CN219058613U - 用于饮用水设备后端出水口的uvc-led消毒装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种用于饮用水设备后端出水口的UVC‑LED消毒装置，包含冷热进水口、出水口、透明光照水流管、水流传感器、UVC‑LED光源、LED驱动电源和LED外壳散热体；透明光照水流管两端分别连接冷热进水口和出水口；水流传感器设置在透明光照水流管与冷热进水口的连接处；透明光照水流管还设置有透明螺旋蛇形内芯管。本实用新型选取最大值的紫外线照射剂量进行杀菌消毒，依据最大值的紫外线照射剂量计算出UVC‑LED灯珠的数量和LED辐射功率，再进行UVC‑LED光源的电子线路排布和PCB板制作，能够使用UV‑LED紫外线消毒杀灭饮用水中的微生物、细菌或病毒，使其水质指标及限制和菌落总数符合国家标准。
Description
技术领域
本实用新型涉及水净化技术领域，尤其涉及一种用于饮用水设备后端出水口的UVC-LED消毒装置。
背景技术
病毒在全球水环境中普遍存在，人类面临病毒暴露、感染的风险。然而对病毒在水环境、水处理工艺中的相关认识仍有待深入，亟待建立高灵敏度、特异性的多种病毒浓缩、分析方法和消杀功能设备，以准确评估其在水环境、水处理工艺中的存活、迁移与去除规律，并开发高效的饮用水消毒设备装置。通过构建从源头到龙头到出水口的饮用水多级屏障技术，能有效控制由病毒引发的饮用水的水质风险。UV-LED紫外线消毒就是光子攻击饮用水中微生物或病毒的DNA，在其链上形成嘧啶二聚体，阻止DNA的复制，从而使微生物丧失繁殖能力。DNA吸收光谱在260-280nm的范围，吸收波峰在270nm，在这个波段的紫外线具有消毒效果。当UVC紫外线照射到饮用水中的微生物时，便发生能量的传递和积累，积累结果造成微生物的灭活，从而达到消毒的目的。紫外线一方面可使细菌病毒核酸突变、阻碍其复制、转录封锁及蛋白质的合成；另一方面，产生自由基可引起光电离，从而导致细菌的死亡。
市政自来水大型工业直饮机和部分家庭饮水设备，其结构一般包含自来水接口，流入深度过滤，再流到储水桶，(少数包含)储水桶紫外消毒装置，再到加热装置，最后冷热出水口。但是这种结构的饮水设备“从储水桶到冷热出水口”过程中，受空气接触和水管的污染，不可避免地存在细菌的污染，导致菌落总数超标。冷水出水口菌落总数超标：依据GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》，水质常规指标及限制，菌落总数＜100CFU/mL，不得检出总大肠菌群、大肠埃希氏菌、耐热大肠菌群。故在出水口需要加装紫外杀菌消毒装置，解决最后端的水质标准。
饮用水的LED紫外线杀菌消毒效果，主要受三个方面的影响：UVC-LED光源的辐射强度，杀菌消毒的辐射距离、紫外光的辐射时间。相对于一个特定的LED紫外辐射源，紫外辐射强度并非一成不变的，通常紫外线的辐射强度与辐射距离成反比、与辐射时间成正比。也就是说，辐射距离增大就会导致紫外线辐射强度逐渐减弱；辐射时间增长就会导致紫外线辐射强度逐渐增强。常规的饮用水的LED紫外线杀菌消毒没有考虑到辐射强度、杀菌消毒的辐射距离、紫外光的辐射时间的线性关系对杀菌消毒的影响。
饮用水的LED紫外线的杀菌能力是由紫外线的辐射剂量所决定,它等于紫外线的强度(uW/cm2)与照射时间(s)的乘积。选定紫外线的辐射剂量时，辐射剂量过高造成不必要的浪费,过低则达不到消毒的目的。饮用水的杀菌消毒应该侧重于杀灭通过水传播疾病的肠道细菌,一般认为,饮用水的紫外线消毒所需的辐射剂量最小不小于10000uW/cm2。
饮用水的紫外消毒技术存在的问题：①光复活现象：经过UV照射后，微生物的UV损伤能被可见光所逆转，称为光复活现象。研究与实际应用中均指出，应尽可能采取较大的剂量和强度以减少光复活带来的负面影响。②无持续能力：由于紫外消毒是物理消毒形式，所以污染源再次出现，将会重新受到污染，但如果持续地保持紫外消毒，成本上会偏高。③穿透力低下：紫外线辐照能力低，穿透力弱，仅能杀灭直接照射到的微生物。水的色度、浊度、有机物和氨氮等都会严重影响紫外线的消毒效果，所以在设计紫外线消毒工艺时，应尽可能把此工艺放在处理末端，并通过改变流速，优化LED紫外光源布置等来提高水与紫外线的接触面积和时间，使得被消毒物质充分暴露于紫外线中，以保证消毒效果。
实用新型内容
基于此，本实用新型提供一种用于饮用水设备后端出水口的UVC-LED消毒装置，能够使用UV-LED紫外线100％消毒杀灭饮用水中的微生物、细菌或病毒，尤其针对流动水流中细菌等微生物的动态消毒灭菌，达到了即用即杀的使用效果，使水质常规指标和菌落总数符合国家标准。
本实用新型的目的通过以下技术方案实现：
一种用于饮用水设备后端出水口的UVC-LED消毒装置，包含冷热进水口和出水口。所述UVC-LED消毒装置还包括透明光照水流管、水流传感器、UVC-LED光源、LED驱动电源和LED外壳散热体；所述UVC-LED光源、LED驱动电源和LED外壳散热体沿透明光照水流管的外围设置；所述透明光照水流管的一端通过入水口套管与冷热进水口连接，所述透明光照水流管的另一端通过出水口套管与出水口连接；所述水流传感器设置在所述透明光照水流管与冷热进水口的连接处；所述透明光照水流管内设置有透明内芯管；所述UVC-LED光源包括PCB板以及设置在PCB板上的UV-LED灯珠。
进一步地，所述透明内芯管为螺旋蛇形。
进一步地，所述UV-LED灯珠为6颗。
进一步地，所述UVC-LED光源为发光波长λp＝270～280nm的紫外光LED光源。
进一步地，所述水流传感器由铜阀体、水流转子组件、稳流组件和霍尔元件组成，水流过转子组件时，转子转动，转子转速随着流量成线性变化，霍尔元件输出相应的脉冲信号反馈给LED驱动电源。
进一步地，所述LED驱动电源采用PWM调光模式设计，所述水流传感器的脉冲信号传输给LED驱动电源，LED驱动电源通过电源芯片内部模块输出PWM信号，实现PWM信号输出，进而调节UVC-LED光源的光照剂量。
进一步地，所述透明光照水流管采用石英玻璃或高硼硅玻璃制作。
进一步地，所述透明内芯管采用石英玻璃或高硼硅玻璃制作。
本实用新型的有益效果：
本实用新型的UVC-LED消毒装置中UVC-LED光源依据饮用水中存在的病毒、细菌、酵母菌和霉，选取最大值的紫外线照射剂量进行杀菌消毒，依据最大值的紫外线照射剂量计算出UVC-LED灯珠的数量和LED辐射功率，再进行UVC-LED光源的电子线路排布和PCB板制作，对饮用水设备末端的出水进行杀菌消毒，使其水质常规指标符合国家标准。本实用新型的消毒装置解决了饮用水中微生物污染和细菌超标的问题，尤其针对流动水流中细菌等微生物的动态消毒灭菌，达到了即用即杀的使用效果。
本实用新型的透明光照水流管，内芯管为螺旋蛇形透明管，增加了玻璃管的长度，使有限的水管长度延长了水流通过的时间，从而增大了紫外光杀菌消毒的辐射时间和杀菌消毒的有效面积，增加了杀菌消毒的效果。
附图说明
图1本实用新型实施例的结构分解示意图；
图2本实用新型实施例的结构剖面示意图；
图3本实用新型实施例透明光照水流管的结构示意图；
图4本实用新型实施例的整体结构示意图。
附图标记说明：11-冷热进水口、12-出水口、13-透明光照水流管、14-透明螺旋蛇形内芯管、15-水流传感器、16-PCB板、17-UV-LED灯珠、18-LED驱动电源、19-LED外壳散热体、20-入水口套管、21-出水口套管。
具体实施方式
为了进一步理解本实用新型，下面结合具体实施例对本实用新型的方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制。
如图1、图2、图3和图4所示，本实施例中，一种用于饮用水设备后端出水口的UVC-LED消毒装置，包含冷热进水口11和出水口12，UVC-LED消毒装置还包括透明光照水流管13、水流传感器15、UVC-LED光源、LED驱动电源18和LED外壳散热体19；水流传感器15、UVC-LED光源和LED驱动电源18之间电连接；UVC-LED光源、LED驱动电源18和LED外壳散热体19沿透明光照水流管13的外围设置；透明光照水流管13的一端通过入水口套管20与冷热进水口11连接，透明光照水流管13的另一端通过出水口套管21与出水口12连接；水流传感器15设置在透明光照水流管13与冷热进水口11的连接处；透明光照水流管13内设置有透明螺旋蛇形内芯管14。
本实施例中，UVC-LED光源包括PCB板16以及设置在PCB板16上的UV-LED灯珠17，UVC-LED光源为发光波长λp＝270～280nm的紫外光LED光源。
本实施例中，水流传感器15主要由铜阀体、水流转子组件、稳流组件和霍尔元件组成。水流传感器15装在透明光照水流管13与冷热进水口11的连接处，即装在透明光照水流管13的进水端入口，用于测量进水流量，当水流过转子组件时，转子转动，并且转子转速随着流量成线性变化，霍尔元件输出相应的脉冲信号反馈给LED驱动电源18，LED驱动电源18通过电源芯片内部模块输出PWM信号，实现PWM信号输出，进而调节UVC-LED光源的光照剂量。
本实施例中，UVC-LED消毒装置设置了透明光照水流管，内芯管设置为螺旋蛇形透明管，增加了玻璃管的长度，使有限的水管长度延长了水流通过的时间，从而增大了紫外光杀菌消毒的辐射时间和杀菌消毒的有效面积，增加了杀菌消毒的效果。
本实施例中，透明光照水流管13采用石英玻璃制作，透明螺旋蛇形内芯管14采用石英玻璃制作。
在其它实施例中，透明光照水流管13可采用高硼硅玻璃制作，透明螺旋蛇形内芯管14可采用高硼硅玻璃制作。
本实施例中，采用UVC-LED消毒装置的消毒方法，包括：依据常规饮用水设备的最大设计流速，计算出水流经过螺旋蛇形透明管的时间，依据饮用水的紫外线照射剂量中杀菌消毒最大值计算出UVC-LED光源中UV-LED灯珠17的数量和LED辐射总功率，照射剂量PO(J/m2)＝照射时间T(s)×LED辐射总功率Ps(W/m2)；饮用水经过进水口，流经水流传感器15，水流量信号传送给LED驱动电源18，启动UVC-LED光源开始工作，饮用水经过螺旋蛇形透明管，UVC-LED光源对饮用水中的病毒细菌进行紫外辐射杀菌。
本实施例中，依据常规饮用水设备的最大设计流速1.5-2.0L/min，计算出水流经过螺旋蛇形透明管的时间，即可认定为流动水流中细菌微生物的紫外线LED动态杀菌消毒时间，依据饮用水的紫外线照射剂量中杀菌消毒最大值计算出UVC-LED光源中UV-LED灯珠17的数量和LED辐射总功。计算出UVC-LED光源中UV-LED灯珠17的数量和LED辐射总功率，具体为：
(1)UVC紫外光通过率设定为75％；(包含光量子折射80％、92％玻璃透光率)。
(2)饮用水中紫外线照射剂量PO选取最大值进行杀菌消毒；
例如鼠伤寒沙门氏菌99％/2LOG/Reduction＝13200μWs/cm2，
PO(Max)＝13200μws/cm2÷0.75＝17600μws/cm2。
(3)设计水流高度L＝H(H为透明光照水流管13长度)×1.5(内芯管管曲度)＝4cm×1.5＝6cm。
(4)依据饮水设备的流量Q＝1.5L/min＝25cm3/s，设定水管直径￠1＝8mm，内芯管直径￠2＝6mm。
(5)计算得出：
内芯管横切面S＝28.26mm2＝0.2826cm2；
依据流体力学Q＝S×V，得出水流速度V＝25÷0.2826＝88.5cm/s；
时间T＝L÷V＝6cm÷88.5cm/s＝0.0678s；
流体阻力系数0.8，实际T＇＝时间T/0.8＝0.085s。
(6)LED辐射总功率Ps＝PO÷T＇＝17600÷0.085＝207058uW＝207mW，从而得出UVC-LED的需求总光功率，即需求UVC-LED辐射光功率约为207mW，从而设计使用UVC-LED灯珠功率＝40mW，则需要六颗UVC-LED灯珠。
本实施例中，依据饮水设备的流量、水管直径和水流高度，设计制作透明螺旋蛇形内芯管14。
本实施例中，依据UVC-LED光源中UV-LED灯珠17的数量和LED辐射总功率的计算结果，进行UV-LED灯珠17数量的拓扑排布和PCB板16电子线路设计制作。其LED光源选择常规λp＝270-280nm的紫外光LED光源。
本实施例中，依据常规设计、制作、提供水流传感器15。
本实施例中，依据常规设计、制作、提供PWM调光模式的LED驱动电源18。
通过本实用新型UVC-LED消毒装置及消毒方法，能够使用UV-LED紫外线100％消毒杀灭饮用水中的微生物、细菌或病毒，尤其针对流动水流中细菌等微生物的动态消毒灭菌，达到了即用即杀的使用效果，使水质常规指标和菌落总数符合国家标准。
根据上述说明书的揭示，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。
Claims (8)
1.一种用于饮用水设备后端出水口的UVC-LED消毒装置，包含冷热进水口和出水口，其特征在于：所述UVC-LED消毒装置还包括透明光照水流管、水流传感器、UVC-LED光源、LED驱动电源和LED外壳散热体；所述UVC-LED光源、LED驱动电源和LED外壳散热体沿透明光照水流管的外围设置；所述透明光照水流管的一端通过入水口套管与冷热进水口连接，所述透明光照水流管的另一端通过出水口套管与出水口连接；所述水流传感器设置在所述透明光照水流管与冷热进水口的连接处；所述透明光照水流管内设置有透明内芯管；所述UVC-LED光源包括PCB板以及设置在PCB板上的UV-LED灯珠。
2.根据权利要求1所述的用于饮用水设备后端出水口的UVC-LED消毒装置，其特征在于：所述透明内芯管为螺旋蛇形。
3.根据权利要求1所述的用于饮用水设备后端出水口的UVC-LED消毒装置，其特征在于：所述UV-LED灯珠为6颗。
4.根据权利要求1所述的用于饮用水设备后端出水口的UVC-LED消毒装置，其特征在于：所述UVC-LED光源为发光波长λp＝270～280nm的紫外光LED光源。
5.根据权利要求1所述的用于饮用水设备后端出水口的UVC-LED消毒装置，其特征在于：所述水流传感器由铜阀体、水流转子组件、稳流组件和霍尔元件组成，水流过转子组件时，转子转动，转子转速随着流量成线性变化，霍尔元件输出相应的脉冲信号反馈给LED驱动电源。
6.根据权利要求5所述的用于饮用水设备后端出水口的UVC-LED消毒装置，其特征在于：所述LED驱动电源采用PWM调光模式设计，所述水流传感器的脉冲信号传输给LED驱动电源，LED驱动电源通过电源芯片内部模块输出PWM信号，进而调节UVC-LED光源的光照剂量。
7.根据权利要求2所述的用于饮用水设备后端出水口的UVC-LED消毒装置，其特征在于：所述透明光照水流管采用石英玻璃或高硼硅玻璃制作。
8.根据权利要求2所述的用于饮用水设备后端出水口的UVC-LED消毒装置，其特征在于：所述透明内芯管采用石英玻璃或高硼硅玻璃制作。
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| CN (1) | CN219058613U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116002801A (zh) * | 2022-12-16 | 2023-04-25 | 东莞市中皓照明科技有限公司 | 用于饮用水设备后端出水口的uvc-led消毒装置及消毒方法 |
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2022
- 2022-12-16 CN CN202223422490.3U patent/CN219058613U/zh active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116002801A (zh) * | 2022-12-16 | 2023-04-25 | 东莞市中皓照明科技有限公司 | 用于饮用水设备后端出水口的uvc-led消毒装置及消毒方法 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |