液体处理方法和设备

技术领域

本发明涉及使用辐射来处理液体的方法和设备。

背景技术

采用设置在待被处理的液体流内的石英管中的UV灯的系统被广泛地使用。其中紫外辐射源浸没在液体中的任何系统都具有电气连接和相关的防水复杂性。

采用UV辐射的系统通常输送流通过其中安装有多个UV灯的导管，在灯泡出现故障的情况下，或者必须停止通过该单元的整个流，或者流将在减少的UV剂量下继续流动，直到操作者能够响应并更换灯泡为止。减少的UV剂量降低了系统的UV处理效率。替代性地，需要在系统中添加额外的冗余，以备灯泡故障时使用。

虽然一些系统结合有用于石英套管的外部的自动擦拭系统，但是操作者有时需要触及处理系统的区域以进行手动清洁和其他维护。在一些使用敞开通道的现有系统中，为了更换灯泡或进行石英管的手动清洁，有时需要将整个灯泡和石英管组件连同电源线和支撑框架一起断开连接并取出，从而导致滴水和潮湿。替代性地，在加压系统中，为了触及石英管的外表面以进行手动清洁，必须停止系统、排空系统并且然后将石英管从系统中移除。在这两种情况下，这都是不方便且费时的。石英管是长的并且相当脆弱。将灯泡/石英套管的支架从通道移出或从加压系统中一个接一个地取出会造成破损的风险。此外，这还可能是不卫生的并且造成脏乱，因为液体比如废水流出物可能滴落到周围环境中和/或落到操作者身上，这是危害健康且令人不快的。

上面讨论的各种问题和复杂性增加了构建和维护许多现有技术系统的成本和难度。

为了达到可接受的液体处理的程度，必须向液体传输合适剂量的UV辐射。剂量被限定为辐射强度和液体暴露于辐射的持续时间的乘积，该持续时间也被称为保留时间。

当使用辐射来处理液体时，重要的是注意到液体可能包含变色、模糊或者以其他方式降低了通过液体的辐射的透射率的材料。例如，即使看似清澈的液体如雪碧或白葡萄酒，由于其溶解的固体，也可能具有较低的紫外光透射率(UVT)。低透射率减少了液体中可用于处理的辐射，并且降低了处理的有效性。

许多现有技术的系统不能为低UVT的流体提供可行(在成本和/或处理效果方面可行)的处理，并且例如，规定UVT需要为约60％或更高。

其他现有技术的系统旨在通过提供每单位流的增大的辐射输入来处理较低UVT的液体，但是这导致了较高的成本。

一些现有技术旨在通过形成薄的流/膜来降低流体的被辐射的深度。这可以减少在低UVT液体中出现的辐射的高透射损失。然而，具有较薄的流的系统通常与具有较厚的流的系统相比具有较低的流通过量。

用辐射处理超临界流具有优点，然而实验性测试已经揭示的是，触发超临界流从闸门或槽进入导管可能导致液体成分从导管中的超临界流间歇地向上喷射。虽然这在较短时间、例如几分钟到几小时的操作中造成的影响相对较小，但是相比之下，在较长时间、例如几天到几周的操作中，这可能会导致附近的任何辐射源、反射器或辐射透射窗的不期望的结垢量。

从WO2017111616中已知另一种流处理系统，其内容通过参引并入本文中。

发明内容

根据一个示例，提供了一种用于处理液体的设备，该设备包括：

i.导管；

ii.高度大于6mm的槽，该槽构造成允许液体流进入导管，以沿着导管形成超临界液体流；以及

iii.至少一个辐射源，所述至少一个辐射源位于流的外部，以用于照射流。

根据另一示例，提供了一种处理液体的方法，包括：

i.形成呈超临界流形式的液体流并且使其深度等于或大于6mm；以及

ii.使用位于流的外部的至少一个辐射源来照射流。

根据另一示例，提供了一种用于处理液体的设备，该设备包括：

i.框架；以及

ii.由框架支撑的多个处理模块，每个处理模块具有穿过模块的一个或更多个液体导管以及用于对模块中的液体进行处理的一个或更多个辐射源；

其中，该设备构造成通过所述处理模块中的相应的单独的处理模块来处理多个单独的液体流；

并且其中，所述处理模块中的至少一个处理模块具有开口盖，并且所述模块能够相对于框架移动，并且允许在模块的盖打开时触及模块。

根据另一示例，提供了一种用于处理液体的设备，该设备具有框架以及一个或更多个处理模块，其中，每个模块包括：

i.液体入口，液体入口用于从液体源接收液体；

ii.液体出口，液体出口用于将液体排放到液体排放装置；

iii.一个或更多个液体导管，所述一个或更多个液体导管位于液体入口与液体出口之间；以及

iv.一个或更多个辐射源，所述一个或更多个辐射源用于对模块中的液体进行处理；

其中，所述处理模块中的一个或更多个处理模块能够相对于框架移动，而不会使模块与液体源断开连接、也不会使模块与液体排放装置断开连接。

根据另一示例，提供了一种操作液体处理设备的方法，该设备包括多个液体处理模块，其中，该设备构造成通过所述液体处理模块中的相应的单独的液体处理模块来处理多个单独的液体流，

其中，每个液体处理模块具有用于对流动通过模块的一个或更多个导管的液体进行处理的一个或更多个辐射源，并且其中，所述处理模块中的至少一个处理模块是可移动的并且具有开口盖，该方法包括：

使所述处理模块中的一个处理模块移动；

打开被移动的处理模块的盖；以及

触及被移动的处理模块的内部。

根据另一示例，提供了一种操作液体处理设备的方法，该设备包括框架以及一个或更多个液体处理模块，每个模块包括：用于从液体源接收液体的液体入口；用于将液体排放到液体排放装置的液体出口；位于液体入口与液体出口之间的一个或更多个液体导管；以及用于对模块中的液体进行处理的一个或更多个辐射源；其中，该方法包括：

使所述处理模块中的一个或更多个处理模块相对于框架移动，而不会使模块与液体源断开连接、也不会使模块与液体排放装置断开连接。

根据另一示例，提供了一种液体处理模块，其包括：

i.本体，本体包含用于将待处理的液体从入口输送至出口的导管；

ii.盖，盖包括用于对流动通过导管的液体进行处理的一个或更多个辐射源；以及

iii.一个或更多个辐射透射窗，所述一个或更多个辐射透射窗构造成当盖被关闭且模块处于使用中时将辐射源封围；

其中，盖能够相对于本体从关闭位置移动至打开位置。

根据另一示例，提供了一种液体处理设备，其包括：

液体导管；

液体入口部件，其构造成向液体导管提供液体的超临界流以进行处理，其中，液体入口部件包括一个或更多个壁，所述一个或更多个壁构造成限定穿过液体入口部件的液体通道，该液体通道包括：

i.入口部段，其具有横向于液体流通过入口部段的方向的第一尺寸以及横向于液体流通过入口部段的方向并垂直于第一尺寸的第二尺寸；

ii.终止于出口槽的出口部段，出口部段具有一长度、小于入口部段的第一尺寸的出口部段高度以及大于入口部段的第二尺寸的出口部段宽度，其中，出口部段高度和出口部段宽度在出口部段的长度上基本不变；以及

iii.位于入口部段与出口部段之间的过渡部段，其中，过渡部段具有大于入口部段的第二尺寸的过渡部段宽度以及大于出口部段高度的过渡部段高度。

根据另一示例，提供了一种液体处理设备，其包括：

液体导管；

液体入口部件，其构造成在液体导管中提供液体的超临界流以对超临界流进行辐射处理，其中，液体入口部件包括一个或更多个壁，所述一个或更多个壁构造成限定穿过液体入口部件的液体通道，该液体通道包括：

i.终止于出口槽的第一部段，液体从该出口槽流出液体入口部件，第一部段具有长度、高度和宽度，其中，第一部段的高度和第一部段的宽度在第一部段的长度上基本不变；以及

ii.位于第一部段上游的第二部段，第二部段的高度大于第一部段的高度，其中，第二部段构造成接收液体流并且将液体流引导到第一部段中。

在一些示例中，导管是开放的通道。

示例可以根据从属权利要求2至31、33至38、40至45、47至63、65至79、81至94、96至110、112至131或133至145中的任何一项来实现。

众所周知的是，在不同的管辖权下，术语“包括”、“包含”和“具有”可以具有排他性或包含性含义。出于本说明书的目的，并且除非另有说明，否则这些术语旨在具有包含性含义——即、它们将被认为是指包括所列举的直接使用附图标记的部件，并且可能还包括其他未指定的部件或元件。

本说明书中对任何文献的引用并不意味着承认其是可以与其他文献有效地组合的现有技术，或者并不意味着承认其形成公知常识的一部分。

附图说明

并入说明书并且构成本说明书的一部分的附图图示了本发明的各实施方式，并且附图与以上给出的本发明的总体描述和以下给出的各实施方式的详细描述一起用来解释本发明的原理，在附图中：

图1是根据一个示例的液体处理设备的横截面侧视图；

图2是根据另一示例的液体处理设备在一种状态下的立体图；

图3是图2的液体处理设备在另一状态下的立体图；

图4是根据一个示例的液体处理模块的横截面侧视图；

图5是根据一个示例的液体入口部件的立体图；

图6a至图6e是根据进一步的示例的液体入口部件的立体图；以及

图7a至图7c是根据进一步的示例的液体入口部件的立体图。

具体实施方式

将通过使用紫外(UV)辐射的示例对本发明进行描述，但是应当理解的是，在合适的情况下可以使用其他形式的辐射。还将通过使用石英的示例对本发明进行描述，但是应当理解的是，在合适的情况下可以使用其他形式的透射辐射的材料。

图1示出了根据示例性实施方式的液体处理设备1。待处理的液体的源22可以是保持重力液体压力的集液箱或其他储液器，其中，重力液体压力为离开源22的流提供驱动能量。使用门23来限制液体流从源22离开以形成具有所需深度和流量的流。门23可以是用于控制流的闸门、阀、固定槽或任何其他合适的装置，包括在阻挡件中布置一个或更多个孔的任何合适的布置结构。

液体在其中流动的通道24由底面和侧面封围，从而使顶面敞开或者至少不与液体接触。这种在具有自由(不受约束的)液体表面的导管内的液体流被称为“敞开通道流”。敞开通道的设计还允许在通道的敞开的顶面上方布置一个或更多个紫外辐射源25。在一些示例中，宽度为1m或更小的通道或具有一个或更多个通道/导管的模块可能特别适合用于使得能够实际触及附接有盖的通道或模块。在一些示例中，深度为100mm或更小的通道或导管可能特别适用于在框架或支架中使用的系统，或者在具有较低的流通过量要求的较小规模的处理系统中使用的系统，例如用于处理牛奶或饮料的系统。在其他示例中，可以使用更大的宽度和/或深度。

门23在门与通道24的基部之间形成呈槽的形式的开口。这允许液体流26流出源22。产生各种不同的流厚度的各种不同的槽高度可以用于不同的应用。

在一些应用中，使用约6mm或更大或者约7mm或更大的槽高度来产生约6mm或更大或者约7mm或更大的流厚度是有利的。较厚的流可能需要较小的压力或能量来使液体移动通过处理装置。这种优势将随着流量的增加而增加。它还具有减少或避免供液体进入流导管的槽或其它类型的开口被部分堵塞的机会的优点。在利用超临界流操作系统时，任何这样的堵塞都可能导致流扰动和飞溅，这可能会污染设备的内部部件比如石英窗或灯泡等。堵塞在液体含有下述各者或者被下述各者污染时特别容易发生：小的固体、例如蔬菜处理流出物中的作物残渣；或落入上游废水处理单元的碎屑(比如鸭毛或松针等)。较小的槽可能比较大的槽更易于堵塞，并且在槽的上游可能需要筛网来清除碎屑和其他固体。较大的槽可以避免对这种筛网的需要，或者增加用于这种筛网的合适筛目尺寸，从而降低它们对流体流动的阻力。

可以通过将液体储存在如图1中所示的储液器中并且通过将门23定位在储液器的底部以利用液体的重力势能来产生液体的高速流。该设备类似于河流中的水坝。当门23打开时，液体将以相对较高的速度排出。本发明的替代实施方式可以利用固定槽代替门，或者可以利用顶部被封围的储液器代替开放式储液器，顶部被封围的储液器可以通过泵或其他机械装置进行加压，使得液体从门23(或槽)被喷射到通道中。

已经发现的是，为了在确保适当处理的同时获得高的通过量，可以使用超临界流。超临界流是指通过敞开通道的较迅速且较浅的流(与受约束的加压流相反，有时也称为“管道”流)，并且超临界流的定义如下。

流的福禄数(Froude Number)被定义为：

其中：

Fr＝福禄数

v＝流的速度(m/s)

y＝流的深度(m)

g＝重力加速度(m/s2)。

根据定义，对于处于超临界状态的流，Fr必须大于1。

通过处理福禄数等式，

由于在超临界流中Fr>1，因此对于流深度y，超临界流的流速必须为：

在给定流26的深度、例如在门或槽处设定的深度的情况下，可以计算所需的流速(和流量通过量)，使得超临界流条件占优势。

高速的超临界流通常是紊乱的。在比较超临界层流和超临界紊流的实验中，针对紊流的处理性能更好。

一旦流26流动通过门23，则处理过程开始。紫外辐射源25可以是多个管状紫外光灯泡，其具有反射器以将尽可能多的辐射引导到待处理的液体中。

图1的设备21可以构造成产生并处理6mm厚或更厚、例如7mm或更厚的流26。

在该设备21中，门23可以具有6mm或更大、例如7mm或更大的槽。

诸如UV光之类的辐射的强度在其穿透液体时以指数形式下降。可以预期的是，处理将随着液体厚度(深度)增加而减少(通过由于处理而减少的污染物的量来衡量)。例如，在使用超临界流辐射的实验中，稀释到UV透射率(UVT)为0.2％的橙汁和苹果汁在2mm的厚度下比在4mm的厚度(在超临界流通道的入口点处测量的深度)下得到更有效地处理。在这些实验中，随着液体流厚度的进一步增加，处理效率持续降低。对于包括流出物在内的其他液体，也观察到了类似的结果。

然而，现在已经发现的是，在一些情况下，当处理比这更厚的超临界流时，可以获得比预期更好的结果。例如，在橙汁和苹果汁的进一步测试中发现的是，当UVT通过进一步稀释被提高到25％时，4mm和6mm的厚度与2mm的厚度相比通常获得更有效的处理。在对流出物(UVT为22％)的其他测试中，发现8mm和10mm的深度优于2mm和3mm的深度。

不意在受理论的束缚，在上述示例中的一些示例中，在低UVT下，大部分辐射被测试厚度下的液体完全吸收是可能的，但是在较高UVT下，大量的辐射可能进入液体、从底部反射并且然后离开液体，在这之后辐射将在处理通道上方的盖中受到进一步无效的反射/透射损失。然而，在这些较高UVT的情况下，随着液体厚度的增加，辐射中的更多辐射将被吸收而不会离开液体。

然而，可以看出的是，所涉及的因素相比可以单独通过与UVT的简单关系所能解释的更为复杂。在UVT为2.5％的液体的实验测试中，发现7mm实现的处理比3mm实现的处理稍好，而对于稀释到UVT非常相近2％的苹果汁的测试，更正常的预期仍然是成立的，其中，2mm优于4mm、4mm优于6mm并且6mm优于8mm等。

影响处理的因素是多重且复杂的。例如，虽然已知液体中固体的浓度会影响UVT和处理，但是它也取决于固体的性质。例如，能够将细菌屏蔽在其体内的固体与细菌被限制在固体的外部的液体相比更难处理。因为影响处理的各种因素是多种多样且复杂的，因此不能用简单的UVT测量来预测何时更大的流厚度是可行的。然而，这可以简单地通过特定地点的测试来确定。

能够有效地处理合适液体的较厚的超临界流具有多个优点。该超临界流可以允许在较高的流量下实现充分的处理，或者在相似的流量下实现更彻底的处理。由于使用了更大的槽高度，使用更厚的流也减少了在入口发生堵塞的机会。

厚度y为6mm或更大的超临界流可以通过确保流的速度v大到足以使得对于给定的厚度y福禄数Fr大于1来实现。

反射器(图1中未示出)可以设置在辐射源25附近，以确保最大量的紫外辐射被引导到液体中。反射器可以是抛物线形的，并且灯泡可以大致放置在反射器的焦点处。其他反射器构型也是可能的，比如平面反射器，然而这些平面反射器可能在引导紫外辐射方面不太有效。紫外光源也可以是LED，其可以构造成使得辐射基本上沿一个方向发射，从而减少对反射器的需要。在任一种情况下，优选的是光路尽可能垂直于液体表面，使得尽可能多的光进入液体而不被液体表面反射。

在一些示例中，多个设备21可以设置为更大的处理设备内的模块。例如，设备21可以彼此堆叠或者由框架支撑。所述设备可以并联地流体连接成使得流动通过每个模块的液体相对于流动通过其他模块的液体形成单独的流。

图2描绘了液体处理设备12，其具有支撑在框架13上的若干个模块14a至14h。这些模块以可移动的方式被支撑，使得这些模块在被框架13支撑的同时可以移动。在该示例中，框架13是供模块以可滑动的方式安装在其上的支架。当操作员拉动模块时，模块可以滑出支架。在图2和图3所示的示例中，框架13是具有对模块14a至14h进行支撑的轨道41(其中仅标出一个轨道)的支架。模块可以替代性地以可旋转的方式安装在联动装置上或者模块可以安装在联动装置上。在替代性示例中，框架可以呈不同的形式、比如呈具有中心柱的树状的形式，其中，模块围绕柱排列并且在模块的边缘处以可旋转的方式连接至柱。替代性地，框架可以为工作台，其中，模块并排布置在该工作台上。在图2和图3所示的示例中，模块14a至14h中的所有模块能够相对于框架移动。在其他示例中，模块中的一个或更多个模块不必是可移动的。例如，最上面的模块14a和14e可以固定就位，因为这些模块可以从顶部触及而不被拉出。

模块14a至14h可以构造成支持通过它们相应的导管29的敞开通道流，其中，液体的上表面不受限制、例如不受顶壁的限制。模块14a至14h可以构造成支持通过它们相应的导管29的超临界流。替代性地，模块14a至14h可以构造成支持任何其他类型的敞开通道水力学流、包括临界流或亚临界流，或者替代性地，导管29可以在顶部处被封围并且完全充满在压力下流动通过的液体。

模块14a至14h可以布置成彼此平行地运行，即所述模块为液体的单独部分提供单独的流路径。虽然在流体流动的意义上流是平行的，但是在几何意义上流不需要平行，并且可以彼此成各种角度。液体以多个单独的流的方式流动通过设备12，单独的流中的每一者流动通过单独的模块。可以通过构造为设备12的一部分的流分离器将流分成单独的流，或者设备12可以接收已经彼此分开的流、例如接收来自单独的供应软管的流。

每个模块14a至14h可以经由入口15a至15h中的相应的入口与液体供应部连接。每个入口接收流，并且然后通过槽将流分配并排放至其模块的相应导管中。在图2和图3的示例中，入口15a至15h是输送液体的结构体。在其他示例中，每个入口可以简单地是允许液体进入处理装置/模块的孔或其他开口。

模块14a至14h可以连接至共同的液体供应部或不同的液体供应部。液体通过入口15a至15h进入模块14a至14h，然后流动通过每个模块中的一个或更多个导管(在图3中以29表示)。在每个模块内，也可以存在多个独立(即、平行)的流。在图2和图3的示例中，每个模块具有两个(在流体流动意义上)平行的导管。在该示例中，入口包括y形接头33(为了清楚起见，仅标记了一个)，该y形接头33将液体供给至两个小型储液器块38中，两个导管中的每一个导管各一个储液器块38。填充有处于压力下的液体的储液器块38通过槽将液体喷出并进入模块的导管中。

液体入口15a至15h可以连接至柔性入口导管、比如软管31(为了清楚起见，仅示出一个)。在其他示例中，可以使用风琴状导管或伸缩导管来代替柔性入口导管。替代性地，液体入口可以以可滑动的方式或以可枢转的方式连接至液体源，以在移动的同时保持连接。在包括软管的示例中，当模块移动时，来自液体源的软管可以容易地挠曲以允许在保持与模块的液密连接的同时移动。

液体经由间隙离开模块14a至14h进入相应的出口(图3中示出了一个模块14f的间隙42)，并且然后被排放到液体排放装置18。模块14e至14h的出口16e至16h在图2和图3中示出。将为模块14a至14d提供类似的出口(在图2和图3的视图中不可见)。出口附接至每个模块的导管的端部，并且接收来自该模块的液体，并且将液体输送到液体排放装置18中。在图2和图3的示例中，出口是输送液体的结构体。在其他示例中，每个出口可以仅仅是用于允许液体离开处理装置/模块的孔或其他开口。出口在液体流动的意义上保持连接至排放装置，因为从出口到排放装置的流路径在模块移动时保持不中断，并且从出口流出的任何液体可以进入排放装置。出口不需要在结构上连接至排放装置，例如它们可以位于排放装置的凹槽内，而无需与排放装置直接结构连接。这方面的一个示例在图2和图3中示出。

如图2和图3所示，出口16e至16h包括具有部分圆形横截面的被覆盖的沟槽，所述沟槽通过大致梯形的棱柱形件连接至模块。沟槽在其面向外的端部35处是封闭的(为了清楚起见，仅标记了一个端部)，以防止液体从该端部流出设备，但是沟槽在其面向内的端部处是敞开的，从而允许液体排出到排放装置中。在该示例中，在排放装置18中设置有凹槽以接纳出口。在图2和图3中示出了凹槽19e至19h——可以设置有类似的凹槽来接纳出口16a至16d。如该示例所示，凹槽19a至19d是大致筒形的。出口可以配装在凹槽内，并且将流从出口的沟槽的内端部排放到液体排放装置18的本体中。出口将流排放的点总是保持在液体排放装置18内，使得即使当模块被拉出时，从模块14a至14h排放或滴落的任何液体都被容纳，并且不会流到或滴落到处理设备12的外部。

在图2和图3所示的示例中，模块出口没有直接连接至排放装置18，而是经由出口16a至16h排出流体，出口16a至16h可以在凹槽19a至19d内自由移动。在其他示例中，液体出口比如柔性的、可滑动的或可枢转的导管比如软管、风琴状导管或伸缩导管可以连接至排放装置，使得它们在模块移动时仍保持连接，这避免了断开连接的需要，并且避免了任何液体排放或滴落到设备的排放装置外部。

在其他示例中，可以为每个模块提供单独的排放装置，代替图2至图3的公共排放装置18。排放装置可以连接至一个或更多个公共的收集器，收集器进而又引出用于输出处理过的液体的出口。也可以为每个模块提供单独的电子器件单元，例如包含用于与每个模块相关联的灯泡的电控制装置和电源。例如，这些独立的电子器件可以附接至独立容器中的每个模块的底部。当模块滑出模块的支架时，可以触及到该容器。对排放装置和电子器件单元的这些修改提高了处理设备的模块性。此外，电子器件单元的位置、例如当位于流通道下方时也使得来自电子器件的一定量的热通过流动通过其所附接的模块的液体被移除(例如通过经由电子器件容器和模块的壁进行的热传导被移除并进入流中)。

设备12的结构允许模块在无需首先断开连接的情况下被移动和触及。这防止了当模块被移动时液体从设备12或液体供应部滴落，从而避免了脏乱和潜在的污染。

可以理解的是，模块的允许其在没有断开连接或没有滴落的情况下移动的液体源和液体排放连接件可以应用于仅具有一个处理模块的处理设备、以及如图2和图3所示的示例中的具有多个模块的处理设备。

在图2和图3的示例中，液体排放装置18呈收集箱的形式，然而在替代性的示例中，液体排放装置可以是歧管或其它导管装置，以用于收集液体并将液体排放到单独的保持箱中、或者排放至位于设备外部的排放装置。

可以在区域34中在每个凹槽19a至19d的端部上设置覆盖件，覆盖件大致于凹槽19d的端部处表示出。这可以阻止辐射经由凹槽19a至19d离开设备12。在一个示例中，覆盖件可以是金属片状件。金属片状件可以在相应的凹槽附近铰接至液体排放装置18的本体，使得金属片状件在模块被拉出时可以被模块推动打开并且在模块被推回时铰接闭合。

在图2所示的设备12的状态下，模块14a至14h中的所有模块都处于它们在框架13中的缩回位置。在图3所示的设备12’的状态下，模块中的一个模块14f已经被从框架13水平拉出，以允许操作者触及该模块。模块14f的盖17也已经被打开。这允许操作者触及模块14f的内部以进行清洁、修理、检查或其他维护。每个模块均具有这样的盖17，并且参照盖17的特征同样适用于其他模块的盖。随着模块14f的盖17打开，可以看到模块14f的导管29和出口间隙42。图2和图3中所示的布置结构可以允许操作者在仅仅几秒钟内触及模块、包括其内部。操作者可以简单地将模块从框架中拉出并打开盖以实现触及模块内部。这与现有系统形成对比，现有系统在触及内部部件比如导管、石英管和灯泡方面需要消耗更多的时间并且是不方便拆卸的。

辐射源(例如，UV灯泡28)可以位于盖17中。盖17还可以具有与UV灯泡28相关联的反射器32。由辐射透射材料制成的一个或更多个窗(由于其透明性没有用实线描绘，但总体上由箭头30指示)可以设置在盖17上。辐射透射材料可以被选择成允许由辐射源产生的辐射的波长中的至少一些波长穿过液体，而没有大的衰减。例如，当辐射源是UV源时，窗可以由UV透射材料制成。窗30可以由石英制成，这允许UV辐射基本上无衰减地穿过。在其他示例中，窗30可以由其他材料比如UV透射的塑料制成，例如全氟烷氧基烷烃(PFA)、乙烯四氟乙烯(ETFE)等可能是合适的。窗可以包括单个窗格或者可以具有多个相邻的窗格。在该示例中，窗形成盖17的基部，但在其他示例中，窗30可以被嵌入盖17中、铰接至盖17或导管29、或者能够与盖17分离。窗可以被置于盖17与导管之间。窗可以闩锁至盖或导管。窗可以设置有一个或更多个密封件，以在窗与导管之间和/或窗与盖17之间提供基本上不透液体的密封。当盖17打开时，操作者可以例如触及导管29以清洁导管的壁或清洁窗30或清除供液体从入口15进入导管的槽的堵塞物。在窗没有固定至盖的情况下，灯泡28和反射器32在需要时也可以直接触及。导管29和流路径、比如将液体传送到每个导管中的槽的其它部分位于模块的本体中，而不是盖中。这意味着槽和导管不会直接受到盖的打开的影响。在一些情况下，用户可以在盖打开时允许流继续流动，并且关闭该模块的辐射以检查通过槽和/或导管的流。

窗30可以将UV灯泡28封围在盖17的空间中，并且有助于保护UV灯泡28免受污染。UV灯泡在处于可能高于环境温度的特定温度范围内工作时是最有效的。为了调节灯泡28的温度，可以提供气流控制器来控制通过封围空间的气流。气流控制器可能包括被动气流控制器、比如通风口或主动气流控制器、比如风扇。环境空气可能相对较冷并且可以用于冷却辐射源。通常可以提供冷却空气，但是在一些寒冷的气候下，可能需要加热空气。用于温度调节的空气供应可以通过热泵进行预冷却或预加热。在其他示例中，可以使用一个或更多个主动冷却或加热元件(例如，珀耳帖元件或加热丝)来冷却或加热用于温度调节的空气流。

在一些示例中，可以抑制(即、通过可控阀减少或停止)通过任何单独模块的液体流。例如，当单个模块的盖打开时，通过该模块的流可以被抑制。也可以禁止任何单个模块的辐射源(例如，UV灯泡)的操作。例如，当模块的盖打开时，可以禁止该模块的辐射源的操作。可以在盖和/或模块上设置一个或更多个传感器，以感测盖的打开，并且使一个或更多个流控制器和/或辐射控制器抑制该模块的流和/或辐射。

图1的实施方式可以具有与参照图2和图3讨论的类似的盖、窗和/或温度调节装置。

当模块从框架中移出时，可以停止通过模块、例如图2和图3的模块14a至14h中的一者的液体流。可以提供一个或更多个传感器来感测模块何时相对于框架移动，并且使流控制器停止通过该模块的流。通过其他模块的流可以正常继续。

并联模块的提供允许一个或更多个模块离线，而其他模块仍处于使用中。例如，一个模块由于灯泡已经停止工作可能需要离线。可以停止通过该模块的流，直到灯泡已经被更换为止，而其他模块继续处理液体。在另一示例中，可以基于期望的通过量来选择处于使用中的模块的数目。可以通过模块的子集来提供液体流，以实现期望的通过量，并且使其余模块离线。这可以通过仅使用满足通过量要求所需的最小数目的模块来提高设备的效率。一个或更多个流控制器比如所有模块共用的阀组或者用于每个模块的单独阀可以用于将通过每个模块的流独立于通过其他模块的流来控制。

辐射控制器还可以将每个模块的辐射源独立于其他模块的辐射源来控制。这可以包括打开和关闭辐射源或者增大或减小辐射源的输出强度。例如，辐射控制器可以是实现光控制算法的开关或控制器。在一种使用中，辐射控制器可以关闭或降低具有较低的流或者没有流的任何模块的辐射源的强度，以节省功率。在另一示例中，辐射控制器可以将辐射的强度控制为流量的连续函数或阶跃函数。

图4示出了示例液体处理模块14的横截面。在该示例中，模块14被示出为在导管中具有薄的超临界液体流36。液体可以经由入口15进入模块14，在入口15处，液体流入储液器块38，并且通过间隙或槽37流出储液器块38、并且进入导管29。导管29上方是盖17，盖17容纳有辐射源(例如，UV灯泡)28。盖17的基部包括石英窗30，石英窗30封围辐射源28，同时允许辐射穿过以到达液体36。液体然后通过出口间隙42流出、进入出口16。尽管在图4的横截面侧视图中未示出，但模块14可以包括多个(例如，两个)导管29和多个(例如，两个)辐射源28。

已经发现的是，某些入口设计/操作可能导致在流开始时溅出到流通道中，例如由于液体涌入已经排空液体且包含空气的入口而导致溅出。已经发现这种溅出可以通过多种技术来避免。这些技术包括：确保将液体供给到入口中的导管在入口前向上倾斜，以防止液体在不使用时排出；通过在入口前安装弹簧加载的止回阀，其具有防止排放和空气沿管道回流的类似效果；通过在流开始时使用缓慢上升的流量(例如，经由变速泵控制或通过缓慢地打开阀来使用缓慢上升的流量)，这允许空气缓慢地从入口逸出，而不是快速地被挤出。

已经发现的是，在入口的出口外侧定位在流通道上方的偏转器也有助于减少从该区域射出的任何飞溅。例如，这些偏转器可以是拦截任何喷射的飞溅物的板或刷。然而，已经发现的是，入口不是发生飞溅的唯一源，并且在各种情况下，飞溅物或液滴可以在沿着流通道的较远处从超临界流喷出，在一些情况下，在沿着通道的三分之二或更远处喷出。

虽然对这些飞溅物/喷射物的高度存在限制，但是希望处理设备的元件低于该高度，以确保整体紧凑的系统设计。虽然这对于在较低流量和较大的流深度(厚度)下操作的超临界流来说可能不是问题，但是随着流深度的减小和/或流量的增加，已经发现这个问题变得更加棘手。

图5示出了用于向液体处理设备中的液体导管提供超临界液体流的液体入口部件50。例如，液体入口部件50可以用于向图1至图4中的任一附图中的处理设备提供超临界液体流。在图2至图4的模块14中，液体入口部件50可以用来代替储液器块38，或者液体入口部件50可以在储液器块38内成形。从实验测试中发现，当液体经由槽从经封围的方形中空型钢(SHS)流出并作为超临界流沿着导管喷射时，少量液体从导管向上喷射，以至于在液体流上方的试纸上可以看到飞溅物。这可能具有对位于超临界流沿着其移动的通道上方的任何设备造成潜在污染的缺点，所述设备包括例如灯、反射器或石英窗/阻挡件。进行了多次尝试来改善这种情况，例如通过在SHS中增加带有向后面向的孔的额外内部入口管道来引导流入物远离槽，虽然进行了一些改进，但是没有解决问题。

然而，已经发现的是，对于通过下述这样的入口部件的液体，完全或至少基本上消除了少量流体向上喷射离开超临界流，该入口部件具有限定出通道的壁，该通道具有入口部段、高度和宽度基本恒定的出口部段以及位于入口部段与出口部段之间的过渡部段。过渡部段比入口部段宽并且比出口部段深，从而允许在液体从入口部段向出口部段移动时液体扩散和变薄。

参照图5详细描述了一个示例性的入口部件。在该入口部件50中，液体进入入口部段并且然后进入过渡部段——在该过渡部段中，该区域通过在增加其宽度的同时使其高度变窄而在形状上从入口部段过渡到最终部段——并且然后进入最终部段——在该最终部段中，高度和宽度保持不变——并且然后通过出口槽(其是出口部段的端部)离开入口部件，以沿着导管形成超临界流。与被测试的现有入口部件、比如接收液体并通过槽排出液体的经封围的方形中空型钢相比，该入口部件从流的主流中完全消除或者产生非常少的液滴飞溅或喷射。已经发现的是，仅使用过渡部段不能提供具有这种质量的结果，并且出口部段是关键。此外，还发现这两个部段都起着重要的作用，因为缩短这两个部段中的任何一个都会对期望的结果产生负面影响。

已经发现的是，能够沿着超临界流通道向下传递而不会引起显著飞溅的流量是流深度的函数，其中间隙越大，可接受的流量越高。还确定的是，这不一定是由于较小的间隙导致喷射速度增加而造成的结果。在保持流深度恒定的情况下，发现对于相对高流量使用入口部件，飞溅或液滴喷射的量可以减少到可接受或不可检测的水平。可接受的飞溅或液滴喷射水平可以取决于应用。在具有诸如灯泡、反射器或透射(例如，石英)窗的高架部件的应用中，可能希望将飞溅或液滴喷射减少到非常低的水平以下。在试验中，在大约1500mm长和247mm宽的通道上方大约80mm的高度处，将33个测试条交替地布置成每行两个测试条和三个测试条。测试条是大约9mm宽、大约68mm长的石蕊试纸。酸性液体通过该设备，其中喷出的液体能够被测试条检测到。在这些实施方式中，在6小时或更长时间的试运行中，测试条上的约30个或更少的小点飞溅物的喷射率(触及测试条)被认为是可接受的低水平飞溅或喷射。

例如，在一个实验装置中，发现没有出口部段的入口部件仅能够支持90升每分钟(l/m)的流量，并且具有少量但可接受的飞溅，120升每分钟(l/m)的较高流量会导致过多的飞溅，并且可能造成处理设备的不可接受的结垢。该入口部件具有长度约为160mm的过渡部段、和弯曲壁(与图5中的类似)，该弯曲壁经由4mm的槽进入约247mm宽的流通道。与此相反，根据本文公开的设计的入口部件能够在190l/m下操作而完全没有飞溅，并且能够在230l/m下操作而具有少量但可接受的飞溅。在这两次试验中，入口部件之间的唯一区别在于新设计的入口部件中存在大约90mm的出口部段。

具有与上述相同的大约160mm的过渡部段和4mm的槽、但是大约45mm的较短的出口部段的入口部件能够支持120l/m的流量，并且具有少量但可接受的飞溅，但是当在160l/m下操作时具有不可接受的结果。具有大约90mm的出口部段和4mm的槽、但是大约53mm的较短的过渡部段的入口部件能够支持120l/m的流量且没有飞溅，并且能够支持150l/m的流量且具有少量但可接受的飞溅，但是当在190l/m下操作时具有不可接受的结果。

从上述结果明显的是，出口部段的显著加长显著地减少了飞溅或液滴喷射的量。加长过渡部段对减少飞溅和液滴喷射也具有显著的作用。给定这种关系，通过调节出口部段和过渡部段中的一者或两者的长度，入口部件可以被设计成支持具有可接受的飞溅/液滴喷射的量的流，并且将飞溅/液滴喷射保持在与现有系统相比较高的流量可接受水平。在一些示例中，发现约45mm或更大的长度适合于出口部段，特别是在较低的流量下(例如，对于4mm的槽和250mm宽的流通道为120l/m的流量下)更是如此，并且发现约90mm的长度在较宽范围的流量下(例如，对于4mm的槽和250mm宽的流通道为230l/m的流量下)提供良好的结果。在一些示例中，发现约53mm或更大的长度适合于过渡部段，特别是在较低的流量下(例如，对于4mm的槽和250mm宽的流通道为150l/m的流量下)更是如此，并且发现约160mm或更大的长度在较宽的范围的流量下(例如，对于4mm的槽和250mm宽的流通道包括为230l/m的流量下)提供良好的结果。发现图6b的示例性入口部件70’(具有4mm的槽和250mm宽的流通道)在高流量、例如260l/m下不提供飞溅/喷射或提供可接受的飞溅/喷射。

还已经发现的是，入口部件可以通过减小流的宽度上的深度差来改善通过通道的下游流的形状。在超临界流道中可以形成类似于船头波浪的脊。这些脊造成了流厚度增大的区域，并且可能导致液体的处理不充分或不均匀。发现的是，出口部段的长度增加会减少这些脊。例如，图6b的入口部件70’用长度为80mm和160mm的出口74’进行测试，发现其中长度为160mm的出口74’在通道中产生具有整体较平表面外观的流。

图5的入口部件50包括一个或更多个壁，所述壁限定了穿过入口部件50的液体通道。通过入口部件的流可以在顶部处被壁限制，使得液体在压力下流动通过。在图5的示例中，入口部件50具有两个侧壁54和一个上壁66。在该示例中，入口部件50具有面向上壁的下壁(未示出)。在其他示例中，入口部件可以在底部处敞开，并且然后通过将入口部件固定到另一表面上来封围该敞开的面，所述另一表面例如是如图3所示的导管通道的平坦基部。在这些示例中，液体通道被限定成位于入口部件壁之间并且为上壁与下壁之间，或者替代性地，在没有设置下壁的情况，则位于上壁与基部之间，入口部件在使用中固定在该基部上。

入口部件可以由板材或材料块制成。该材料可以是金属比如不锈钢或铝、或者可以是塑料。在一些示例中，入口部件50可以完全地或部分地由例如通过螺钉或焊接结合在一起的材料片/材料板和/或管制成。然而，已经发现重要的是，邻近流使用的任何薄的材料是足够硬的，否则流可能导致其共振并且对入口下游的流产生负面影响。入口部件可以包括位于穿过该部件的液体通道的底部处的基部。在另一示例中，入口部件可以完全地或部分地由例如不锈钢或铝或树脂铸造而成。在另一示例中，入口部件可以完全地或部分地由材料块铣削而成。

入口部件可以在底部处敞开(例如，沿着其长度的至少一部分没有基部)，使得当块被固定在导管中的适当位置时，导管的基部在穿过入口部件的液体通道的底部处形成入口部件的基部的至少一部分。在入口部件的于底部处敞开的一个示例中，入口部件由塑料块铣削而成，在部段56和54(其限定了过渡部段和出口部段，如下面进一步详细描述的)中没有基部。在该示例中，入口部件可以在部段52(其限定了入口部段，如下面进一步详细描述的)中形成为不具有基部，或者部段52可以由具有圆形通道比如穿过块或管道的孔的元件提供。入口部件制造的其他方法也是可能的，包括具有其他敞开的壁，但是在使用时这些壁被封围。具有敞开的基部或任何其他敞开的壁可以在降低制造成本方面提供益处，或者在需要进行清洁或其他维修、例如清除任何堵塞物的情况下是有用的。

入口部件构造成使得液体通道具有三个部段：入口部段(液体部件的贯通部段52)；出口部段(入口部件的贯通部段54)；以及入口部段与出口部段之间的过渡部段(入口部件的贯通部段56)。宽度尺寸由箭头62表示。高度尺寸由箭头60表示。尽管在图5中箭头60和62被示出在沿着入口部件50的长度的特定位置处，但是宽度62和高度60可以在沿着部件50的不同点处进行测量，并且部件的不同部段或穿过其中的通道可以具有不同的宽度62和高度60的值。宽度62可以沿着出口部段的长度保持不变。出口部段的高度60也可以在整个出口部段上保持不变。穿过入口部件50的通道的宽度62在出口部段处比在入口部段处大。例如，出口部段的宽度可以是入口部段的宽度的大约5倍，使得供液体离开入口部件50的槽58的宽度是供液体进入入口部件50的开口的5倍。入口部段的高度60大于出口部段的高度。入口部段的高度可以是出口部段的高度的大约5倍与50倍之间。通道的出口部段的横截面面积与入口通道的横截面面积之比可以在大约1.3与0.13之间。宽度62通过过渡部段增大，而高度60通过过渡部段减小。

宽度62可以沿着过渡部段非线性地增加。例如，限定通道的壁可以在入口部段与出口部段之间平滑地弯曲，使得宽度在入口部段与出口部段之间平滑地增加。宽度最初可以从入口部段向过渡部段的中心部分超线性地增大，然后从中心部分向出口部段亚线性地增大。换句话说，通道的侧部(例如，由侧壁64限定的侧部)最初可以从入口部段向外弯曲，然后朝向出口部段向内弯曲。换句话说，宽度相对于沿着通道的长度的二阶导数在入口部段与过渡部段的中心部分之间是正的，而在过渡部段的中心部分与出口部段之间是负的。需要注意的是，中心部分不必位于过渡部段的中间，并且该中心部分可以位于过渡部段的两个端部之间的不同位置处。

壁的内表面的构型对于限定通道的形状和截面是重要的。入口部件50的外部形状可以在不影响液体通道的构型并且也不影响液体通过入口部件的流动特性的情况下变化。

流控制元件可以结合在入口部件内，例如流控制原件可以包括流挡板、流叶片、凹槽或导管，它们用于将流从入口部段引导至出口部段或引导到出口部段中。

图6a至图6e示出了根据本文中所公开的新设计的一些其他入口部件70、70’、70”、70”’、70””。入口部件70、70’、70”、70”’、70””颠倒示出，使得可以看到在入口部件下侧部形成的穿过它们的通道。这些入口部件可以由材料块形成。例如，这些入口部件可以由塑料块铣削而成。在图6中，入口部件示出为没有底壁。这些入口部件中的每一者均可以被固定至处理导管的底部，该处理导管然后将提供限定穿过入口部件的通道的底壁。在替代性示例中，入口部件70、70’、70”、70”’、70””可以具有底壁，例如呈固定至其底部的材料板的形式的底壁。

入口部件70、70’和70”对应于上述试验中测试的设计。其他设计比如入口部件70”’和70””是可能的，并且可以实现类似的有利结果。

图6a的入口部件70具有入口部段72、出口部段74和过渡部段76。过渡部段76具有类似于前面讨论的示例的弯曲侧部。过渡部段74同时从入口部段72朝向出口部段74变宽和(竖向地)变薄。穿过入口部件70的通道的形状可以与图5的入口部件50的形状相同或相似。

图6b的入口部件70’具有与入口部件70的入口部段和出口部段相似的入口部段72’和出口部段74’，但是过渡部段76’不同。过渡部段76’线性地变宽(水平)和变薄(竖向)，并且具有平坦的侧壁和上壁。在该示例中，入口部件的宽度为247mm并且总长度为300mm。入口部段72’的长度为50mm，过渡部段76’的长度为170mm，并且出口部段74’的长度为80mm。出口部段74’的高度为4mm。入口部段72’的横截面为圆形，直径(并且因此高度和宽度)为57mm。

图6c的入口部件70”在入口部段72”与出口部段74”之间具有简单的长方体过渡部段76”。

图6d示出了具有过渡部段76”’的入口部件70”’的建议设计，该过渡部段76”’在入口部段72”’与出口部段74”’具有恒定的宽度、但减小的厚度(竖向)。

图6e示出了与入口部件70’类似的入口部件70””的建议设计，不同之处在于过渡部段76””已经缩短到90mm，并且出口部段74””已经加长到160mm。入口部段72””保持不变。

在前面描述的入口部件中，入口部段可以以各种角度布置，从而以不同角度引入液体流，而不仅仅是如图所示的以水平方向引入液体流。例如，液体流可以从入口部件的顶部或底部进入。在这些布置结构中，被称为高度和宽度的入口尺寸应该被理解为是指横向于液体流的两个垂直尺寸。

虽然入口部件70、70’、70”、70”’、70””中的所有入口部件被设计成用于减少飞溅和液滴喷射，但是一些入口部件可能比其他入口部件更适合某些应用。例如，诸如颗粒或粘液之类的物质可能会在入口部件70”、70”’的方形过渡部段76”、76”’的拐角处堆积。这可以使这些入口部件更适合用于相对不含有可能导致细菌粘液生长的这种材料或有机化合物材料的液体，而入口部件70、70’、70””可能是用于处理含有这种材料的液体、例如流出物的更好选择。另一方面，入口部件70”、70”’可能比入口部件70、70’、70””更容易制造且更具成本效益，从而使得它们可能更适合于其中成本效益很重要的应用。关于飞溅和液滴喷射，迄今为止的测试表明入口部件70和70’是最有效的，其中入口部件70’比入口部件70稍微更有效。

图7a至图7c示出了入口部件80、80’、80”的替代形式。这些入口部件可以用在这样的液体处理设备中，在这些液体处理设备中，超临界液体流沿导管流动，并且在导管中被用辐射进行处理。入口部件具有限定供液体通过该部件的通道的壁。在这些设计中，液体从第二部段84、84’、84”流向第一部段86、86’、86”。第一部段86、86’、86”构造为出口部段，高度和宽度沿着出口部段的长度基本不变。第一部段的端部是槽，液体从该槽离开入口部件进入导管以进行处理。槽的高度可以小于6mm、为6mm或大于6mm。

第二部段可以如图7a和图7b所示那样逐渐改变高度或者如图7c所示那样不改变高度。在一些示例中，液体可以经由敞开的嘴状部82、82’、82”流入第二部段。液体可以以足够的速度流入嘴状部中，以在导管中产生超临界流。替代性地，第二部段可以是构造成保持足够的液体高度、使得压头足以在导管中产生超临界流的储存器。

入口部件80、80’、80”的各部段的长度可以选择成以与前面讨论的入口部件相同的方式那样来减少飞溅和液体喷射。入口部件80、80’、80”的第一部段86、86’、86”的长度可以与前面讨论的入口部件的出口部段相同。入口部件80、80’、80”的第二部段84、84’、84”的长度可以与前面讨论的入口部件的过渡部段相同。

如果入口部件按几何和动态相似性进行缩放，那么入口部件在不同比例下的工作方式应该是相似的。

虽然已经通过对本发明的各实施方式的描述来说明本发明并且虽然已经详细描述了各实施方式，但是申请人的意图不是将所附权利要求的范围限制或以任何方式限制为这样的细节。本领域的技术人员将容易明白其他优点和改型。因此，本发明在其更广泛的方面不限于具体细节、代表性设备和方法以及所示出和所描述的说明性示例。因此，在不脱离申请人的总体发明构思的精神或范围的情况下，可以脱离这些细节。