好(hǎo)文分享 | UVC LED消毒水杯設計實戰經(jīng)驗

水杯是日常生活中必不可少的物品之一，尤其是學(xué)生、旅行者、戶外運動愛好(hǎo)者以及探險科考人員常常會(huì)随身攜帶水杯。然而水杯裡(lǐ)的水長(cháng)時(shí)間儲存後(hòu)容易滋生病菌，即使喝完水後(hòu)水杯内的潮濕環境也是細菌繁殖的溫床，這(zhè)些都(dōu)直接影響到飲用者的健康。

UVC-LED作爲熱門的新型深紫外光源，其釋放的波長(cháng)260-280nm的深紫外線能(néng)直接破壞細菌和病毒的DNA或RNA，起(qǐ)到快速、安全無副作用的殺菌效果。

随著(zhe)UVC-LED技術的不斷成(chéng)熟，越來越多的日常用品中開(kāi)始出現它的身影，其中搭載UVC-LED消毒技術的水杯就(jiù)是一個需求巨大的潛力産品。設計這(zhè)樣(yàng)一款水杯新型需要注意哪些問題呢？下面(miàn)分享的内容就(jiù)是UVC-LED殺菌水杯方案設計實戰中的幾個關鍵點，望能(néng)抛磚引玉，與君共勉。

一、應用場景

同樣(yàng)是消毒水杯，家用與戶外應用在産品設計上有著(zhe)本質的區别。

日常家用、日常的外出攜帶，這(zhè)些場景中的水源是相對(duì)幹淨的，存水時(shí)間一般少于24小時(shí)，簡單歸納就(jiù)是要對(duì)潔淨水以及無水時(shí)的潮濕環境進(jìn)行持續抑菌；而戶外應用、科考探險甚至行軍作戰中攜帶的水杯往往需要直接取野外水源，經(jīng)過(guò)濾、殺菌後(hòu)才能(néng)供人飲用，簡單歸納就(jiù)是對(duì)有菌水進(jìn)行殺菌。

抑菌和殺菌這(zhè)兩(liǎng)個功能(néng)上的區别，直接影響方案中的UVC-LED的選型、布局，以及對(duì)應的散熱設計和供電設計，在産品設計之前就(jiù)要進(jìn)行明确的定位。

殺菌與抑菌場景的方案設計對(duì)比

二、光源模組的形狀

目前市面(miàn)常見的UVC-LED光源模組，石英燈罩形狀分爲平面(miàn)與球面(miàn)兩(liǎng)種(zhǒng)，模組的使用環境分爲水上與水中兩(liǎng)種(zhǒng)。下表以一顆3535封裝，近朗伯光型的UVC-LED爲例，對(duì)比在不同情況下的出光情況：

不同燈罩形狀與使用環境下的出光對(duì)比

對(duì)比可以看出球面(miàn)燈罩的模組在不同環境下，出光效率與光照範圍均大幅領先于平面(miàn)燈罩模組。①③兩(liǎng)種(zhǒng)情況，UVC-LED模組通常位于瓶蓋位置，出于安全性考慮，建議用平面(miàn)燈罩①。而②④兩(liǎng)種(zhǒng)情況建議選擇球面(miàn)燈罩④以降低UVC-LED成(chéng)本。

三、光源模組的位置

在水杯中，UVC-LED光源模塊的擺放位置有杯蓋和杯底兩(liǎng)種(zhǒng)，需針對(duì)具體情況進(jìn)行靈活選擇。結合國(guó)内外的同行的實驗數據以及本人的實操經(jīng)驗，總結如下：

❶ 抑菌場景

光路無遮擋，水面(miàn)照射好(hǎo)；光路有遮擋，水底照射好(hǎo)。

對(duì)于潔淨水的抑菌應用，在UVC輻射功率、容器形狀、水量均相同且光照無遮擋的情況下，光源從水面(miàn)照射的抑菌效果要好(hǎo)于水底照射。原因是潔淨水的細菌來源是空氣和水的接觸面(miàn)，也就(jiù)是水位線。水面(miàn)照射的方式離“防線”更近，輻射強度更高，抑菌效果更好(hǎo)。

抑菌效果的實驗模型與測試數據

實際設計中，部分水杯的過(guò)濾網會(huì)遮擋紫外光路。濾網的開(kāi)孔率和透光率成(chéng)正比，市面(miàn)水杯濾網開(kāi)孔率在20~50%範圍，意味著(zhe)過(guò)濾網對(duì)紫外光的損耗有50~80%，同時(shí)還(hái)影響光均勻性。對(duì)于水杯中配置有濾網或者其他遮光結構的情況，光源從水底照射的抑菌效果反而更好(hǎo)。

光照情況對(duì)比（左爲有過(guò)濾網遮擋）