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UVC LED消毒水杯设计实战经验分享

2019-07-27 点击:1401
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LEDinside 2天前我想分享

本文为作者做出了贡献。 LEDinside长期以来一直接受提交。

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水杯是日常生活中必不可少的物品之一,特别是对于经常携带水杯的学生,旅行者,户外运动爱好者和探险考官。然而,长期储存后,杯中的水容易产生细菌。即使在喝水后,杯中的潮湿环境也是细菌的滋生地,直接影响饮酒者的健康。

作为一种流行的新型深紫外光源,UVC-LED发出波长为260-280nm的深紫外光,可直接破坏细菌和病毒DNA或RNA,具有快速,安全,无副作用的杀菌效果。

随着UVC-LED技术的成熟,越来越多的日常产品开始出现在其中。配备UVC-LED消毒技术的水杯是一种需求量巨大的潜在产品。设计这样一个新水杯时需要注意哪些问题?下面分享的内容是UVC-LED消毒水杯方案实际设计中的几个关键点,希望它能引领吸引玉石的方式。

首先,应用场景

同样是消毒杯,家庭和户外应用在产品设计上有根本的区别。

日常家庭,每日郊游,这些场景中的水源比较干净,储存时间一般不超过24小时,简单的诱导是在没有水的情况下继续抑制洁净水和潮湿环境;和户外应用,在探险甚至行进操作中携带的水杯通常需要直接采取野外水源。过滤和灭菌后,它们可用于人类消费。简单的诱导是对细菌水进行消毒。

抑菌和灭菌这两个功能的区别直接影响解决方案中UVC-LED的选择和布局,以及相应的散热设计和电源设计,在产品设计之前需要明确的定位。

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消毒和抑制情景设计的比较

二,光源模块的形状

目前,市场上常见的UVC-LED光源模块,石英灯罩的形状分为平面和球面两种。模块的环境分为水和水。下表是3535封装,靠近Lambertian UVC-LED,比较不同情况下的光输出:

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比较不同色调的形状和环境中的光输出

比较表明,球形灯罩的模块在不同环境下远远领先于平面灯罩模块。在这两种情况下,UVC-LED模块通常位于盖帽位置。出于安全原因,建议使用平面灯罩1。在24箱的情况下,建议选择球形灯罩4以降低UVC-LED的成本。

三,光源模块的位置

在水杯中,UVC-LED光源模块放置在杯盖和杯底中,需要根据具体情况灵活选择。结合国内外同行的实验数据和我的实践经验,总结如下:

?抑菌场景

光路畅通无阻,水面照明良好;光路被阻挡,水底被照亮。

对于洁净水的抗菌应用,当UVC辐射功率,容器形状,水量相同以及照明时,来自水面的光源的抑菌效果优于水下辐射的抑菌效果。没有阻挡。原因是清洁水的细菌来源是空气和水之间的界面,即水线。水面照射方式更接近“防线”,辐射强度更高,抗菌效果更好。

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抑菌效果的实验模型和试验数据

在实际设计中,一些杯子的过滤器会阻挡紫外线路径。滤网的开口率与透光率成比例。市场杯式过滤器的开口率在20~50%的范围内,这意味着过滤器有50~80%的紫外线损失,也影响光均匀性。在过滤器或其他遮光结构布置在水杯中的情况下,来自水底的光源的抑菌效果更好。

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件的比较(左边是滤镜遮挡)

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滤光片开口率与紫外透过率的关系

?消毒现场

球形灯罩,底部照明。平面灯罩,水面照明良好。

水体的杀菌作用取决于水中UVC辐射的剂量和照射范围。当在水体中存在显着的照射死角时,即使照射时间延长,也不能进一步提高杀菌率。

球形灯罩的模块在水底或水面基本相同。此时,底水照射可以获得整个水体的更高辐射强度,并且杀菌效果更好。

平底灯罩模块在水底照射时光照范围小,死角范围广,具有接近照明距离的优点,整体杀菌效果差。

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球面灯罩,水面照明和水体照明效果

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平面灯罩,水面照明和水体照明效果

四,内壁材料

传统水杯内壁材料多为食品级塑料,玻璃,不锈钢,但这三种材料的反射效率对UVC来说非常低。普通塑料和玻璃几乎吸收了所有的UVC,不锈钢的UVC反射率仅为20-28%。目前,理想的水杯内壁材料为PTFE,UVC反射率达到95%,材料符合食品级要求。

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不同材料的UVC反射率

杯子内壁上材料的紫外线反射率影响紫外线的穿透。杯子越深,杯口越小,内壁材料的反射率影响越大。

例如,取两个尺寸为Φ31mm×150mm的PTFE和不锈钢圆筒,用UVC光源照射,一侧辐射功率为10mW,辐射强度为圆筒的中心部分分别为0.72mW。/cm2和0.19mw/cm2。

换句话说,在使用PTFE作为内壁材料后,考虑到UVC-LED的价格,聚四氟乙烯和不锈钢的数量以及差异,只有三分之一的UVC辐射功率可以达到消毒效果,散热和电路(在电池成本之后,UVC-LED光源模块的成本可降低20%以上,体积可以更小。

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内壁反射对比试验的模型和配光图(左侧为聚四氟乙烯,右侧为不锈钢)

V.耐力评估

?抑菌场景

整个模块使用UVC-LED光源,辐射功率为2mw。工作模式为循环操作,每小时点亮2.5分钟。对于300ml体积的水杯(充满水),测量结果可以达到持久的抗菌效果。安装蓝牙和显示模块后,整个模块的功耗如下:

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抑菌场景中的模块功耗

内置可充电锂电池容量按500mAh计算,充电可持续7.4天,可满足日常需求。

?消毒现场

整个模块使用2个UVC-LED光源,辐射功率为10mw。工作模式是继续工作1分钟,然后在触发后关闭。对于300ml体积的水杯(装满水),可以通过> 99.9%的单次操作实现灭菌率(测试液体是大肠杆菌,铜绿假单胞菌,肠炎沙门氏菌,枯草芽孢杆菌混合物)。功耗如下:

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灭菌场景中的模块功耗

内置可充电锂电池容量按500mAh计算,充电可使用5.7天(按每天10次,总饮用水3000ml),可满足长期户外使用要求。

以上是我对UVC-LED消毒杯的实际解读,掌握了关键是程序优化,工业设计,营销渠道竞争,祝大家都能做出畅销产品。

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