CN110844967A - 一种灭菌净水装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种灭菌净水装置，包括依次连接的进水管道，多孔介质灭菌管道和出水管道，所述多孔介质灭菌管道包括管道以及填充在管道内腔的多孔介质，多孔介质上设有多种孔径、相互连通的孔。水流从进水管道流入、经过多孔介质灭菌管道时，被多孔介质迅速分散成细小微流，而由于孔径的变化，微流的流速压力急剧变化，当压力降低时，产生微空泡，当微空泡被输送到压力升高区域时，微空泡溃灭，产生的高温使细菌细胞壁局部损伤，产生的微射流及冲击波使细菌细胞壁产生破损，导致细菌结构和功能内核受损而减活、死亡。本发明在水流动输送过程中即可完成灭菌，无需额外能源及耗材消耗，并且不会在水中残留任何有害物质，安全可靠、成本低。
Description
技术领域
本发明涉灭菌净水技术领域，特别涉及包含多孔介质的灭菌净水装置。
背景技术
自然界中的水通常含有大量细菌，需要对其进行灭菌净化后方可供生产生活使用。目前的灭菌净水方法有化学消毒、巴氏消毒、紫外线灭菌以及反渗透，化学消毒方法需要额外添加药品，并且该消毒方法会在水中残留一定的有害物质不够安全，紫外线灭菌需要消耗能源、反渗透需定期更换滤芯耗材，均需要额外的能源及耗材消耗并且成本较高。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，在于提供一种安全、可靠、成本低的灭菌净水装置。
本发明的具体技术方案如下：
一种灭菌净水装置，包括依次连接的进水管道，多孔介质灭菌管道和出水管道，所述多孔介质灭菌管道包括管道以及填充在管道内腔的多孔介质，多孔介质上设有多种孔径、相互连通的孔。
优选的，所述多孔介质由沿着管道轴向排列的多孔介质单元组成，所述多孔介质单元上的孔由沿着管道径向均匀排布的小孔、大孔层叠而成，多孔介质单元上的小孔朝向进水管道。
优选的，所述多孔介质单元上的孔的平均孔径为1.5-2.4mm，小孔与大孔的直径比为0.8-1.3:2。孔径过小时，流体的流态趋向达西流态，不能产生空泡；孔径过大时，空泡密度将会降低，灭菌效果下降；在上述孔径范围内能够保证流域范围内的空泡体积分数最大，达到最好的灭菌效果。
优选的，当管道中流体的雷诺数Re小于2000时，多孔介质的长度L不小于多孔介质灭菌管道管径D的两倍，当雷诺数Re大于等于2000时，多孔介质长度L为：
多孔介质长度L越长，灭菌效果越好，但多孔区域过长，阻力也会增大，从平衡流阻大小和灭菌效果的角度出发，当管道中流体的雷诺数Re小于2000时，多孔介质的长度L为2D≤L≤10D，当雷诺数Re大于等于2000时，多孔介质长度L为：
其中D为多孔介质灭菌管道管径。
为了增加多孔介质灭菌管道的空化效果，提升灭菌性能，优选的，所述进水管道、多孔介质灭菌管道与出水管道的管道直径不同，进水管道、多孔介质灭菌管道与出水管道的管道直径比为2.5-3.5:4:2.5-3.5，进水管道与多孔介质灭菌管道之间以及多孔介质灭菌管道与出水管道之间均设有过渡管道。
优选的，所述多孔介质由进水管道至出水管道依次分为第一多孔介质、第二多孔介质和第三多孔介质，第一多孔介质、第二多孔介质和第三多孔介质均由沿着管道轴向排列的多孔介质单元组成，所述第一多孔介质、第二多孔介质和第三多孔介质各自多孔介质单元上的孔均由沿着管道径向均匀排布的小孔、大孔层叠而成，多孔介质单元上的小孔均朝向进水管道。平均孔径大的大孔径多孔介质的流阻比平均孔径小的小孔径多孔介质小，但灭菌能力(空泡密度)比小孔径多孔介质差，采用三段不同平均孔径大的多孔介质的好处是：1.保证灭菌性能的前提下，减小流阻；2.相较于单一大孔径多孔介质，可缩短多孔介质区域的总长度，降低成本；3.不同区域间也存在压力差，空泡密度比单一大孔径多孔介质大。
优选的，第一多孔介质的多孔介质单元上的孔、第二多孔介质的多孔介质单元上的孔、第三多孔介质的多孔介质单元上的孔的平均孔径比为3.5-4.5:3:1.5-2.5，第一多孔介质的多孔介质单元、第二多孔介质的多孔介质单元、第三多孔介质的多孔介质单元上的小孔与大孔的直径比均为0.8-1.3:2。第一多孔介质的多孔介质单元上的孔、第二多孔介质的多孔介质单元上的孔、第三多孔介质的多孔介质单元上的孔的平均孔径比选择上述范围的好处是：相邻多孔区域既能够产生压差，又能够保证所有区域的空泡体积分数最大。
优选的，当管道中流体的雷诺数Re小于2000时，多孔介质的长度L不小于多孔介质灭菌管道管径D的两倍，当雷诺数Re大于等于2000时，多孔介质长度L为：
多孔介质长度L越长，灭菌效果越好，但多孔区域过长，阻力也会增大，从平衡流阻大小和灭菌效果的角度出发，当管道中流体的雷诺数Re小于2000时，多孔介质的长度L为2D≤L≤10D，当雷诺数Re大于等于2000时，多孔介质长度L为：
其中D为多孔介质灭菌管道管径。
优选的，第一多孔介质、第二多孔介质和第三多孔介质的长度比为2.8-3.2:2:1-1.3；保证灭菌性能的前提下，流阻最小。
采用本发明所述的灭菌净水装置，水流从进水管道流入、经过多孔介质灭菌管道时，被多孔介质迅速分散成细小微流，而由于孔径的变化，微流的流速压力急剧变化，当压力降低时，产生微空泡，当微空泡被输送到压力升高区域时，微空泡溃灭，产生的高温使细菌细胞壁局部损伤，产生的微射流及冲击波使细菌细胞壁产生破损，导致细菌结构和功能内核受损而减活、死亡。
本发明在水流动输送过程中即可完成灭菌，无需额外能源及耗材消耗，并且不会在水中残留任何有害物质，安全可靠、成本低。
附图说明
图1为实施例1灭菌净水装置的结构示意图；
图2为实施例2灭菌净水装置的结构示意图；
图3为实施例3灭菌净水装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。
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申请中的具体含义。
本发明中，当管道中流体的雷诺数Re小于2000时，多孔介质的长度L不小于多孔介质灭菌管道管径D的两倍，当雷诺数Re大于等于2000时，多孔介质长度L为：
优选的，当管道中流体的雷诺数Re小于2000时，多孔介质的长度L为2D≤L≤10D，当雷诺数Re大于等于2000时，多孔介质长度L为：
其中D为多孔介质灭菌管道管径。
实施例1
参见图1，本发明提供一种灭菌净水装置，包括依次连接的进水管道1，多孔介质灭菌管道和出水管道3，多孔介质灭菌管道包括管道2-1以及填充在管道2-1内腔的多孔介质2-2，多孔介质2-2上设有多种孔径、相互连通的孔。
进一步的，多孔介质2-2由沿着管道2-1轴向排列的多孔介质单元2-3组成，多孔介质单元2-3上的孔由沿着管道2-1径向均匀排布的小孔2-5、大孔2-4层叠而成，多孔介质单元2-3上的小孔2-5朝向进水管道1。相邻多孔介质单元连接处相互连通，沿水流方向无间隙。
进一步的，多孔介质单元2-3上的孔的平均孔径为1.5-2.4mm，优选的多孔介质单元2-3上的孔的平均孔径为2mm；小孔2-5与大孔2-4的直径比为0.8-1.3:2，优选的小孔2-5与大孔2-4的直径比为1:2。
水流从进水管道流入、经过多孔介质灭菌管道时，被多孔介质迅速分散成细小微流，而由于孔径的变化，微流的流速压力急剧变化，当压力降低时，产生微空泡，当微空泡被输送到压力升高区域时，微空泡溃灭，产生的高温使细菌细胞壁局部损伤，产生的微射流及冲击波使细菌细胞壁产生破损，导致细菌结构和功能内核受损而减活、死亡。
实施例2
参见图2，本发明提供一种灭菌净水装置，包括依次连接的进水管道1，多孔介质灭菌管道和出水管道3，多孔介质灭菌管道包括管道2-1以及填充在管道2-1内腔的多孔介质2-2，多孔介质2-2上设有多种孔径、相互连通的孔。
进一步的，多孔介质2-2由沿着管道2-1轴向排列的多孔介质单元2-3组成，多孔介质单元2-3上的孔由沿着管道2-1径向均匀排布的小孔2-5、大孔2-4层叠而成，多孔介质单元2-3上的小孔2-5朝向进水管道1。相邻多孔介质单元连接处相互连通，沿水流方向无间隙。
进一步的，多孔介质单元2-3上的孔的平均孔径为1.5-2.4mm，优选的多孔介质单元2-3上的孔的平均孔径为2mm；小孔2-5与大孔2-4的直径比为0.8-1.3:2，优选的小孔2-5与大孔2-4的直径比为1:2。
进一步的，进水管道1、多孔介质灭菌管道与出水管道3的管道直径不同，进水管道1、多孔介质灭菌管道与出水管道3的管道直径比为2.5-3.5:4:2.5-3.5，优选的进水管道1、多孔介质灭菌管道与出水管道3的管道直径比为3:4:3，进水管道1与多孔介质灭菌管道之间以及多孔介质灭菌管道与出水管道3之间均采用过渡管道4过渡。
水流从进水管道流入、经过多孔介质灭菌管道时，被多孔介质迅速分散成细小微流，而由于孔径的变化，微流的流速压力急剧变化，当压力降低时，产生微空泡，当微空泡被输送到压力升高区域时，微空泡溃灭，产生的高温使细菌细胞壁局部损伤，产生的微射流及冲击波使细菌细胞壁产生破损，导致细菌结构和功能内核受损而减活、死亡。
实施例3
参见图3，本发明提供一种灭菌净水装置，包括依次连接的进水管道1，多孔介质灭菌管道和出水管道3，多孔介质灭菌管道包括管道2-1以及填充在管道2-1内腔的多孔介质2-2，多孔介质2-2上设有多种孔径、相互连通的孔。
进一步的，多孔介质2-2由进水管道1至出水管道3依次分为第一多孔介质2-2-1、第二多孔介质2-2-2和第三多孔介质2-2-3，第一多孔介质2-2-1、第二多孔介质2-2-2和第三多孔介质2-2-3均由沿着管道2-1轴向排列的多孔介质单元组成，所述第一多孔介质2-2-1、第二多孔介质2-2-2和第三多孔介质2-2-3各自的多孔介质单元上的孔均由沿着管道2-1径向均匀排布的小孔2-5、大孔2-4层叠而成，多孔介质单元上的小孔2-5均朝向进水管道1。相邻多孔介质连接处、相邻多孔介质单元连接处均相互连通，沿水流方向无间隙。
进一步的，第一多孔介质2-2-1的多孔介质单元2-2a上的孔、第二多孔介质2-2-2的多孔介质单元2-2b上的孔、第三多孔介质2-2-3的多孔介质单元2-2c上的孔的平均孔径比为3.5-4.5:3:1.5-2.5，优选的平均孔径比为4:3:2；第一多孔介质2-2-1的多孔介质单元2-2a、第二多孔介质2-2-2的多孔介质单元2-2b、第三多孔介质2-2-3的多孔介质单元2-2c上的小孔2-5与大孔2-4的直径比均为0.8-1.3:2，优选的小孔2-5与大孔2-4的直径比均为1:2。进一步的，第一多孔介质2-2-1、第二多孔介质2-2-2和第三多孔介质2-2-3的长度比为2.8-3.2:2:1-1.3，优选的长度比为3:2:1。
水流从进水管道流入、经过多孔介质灭菌管道时，被多孔介质迅速分散成细小微流，而由于孔径的变化，微流的流速压力急剧变化，当压力降低时，产生微空泡，当微空泡被输送到压力升高区域时，微空泡溃灭，产生的高温使细菌细胞壁局部损伤，产生的微射流及冲击波使细菌细胞壁产生破损，导致细菌结构和功能内核受损而减活、死亡。
如下给出多孔介质灭菌管道管径D为20mm，雷诺数为4000时，循环通过灭菌装置10分钟，对大肠杆菌(初始浓度5×104CFU/mL)的灭菌率数据，见表1所示：
表1：灭菌率数据
| 实施例 | 1 | 2 | 3 |
| 多孔介质长度(mm) | 66 | 66 | 66 |
| 灭菌率 | 38.8％ | 42.6％ | 46.7％ |
以上所述仅为本申请的优选实施例而己，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进、组合等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种灭菌净水装置，其特征在于包括依次连接的进水管道，多孔介质灭菌管道和出水管道，所述多孔介质灭菌管道包括管道以及填充在管道内腔的多孔介质，多孔介质上设有多种孔径、相互连通的孔。
2.根据权利要求1所述的灭菌净水装置，其特征在于，所述多孔介质由沿着管道轴向排列的多孔介质单元组成，所述多孔介质单元上的孔由沿着管道径向均匀排布的小孔、大孔层叠而成，多孔介质单元上的小孔朝向进水管道。
3.根据权利要求2所述的灭菌净水装置，其特征在于，所述多孔介质单元上的孔的平均孔径为1.5-2.4mm，小孔与大孔的直径比为0.8-1.3:2。
4.根据权利要求1或2或3所述的灭菌净水装置，其特征在于，当管道中流体的雷诺数Re小于2000时，多孔介质的长度L不小于多孔介质灭菌管道管径D的两倍，当雷诺数Re大于等于2000时，多孔介质长度L为：
5.根据权利要求4所述的灭菌净水装置，所述进水管道、多孔介质灭菌管道与出水管道的管道直径不同，进水管道、多孔介质灭菌管道与出水管道的管道直径比为2.5-3.5:4:2.5-3.5，进水管道与多孔介质灭菌管道之间以及多孔介质灭菌管道与出水管道之间均设有过渡管道。
6.根据权利要求1所述的灭菌净水装置，其特征在于，所述多孔介质由进水管道至出水管道依次分为第一多孔介质、第二多孔介质和第三多孔介质，第一多孔介质、第二多孔介质和第三多孔介质均由沿着管道轴向排列的多孔介质单元组成，所述第一多孔介质、第二多孔介质和第三多孔介质各自的多孔介质单元上的孔均由沿着管道径向均匀排布的小孔、大孔层叠而成，多孔介质单元上的小孔均朝向进水管道。
7.根据权利要求6所述的灭菌净水装置，其特征在于，第一多孔介质的多孔介质单元上的孔、第二多孔介质的多孔介质单元上的孔、第三多孔介质的多孔介质单元上的孔的平均孔径比为3.5-4.5:3:1.5-2.5，第一多孔介质的多孔介质单元、第二多孔介质的多孔介质单元、第三多孔介质的多孔介质单元上的小孔与大孔的直径比均为0.8-1.3:2。
8.根据权利要求6或7所述的灭菌净水装置，其特征在于，当管道中流体的雷诺数Re小于2000时，多孔介质的长度L不小于多孔介质灭菌管道管径D的两倍，当雷诺数Re大于等于2000时，多孔介质长度L为：
9.根据权利要求8所述的灭菌净水装置，其特征在于，第一多孔介质、第二多孔介质和第三多孔介质的长度比为2.8-3.2:2:1-1.3。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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