CN1450002A - 超小型活性氧净水器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种由高频脉冲电源、活性氧发生器、涡流混合器以及红外控制器组成的用于水质净化的装置。采用低温等离子体技术产生活性氧等自由基，用激活水粒和大量自由基涡流混合的技术，同时使用感应控制开关，安全隔离变压器，防溅节水装置和网孔过滤器，整个装置工作具有性能稳定可靠、杀菌率高、速度快、结构简单、无残害、不存在二次污染等优点。可广泛用于食品餐具消毒、创面洗净灭菌、果蔬杀菌保鲜、卫生洁具消毒、清洁口腔、饮用水制造等领域。

Description

超小型活性氧净水器

技术领域

本发明属于净水器技术领域，具体涉及一种利用低温等离子体技术产生高浓度活性氧用于水质杀毒和净化的装置。

背景技术

水是一切生命活动之源。人类的繁衍生息离不开水，而人类社会的发展又使得与我们的生活息息相关的水发生了巨大的变化。据世界卫生组织报道，人类疾病80％与饮用水有关。许多城市的饮用水都有不同程度的污染，全世界每年因饮用不洁净的水而死亡的人数多达2500万。而发展中国家80％的疾病和33％的死亡都是因饮用受到污染的水造成的。据全国饮用水源调查报道，我国目前24％的人口饮用水质不良的水，约有70％的人在饮用受二次污染的水。其中约7亿人在饮用大肠杆菌超标水，约1.7亿人饮用被各种有害化学物质严重污染的水，3500万人在饮用硝酸盐超标水。全国生活饮用水水质和水性疾病调查结果证实，“饮用水水质差”已构成威胁12亿人口健康和生存的一大尖锐问题，改善饮用水水质迫在眉睫。

从水厂出来的自来水虽然经过了混凝，沉淀，过滤，加氯消毒等过程，但只能除去一些悬浮物，胶体及部分细菌等。尤其目前采用是″加氯消毒法″，使自来水的残余氯与水中有机物反应生成三氯甲烷，此物质已经被世界卫生组织确定为严重致癌物。而且输水管道的二次污染，高楼蓄水箱的三次污染都令市民对自来水的纯净度产生疑虑。因此，对于水质的净化，推行家庭水工厂是势在必行。

发明内容

本发明的目的是提供一种能充分杀灭水中微生物(如细菌、藻类)、有效改善水质的高安全、低能耗的超小型饮用水净化器(简称净水器)。

本发明提出的饮用水净化器，是一种利用等离子体技术净化水质的超小型活性氧净水器。由一个高频脉冲电源、一个活性氧发生器、一个水气涡流混合器、一个红外控制器组合构成。其中，高频脉冲电源由稳压输入电源、逆变电路、漏电保护电路以及高频升压变压器组成，用于提供活性氧发生器所需的高压脉冲；活性氧发生器由两片活性氧发生元件构成，在脉冲高压下形成沿面流注放电，产生高浓度活性氧等自由基；水气涡流混合器，用于提供活性氧离子和水分子充分混合的条件；红外控制器设有自动和手动功能，可根据使用者要求提供不同的净化方式。

净水器的进水口可以直接接到自来水出水管上，通过面板上的控制按钮选择不同的工作方式。一般为直流12～24V输入；工作时功耗约10～20W；电源输出在4KV～8KV之间的高频电压；产生的活性氧离子浓度大于1.0×10⁶个/cm³，采用红外感应自动开关，可避免交叉感染，整机使用寿命大于30000小时。

本发明能有效地去除水中的有机物、氯、重金属及有害化合物。具有长期的杀菌、灭菌、抑制细菌繁殖等功能。净化后的水中含氧量增加，具有更好的生物活性，其出水水质符合国家GB5749-85标准，可直接生饮或用于物体的杀菌消毒。

附图是本发明的实施例，结合附图对本发明装置作进一步的描述。

图1是本发明活性氧净水器的结构总图。在净水器的两端分别装有进水口1、出水管8，进水口直接连接在自来水管道(1/2’或3/4’)上，在进水口安装有可卸的网孔过滤器2；电磁阀3设置于进水口1和过滤器2之后，用于控制水的开关，由红外感应装置11控制；高频脉冲电源4放置在电磁阀的上部，电源采用12～24V供电，经过逆变升压后产生高频高压脉冲，施加到活性氧发生器6上，形成沿面流注放电，气体电离产生活性氧离子；活性氧发生器6的下部通过导气口与涡流混合器7相连接，当水流过混合器时，水流呈螺旋前进状态，形成负压将活性氧离子吸入，活性氧离子与水充分混合，净化后的水通过出水管8和防溅节水装置9流出。控制面板5安装在净水器的上部。

图1中高频脉冲电源采用整体封装形式，尺寸为(60×50×50)mm。图2是高频脉冲电源的电路图，由智能逆变电路组成。整个电路采用IGBT逆变形式，输入220V电压经初级全桥整流滤波降压后成为12～24V直流，通过IGBT全桥逆变，转换成20～30KHz的高频交流脉冲，再经高频脉冲变压器升压，最后由快速整流管、电抗器整定为可供发生活性氧用的高压脉冲，电源输出电压3kv～6kv，脉冲前沿为0.3～0.5ns，脉宽约24us。

本发明活性氧净水器的电源是一种高频脉冲电源，其中采用高频逆变技术，能产生前沿陡峭的高频脉冲，提高电路中元器件的频率响应，使电压前沿上升速率尽可能增大，大幅度提高放电电场强度，在放电间隙里形成强电离放电，获得高能量密度的大能量的电子，强化氧分子分解、分解电离、分解附着等反应过程，使空气中的氧分子在ns的瞬间被激发、离解，成为活性氧等自由基，而且由于采用高频，整个体积只为工频电源体积的30％。

本发明所采用的活性氧发生器由具有抗氧化性能的金属和电介质组成，结构形式为线条状平行板式，如图3所示。其中，接地电极为10～30μm的金属钨，两边用氧化铝烧结成活性氧发生元件的电介质，在氧化铝外表面烧结有厚度为8～15μm的金属钨薄膜作为放电极，放电极平行排列。氧化铝层厚度为0.4～0.6mm。

本发明所采用的活性氧发生器为线条状平行结构，由2片平板组成，发生器每片大小为(20×50×1)mm，电极间距为1～5mm，电极宽度为1～5mm，厚度为10～30μm。

图3中的发生器平行放在发生腔内，整个放电腔大小为(80×10×15)mm，腔体采用工程塑料，放电腔通过导气口与混合装置连接在一起。

本发明中，水气混合装置采用涡流混合形式，如图4所示。放置在放电电极的下面，通过导气口与放电腔相接，一端与电磁阀相连，另一端与出水口相连。整机结构按照流体力学的原理设计，水流通过混合器时能达到一临界速度，流体中相临层次之间不断混扰，形成湍流运动。气体由进气管进入水管中时，产生了流体突然扩张的情况，此时，由于管子的横截面突然扩大，流体进入壳体后突然减速增压，形成了强烈的涡流。由于水管截面很小，而且还有散流片的作用，使得气体的涡流更加剧烈。因而，气体入口处将呈现极端的湍流状态。涡流产生的负压将高浓度活性氧离子吸入混合器中，水在混合器内充分雾化成非常微细的激化小颗粒，增加活性氧等自由基在水中的溶解和附着面积，大大提高离子溶附于水的能力，使混合效率较传统的鼓泡式、文丘里式等提高20％左右。

红外控制器电路图如图5所示，由红外发生器、存贮器、锁存器、分频器、史密特触发器以及光电隔离器构成，用于控制净水器的启停，红外控制距离为100～200mm。

本活性氧净水器具有五种功能：去除有机化学物质、去除致癌菌、去除异色、异味、去除有害金属、保留有易健康的物质。最终能通过深度净化有效地清除自来水管网中的红虫、铁锈、悬浮物等成分，降低浊度、余氯和有机杂质，并截留细菌、大肠杆菌等微生物，从而消除自来水的二次污染，提高水质，达到国家饮用水卫生标准，可直接生饮。同时，作为市镇自来水管网的终端过滤装置，只要在水龙头上一接，干净卫生、清澈透明的饮用水便随心所欲，随手可得。

以下为本发明活性氧净水器灭菌试验表

                                                      杀菌效果表

细菌种类	PH值	温度(℃)	处理前菌落数(个/100ml)	处理时间(min)	处理后菌落数(个/100ml)	杀菌率(％)
							细菌总数		19.0	多不可计	1	0	100
大肠杆菌	7.6	19.5	1.1×104	0.5	0	100
							金黄色葡萄球菌	7.6	19.5	1.2×104	0.5	0	100
枯草杆菌	7.6	19.0	1.1×104	1	0	100

                                     灭菌时间和效率对照表

菌种作用时间	大肠杆菌	沙门氏菌	变形菌	绿脓菌	金黄色葡萄球菌
						对照组	1.4×106(0％)	1.2×106(0％)	4.1×106(0％)	8.9×106(0％)	5.7×106(0％)
0.5min	0(100％)	3(99.9998％)	1(99.9998％)
						1min	0(100％)	0(100％)	0(100％)	1.1×102(99.999％)	8×102(99.99％)
5min				5(99.99994％)	7.7×10(99.999％)
						10min				1(99.99999％)	1.3×10(99.9998％)
20min				0(100％)	2(99.99996％)

                                     洗手杀菌效果表

细菌种类	处理前菌落数(个/100ml)	处理时间(min)	处理后菌落数(个/100ml)	杀菌率(％)
					大肠杆菌	5.0×102	0.5	0	100
金黄色葡萄球菌	1.0×104	0.5	0	100

本发明装置具有的优点：工作稳定可靠，使用浓度起伏变化小，用途广，杀菌率高，速度快，结构简单，安装操作方便，节水节能。由于采用了高频高压沿面放电技术产生活性氧，用激活水粒和气体等自由基混合的先进技术，该设备整个装置体积小、重量轻、功耗小、操作安全、成本低廉，是一种新型的水净化器。该设备可以取代其他净化产品，为工农业生产及人们生活又提供了一种新的灭菌设备(手段)。

附图说明

图1为本氧净水器结构总图。

图2为本净水器的高频脉冲电源电路图。

图3为本净水器的活性氧发生器结构图。其中图3(a)为俯视图，图3(b)为剖视图。

图4为本净水器的涡流混合器结构图。

图5为本净水器的红外控制电路图。

图中标号：1为进水管，2为网孔过滤器，3为电磁阀，4为高频电源，5为控制面板，6为活性氧发生器，7为涡流混合器，8为出水管，9为防溅节水装置，10为红外感应装置，11为活性氧发生器放电电极，12为陶瓷，13为接电极，14为散流片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

本实施例中，高频脉冲电源如图2所示，采用整体封装形式，尺寸为(60×50×50)mm；活性氧发生器如图3所示，采用线条状平板结构形式，大小为(20×50×1)mm，电极间距3mm，电极宽度为3mm，厚度为20μm，放电腔大小为(80×10×15)mm，采用工程塑料，涡流混合器如图4所示，红外控制器如图5所示，外壳及总装如图1所示。其中，直流24V输入，工作时功耗20W，活性氧净水器的整机结构大小为(150×70×150)mm。交流200V电压通过稳压电源变成24V直流电压输入到活性氧发生电源4中，在自动状态下，有物体遮挡红外感应器10时启动装置，电磁阀3打开，水流过涡流混合器，同时活性氧电源4通电，高频脉冲施加到活性氧发生器6上，放电腔内形成大量具有较高反应活性的活性氧等自由基(单线态氧¹O₂、超氧阴离子自由基O⁺ ₂、羟基自由基·OH等)。网孔过滤器2先对水中的杂质进行第一步净化，当水流过涡流混合器7时所形成强大的负压将这些活性氧等自由基吸入到混合腔中，与雾化的水汽发生激烈碰撞，水质得到充分净化，净化后的水通过出水管8和防溅节水装置9流出。本实施例可直接安装在1/2’自来水管上。

Claims (6)

1、一种使用等离子体技术净化水质的超小型活性氧净水器，其特征在于包括：

一个高频脉冲电源，用来提供活性氧发生器所需的高压窄脉冲，由稳压输入电源、逆变电路、漏电保护电路以及高频升压变压器组成；

一个活性氧发生器，由两片活性氧发生元件构成，在窄脉冲高压下能形成沿面流注放电，产生大量的活性氧等自由基；

一个水气涡流混合器，用来提供活性氧离子和水分子充分混合的条件；

一个红外控制器，设有自动和和手动功能，根据使用者的要求提供不同的净化方式。

2、根据权利要求1所述的超小型活性氧净水器，其特征在于净水器的两端分别装有进水口(1)、出水管(8)，进水口直接连接在自来水管道上，在进水口安装有可卸的网孔过滤器(2)；电磁阀(3)设置于进水口(1)和过滤器(2)之后，用于控制水的开关，由红外感应装置(11)控制；高频脉冲电源(4)放置在电磁阀的上部，电源采用12～24V供电，经过逆变升压后产生高频高压脉冲，施加到活性氧发生器(6)上，形成沿面流注放电，气体电离产生活性氧离子；活性氧发生器(6)的下部通过导气口与涡流混合器(7)相连接，当水流过混合器时，水流呈螺旋前进状态，形成负压将活性氧离子吸入，活性氧离子与水充分混合，净化后的水通过出水管(8)和防溅节水装置(9)流出；控制面板(5)安装在净水器的上部。

3、根据权利要求1所述的超小型活性氧净水器，其特征在于高压脉冲电源由智能逆变电路组成，电路采用IGBT逆变形式，输入220V电压经初级全桥整流滤波降压后成为12～24V直流，通过IGBT全桥逆变，转换成20～30KHz的高频交流脉冲，再经高频脉冲变压器升压，最后由快速整流管、电抗器整定为可供发生活性氧用的高压脉冲，电源输出电压3kv～6kv，脉冲前沿为0.3～0.5ns，脉宽约24us。

4、根据权利要求1所述的超小型活性氧净水器，其特征在于上述的活性氧发生器由具有抗氧化性能的金属和电介质组成，为线条状平行板式，接地电极为10～30μm的金属钨，两边用氧化铝烧结成活性氧发生元件的电介质，在氧化铝外表面烧结有厚度为8～15μm的金属钨薄膜作为放电极，放电极平行排列。

5、根据权利要求3所述的超小型活性氧净水器，其特征在于上述的活性氧发生器为线条状平行结构，由2片平板组成，每片的尺寸为(20×50×1)mm，电极间距为1～5mm，电极宽度为1～5mm，厚度为10～30μm，平行排列。

6、根据权利要求1所述的超小型活性氧净水器，其特征在于控制器由红外发生器、存贮器、锁存器、分频器、史密特触发器以及光电隔离器构成，用于控制净水器的启停，红外控制距离为100～200mm。

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