CN217458936U - 一种电穿孔杀菌净水设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电穿孔杀菌净水设备，其包括：外壳一、外电极、电极轴和纤维电极。外电极固定安装在外壳一内，电极轴固定安装在外壳一内，电极轴同轴设置设置在外电极内，纤维电极包括多个纤维细丝，多个纤维细丝均匀设置在电极轴的外侧。本实用新型通过分别在电极轴和外电极上接通电源，从而在外电极和电极轴之间形成电场，通过多个纤维细丝的尖端放电增强电场强度，流经外电极与电极轴之间的水流中的细菌在电场作用下发生不可逆的电穿孔失去活性，达到灭杀细菌的净水目的，有效地提高了灭菌净水的效率。

Description

一种电穿孔杀菌净水设备

技术领域

本实用新型涉及水处理技术领域，特别是涉及一种电穿孔杀菌净水设备。

背景技术

水质洁净安全与否对人们的健康安全有着重大意义。在水质净化的过程中，往往需要根据滤除杂质的体积进行分级过滤。而水质中的细菌由于体积小难以滤除，往往采取氯化杀菌、紫外杀菌等方式进行净化。但氯化杀菌残留的消毒剂不可避免地会产生致癌的消毒副产物，不适用于家庭个体净水。而由于不同细菌对于紫外线的抵抗能力不同，导致紫外杀菌的时长及光线强度不易调节，且紫外杀菌灯在长期使用时，灯管附着水垢，杀菌效果急剧降低，难以推广使用。

实用新型内容

为解决现有技术中饮用水杀菌效率低、净化效果差的问题，本实用新型提供一种电穿孔杀菌净水设备。电穿孔杀菌净水设备包括：外壳一、外电极、电极轴、纤维电极、上过滤仓、下过滤仓、上挡板和下挡板。

外电极、电极轴和纤维电极共同构成电穿孔杀菌模块。电穿孔杀菌模块收容在外壳一内。外壳一与输水管道连通。外电极为管状，外电极可拆卸式安装在外壳一内。外电极的外壁与外壳一的内壁紧密贴合。电极轴同轴设置在外电极内。外电极为管状导体，外电极与电极轴之间形成水流通道。纤维电极包括多个纤维细丝。多个纤维细丝均匀设置在电极轴的外侧。

本实用新型通过分别在电极轴和外电极上接通电源，从而在外电极和电极轴上接通正负相反的电极，从而在外电极和电极轴之间形成电场，通过设置在电极轴外侧的多个纤维细丝的尖端放电，将电场强度增强数倍，从而使流经外电极与电极轴之间的水流中的细菌发生不可逆的电穿孔，达到灭杀细菌的净水目的，有效地提高了灭菌净水的效率。

在其中一个实施例中，纤维电极可以为碳纤维细丝、不锈钢电极或铜电极。当采用碳纤维细丝作为纤维电极时，碳纤维细丝的长度为1-50mm，直径为5-10μm。碳纤维细丝具有高耐久性、高导电性，无毒无磨损，能提高净水的效率及净化水饮用的安全性。

在其中一个实施例中，外电极采用铜质圆管，铜质圆管的内径为30mm，长度为200mm。外电极与纤维电极的尖端间距设置在100μm-20mm。

在其中一个实施例中，外电极的外壁上可以设置导线槽，用于布设导线，将外电极和电极轴分别与外接电源连通。

在其中一个实施例中，电极轴为不锈钢金属圆柱，直径为10mm，长度为250mm。上过滤仓安装在进水口与上挡板之间，下过滤仓安装在下挡板可出水口之间。上过滤仓和下过滤仓内部均可以采用不同的过滤材料，如活性炭、聚丙烯熔喷滤芯棉和金属滤网中的任意一种或多种等。

在其中一个实施例中，外壳一的内壁中设置有空腔。外壳一的顶部开设有进水口。外壳一的底部开设有出水口。出水口为倒锥形，可以提高出水的水流流速。

在其中一个实施例中，净水设备还包括进水管。进水管与外壳一内的空腔连通，用于将流动水输送到外壳一内。

在其中一个实施例中，上过滤仓设置在外壳一的顶部。下过滤仓设置在外壳一的底部。电穿孔杀菌模块设置在上过滤仓和下过滤仓之间。

在其中一个实施例中，上过滤仓采用活性炭、聚丙烯熔喷滤芯棉和金属滤网中的任意一种或多种作为过滤材料。下过滤仓采用活性炭、聚丙烯熔喷滤芯棉和金属滤网中的任意一种或多种作为过滤材料。

在其中一个实施例中，电极轴的顶端与外电极之间固定连接一个上挡板。电极轴的底端与外电极之间固定连接一个下挡板。上挡板与下挡板均具有镂空结构，可以减缓水流的流速，调节水流的流向，还可以分别用于支撑上过滤仓和下过滤仓。水流依次通过进水管、进水口、上挡板、上过滤仓、下过滤仓和下挡板减缓流速，调节流向，避免直接冲击纤维电极，从而保护纤维电极不受损，延长净水设备的使用寿命。

与现有技术相比，本实用新型具备如下有益效果：

1.本实用新型通过分别在电极轴和外电极上接通正负相反的电极，从而在外电极和电极轴之间形成电场，通过设置在电极轴外侧的多个纤维细丝的尖端放电，将电场强度增强数倍，从而使流经外电极与电极轴之间的水流中的细菌发生不可逆的电穿孔，达到灭杀细菌的净水目的，具有高效杀菌、无毒副产物的特点。

2.碳纤维细丝具有高耐久性、高导电性，无毒无磨损，能提高净水的效率及净化水饮用的安全性。水流依次通过进水管、进水口、上挡板和上过滤仓减缓流速，调节流向，避免直接冲击纤维电极，从而保护纤维电极不受损，延长净水设备的使用寿命。

3.流动水从空腔底部蓄积直至液面超出外壳一的内壁顶面通过进水口输送到外壳一内，延长了流动水的流动路径，延长水流通过净水设备的时长，从而在保持净水效率的同时，提高杀菌效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的电穿孔杀菌净水设备的剖面结构示意图；

图2为图1中净水设备的立体结构爆炸图；

图3为图1中净水设备的局部立体结构示意图；

图4为图1中净水设备的另一立体结构示意图；

图5为图4中发电模块的剖面结构示意图。

主要元件符号说明

图中标号为：101、外壳一；103、上盖；104、上过滤仓；105、上挡板；106、电极轴；107、外电极；108、纤维电极；109、下过滤仓；1010、下挡板；1011、出水口；1012、进水管；1015、导线槽；1016、卡槽；201、进水口；202、扇叶支架；205、轴杆；207、上壳；208、扇叶；2010、磁铁；2012、线圈；2014、保护外壳；2015、下壳；2016、出水管。

以上主要元件符号说明结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请参阅图1、图2和图3，图1为本实用新型实施例1的电穿孔杀菌净水设备的剖面结构示意图；图2为图1中净水设备的立体结构爆炸图；图3为图1中净水设备的局部立体结构示意图。电穿孔杀菌净水设备包括外壳一101、外电极107、电极轴106、纤维电极108、上过滤仓104、下过滤仓109、上挡板105和下挡板1010。

外电极107、电极轴106和纤维电极108共同构成电穿孔杀菌模块。外电极107为管状，外电极107固定安装在外壳一101内。电极轴106与外电极107同轴设置。外电极107的外壁上可以设置导线槽1015，用于布设导线，将外电极107和电极轴106分别与外接电源连通。纤维电极108包括多个均匀布设的纤维细丝。多个纤维细丝均匀设置在电极轴106的外侧。电极轴106的顶端与外电极107之间固定连接一个上挡板105。电极轴106的底端与外电极107之间固定连接一个下挡板1010。上挡板105与下挡板1010均具有镂空结构，可以减缓水流的流速，调节水流的流向，还可以分别用于支撑上过滤仓104和下过滤仓109。电极轴106的底端开设有卡槽1016，下挡板1010的中心处开设有通槽，通槽内设置有一个与卡槽1016匹配的卡块。电极轴106通过卡槽1016和卡块的卡接固定在下挡板1010上。

纤维电极108可以为碳纤维细丝、不锈钢电极或铜电极。当采用碳纤维细丝作为纤维电极108时，碳纤维细丝的长度为1-50mm，直径为5-10μm。碳纤维细丝和目前的金属纳米线相比，具有以下有点：Ⅰ、高耐久性：碳纤维耐磨、耐腐蚀、高强度、高韧性使其在日常供水的冲刷下依然可以保持足够的耐久性不易发生磨损脱落，解决了局部增强电场处理净水设备的耐久性问题，并且成本更低，维护及更换更加方便，充分满足多种情况下的使用需求，实用价值高，适用范围广。Ⅱ、高导电性：碳纤维的高导电性可以使其更容易积累电荷发生电穿孔，更有利于提升电穿孔杀菌效率。Ⅲ、无毒无磨损：碳纤维本身无毒，更不易发生磨损，电穿孔过程也不会产生毒副物质，全程无有害物质产生，更加健康安全。碳纤维虽然尖端直径更大7μm，但高韧性可以使它获得更大的长径比，本身的高导电性可以更好的结合外接电源，依然可以起到局部增强电场满足电穿孔杀菌的需求。碳纤维细丝在积累电荷增强局部电场发生尖端放电现象，在多种静电消除设备中已有成熟应用。外电极107和电极轴106的材质均为导电材料，如金属、石墨、导电橡胶等。外电极107、电极轴106和纤维电极108的材质和尺寸相互配合。外电极107与纤维电极108的尖端间距设置在100μm-20mm。本实施例中，采用长度为5mm、直径为7μm的纤维细丝。外电极107采用铜质圆管，铜质圆管的内径为30mm，长度为200mm。外电极107与纤维细丝的尖端间距为5mm。电极轴106选用不锈钢金属圆柱，直径为10mm，长度为250mm。电穿孔杀菌模块可以设置为一个或多个，其排布方式依据水流的流量和流速以及使用方式而定。

分别将电极轴106和外电极107接通正负相反的电极，从而在外电极107和电极轴106之间形成电场。通过设置在电极轴106外侧的多个纤维细丝的尖端放电，将电场强度增强数倍，从而使流经外电极107与电极轴106之间的水流中的细菌发生不可逆的电穿孔，达到灭杀细菌的净水目的。

外壳一101的内壁中设置有空腔。空腔与一个进水管1012连通。外壳一101的顶部开设有进水口201。外壳一101的顶部还可以可拆式连接一个上盖103。外壳一101和上盖103可以采用相同的材质，如塑料件、金属件或高分子材料件等。为了便于加工，降低成本，本实施例采用塑料制件。在家用净水中，外壳一101的长度最好设置为250mm，直径为70mm。外壳一101的底部开设有出水口1011。出水口1011为倒锥形，可以提高出水的水流流速。外电极107同轴安装在外壳一101内。上过滤仓104安装在进水口201与上挡板105之间，下过滤仓109安装在下挡板1010和出水口1011之间。上过滤仓104和下过滤仓109内部均可以采用不同的过滤材料，如活性炭、聚丙烯熔喷滤芯棉和金属滤网中的任意一种或多种等。本实施例选用活性炭、聚丙烯熔喷滤芯棉、金属滤网三种材料叠加的滤芯，滤芯与上过滤仓104的内壁或下过滤仓109的内壁紧密贴合。上过滤仓104和下过滤仓109的材质和尺寸较为相似，区别在于，下过滤仓109的过滤孔径更小。水流通过进水管1012流入空腔，随后从外壳一101的进水口201流入外壳一101内部，先经过上过滤仓104进行一级过滤净化，去除悬浮物颗粒、胶体物质等杂质，降低对电穿孔的干扰，避免冲击磨损纤维细丝，随后在电穿孔杀菌模块内进行二级杀菌净化，通过强电场使细菌产生电穿孔失去活性，并将部分带电的小颗粒杂质聚合为大颗粒杂质，最后通过下过滤仓109进行三级过滤净化，滤除更小粒径的杂质及由电穿孔杀菌中额外产生的杂质，提高杀菌净水的效率及净化效果。在净化过程中，水流依次通过进水管1012、进水口201、上挡板105、上过滤仓104、下过滤仓109和下挡板1010减缓流速，调节流向，避免直接冲击纤维电极108，从而保护纤维电极108不受损，延长净水设备的使用寿命。随后水流从出水口1011流出，增大流速，更好地满足用水需求。

为了便于电穿孔杀菌模块的单独使用，还可以在外壳一101上安装一个电容器。电容器为可充电电源，用于对电穿孔杀菌模块供电。当然，在其他实施例中，还可以在外壳一101上安装多个紫外灭菌灯，通过紫外灭菌提高净水的效率。紫外灭菌灯可以由电容器供电。

请结合图4和图5，图4为图1中净水设备的另一立体结构示意图；图5为图4中净水设备的局部剖面结构示意图。为了实现净水设备的无成本运行，本实施例还提供一个发电模块。发电模块可以连通在水路管道上，将水流的机械能转化为电能，为净水设备供电。发电模块包括外壳二和发电单元。

外壳二包括上壳207、下壳2015和保护外壳2014。上壳207与下壳2015可拆卸式连接。保护外壳2014包覆在上壳207外侧。上壳207的顶部设置有进水口201。下壳2015与一个出水管2016连通。上壳207与下壳2015均为硬质的绝缘外壳，如塑料外壳、玻璃外壳、陶瓷外壳等。上壳207与下壳2015之间可以采用螺纹连接、卡接等任意一种连接方式，只要具备足够的稳固性和密封性即可。保护外壳2014包覆在上壳207的外侧，可以采用金属外壳、塑料外壳或弹性外壳，用于保护上壳207不受损伤，防止上壳207漏水。

发电单元安装在外壳二内，具体的，发电单元设置在上壳207内。发电单元可以采用摩擦发电极，也可以采用电磁发电极。摩擦发电极通过水流冲击带动摩擦发电元件产生摩擦，从而产生电荷的迁移，通过与摩擦材料连通的电极产出电量。电磁发电极则通过水流驱动叶轮旋转，从而驱动磁铁2010旋转切割磁感线，使得线圈2012内产生电量。当采用电磁发电极时，发电单元包括扇叶支架202、上轴承、下轴承、轴杆205、扇叶208、磁铁2010和线圈2012。扇叶支架202固定安装在上壳207的顶部。扇叶支架202内设置有用于安装上轴承的上轴承槽。上壳207的底部设置有用于安装下轴承的下轴承槽。轴杆205的两端分别与上轴承和下轴承固定连接。扇叶208固定安装在轴杆205的底部外侧。扇叶208可以是一体成型的环形扇叶208，也可以是分别固定安装在轴杆205外侧的多个叶片。多个叶片可以通过扇叶轴与轴杆205固定连接。磁铁2010嵌入式安装在扇叶208上。上壳207的外壁上设置有用于收容线圈2012的线圈2012槽。线圈2012可以使用金属导电材料，如铜线圈、银线圈等。发电单元的各个元件的尺寸均可依据使用人群、环境、地区而定，如室外可以选用较大尺寸，出行可以选用较小尺寸方便携带。发电单元的各个元件的材料也可自行选取，考虑到净水器的定期清洗、销售成本，除磁铁2010和线圈2012外，发电单元的其他元件均采用塑料制件。发电单元的外侧还可以设置一个扇叶208保护壳，扇叶支架202与扇叶208保护壳固定连接，使发电单元形成一个整体，便于安装或拆卸，便于单独清洗。水流从进水口201流入上壳207内，自上而下冲击扇叶208驱动扇叶208旋转切割磁感线产生电流，产出的电流用于对电穿孔杀菌模块供电。水流驱动扇叶208旋转后蓄积在下壳2015内，通过出水管2016向外排出。当然，在其他实施例中，进水口201也可以设置为多个，水流的方向也可以调整为横向或斜向，只要能驱动扇叶208旋转即可。当进水口201为单个时，可以将进水口201直接与管道连通。当进水口201为多个时，可以直接将外壳二安装在管道内。

本实施例提供的净水设备通过水流流动带动发电单元产生能量，为电穿孔杀菌模块供能，产生高强度电场使水流中细菌的细胞膜通透性急剧增加，发生不可逆电穿孔以达到杀死细菌的净水目的。采用纤维细丝作为电极，可以将纤维细丝的尖端附近电场增强几个数量级，从而在施加较低的电压情况下使病原体失活。通过多个发电单元协同工作，纤维细丝作为辅助电极增强电场，结合密封滤芯的净水方式，更好的解决了传统过滤手段中的杀菌问题，实现了易安装、体积小、结构简单、方便携带、高效杀菌、无消毒副产物、无需安装外接电源的优点。同时，本实施例还有效地解决了传统纳米线辅助净水过程中出现的纳米线不牢固、易磨损、易脱落等缺点导致的高成本，难维护，耐久性差等问题，在一定程度上缓解了传统纳米线辅助电穿孔总净水量低，仅能应用在流速低的情况，实用价值高，适用范围广。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电穿孔杀菌净水设备，其特征在于，其包括：

外壳一(101)，其与输水管道连通；

外电极(107)，其可拆卸式安装在所述外壳一(101)内；所述外电极(107)为管状导体；所述外电极(107)的外壁与所述外壳一(101)的内壁紧密贴合；

电极轴(106)，其同轴设置在所述外电极(107)内；所述电极轴(106)和所述外电极(107)之间设置有水流通道；所述电极轴(106)为圆柱形导体；所述电极轴(106)可拆卸式安装在所述外壳一(101)内；以及

纤维电极(108)，其固定连接在所述电极轴(106)上；所述纤维电极(108)包括多个均匀分布的纤维细丝；所述外电极(107)、所述电极轴(106)和所述纤维电极(108)共同构成电穿孔杀菌模块。

2.如权利要求1所述的一种电穿孔杀菌净水设备，其特征在于，所述纤维细丝为碳纤维细丝、不锈钢电极或铜电极；当采用碳纤维细丝时，所述碳纤维细丝的长度为1mm-50mm，直径为5μm-10μm。

3.如权利要求1所述的一种电穿孔杀菌净水设备，其特征在于，所述外电极(107)为铜质圆管；所述铜质圆管的内径为30mm，长度为200mm；所述外电极(107)与所述纤维细丝的间距为100μm-20mm。

4.根据权利要求3所述的电穿孔杀菌净水设备，其特征在于，所述外电极(107)的外壁上设置有导线槽(1015)；所述导线槽(1015)内布设有用于连通发电单元和电穿孔杀菌模块的多个导线。

5.如权利要求1所述的一种电穿孔杀菌净水设备，其特征在于，所述电极轴(106)为不锈钢圆柱，直径为10mm，长度为250mm。

6.如权利要求1所述的一种电穿孔杀菌净水设备，其特征在于，所述外壳一(101)的内壁中设置有空腔；所述外壳一(101)的顶端开设有进水口(201)；所述进水口(201)与所述空腔连通；所述外壳一(101)的底端开设有出水口(1011)。

7.如权利要求6所述的一种电穿孔杀菌净水设备，其特征在于，所述净水设备还包括进水管(1012)；所述进水管(1012)与所述外壳一(101)内的空腔连通。

8.如权利要求6所述的一种电穿孔杀菌净水设备，其特征在于，所述净水设备还包括上过滤仓(104)和下过滤仓(109)；所述上过滤仓(104)设置在所述外壳一(101)的顶部；所述下过滤仓(109)设置在所述外壳一(101)的底部；所述电穿孔杀菌模块设置在所述上过滤仓(104)和所述下过滤仓(109)之间。

9.如权利要求8所述的一种电穿孔杀菌净水设备，其特征在于，所述上过滤仓(104)采用活性炭、聚丙烯熔喷滤芯棉和金属滤网中的任意一种或多种作为过滤材料；所述下过滤仓(109)采用活性炭、聚丙烯熔喷滤芯棉和金属滤网中的任意一种或多种作为过滤材料。

10.如权利要求9所述的一种电穿孔杀菌净水设备，其特征在于，所述净水设备还包括上挡板(105)和下挡板(1010)；所述上挡板(105)安装在所述上过滤仓(104)和所述电穿孔杀菌模块之间；所述下挡板(1010)安装在所述下过滤仓(109)和所述电穿孔杀菌模块之间；所述上挡板(105)和所述下挡板(1010)均具有镂空结构。

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