的光催化材料。15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，所述方法還包括提供可操作用于選擇性地啟動/停止 所述一個或多個點(diǎn)輻射源的控制器。16. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，所述方法還包括提供可操作用于選擇性地控制所述流 體在所述流動單元內(nèi)部的停留時間的控制器。17. -種用于對流體進(jìn)行消毒的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 流動單元，所述流動單元包括一個或多個入口和一個或多個出口，其中所述流動單元 配置為從所述一個或多個入口通過所述流動單元的內(nèi)部至所述一個或多個出口交換包含 生物污染物的流體;和 一個或多個點(diǎn)輻射源，所述一個或多個點(diǎn)輻射源安置在所述流動單元周圍，其中所述 一個或多個點(diǎn)輻射源可操作用于向所述生物污染物遞送輻射； 其中所述流動單元的內(nèi)表面可操作用于反射由所述一個或多個點(diǎn)輻射源遞送到所述 生物污染物的輻射;并且 其中所述流動單元的所述內(nèi)表面可操作用于反射由所述一個或多個點(diǎn)輻射源遞送到 所述生物污染物的輻射，使得輻射強(qiáng)度在所述流動單元的整個內(nèi)部均勻； 其中所述流動單元是包含彎曲的并且凹形的相對內(nèi)表面、不具有內(nèi)部角的積分空腔， 其中所述內(nèi)表面上的每個點(diǎn)從內(nèi)表面上的其它每個點(diǎn)上看是可見的； 其中所述一個或多個所述點(diǎn)輻射源安置在所述積分空腔周圍；并且 其中所述內(nèi)表面可操作用于從通過來自高散射內(nèi)壁的多次反射所收集的輻射建立發(fā) 散光源。18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述流動單元包括積分橢球和積分球中的一種 或多種。19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述一個或多個點(diǎn)輻射源包括以下各項(xiàng)中的一 種或多種:一個或多個半導(dǎo)體光源、一個或多個發(fā)光二極管光源、一個或多個紫外光源和一 個或多個深紫外光源。20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括安置在所述流動單元的所述內(nèi)表面 的至少一部分上的光催化材料。
【文檔編號】A61L9/20GK105963731SQ201610465051
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2009年12月18日
【發(fā)明人】愛德華·布里頓·斯托克斯, 珍妮弗·戈德溫·帕甘, 托馬斯·安德魯·施梅達(dá)克
【申請人】北卡羅來納大學(xué)夏洛特分校, 埃奎森斯技術(shù)有限責(zé)任公司