CN113354026B - 一种非对称内嵌阻流阀结构和深紫外高效流动水消杀器 - Google Patents
一种非对称内嵌阻流阀结构和深紫外高效流动水消杀器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明为一种非对称内嵌阻流阀结构，采用在流动水腔体内，内嵌非对称的阻流阀结构，通过对流体流线的回阻、湍流、封闭等控制，可有效达到整体降低腔体内流体流速、局部限制水体停留时间、出口加速等作用，并可实现深紫外高效流动水消杀器应用。实现了进出口流速较高的前提下，结构腔体内具有局部减速阻流，出口增速复流的功能。实施应用于深紫外LED高效消毒杀菌器的设计中，有效获得中低功率LED及可以实现较高的杀菌效率的效果，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌杀菌率均超过99.99％，流量可大于6L/min。该发明在流体管道、阻流阀、过流式深紫外消毒器、饮用水实时消杀器等人民大健康相关领域具有巨大应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及流动水杀菌领域，特别涉及一种局部降低流体流速以提高杀菌率的结构。
背景技术
深紫外光(DUV)辐射处理是对水中存在的细菌、真核生物和病毒污染物进行消毒的有效方法，是化学消毒技术的替代技术。作为一种新兴的技术，深紫外线发光二极管(DUV-LEDs)相比于过去使用的汞灯有很多优势，如：无毒无污染、所需电压较低(6-12V)、不产生臭氧、寿命较长(约为汞灯的十倍)等。近年来在流体杀菌方面进行了大量探索性研究工作，但目前使用流体结构设计的方式研究杀菌效率提升方面尚十分薄弱，而在深紫外LED有限发光功率的现状下，采用新型流体模组结构和LED光能匹配的设计将是开发高效快速杀菌消毒模块最有效的技术路线，也有望形成可应用模块产品，迅速走向创新创业产业化目标。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题是提供一种深紫外高效流动水消杀器，延长流体在模组中的停留时间，以达到提高杀菌率的目的。
为实现上述目的，本发明有如下技术方案：一种非对称内嵌阻流阀结构，包括：
外腔、内腔、阻流挡板、密封圈、透明隔水板、PCB板、深紫外LED杀菌灯、固定支架、连接件；
所述外腔设有入水管、出水管；所述内腔顶部与左侧面底部设有开口，所述入水管与所述内腔顶部开口相连，所述出水管与所述内腔左侧面底部开口相连；所述阻流挡板置于所述内腔中并沿着水流的方向间隔交错设置在所述内腔的两侧；所述隔水板与所述内腔通过所述密封圈密封连接；所述固定支架通过连接件与所述外腔连接；
所述阻流挡板的个数为n个、所述内腔高度为h，则所述第一阻流挡板需安装在所述内腔顶部至h/(n+1)处，最后一个阻流挡板需放置在nh/(n+1)处至所述内腔底部，其余阻流挡板应位于所述第一阻流挡板至最后一个阻流挡板之间。
本发明还提供了一种深紫外高效流动水消杀器，包括PCB板、深紫外LED 杀菌灯和如上所述的非对称内嵌阻流阀结构；所述PCB板设于所述隔水板上方；所述深紫外LED设于所述PCB板上；
在一较佳实施例中：所述PCB板通过螺钉过孔安装于所述固定支架上，所述固定支架通过螺钉过孔安装于所述外腔腔口，所述透明隔水板夹设固定于所述固定支架与所述外腔的腔壁之间。
在一较佳实施例中：所述深紫外LED的数量为多个，多个所述深紫外LED 沿腔内流水方向安装于所述PCB板上，且所述紫外杀菌光线的射向垂直于流水方向。
在一较佳实施例中：所述阻流挡板的数量为4到8个，且交错放置。
在一较佳实施例中：所述阻流挡板的倾斜角度在70度到110度之间。
在一较佳实施例中：所述透明隔水板与所述外腔腔壁之间垫有密封圈。
在一较佳实施例中：所述内腔采用符合饮用水标准的不锈钢材料。
在一较佳实施例中：所述外腔上的进出水孔与所述内腔上的进出水孔位置相同。
相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：
本发明提供了一种非对称内嵌阻流阀结构的深紫外高效流动水消杀器，由于阻流挡板的存在，使得所述内腔被分隔成若干个腔室。水由入水管进入后被第一阻流挡板阻断，分流至左右两侧。所述第一阻流挡板使得水流的速度与方向产生剧烈变化，使其在第一阻流挡板、第二阻流挡板分隔而成的空间内产生回流。当水流流入其后的腔室内时，由于阻流挡板特殊的间距设置，使其在某几个腔室内会发生“后台阶效应”，在局部形成涡流。在整体杀菌模组体积不变的情况下，通过此种方式大大延长了水流所流过的路径，在整体流速不变的情况下延长了其在杀菌模组内的停留时间，同时将深紫外LED杀菌灯重点配置在几个涡旋所在区域，以此达到提高杀菌率的目的，实现能源的高效利用。此外，本发明使用深紫外LED作为深紫外光的光源，相比于过去所使用的汞灯，深紫外LED具有无毒无污染、所需电压较低、不产生臭氧、寿命较长等优势。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种深紫外高效流动水消杀器的爆炸示图；
图2为本发明实施例提供的一种深紫外高效流动水消杀器的外腔的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种深紫外高效流动水消杀器的内腔的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种深紫外高效流动水消杀器的固定支架的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种深紫外高效流动水消杀器的阻流挡板间相对距离示意图(单位为厘米)；
图6为运用CFD方法进行模拟所得的流线灰度图；
图7为所述阻流挡板与所述内腔内壁夹角(以水流方向为正)与模拟粒子在模组中停留总时间的关系图，其横轴表示所述阻流挡板与所述内腔内壁夹角，所有模拟粒子通过模组所需的平均时长；
图8为阻流挡板个数为4时，不同倾斜角度下模拟初始1000个粒子通过模组的数量与时间的关系，时间单位为秒；
图9为不同阻流挡板间相对距离下，模拟初始1000个粒子通过模组的数量与时间的关系。其中z1表示第二阻流挡板212下端到所述内腔2底部的距离， z2表示第三阻流挡板213下端到所述内腔2底部的距离，t表示时间。此处长度单位为分米，时间单位为秒。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是壁挂连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，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，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1、图2、图3、图4所示，本实施案例提供一种深紫外LED流动水消杀模组，包括：
外腔1，所述外腔1的腔壁设有进水管101及出水管102，四周设有螺孔 111、112、113、114；
内腔2，嵌套于所述外腔1之内，所述内腔2的内壁上装有与水流方向成一定夹角的阻流挡板211、第二阻流挡板212、第三阻流挡板213、第四阻流挡板214，并开有进水孔201、出水孔202；
透明隔水板3，安装于所述外腔1的腔口；
密封圈4，设于所述透明隔水板3与所述内腔之间；
固定支架5，安装于所述外腔1上；
深紫外LED灯组7，数量若干，可结合实际情况自行选择；
螺钉601、602、603、604，用于固定。
在本实施例中，所述外腔1和所述固定支架5采用塑料材质，在保证固定作用的同时节约成本，减轻模组重量；所述内腔2采用304不锈钢材质，保证食品级的接触要求和较长的使用寿命；所述透明隔水板3采用石英玻璃板，提供较高深紫外光透射率和隔水性；在所述透明隔水板与所述外腔之间加装硅胶垫片4，加强模组密封性；所述深紫外LED7采用较小功率，发光波长280nm左右的LED，有效降低热损耗，降低成本，提高寿命。特别地，为了降低深紫外 LED7的成本，本实施例采用整体效果拆分为多个组成效果的方式。本例使用多个所述深紫外LED7，沿水流方向排布，且使得所述紫外光线垂直于水流方向。空间和成本允许时可通过增加小功率深紫外LED7数量，提高杀菌效率。
除以上细节外，影响本模组杀菌效率的关键因素就是阻流挡板211、第二阻流挡板212、第三阻流挡板213、第四阻流挡板214的长度、与所述内腔2 内壁的夹角、之间的距离分布等。
本专利发明过程中在其他参数不变的条件下，对阻流挡板211、第二阻流挡板212、第三阻流挡板213、第四阻流挡板214不同倾斜角度对粒子在模组中停留时间的影响进行了研究，并使用CFD方法进行了模拟计算，结果如图6、 7所示。通过对杀菌率及日常居民生活用水装置所能提供的水压等因素的综合考虑，本实施例采用90度倾角的方案，如图3所示。
本专利发明过程中在其他参数不变的条件下，对阻流挡板211、第二阻流挡板212、第三阻流挡板213、第四阻流挡板214不同倾斜角度对粒子在模组中停留时间的影响进行了研究，并使用CFD方法进行了模拟计算，结果如图8 所示。为了使水流在模组中停留较长时间以达到在一定深紫外LED光功率下最大的杀菌效率，本例选择如图3所示的阻流挡板相对距离。
本实施例通过对以上所述因素的综合考虑、结合理论计算结果与实验数据，选取了一套最优的设计方案，如图3所示，本实施例中，阻流挡板211、第二阻流挡板212、第三阻流挡板213、第四阻流挡板214的高度相等，并且为所述内腔2宽度的一半，并垂直于所述内腔2内壁。如图5所示，本例提供一套第一阻流挡板211、第二阻流挡板212、第三阻流挡板213、第四阻流挡板 214之间的相对距离。其中，第一阻流挡板211距离内腔2顶部的距离为1.95cm；第二阻流挡板212距离内腔2顶部的距离为4.95cm；第三阻流挡板213距离内腔2底部的距离为3.05cm，距离第一阻流挡板211的距离为5cm；第四阻流挡板214距离内腔2底部的距离为2.05cm，距离第二阻流挡板212的距离为3cm。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (9)
1.一种非对称内嵌阻流阀结构，其特征在于包括：
外腔、内腔、阻流挡板、密封圈、透明隔水板、PCB板、深紫外LED杀菌灯、固定支架、连接件；
所述外腔设有入水管、出水管；所述内腔顶部与左侧面底部设有开口，所述入水管与所述内腔顶部开口相连，所述出水管与所述内腔左侧面底部开口相连；所述阻流挡板置于所述内腔中并沿着水流的方向间隔交错设置在所述内腔的两侧；所述隔水板与所述内腔通过所述密封圈密封连接；所述固定支架通过连接件与所述外腔连接；
所述阻流挡板为四个，其中第一阻流挡板、第二阻流挡板、第三阻流挡板、第四阻流挡板的高度相等，并且为所述内腔宽度的一半，并垂直于所述内腔内壁；第一阻流挡板距离内腔顶部的距离为1.95cm；第二阻流挡板距离内腔2顶部的距离为4.95cm；第三阻流挡板距离内腔2底部的距离为3.05cm，距离第一阻流挡板的距离为5cm；第四阻流挡板距离内腔底部的距离为2.05cm，距离第二阻流挡板的距离为3cm。
2.一种深紫外高效流动水消杀器，其特征在于包括PCB板、深紫外LED杀菌灯和权利要求1所述的非对称内嵌阻流阀结构；所述PCB板设于所述隔水板上方；所述深紫外LED设于所述PCB板上。
3.根据权利要求2所述的深紫外高效流动水消杀器，其特征在于：所述PCB板通过螺钉过孔安装于所述固定支架上，所述固定支架通过螺钉过孔安装于所述外腔腔口，所述透明隔水板夹设固定于所述固定支架与所述外腔的腔壁之间。
4.根据权利要求2所述的深紫外高效流动水消杀器，其特征在于：所述深紫外LED的数量为多个，多个所述深紫外LED沿腔内流水方向安装于所述PCB板上，且紫外杀菌光线的射向垂直于流水方向。
5.根据权利要求2所述的一种深紫外高效流动水消杀器，其特征在于：所述阻流挡板的数量为4到8个，且交错放置。
6.根据权利要求2所述的一种深紫外高效流动水消杀器，其特征在于：所述阻流挡板的倾斜角度为90°。
7.根据权利要求2所述的一种深紫外高效流动水消杀器，其特征在于：所述透明隔水板与所述外腔腔壁之间垫有密封圈。
8.根据权利要求2所述的一种深紫外高效流动水消杀器，其特征在于：所述内腔采用符合饮用水标准的不锈钢材料。
9.根据权利要求2所述的一种深紫外高效流动水消杀器，其特征在于：所述外腔上的进出水孔与所述内腔上的进出水孔位置相同。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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