
水杀菌反应器的配光技术
光学控制中的反射和折射
光只要没有遮挡物就会直线前进,但是光的路径上若存在不同密度的部分就会拐弯。炎炎夏日柏油马路上方看上去发生扭曲,这是因为温度上升使空气密度发生变化,从而发生光折射现象。使用镜头的折射光学系统便用到了该性质。通过光进出镜头的入射角和出射角,便可随意调整折射角度,使光发生拐弯。另一方面,反射镜利用光泽面将沿直线前进的光反射,从而改变角度。“配光”*1就是像这样利用光学系统“折射”和“反射”的性质实现的。
- 光分布是指将必要的光线分配到所需位置的过程。
图1 前照灯光源单元的反射和折射示意图

运用在车灯上积累的配光技术
针对汽车前照灯进行设计模拟,使用合适的构件,对光进行自由控制。在配光技术方面,根据需求和用途对最佳的构件种类和尺寸进行组合来产生光是斯坦雷电气的优势。近年来ADB(Adaptive Driving Beam)作为一种前照灯技术,其开发工作得到迅猛发展。ADB是一种光控制技术,通过将光照射到需要的地方,从而避免对行人或前方车辆的驾驶员造成眩光等困扰,驾驶员可始终保持远光灯行驶。另外,斯坦雷电气也经营室外照明和路灯,这个领域中“光污染”(因照明设置方法或配光不当、对景观和周围环境考虑不够充分而引起的各种影响)正成为一大问题,为此,能够灵活控制光线、只在需要的地方进行优化配光的技术得到了应用。
深紫外产品的配光技术
配光技术在深紫外线产品的开发中也得到运用。紫外线能够杀灭细菌病毒的同时,也可能对人体带来不良影响。另外,与路灯等可见光线不同,紫外线人眼不可见,人无法有意识地避开。斯坦雷电气可通过配光优化技术灵活控制深紫外线的照射,实现深紫外线光源的安全运用。下面用深紫外线产品之一的“深紫外LED反应器”对该技术进行说明。深紫外线产品的配光技术与车灯产品有很大区别,那就是紫外线会使树脂发生劣化,因此不可使用树脂镜头。因此,反射镜技术对深紫外线产品中的照射控制就非常重要。例如,深紫外LED反应器内部的LED模块有很多LED,如果只有LED,LED光线会在大范围内扩散,无法对照射进行控制。因此,通过以最合理的方式为多个LED配置反射镜,对每个LED的配光进行控制,便可对管道内流动的水等均匀照射深紫外线进行杀菌【参照图2 】。
图2 深紫外LED反应器的光学结构

图3 深紫外LED反应器的辐照面

从光源到模块、成品的一条龙设计生产体制
除了上面提到的“热管理”和“光学设计”外,光源的形状、尺寸、特性等也会对配光产生影响,因此能够根据产品特性从光源到模块乃至成品均由本公司开展验证,并进行一条龙的设计和生产,这正是我们斯坦雷电气的优势,今后将继续成为我们的竞争优势。另外,我们还致力于细腻的色度控制用以产生明亮的光,同时专注于提高光转换效率的技术,在地球环境方面为减少CO2和功耗等做出贡献。斯坦雷电气运用在汽车前照灯上积累的技术能力和丰富的经验,再加上一条龙的设计生产体制,今后将继续推动光技术革新,产生对社会有用的新型光。
照射模拟
斯坦雷电气根据客户的流水条件优化反应器(尺寸、光源种类和数量等),对反应器内的水进行整流,通过模拟,来高效地照射光线并提高杀菌效果。
另外,为了实现反应器的节能,延长使用寿命,提出重视效率的杀菌驱动条件。
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使用整流机构,限制水流速度,实现流速均匀化
水流已经过整流。(矢量方向和颜色) -
利用在车灯上积累的配光技术高效照射深紫外光
为避免LED光照射到管壁上,排除反射镜进行配光。(光强度的分布)
杀菌效果
根据杀菌对象细菌病毒的种类,所需照射量有所不同。例如,“大肠杆菌”噬菌体T1的99.9%杀菌时所需的照射量为12.9mJ/cm2(参考本公司实验结果)。
图6 99.9%杀菌时的所需照射量

流量越多,所需的反应器内光源数(LED)就越多。流量2L时,如果是有2个以上LED的反应器,可获得所需照射量12.9mJ/cm2(★1)。流量6L时,则需要有4个以上LED的反应器(★2)。
图7 各光源数量的性能表
