CN113880189B - 一种差速式对称破缺结构及深紫外过流水杀菌器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及动态水杀菌消毒设备，特别涉及一种差速式对称破缺结构及深紫外过流水杀菌器，其中差速式对称破缺结构具有一内腔，差速式对称破缺结构的上端面上设有入水口和出水口，入水口直接与内腔相连通；出水口连接一出水细管并延伸至接近下端面，利用出水细管直径与内腔直径的大幅度差异，形成进水降速和出水加速的差速式结构；且入水口须略偏离上端面对称中心设置、出水口则处于上端面对称中心的最远点处，从而形成对称破缺结构。利用对称破缺，有效实现水流双回旋从而增长流体及细菌在腔体内的停留时间。应用于深紫外过流水杀菌器，在保证高流速的情况下，扩充了现有技术在探究入水口和出水口设置对于杀菌效果影响的空白，大幅提升了杀菌效率。

Description

一种差速式对称破缺结构及深紫外过流水杀菌器

技术领域

本发明涉及动态水杀菌消毒领域，特别涉及一种差速式对称破缺结构及深紫外过流水杀菌器。

背景技术

随着现代社会与经济的快速发展，水污染问题日益严重，人们对于用水安全的担忧也与日俱增。深紫外光能够直接辐射破坏微生物体内的DNA及RNA链，导致病原体无法繁殖甚至失活，从而达到杀菌消毒并无衍生毒性的目的。相比传统的消杀方法，深紫外LED消杀技术具有环保无毒、能耗低、波长可调、体积小、寿命长和易于集成等诸多优势，市场空间和发展潜力巨大。2020年，新型冠状病毒的全球扩散，使得全民的卫生安全意识提高，深紫外消杀技术的“契机普及”带来了千亿市场规模。利用深紫外LED对流动水进行灭菌杀毒是一项新兴的技术，近年来在流体杀菌方面进行了大量探索性研究工作，但是目前的大量流体模组结构往往受限于流动水的流动路径长度，不能在深紫外LED有限发光功率的状况下达到良好的杀菌效果。

CN110563079A的专利《一种过流式杀菌消毒装置、净水管路及净水设备》，公布日为2019.12.13，公开了一种过流式杀菌消毒装置，包括外壳组件、杀菌筒组件及LED灯组件，外壳组件上设有进水口和出水口，杀菌筒组件设于外壳组件内部，杀菌筒组件内部沿其长度方向形成有多个串通的杀菌腔，LED灯组件设于靠近进水口侧的杀菌腔内，LED灯组件发出的深紫外光射入杀菌腔内，外壳组件与杀菌筒组件之间形成有流水通道，进水口、流水通道、杀菌腔、及出水口依次连通。从进水口流入的水流在流经杀菌筒组件内部时，通过多个杀菌腔实现多级杀菌消毒，再从出水口流出。串联的杀菌腔能够有效提高杀菌效果，实现全方位无死角杀菌。

然而，其并没有公开如何通过对入水口和出水口的有效设置从而提高杀菌效率的方案。

发明内容

为解决上述现有技术中没有提及如何通过对入水口和出水口的设置从而提高杀菌效率，本发明提供一种差速式对称破缺结构，用于深紫外过流水杀菌器，所述差速式对称破缺结构具有一内腔，所述差速式对称破缺结构的上端面上设有入水口和出水口，所述入水口与所述内腔直接相连通；

所述内腔的侧壁上设有一出水细管，所述出水口通过所述出水细管与所述内腔相连通并延伸至所述内腔下端以与所述入水口形成差速式结构；

且所述入水口偏离所述上端面中心设置、所述出水口设于偏离所述上端面中心最远点处形成对称破缺结构。

在一实施例中，所述差速式对称破缺结构背离于所述上端面的一端设有开口，所述差速式对称破缺结构背离于所述上端面的一端沿周向延伸形成安装部，所述安装部用于与深紫外过流水杀菌器的散热盖板连接。

在一实施例中，所述上端面为圆形，所述入水口和所述出水口设于所述上端面的同一直径上，且分别位于所述上端面中心的两端；所述出水口通过所述出水细管与所述内腔相连通并延伸至其下端；

所述上端面直径为D，所述入水口和所述出水口的直径均为d，d＝16D/125，所述内腔高度为H，H＝5D/4。

在一实施例中，所述入水口偏离所述上端面中心距离s₁为3D/25-11D/25，所述出水口偏离所述上端面中心距离s₂为11D/25，所述出水细管延伸至距离开口4/D处。

在一实施例中，所述入水口偏离所述上端面中心距离s₁为3D/25-9D/25。

在一实施例中，所述入水口偏离所述上端面中心距离s₁为3D/25-7D/25。

在一实施例中，所述入水口偏离所述上端面中心距离s₁为3D/25-5D/25。

在一实施例中，所述入水口偏离所述上端面中心距离s₁为3D/25。

本发明还提供一种深紫外过流水杀菌器，包括外壳、散热盖板、透明隔水板、深紫外LED灯组件和若干个密封圈，所述外壳为上述的差速式对称破缺结构；

所述外壳与所述散热盖板可拆卸连接，所述散热盖板与所述外壳的内腔围合形成密封的杀菌腔，所述散热盖板具有一安装腔用于安装所述透明隔水板和所述深紫外LED灯组件。

在一实施例中，所述安装腔包括第一安装腔和第二安装腔，所述第一安装腔的截面尺寸小于所述第二安装腔，所述第一安装腔用于安装所述深紫外LED灯组件，所述第二安装腔用于安装所述透明隔水板；

所述深紫外LED灯组件包括安装板和设于所述安装板上的若干个深紫外LED灯，所述安装板与所述散热盖板可拆卸连接。

基于上述，与现有技术相比，本发明提供的一种差速式对称破缺结构，通过内腔的侧壁上设有出水细管，出水口通过出水细管与内腔直接相连通并延伸至内腔下端，利用出水细管直径与内腔直径的大幅度差异，形成进水降速和出水加速的差速式结构；且入水口须略偏离上端面对称中心设置、出水口则处于上端面对称中心的最远点处，从而形成对称破缺结构。利用对称破缺，有效实现水流双回旋从而增长流体及细菌在腔体内的停留时间。将深紫外LED光源放置于腔体的下端面，实现了在保证高流速的情况下，扩充了现有技术在探究入水口和出水口设置对于杀菌效果的影响的空白，且大幅提升了杀菌效率。配合该差速式对称破缺结构的深紫外过流水杀菌器，扩充了现有技术在探究入水口和出水口设置对于杀菌效果的影响的空白，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念球菌的杀灭率均可超过99.99％，远超国家卫生部颁布的《消毒技术规范》中的水消毒卫生合格标准。

本发明的其它特征和有益效果将在随后的说明书中阐述。并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他有益效果可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；在下面描述中附图所述的位置关系，若无特别指明，皆是图示中组件绘示的方向为基准。

图1为本发明提供的差速式对称破缺结构一视角的立体图；

图2为本发明提供的差速式对称破缺结构另一视角的立体图；

图3为本发明提供的深紫外过流水杀菌器的立体图；

图4为本发明提供的深紫外过流水杀菌器的剖视图；

图5为本发明提供的实施例0号的俯视图；

图6为本发明提供的实施例1号的俯视图；

图7为本发明提供的实施例2号的俯视图；

图8为本发明提供的实施例3号的俯视图；

图9为本发明提供的实施例4号的俯视图；

图10为本发明提供的对照组5号的俯视图；

图11为本发明提供的实施例0号的流体流线速度场示意图；

图12为本发明提供的实施例1号的流体流线速度场示意图；

图13为本发明提供的实施例2号的流体流线速度场示意图；

图14为本发明提供的实施例3号的流体流线速度场示意图；

图15为本发明提供的实施例4号的流体流线速度场示意图；

图16为本发明提供的对照组5号的流体流线速度场示意图；

图17为本发明提供的实施例0号的粒子运动轨迹示意图；

图18为本发明提供的实施例1号的粒子运动轨迹示意图；

图19为本发明提供的实施例2号的粒子运动轨迹示意图；

图20为本发明提供的实施例3号的粒子运动轨迹示意图；

图21为本发明提供的实施例4号的粒子运动轨迹示意图；

图22为本发明提供的对照组5号的粒子运动轨迹示意图；

图23为本发明提供的实施例0号、1号、2号、3号、4号及对照组5号的粒子停留时间对比的曲线图。

附图标记：

10、外壳 11、内腔 12、入水口

13、出水口 14、开口 15、安装部

20、散热盖板 21、第一安装腔 22、第二安装腔

30、透明隔水板 40、深紫外LED灯组件 41、安装板

42、深紫外LED灯 50、密封圈 51、第一密封圈

52、第二密封圈 131、出水细管

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；下面所描述的本发明不同实施方式中所设计的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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，本发明所使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义，不能理解为对本发明的限制；应进一步理解，本发明所使用的术语应被理解为具有与这些术语在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来理解，除本发明中明确如此定义之外。

下面给出具体实施例：

一种差速式对称破缺结构，用于高效深紫外过流水杀菌器，所述差速式对称破缺结构具有一内腔11，所述差速式对称破缺结构的上端面上设有入水口12和出水口13，所述入水口12与所述内腔11直接相连通；

所述内腔11的侧壁上设有一出水细管131，所述出水口13通过出水细管131与所述内腔11相连通并延伸至其下端以与所述入水口12形成差速式结构；

且所述入水口12偏离所述上端面中心设置，所述出水口13设于偏离所述上端面中心最远点处形成对称破缺结构。

实施时，内腔11用于提供与动态水杀菌消毒场所。差速式对称破缺结构的上端面上设有入水口12和出水口13，入水口12和出水口13均与内腔11相连通，当动态菌液从入水口12进入内腔11，经过深紫外LED灯42充分杀菌后从出水口13流出并完成杀菌。

其中，内腔11的侧壁上设有出水细管131，出水口13通过出水细管131与内腔11相连通，以与入水口12形成差速式结构。具体的，出水细管131延伸至内腔11的下端，利用出水细管131直径与内腔11直径的大幅度差异，形成进水降速和出水加速的差速式结构。

且入水口12偏离端面中心设置，出水口13设于偏离上端面中心最远点处，从而形成对称破缺结构。利用对称破缺，可有效实现水流双回旋，从而增长流体及细菌在腔体内的停留时间；通过差速式结构和对称破缺结构的配合从而达到过流水中的细菌粒子在深紫外过流水杀菌器中停留时间更久的目的，并且在深紫外过流水杀菌器底部(靠近深紫外LED灯42处)实现更充分的消杀。该深紫外过流水杀菌器对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念球菌的杀灭率均可超过99.99％。

与现有技术相比，本发明提供的一种差速式对称破缺结构，通过内腔的侧壁上设有出水细管，出水口通过出水细管与内腔相连通并延伸至内腔下端，以与入水口形成差速式结构，和入水口偏离端面中心设置、出水口设于偏离上端面中心最远点处形成对称破缺结构从而实现细菌延长粒子在深紫外过流水杀菌器内的停留时间，扩充了现有技术在探究入水口和出水口的有效设置对于杀菌效果的影响的空白，且大幅度提升了杀菌效果。

具体的，内腔11与深紫外过流水杀菌器的散热盖板20围合形成密封的杀菌腔，且差速式对称破缺结构背离于上端面的一端设有开口14，开口14用于安装在散热盖板20的深紫外LED灯组件40发出的紫外光透过从而对内腔11内的动态水进行杀菌。

较佳的，差速式对称破缺结构背离于上端面的一端沿周向延伸形成安装部15，安装部15用于与深紫外过流水杀菌器的散热盖板20连接方便安装。

本发明还提供一种深紫外过流水杀菌器，包括外壳10、散热盖板20、透明隔水板30和深紫外LED灯组件40，外壳10为上述差速式对称破缺结构，外壳10与散热盖板20可拆卸连接，散热盖板20与外壳10的内腔11围合形成密封的杀菌腔，散热盖板20具有一安装腔用于安装透明隔水板30和深紫外LED灯组件40。

外壳10为差速式对称破缺结构，通通过内腔11的侧壁上设有出水细管131，出水口13通过出水细管131与内腔11相连通并延伸至内腔11下端，以与入水口12形成差速式结构和入水口12偏离端面中心设置、出水口13设于偏离上端面中心最远点处实现延长粒子在深紫外过流水杀菌器内停留时间的目的，从而实现高效充分杀菌。

散热盖板20与外壳10可拆卸连接便于装配，该可拆卸连接可以是但不限于螺栓连接；散热盖板20具有一安装腔用于安装透明隔水板30和深紫外LED灯组件40。安装透明隔水板30用于隔开深紫外LED灯组件40和杀菌腔，防止深紫外LED灯组件40损坏。

较佳的，为方便散热盖板20与外壳10的装配，散热盖板20与外壳10均设有导向槽，导向槽用于安装导向件，从而便于装配。

具体的，安装腔包括第一安装腔21和第二安装腔22，第一安装腔21的截面尺寸小于第二安装腔22，第一安装腔21用于安装深紫外LED灯组件40，第二安装腔22用于安装透明隔水板30。

通过呈台阶状的第一安装腔21和第二安装腔22能使透明隔水板30的密封效果更好，防止深紫外LED灯组件40接触水而损坏。较佳的，第二安装腔22的槽径大于外壳10的开口14的口径以增加散热盖板20与外壳10的密封效果。

较佳的，深紫外过流水杀菌器还包括若干个密封圈50，具体包括第一密封圈51和第二密封圈52；其中，第一密封圈51两端分别抵接于外壳10和透明隔水板30，第二密封圈52分别抵接于透明隔水板30和第二安装腔22的底端。

透明隔水板30两侧分别设置第一密封圈51和第二密封圈52提高密封性。

具体的，深紫外LED灯组件40包括安装板41和设于安装板41上的若干个深紫外LED灯42，安装板41与散热盖板20可拆卸连接。该可拆卸连接可以是但不限于螺栓连接。

下面以差速式对称破缺结构应用于深紫外过流水杀菌器来体现其所产生的技术效果：

具体的，参考图5-图10，外壳10的上端面为圆形，入水口12和出水口13设于圆形的同一直径上，且分别位于上端面中心的两端。

外壳10的上端面直径为D，入水口12和出水口13的直径均为d，d＝16D/125，内腔11高度为H，H＝5D/4。D根据深紫外过流水杀菌器型号大小相应变化。

入水口12偏离上端面中心距离s₁为3D/25-11D/25；出水口13偏离所述上端面中心距离s₂为11D/25，出水细管131延伸至距离开口14的4/D处。

参考图11-图16的各例子的流体流线速度场示意图，具体参考参数为流体流线的颜色深浅(代表流体速度)及流体流线的运动轨迹。可以看出，得益于这种差速式结构，过流水降速入管、加速出管，并且实现在杀菌腔内，尤其是杀菌腔底部(靠近深紫外LED处)的流速慢，从而保证深紫外LED对细菌实现更加充分的消杀。

基于差速式结构基础上，本发明对对称破缺结构具体列举了5个实施例和1个对照组，参考下表，实施例0号s₁为11D/25，实施例1号s₁为9D/25，实施例2号s₁为7D/25，实施例3号s₁为5D/25，对照组5号s₁为0；s₂、H、及d相同。

并得到以下实验图表：

图17-图22分别列举了实施例0号、实施例1号、实施例2号、实施例3号、实施例4号、对照组5号中的过流水中粒子运动轨迹示意图，其中具体包括0.1秒、0.2秒、0.3秒、1秒、2秒、3秒时刻的粒子位置。具体参考参数为粒子的颜色(代表粒子运动速度)、粒子的运动轨迹以及特定时间内深紫外过流水杀菌器内剩余的粒子数量。通过图17-图22的比较发现，实施例0-4号中，0.2秒、0.3秒、1秒、2秒、3秒处的粒子数量随着入水口12向上端面中心处的移动有着明显的增加，然而入水口12移动至上端面正中心位置时(对照组5号)，粒子数量却有明显的减少，这代表了对称破缺结构对于提高深紫外过流水杀菌器杀菌效率的必要性。

图23为实施例0-4号及对照组5号中的过流水中粒子停留时间对比的曲线图。其中横坐标为时间，由1000个粒子随机分布于入水口端面处的时刻为计时起点，粒子随着过流水流动10s后为计时终点。纵坐标为粒子流出出水口的数量占总粒子数的百分比，其中数量值若为100％，则代表模组的腔内粒子已全部流出。通过对比发现，其中，差速式对称破缺结构依照粒子停留时间从长至短排序依次为：实施例4号、实施例3号、实施例2号、实施例1号、实施例0号。其中对照组5号(对称结构)与实施例1号的粒子停留时间相近。这代表了对于实施例0-4号的结构，过流水中的细菌粒子会有不同程度的停留，其中原理上杀菌效果最优的结构应该为实施例4号。

通过入水口12和出水口13设置优化，在结构上形成差速式结构和对称破缺结构，从而实现延长粒子在深紫外过流水杀菌器内及深紫外过流水杀菌器腔内底部(靠近深紫外LED灯42的位置)的停留时间；应当了解的是本发明中入水口12和出水口13设置除了入水口12和出水口13的结构优化，还包括入水口12和出水口13的尺寸优化。

综上，与现有技术相比，本发明提供的一种差速式对称破缺结构，通过内腔的侧壁上设有出水细管，出水口通过出水细管与内腔相连通并延伸至内腔下端，利用出水细管直径与内腔直径的大幅度差异，形成进水降速和出水加速的差速式结构，且入水口偏离端面中心设置、出水口设于偏离上端面中心最远点处形成对称破缺结构从而实现延长粒子在深紫外过流水杀菌器里停留时间，扩充了现有技术在探究入水口和出水口设置对于杀菌效果的影响的空白，且大幅提升了杀菌效率。配合该差速式对称破缺结构的深紫外过流水杀菌器，将深紫外LED光源放置于腔体的下端面，实现了在保证高流速的情况下，扩充了现有技术在探究入水口和出水口设置对于杀菌效果的影响的空白，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念球菌的杀灭率均可超过99.99％，远超国家卫生部颁布的《消毒技术规范》中的水消毒卫生合格标准。

另外，本领域技术人员应当理解，尽管现有技术中存在许多问题，但是，本发明的每个实施例或技术方案可以仅在一个或几个方面进行改进，而不必同时解决现有技术中或者背景技术中列出的全部技术问题。本领域技术人员应当理解，对于一个权利要求中没有提到的内容不应当作为对于该权利要求的限制。

尽管本文中较多的使用了诸如差速式对称破缺结构、内腔、入水口、出水口、上端面、散热端面、出水细管、差速式结构、对称破缺结构……术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的；本发明实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种差速式对称破缺结构，用于深紫外过流水杀菌器，其特征在于：所述差速式对称破缺结构具有一内腔（11），所述差速式对称破缺结构的上端面上设有入水口（12）和出水口（13），所述入水口（12）与所述内腔（11）直接相连通；

所述内腔（11）的侧壁上设有一出水细管（131），所述出水口（13）通过所述出水细管（131）与所述内腔（11）相连通并延伸至所述内腔（11）下端以与所述入水口（12）形成差速式结构；

且所述入水口（12）偏离所述上端面中心设置、所述出水口（13）设于偏离所述上端面中心最远点处形成对称破缺结构；

所述上端面为圆形，所述入水口（12）和所述出水口（13）设于所述上端面的同一直径上，且分别位于所述上端面中心的两端；所述上端面直径为D，所述入水口（12）和所述出水口（13）的直径均为d，d=16D/125，所述入水口（12）偏离所述上端面中心距离s₁为3D/25-7D/25；所述出水口（13）偏离所述上端面中心距离s₂为11D/25。

2.根据权利要求1所述的差速式对称破缺结构，其特征在于：所述差速式对称破缺结构背离于所述上端面的一端设有开口（14），所述差速式对称破缺结构背离于所述上端面的一端沿周向延伸形成安装部（15），所述安装部（15）用于与深紫外过流水杀菌器的散热盖板（20）连接。

3.根据权利要求1所述的差速式对称破缺结构，其特征在于：所述出水口（13）通过所述出水细管（131）与所述内腔（11）相连通并延伸至其下端；

所述内腔（11）高度为H，H=5D/4。

4.根据权利要求3所述的差速式对称破缺结构，其特征在于：所述出水细管（131）延伸至距离开口（14）4/D处。

5.根据权利要求4所述的差速式对称破缺结构，其特征在于：所述入水口（12）偏离所述上端面中心距离s₁为3D/25-5D/25。

6.根据权利要求5所述的差速式对称破缺结构，其特征在于：所述入水口（12）偏离所述上端面中心距离s₁为3D/25。

7.一种深紫外过流水杀菌器，包括外壳（10）、散热盖板（20）、透明隔水板（30）、深紫外LED灯组件（40）和若干个密封圈（50），其特征在于：所述外壳（10）为权利要求1-6任一项所述的差速式对称破缺结构；

所述外壳（10）与所述散热盖板（20）可拆卸连接，所述散热盖板（20）与所述外壳（10）的内腔（11）围合形成密封的杀菌腔，所述散热盖板（20）具有一安装腔用于安装所述透明隔水板（30）和所述深紫外LED灯组件（40）。

8.根据权利要求7所述的深紫外过流水杀菌器，其特征在于：所述安装腔包括第一安装腔（21）和第二安装腔（22），所述第一安装腔（21）的截面尺寸小于所述第二安装腔（22），所述第一安装腔（21）用于安装所述深紫外LED灯组件（40），所述第二安装腔（22）用于安装所述透明隔水板（30）；

所述深紫外LED灯组件（40）包括安装板（41）和设于所述安装板（41）上的若干个深紫外LED灯（42），所述安装板（41）与所述散热盖板（20）。

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