CN110182891A - 一种基于摩擦生电的紫外线水杀菌装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种基于摩擦生电的紫外线水杀菌装置，包括机械能输入装置、摩擦纳米发电机、皮带传动装置、水泵、紫外线灯、输入、输出轴；机械能输入装置的输出端带动摩擦纳米发电机的转子转动，同时通过皮带传动装置带动输出轴转动，该输出轴与水泵的输入端连接；紫外线灯采用螺旋式或过流式，包括灯管、水管以及与摩擦纳米发电机的第一、第二输出端相连的第一、第二电极丝，水管的一端作为进水口与水泵的出水口连通，水泵的进水口接入待杀菌水。本发明将紫外线灯与摩擦纳米发电机结合起来，将收集的机械运动，通过摩擦起电效应产生足够高的电压，击穿紫外线灯管中的稀有气体，使其发射紫外线，实现由机械能到光能的转变，且简单便携。

Description

一种基于摩擦生电的紫外线水杀菌装置

技术领域

本发明属于紫外杀菌装置技术领域，尤其涉及一种基于摩擦生电的紫外线水杀菌装置。

背景技术

紫外线(UV)杀菌技术是诸多水杀菌方式中较为成熟的，并且具有显著优势。其利用适当波长的紫外线能够破坏微生物机体细胞中的DNA(脱氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子结构，造成生长性细胞死亡和(或)再生性细胞死亡的原理，达到杀菌消毒的效果。紫外线杀菌大致有以下三方面优势：首先，它不产生任何消毒副产物；其次，紫外线杀菌速度快，效果强；最后，其操作安全简易。因此，探索一种不依赖于电网而驱动紫外杀菌的技术具有十分重要的应用价值与意义。然而，在现有的插电式紫外线杀菌灯中，采用的是220V家用标准电压。由于灯管两端需要输入高电压，故电路中需增加镇流器，使紫外线灯的制造工艺变得复杂。而充电式紫外线杀菌灯不仅价格昂贵，而且野外续航能力和低温下性能均较差。所以，探索一种能够脱离镇流器工作的非充电式紫外线灯，就能够极大拓广紫外线水杀菌的应用范围。

摩擦纳米发电机(TENG)利用摩擦起电效应和静电感应效应，将摩擦这一机械运动的能量利用起来，并将其转化为电能。具体地，当两种不同材料在外力驱动下互相接触时，它们的表面由于摩擦起电作用，会产生等量的正负静电荷；而当两种材料在机械力的作用下分离时，正负静电荷在空间上发生分离，并相应在材料的上下表面电极上产生感应电势差；当两个电极之间短路或接入外电路负载时，感应电势差将会驱动电子在两个电极之间流动，实现电能的供给。TENG具有制作简单、成本低、质量轻、输出电压高等优势，应用十分广泛。

已有的一种涡流式紫外线杀菌器，如中国发明专利CN201810869071.3，包括外壳、紫外线杀菌灯、石英套管、倒流口等。该杀菌器通过在外壳和石英套管的过水通道之间设置导流口交错的导流板，使水流在经过过水通道后形成涡流运动，增加水流通过路径，延长水流通过时间，从而增大受到的辐射剂量；通过外壳内壁和导流板表面的抛光处理，缩短紫外线在水中的传播距离，增强紫外线的反射能力，提高杀菌效果。

该杀菌器的不足之处在于：杀菌器内部结构复杂，制造成本的增加超过了其获得的杀菌效果的提高；以传统的方式驱动紫外线灯，没有突破传统紫外线灯应用范围的限制等。

已有的一种双层套管紫外线杀菌器，如中国发明专利CN201811201813.1，包括连接结构件、锁紧螺母、内套管、外套管、出水口、入水口、紫外线灯管、反射膜等。该杀菌器通过在外套管和内套管之间设置导流通道和在两个连接结构件上设置入水口和出水口，使水流通过紫外线照射区域，实现杀菌目的。该杀菌器还通过一系列密封装置的设置，提高装置使用的可靠性和使用寿命。

该杀菌器的不足之处在于：装置总体体积和质量均较大，不利于携带。另外，和上述涡流式紫外线杀菌器一样，该杀菌器驱动紫外线灯的方式也和传统方式一致，没有突破传统紫外线灯应用范围的限制。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足之处，提出一种基于摩擦生电的紫外线水杀菌装置。本发明利用简单的机械输入(手摇)使摩擦纳米发电机产生足够高的电压，在不需要任何高压电源和镇流器的前提下驱动紫外线灯管发光。另外，该输入通过轴和带轮的传动驱动水泵工作，使待净化水源不间断流过紫外线灯管照射区域，以达到杀菌目的。紫外线灯采用螺旋式或过流式，其中，过流式紫外线灯管的灯管部分为一U型管，外边套有形状与之相对的外壳，水流从二者之间流过；螺旋式紫外线灯管的灯管部分为圆柱形，灯管内侧置有螺旋形水管，水流从螺旋型水管的一端进入，一端流出。本发明不仅拓展了摩擦纳米发电机在高压领域的应用，同时也为野外等电网不发达地区和电力供应短缺的灾区实现水灭菌提供了可能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出的一种基于摩擦生电的紫外线水杀菌装置，其特征在于，主要包括机械能输入装置、摩擦纳米发电机、皮带传动装置、水泵、螺旋式紫外线灯、输入轴和输出轴；其中，所述摩擦纳米发电机包括转子和定子，在所述转子和定子之间设有得失电子能力不同的两种摩擦片以及与所述摩擦片发生静电感应的电极；所述机械能输入装置的输出端带动所述转子转动，同时该机械能输入装置的输出端通过所述皮带传动装置带动所述输出轴转动，该输出轴与所述水泵的输入端连接；所述皮带传送装置包括传动轮和从动轮，两者之间通过传送皮带连接；所述螺旋式紫外线灯包括灯管，两端位于所述灯管外、中部位于所述灯管内的水管，以及位于所述灯管两端的第一电极丝和第二电极丝，且位于所述紫外线灯内的水管为螺旋形，所述水管的内部为水流通过区域，该水管的一端作为进水口与所述水泵的出水口连通，所述水泵的进水口接入待杀菌水，所述水管和灯管之间为紫外线发生区域，所述摩擦纳米发电机的第一、第二输出端分别与紫外线灯的第一、第二电极丝相连。

进一步地，所述螺旋式紫外线灯替换为过流式紫外线灯，该过流式紫外线灯包括位于水管内部的灯管，且所述灯管一端与所述水管一端固定连接，在水管的该端上开有两个小孔，供第一、第二电极丝分别插入；在所述水管的外侧壁上分别设有进水口和出水口，该进水口与所述水泵的出水口连通；所述灯管侧壁与水管侧壁间为水流通过区域，所述灯管内部为紫外线发生区域。

优选地，所述机械能输入装置为一手柄，该手柄的动力输出端与所述输入轴一端固定连接，所述输出轴另一端依次穿过所述摩擦纳米发电机的转子、定子、支撑板以及所述皮带传送装置的传动轮的中心后与第一支座通过第一轴承连接，且所述转子由安装法兰与所述输入轴固定；在所述定子与传动轮的输入轴上还设有与所述定子固连的安装支撑板以及固定该支撑板的第二支座，该第二支座与所述输入轴之间通过第二轴承连接，该第二轴承通过与所述第二支座固接的轴承端板限位。

优选地，所述摩擦纳米发电机为独立层式摩擦纳米发电机，所述转子和定子平行且共轴设置，所述转子上与定子相对的一侧固定有呈扇形分布的多个第一摩擦片，各第一摩擦片之间彼此不接触、保持相互独立，各第一摩擦片的一端与所述转子固定连接、另一端为自由端；所述定子上通过花形沟槽将该定子分割为内外两个区间，分别在所述两个区间内设置多个第一电极和第二电极，且第一、第二电极交替设置，将所有的第一电极相连作为所述摩擦电纳米发电机的第一输出端，将所有的第二电极相连作为摩擦电纳米发电机的第二输出端，所述第一电极和第二电极上均覆盖有与第一摩擦片得失电子能力不同的第二摩擦片，在所述转子转动过程中，所述第一摩擦片与第二摩擦片彼此接触。

优选地，所述从动轮固设在所述输出轴上，该输出轴两端分别通过一个轴承由第三支座和第四支座支撑，所述第三支座上固定有对轴承进行限位的轴承端盖，所述第三支座还通过固定板安装所述水泵和紫外线灯。

进一步地，所述紫外线水杀菌装置还包括一个位置调节装置，包括移动平台、固定平台和两个位置调节组件，所述固定平台上设有供所述移动平台移动的滑槽，所述第一支座、第二支座的底端固定于所述移动平台中部，所述第三支座、第四支座固定于所述固定平台一端；各位置调节组件均分别包括固定于所述移动平台一端的第五支座、固定于所述固定平台一端的第六支座、以及连接所述第五支座和第六支座的位置调节螺钉；其中，所述位置调节螺钉的一端固定在所述第六支座上，该位置调节螺钉的另一端穿过所述第五支座上带有螺纹的通孔后通过螺钉端盖紧固，在所述螺钉端盖与第五支座之间、所述第五支座与第六支座之间分别设有一六角螺母。

本发明的特点及有益效果体现在：

本发明最大的特点在于利用单输入产生双输出，从而实现紫外线水灭菌的目的。一方面，本发明将紫外线灯与摩擦纳米发电机结合起来，直接收集手摇等机械运动，通过摩擦起电效应产生足够高的电压，击穿紫外线灯管中的稀有气体，使其发射紫外线，避免了野外、灾区等电力供应不足或短缺的问题。另一方面，本发明利用手摇等机械运动，通过一系列机械传动装置将其转化为水泵的转动，从而将待处理的水源连续输送至紫外线照射区，实现对水的灭菌。

本发明的杀菌器部分采用的是螺旋式的设计，通过螺旋式的水管，大大增大了水流在杀菌器部分流经的路程，增大了水流通过的时间，从而提高杀菌效果。此外，本发明的杀菌器部分还可采用的是过流式紫外线灯，目的是便于紫外线与液体的充分接触，从而提高杀菌效率。

由于本发明单输入产生双输出的特点，其最大程度利用了手摇等机械运动的能量或者利用风能、热能、水能等低频能量，大幅提高了能量利用效率。其次，由于摩擦纳米发电机产生的高电压被直接用于驱动紫外线灯，故紫外线灯不需要安装镇流器便可以正常工作，从而大大降低了紫外线灯的生产成本。最后，由于本发明便携性的特点，其能够被方便携带，从而为野外、灾区等交通不便地区实现安全用水创造条件。

附图说明

图1为本发明实施例的一种基于摩擦生电的紫外线水杀菌装置整体结构轴测示意图A；

图2为本发明实施例的一种基于摩擦生电的紫外线水杀菌装置整体结构轴测示意图B；

图3为本实施例中带有支座的螺旋式紫外线灯的结构示意图；

图4为本实施例中螺旋式紫外线灯内置水管的结构示意图；

图5为本实施例中过流式紫外线灯的剖面结构示意图；

图6为本实施例中带有支座的过流式紫外线灯的结构示意图；

图7为本实施例中摩擦纳米发电机的等轴测爆炸结构示意图；

图8为本实施例中摩擦纳米发电机输入端的部分结构爆炸示意图；

图9为本实施例中摩擦纳米发电机输入端的等轴测结构示意图；

图10为本实施例中输出端(水泵端)的部分结构爆炸结构示意图；

图11为本实施例中输出端(水泵端)的等轴测结构示意图；

图12为本实施例中输入端位置调节装置的等轴测结构示意图；

图13为本实施例中输入端位置调节装置的左视面爆炸结构示意图；

图14为本实施例中摩擦纳米发电机的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-14，本发明提供一种技术方案：

本发明提出的一种基于摩擦生电的紫外线水杀菌装置实施例，参见图1、2，主要包括机械能输入装置1、摩擦纳米发电机30、皮带传动装置35、水泵20、螺旋式紫外线灯23、输入轴2和输出轴15。其中，摩擦纳米发电机30包括转子4和定子6，在转子4和定子6之间设有得失电子能力不同的两种摩擦片以及与摩擦片发生静电感应的电极；机械能输入装置1的输出端带动转子4转动，同时通过皮带传动装置35带动输出轴15转动，该输出轴15与水泵的输入端连接；紫外线灯23包括灯管232，两端位于灯管232外、中部位于灯管232内的水管231，以及位于灯管232两端的第一电极丝和第二电极丝233，水管231的内部为水流通过区域，该水管231的一端作为进水口与水泵20的出水口连通，水泵20的进水口接入待杀菌水，水管231和灯管232之间为紫外线发生区域，摩擦纳米发电机20的第一、第二输出端分别与紫外线灯的第一、第二电极丝18相连。

本发明实施例各组成部件的具体实现方式及功能详细说明如下：

参见图3、4，螺旋式紫外线灯23，包括水管231、灯管232、第一、第二电极丝233，灯管232内填充有激发紫外线的气体(一般采用Ar和Hg的混合气体)。水管231采用的是螺旋式设计。水管231的中部呈螺旋形位于紫外线灯23内，水管231的两端为平直段分别作为进水口和出水口，分别穿过灯管232两侧壁位于灯管232外部。灯管232的两端各开有两个小孔，大小恰好可供紫外线灯的第一、第二电极丝233分别插入。本实施例中，灯管232的长度为50mm，外侧直径为18mm，内侧直径为16mm，壁厚为1mm；水管231外径为3mm，内径为2mm，壁厚为0.5mm。使用时，水管231内部为水流通过区域，水管231和灯管232之间为紫外线发生区域。实际工作过程中，待杀菌水由水管231的进水口流入，从出水口流出，在流经装置的过程中受到水管231外部灯管内部激发气体所放出的紫外线的作用，从而实现水杀菌的目的。另外，螺旋式的设计大大增加了水流和紫外线的接触面积，从而提高了杀菌效果。进一步地，紫外线灯23的灯管232两端分别通过一个盖板234将该紫外线灯23安装在一个紫外线灯支座31上。

此外，上述螺旋式紫外线灯还可替换为过流式紫外线灯023。参见图5、6，该过流式紫外线灯包括位于水管0231内部的U型灯管0232，且U灯管0232的开口端与水管0231一端固定连接，在水管0231的该端开有两个小孔，大小恰好可供第一、第二电极丝0233分别插入，且第一、第二电极丝0233的一端位于灯管0232的两个开口端内、另一端位于水管0231外；在灯管0232侧壁与水管0231侧壁之间为水流通过区域，灯管0232内部为紫外线发生区域。在水管0231的外侧壁上分别设有进水口和出水口，水管0231的进水口与水泵20的出水口连通，水管0231的出水口排出杀菌后的清洁水。水管0231的长度为40mm，高度为11.1mm，外侧圆弧部分直径为7mm，壁厚为0.5mm。灯管0232为对称的U型，长度为40mm，水流通道外径为4mm，内径为3mm，壁厚为0.5mm。使用时，灯管0232内部为紫外线发生区域，灯管0232和水管0231之间为水流通过区域。实际工作过程中，水由紫外线灯的水管0231的一个进水口流入，从出水口流出，在流经装置的过程中通过和紫外线充分接触，起到杀菌作用。进一步地，将紫外线灯023水管0231的进水口和出水口分别通过一个压盖22和相应的螺栓与一紫外线灯支座21固定，将紫外线灯023进行安装。

参见图7、8，摩擦纳米发电机30为独立层式摩擦纳米发电机，包括转子4、第一摩擦片51、第二摩擦片52、定子6、第一电极61、第二电极62和位于定子6一侧且通过四角的螺栓与定子6固定连接的支撑板7。转子4和定子6平行且共轴设置，转子4上与定子6相对的一侧固定有呈扇形分布的多个第一摩擦片51，各第一摩擦片51之间彼此不接触、保持相互独立，各第一摩擦片51的一端与转子4固定连接、另一端为自由端。定子6上通过花形沟槽63将该定子分割为内外两个区间，分别在该两个区间内设置多个第一电极61和第二电极62，且第一、第二电极交替设置(将相邻的一个第一电极和一个第二电极作为一个电极对，本实施例设有6个电极对，可根据所需电流大小调整电极对数)，将所有的第一电极61相连作为摩擦电纳米发电机30的第一输出端，将所有的第二电极62相连作为摩擦电纳米发电机30的第二输出端，在第一电极61和第二电极62上均覆盖有与第一摩擦片51得失电子能力不同的第二摩擦片52，在转子4转动过程中，第一摩擦片51与第二摩擦片52彼此接触，产生电荷。本实施例中，定子6(300mm×300mm×2mm)的表面为镀有栅状的铜电极分别作为第一电极61和第二电极62，第一、第二电极交替分布，并且第一、第二电极的间距(即沟槽的宽度)为5mm。通过布置在四个角上的开孔，定子6与带有安装孔的支撑板7(300mm×300mm×5mm)用螺钉和螺母连接在一起。然后，利用双面胶将直径为290mm、厚度为0.05mm的第二摩擦片(如为尼龙片)52粘附在定子6的铜电极表面。转子4是由一个旋转的圆盘与附在其上的第一摩擦片(如PVC片状薄膜)51组成，圆盘是由直径330mm厚度5mm的亚克力板制作而成，其表面刻有成对的细窄矩形通槽，通过kapton胶带将厚度为0.1mm的片状PVC膜的一端粘在亚克力圆盘的矩形槽内，PVC膜的另一端自由悬空。利用法兰盘3的帮助，,转子4紧贴尼龙片。工作时，圆盘转动会使PVC片状薄膜悬空一侧与尼龙片相互摩擦，产生正负电荷。摩擦纳米发电机输出的交流电压范围为2～2.5kV。实际使用时，因水中细菌的浓度不同，所需要的紫外线强度也不同，可通过更换不同尺寸的摩擦纳米发电机来改变其输出功率，尺寸越大，功率越大，紫外线强度就越高，杀菌效果越好。

参见图8、9，本实施例的机械能输入装置1为一手柄，该手柄的动力输出端与输入轴2一端固定连接，输出轴2另一端依次穿过摩擦纳米发电机30的转子4、定子6、支撑板7以及皮带传送装置35的传动轮14的中心后与第一支座12通过第一轴承连接，且转子4由安装法兰3与输入轴2固定、随输入轴2的转动而转动；输入轴2上还设有用于安装支撑板7的第二支座8，第二支座8与输入轴2之间通过第二轴承连接，该第二轴承通过与第二支座8固接的轴承端板10限位。采用手柄作为机械能输入装置1，一方面，方便省力，手柄是增大力臂的一种结构，采用该结构可以让使用者在使用时减轻工作力矩；另一方面，手摇方式产生的机械能容易获取，不受外界条件的限制。此外，机械能输入装置1的能源来源还可以是水能、风能、热能等低频能源。本实施例的输入轴2总长为186mm、直径最大处为11mm，与传动轮14连接处的直径为15mm，与手柄1连接处的直径为12mm。输入轴2通过一个内径为12mm、外径为28mm、厚度为8mm的轴承与第一支座12相连，连接处输入轴2的直径为12mm。输入轴2还通过一个内径为15mm、外径为32mm、厚度为9mm的轴承与第二支座8相连，连接处输入轴2的直径为15mm。

皮带传送装置35包括传动轮14和从动轮，两者之间通过传送皮带11连接。参见图10、11，从动轮固设在输出轴15上，从动轮和输出轴15可以为一体成型结构，输出轴15两端分别通过一个轴承由第三支座17和第四支座16支撑，第三支座17上固定有对轴承进行限位的轴承端盖18，第三支座17还通过固定板19安装水泵20和紫外线灯支座。输出轴与第三支座17连接的一端穿过该第三支座17与水泵的动力输入轴连接。本实施例的传动轮14通过平键固定在输入轴2上，而输出轴的从动轮由于直径较小，与输出轴15一体成型。传动皮带11选用的为同步带，总长度为875mm。本实施例的输出轴15总长为97.5mm，除传动轮14处，直径最大处为15mm，与水泵20连接处直径为10mm。输出轴15通过一个内径为12mm、外径为28mm、厚度为8mm的轴承与第四支座16相连，连接处输出轴15的直径为12mm。输出轴15还通过一个相同规格的轴承与第三支座17相连，连接处输出轴15的直径为12mm。本实施例的水泵20采用kamoer公司生产的KCM型微型蠕动水泵，其特点是泵管内液体不与泵体直接接触，防止对管内液体产生污染。水泵20的旋转部分由4个转子构成，蠕动硅胶管外径4.8mm，内径1.6mm；通过水泵固定板19的4个M3的螺纹安装孔将水泵20固定在采用聚乳酸(PLA，PolylacticAcid)材料3D打印的固定板19上，水泵20的输入轴直径为5mm，通过联轴器将输出轴15与水泵20输入轴相连。

进一步地，本紫外线水杀菌装置还包括一个位置调节装置，包括移动平台24、固定平台25、两个位置调节组件，固定平台25上设有供移动平台24移动的滑槽，第一支座12、第二支座8的底端固定于移动平台24中部，第三支座17、第四支座16固定于固定平台25一端。各位置调节组件结构相同，现以其中一个为例进行说明。参见图12、13，位置调节组件包括固定于移动平台24一端的第五支座27、固定于固定平台25一端的第六支座26、以及连接第五支座27和第六支座26的位置调节螺钉28；其中，位置调节螺钉28的一端固定在第六支座26上，位置调节螺钉28的另一端穿过第五支座27上带有螺纹的通孔后通过螺钉端盖29紧固，第五支座27中间有六边形孔，中间放置一个大小合适的六角螺母(该六角螺母固定在第五支座27六边形孔中，与27固定在一起，当转动与六角螺母螺纹连接的位置调节螺钉28时，会带动第五支座27移动，从而实现位置调节作用)，并通过螺钉端盖29固定。在第六支座26和第五支座27之间，还在位置调节螺钉28上旋上一个六角螺母，起固定位置作用。该位置调节螺钉28为M10×100的螺钉，位置可调范围较大。

本实施例的工作原理，叙述如下：

使用该紫外杀菌装置时，首先通过转动位置调节装置3的位置调节螺钉28，使传动皮带11张紧，并旋转位置调节螺钉28上的六角螺母，使其与第六支座26夹紧，以起到固定移动平台24的作用。

调紧之后，用导线将摩擦纳米发电机30的输出端和紫外线灯的电极丝连接到一起，将水泵20的出水口与紫外线灯水管的入水口连接到一起，将水泵20的入水口接至待杀菌水样，将紫外线灯水管的出水口接到储水容器。这样，本装置使用前的准备工作便全部完整。

使用时，转动手柄1，和手柄一起连接在输入轴2上的摩擦纳米发电机转子4和传动轮14跟随其一起转动。

摩擦纳米发电机转子4的转动使其与第一摩擦片和摩擦纳米发电机定子6产生相对运动，进而互相摩擦，建立高压电场，产生电荷转移，从而产生电流。通过导线将该电流引出，可直接用于驱动紫外线灯产生紫外线。

摩擦纳米发电机30摩擦生电的具体原理为：摩擦纳米发电机30的一个单元由两种得失电子能力不同的摩擦材料和电极材料组成。在本发明中，采用的是滑移式摩擦发电机，即：通过摩擦材料层的相对运动产生电流。图14中，箭头代表运动部件的运动方向，也即机械能的输入位置，机械能输入的形式为手摇输入。各不同的单元可串联或并联组成阵列或栅极结构，实现不同的输出要求。本发明采用的为基于手动输入的摩擦发电机结构，其中的摩擦纳米发电机为独立摩擦层的滑移式结构，且具有栅极化设计。

传动轮14的转动通过传动皮带11传到输出轴15，进而驱动水泵20转动。水泵20的转动使水实现由待杀菌水样到水泵20再到紫外线灯最后到储水容器，在经过紫外线灯时，其产生的紫外线能够有效杀灭水中细菌，从而实现水杀菌的目的。

在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“上下”、“左右”“共面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“固连”、“固接”、“粘附”、“胶接”、“粘结”、“涂覆”、“锁紧”等术语应做广义理解，例如，可以是固连连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连等，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种基于摩擦生电的紫外线水杀菌装置，其特征在于，主要包括机械能输入装置、摩擦纳米发电机、皮带传动装置、水泵、螺旋式紫外线灯、输入轴和输出轴；其中，所述摩擦纳米发电机包括转子和定子，在所述转子和定子之间设有得失电子能力不同的两种摩擦片以及与所述摩擦片发生静电感应的电极；所述机械能输入装置的输出端带动所述转子转动，同时该机械能输入装置的输出端通过所述皮带传动装置带动所述输出轴转动，该输出轴与所述水泵的输入端连接；所述皮带传送装置包括传动轮和从动轮，两者之间通过传送皮带连接；所述螺旋式紫外线灯包括灯管，两端位于所述灯管外、中部位于所述灯管内的水管，以及位于所述灯管两端的第一电极丝和第二电极丝，且位于所述紫外线灯内的水管为螺旋形，所述水管的内部为水流通过区域，该水管的一端作为进水口与所述水泵的出水口连通，所述水泵的进水口接入待杀菌水，所述水管和灯管之间为紫外线发生区域，所述摩擦纳米发电机的第一、第二输出端分别与紫外线灯的第一、第二电极丝相连。

2.根据权利要求1所述的紫外线水杀菌装置，其特征在于，所述螺旋式紫外线灯替换为过流式紫外线灯，该过流式紫外线灯包括位于水管内部的灯管，且所述灯管一端与所述水管一端固定连接，在水管的该端上开有两个小孔，供第一、第二电极丝分别插入；在所述水管的外侧壁上分别设有进水口和出水口，该进水口与所述水泵的出水口连通；所述灯管侧壁与水管侧壁间为水流通过区域，所述灯管内部为紫外线发生区域。

3.根据权利要求1或2所述的紫外线水杀菌装置，其特征在于，所述机械能输入装置的能量来源包括机械能、水能、热能、风能。

4.根据权利要求1或2所述的紫外线水杀菌装置，其特征在于，所述机械能输入装置为一手柄，该手柄的动力输出端与所述输入轴一端固定连接，所述输出轴另一端依次穿过所述摩擦纳米发电机的转子、定子、支撑板以及所述皮带传送装置的传动轮的中心后与第一支座通过第一轴承连接，且所述转子由安装法兰与所述输入轴固定；在所述定子与传动轮的输入轴上还设有与所述定子固连的安装支撑板以及固定该支撑板的第二支座，该第二支座与所述输入轴之间通过第二轴承连接，该第二轴承通过与所述第二支座固接的轴承端板限位。

5.根据权利要求1或2所述的紫外线水杀菌装置，其特征在于，所述摩擦纳米发电机为独立层式摩擦纳米发电机，所述转子和定子平行且共轴设置，所述转子上与定子相对的一侧固定有呈扇形分布的多个第一摩擦片，各第一摩擦片之间彼此不接触、保持相互独立，各第一摩擦片的一端与所述转子固定连接、另一端为自由端；所述定子上通过花形沟槽将该定子分割为内外两个区间，分别在所述两个区间内设置多个第一电极和第二电极，且第一、第二电极交替设置，将所有的第一电极相连作为所述摩擦电纳米发电机的第一输出端，将所有的第二电极相连作为摩擦电纳米发电机的第二输出端，所述第一电极和第二电极上均覆盖有与第一摩擦片得失电子能力不同的第二摩擦片，在所述转子转动过程中，所述第一摩擦片与第二摩擦片彼此接触。

6.根据权利要求5所述的紫外线水杀菌装置，其特征在于，所述摩擦纳米发电机输出的交流电压范围为2～2.5kV。

7.根据权利要求1或2所述的紫外线水杀菌装置，其特征在于，所述水泵为微型蠕动水泵。

8.根据权利要求4所述的紫外线水杀菌装置，其特征在于，所述从动轮固设在所述输出轴上，该输出轴两端分别通过一个轴承由第三支座和第四支座支撑，所述第三支座上固定有对轴承进行限位的轴承端盖，所述第三支座还通过固定板安装所述水泵和紫外线灯。

9.根据权利要求8所述的紫外线水杀菌装置，其特征在于，所述紫外线水杀菌装置还包括一个位置调节装置，包括移动平台、固定平台和两个位置调节组件，所述固定平台上设有供所述移动平台移动的滑槽，所述第一支座、第二支座的底端固定于所述移动平台中部，所述第三支座、第四支座固定于所述固定平台一端；各位置调节组件均分别包括固定于所述移动平台一端的第五支座、固定于所述固定平台一端的第六支座、以及连接所述第五支座和第六支座的位置调节螺钉；其中，所述位置调节螺钉的一端固定在所述第六支座上，该位置调节螺钉的另一端穿过所述第五支座上带有螺纹的通孔后通过螺钉端盖紧固，在所述螺钉端盖与第五支座之间、所述第五支座与第六支座之间分别设有一六角螺母。