專利名稱：光伏驅(qū)動(dòng)的紫外燈殺菌太陽(yáng)能熱水裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明基于物理方法、光熱理論、光電理論和熱力學(xué)原理，提出了光伏驅(qū)動(dòng)紫外燈
殺菌太陽(yáng)能熱水裝置。涉及紫外光殺菌技術(shù)、太陽(yáng)能熱利用技術(shù)、光電轉(zhuǎn)換技術(shù)和換熱技 術(shù)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的化石能源資源日益枯竭，并且利用過(guò)程中嚴(yán)重污染環(huán)境，制約了世界經(jīng)濟(jì) 的可持續(xù)發(fā)展。與此同時(shí)，人們對(duì)能源的需求日益?zhèn)樤?，已成為重要的?zhàn)略物資，在這種情 況下，利用可再生能源是必然的趨勢(shì)，尤其太陽(yáng)能作為一種"取之不盡，用之不竭"的安全、 節(jié)能、環(huán)保等新能源越來(lái)越受到世人的注意。 太陽(yáng)能光伏發(fā)電是可再生能源的重要發(fā)展方向，2000-2004年在全球可再生能源 總能量平均年增長(zhǎng)率排名中，太陽(yáng)能光伏發(fā)電位列第一。光伏發(fā)電具有安裝靈活，與其他能 源互補(bǔ)性強(qiáng)等特點(diǎn)。光伏發(fā)電可以從根本上解決人類的能源問題，清潔無(wú)污染。同時(shí)，隨著 其轉(zhuǎn)化效率的提高，光伏的市場(chǎng)推廣存在很好的前景。 目前，太陽(yáng)能熱水裝置由于其價(jià)格適中、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，在熱水工程市場(chǎng)和國(guó)
際市場(chǎng)都取得了不俗的業(yè)績(jī)，同時(shí)國(guó)家的家電下鄉(xiāng)政策，太陽(yáng)能熱水裝置擁有更開闊的前
旦 豕。 隨著人民生活水平的提高，保健意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)于生活用水的品質(zhì)要求也越來(lái)越 嚴(yán)格。據(jù)近期調(diào)查顯示，生活用水在3天內(nèi)會(huì)滋生出大量的污染物，主要污染指標(biāo)為細(xì)菌總 數(shù)、霉菌和酵母菌，隨著水儲(chǔ)存時(shí)間的增加，水箱內(nèi)微生物大量繁殖，存在引起大腸菌群和 致病菌的可能性，從而生活用水不符合細(xì)菌學(xué)指標(biāo)，違法生活熱水標(biāo)準(zhǔn)。為了控制生活用水 中微生物污染，改造現(xiàn)有結(jié)構(gòu)是努力方向，目前主要方法存在2種，(1)在供水管網(wǎng)末端連 接UV消毒設(shè)備；(2)利用03直接對(duì)生活用水進(jìn)行殺菌。 利用臭氧直接進(jìn)行生活用水殺菌，其優(yōu)點(diǎn)是有很強(qiáng)的殺菌力和沒有二次污染。但 是臭氧發(fā)生發(fā)生裝置較為復(fù)雜，投資大和運(yùn)行費(fèi)用較高；臭氧在水中不穩(wěn)定，容易放失，因 而不能在配水管網(wǎng)中繼續(xù)保持殺菌能力；臭氧不能貯存，只能邊生產(chǎn)邊使用。最后，水溫對(duì) 臭氧的溶解度影響顯著。半衰期也主要取決于水溫，水溫高則半衰期短，水溫低則半衰期 長(zhǎng)。由于臭氧的物理特性，在太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)中利用臭氧對(duì)生活熱水殺菌存在一定的局限 性。 利用紫外燈對(duì)生活用水殺菌，其優(yōu)點(diǎn)(l)殺毒效率高，殺菌時(shí)間非常短，例如對(duì) 霉菌孢子、水藻等幾類常見細(xì)菌病毒的殺菌時(shí)間在一秒之內(nèi)，殺菌效率高達(dá)99% ;(2)不產(chǎn) 生二次污染；(3)無(wú)生物免疫力，紫外線殺菌是通過(guò)破壞微生物遺傳物質(zhì)DNA，干擾其復(fù)制 和轉(zhuǎn)錄，使其失去繁殖能力進(jìn)而對(duì)其滅活的，屬于物理方法殺菌；(4)殺菌廣譜性(5)運(yùn)行 安全性高、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低、安裝操作簡(jiǎn)便、占地小、可以連續(xù)大量消毒等。但是紫外光殺菌 也存在不能提供剩余的消毒能力和細(xì)菌再生和再污染的問題。傳統(tǒng)的紫外燈殺菌裝置，造 成一定的UV劑量的浪費(fèi)和殺菌不均勻性。本專利采用紫外燈與水箱一體裝置，屬于封閉式紫外殺菌裝置，改變要盡量使水流在反應(yīng)器內(nèi)部形成活塞流以充分接受輻照的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)觀 念，提出新的觀念利用自身的結(jié)構(gòu)使得紫外能量在水體里更加均勻地分布，對(duì)水的流動(dòng)不
作特別要求。同時(shí)，新的生活熱水標(biāo)準(zhǔn)(GB5749-2006)中的微生物指標(biāo)增加了對(duì)賈第鞭毛 蟲、隱孢子蟲的檢測(cè)和限值，這無(wú)疑為紫外線技術(shù)在我國(guó)水處理中的應(yīng)用起到了巨大的推 動(dòng)作用。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的光伏驅(qū)動(dòng)的紫外燈殺菌太陽(yáng) 能熱水裝置，該裝置將太陽(yáng)能熱水裝置、紫外燈殺菌技術(shù)和光電裝化技術(shù)相結(jié)合，采用紫外 燈與水箱一體裝置，同時(shí)利用光伏發(fā)電提供紫外燈的能量，提供更高效、更可靠、更安全的 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)殺菌模式。
技術(shù)方案本發(fā)明提出的光伏驅(qū)動(dòng)紫外燈殺菌太陽(yáng)能熱水裝置，其中包括太陽(yáng)
能熱水裝置、紫外燈殺菌裝置和光電轉(zhuǎn)化和蓄能裝置；其中，太陽(yáng)能熱水裝置由太陽(yáng)能真空
管集熱器、循環(huán)水泵、紫外燈一體水箱以及管路組成一個(gè)回路；光電轉(zhuǎn)化和蓄能裝置中，太
陽(yáng)能電池板、蓄電池串聯(lián)成一個(gè)回路；蓄電池的兩電極與紫外燈的兩電極相連接。 在紫外燈一體水箱中設(shè)有石英套管，在石英套管中設(shè)有紫外燈在紫外燈一體水箱
的側(cè)面設(shè)有進(jìn)水口 、出水口 、供水口 、水箱補(bǔ)水口 。 水箱與紫外燈一體裝置是本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn).水箱的結(jié)構(gòu)是紫外燈殺菌效果的因 素之一。本方案的水箱采用不銹鋼材料，水箱采用圓筒形狀，豎立放置，箱體外側(cè)加保溫層， 水箱內(nèi)表面通過(guò)化學(xué)研磨成拋光處理。紫外燈置于水箱內(nèi)部，利用石英套管作為紫外燈的 套管，將紫外燈與生活熱水分隔開，以保證紫外燈在水箱內(nèi)部安全、穩(wěn)定、可靠的殺菌。
光電轉(zhuǎn)化與蓄能裝置包括光伏電池板和蓄電池組，光伏電池板輸出端接逆變器、 逆變器的輸出端接蓄電池組。 工作過(guò)程如下水循環(huán)過(guò)程，生活用水通過(guò)循環(huán)水泵，進(jìn)入太陽(yáng)能集熱器，吸收太 陽(yáng)能，通過(guò)不斷循環(huán)加熱至設(shè)定水溫，關(guān)閉循環(huán)水泵；蓄電過(guò)程，光伏電池板吸收太陽(yáng)能，轉(zhuǎn) 變?yōu)殡娔?，通過(guò)蓄電池組儲(chǔ)存電量；殺菌過(guò)程，完成水循環(huán)過(guò)程和蓄電過(guò)程后，打開蓄電池 對(duì)紫外燈供電，紫外燈進(jìn)行水箱內(nèi)生活熱水殺菌。
有益效果本發(fā)明的有益效果是 1.該裝置控制生活熱水中微生物污染，提高了生活熱水的品質(zhì)。 2.水箱與紫外燈一體化裝置，利用水箱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，生活熱水紫外殺菌均勻。 3.水箱與紫外燈的結(jié)構(gòu)相對(duì)獨(dú)立，便于紫外燈的安裝和拆卸。


圖1是光伏驅(qū)動(dòng)的紫外燈殺菌太陽(yáng)能熱水裝置的原理圖。
圖2是水箱_紫外燈一體化裝置的示意圖。 其中包括太陽(yáng)能真空管集熱器1、循環(huán)水泵2、紫外燈一體水箱3、太陽(yáng)能電池板 4、蓄電池5、出水口 6、供水口 7、石英套管8、水箱補(bǔ)水口 9、紫外燈10、進(jìn)水口 11。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明包括包括太陽(yáng)能熱水裝置、紫外燈殺菌裝置和光電轉(zhuǎn)化和蓄能裝置；其中， 太陽(yáng)能熱水裝置由太陽(yáng)能真空管集熱器1、循環(huán)水泵2、紫外燈一體水箱3以及管路組成一個(gè) 回路；光電轉(zhuǎn)化和蓄能裝置中，太陽(yáng)能電池板4、蓄電池5串聯(lián)成一個(gè)回路；蓄電池5的兩電極 與紫外燈10的兩電極相連接。在紫外燈一體水箱3中設(shè)有石英套管8，在石英套管8中設(shè)有 紫外燈10在紫外燈一體水箱3的側(cè)面設(shè)有進(jìn)水口 11、出水口 6、供水口 7、水箱補(bǔ)水口 9。
本發(fā)明包括蓄電過(guò)程，光伏電池板4吸收太陽(yáng)能，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，通過(guò)蓄電池組5儲(chǔ) 存電量。 本發(fā)明包括殺菌過(guò)程，完成水循環(huán)過(guò)程和蓄電過(guò)程后，打開蓄電池組對(duì)紫外燈10 供電，注意紫外燈的正負(fù)極端，紫外燈進(jìn)行水箱內(nèi)生活熱水殺菌，通過(guò)供水口 7提供符合衛(wèi) 生標(biāo)準(zhǔn)的生活用水。 本設(shè)計(jì)在太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，充分考慮到生活熱水微生物污染的影B向，結(jié) 合紫外燈殺菌原理，提出了太陽(yáng)能熱水-紫外燈殺菌裝置。本設(shè)計(jì)利用太陽(yáng)能真空管集熱 器對(duì)循環(huán)水進(jìn)行加熱，減少了太陽(yáng)能集熱器對(duì)周圍環(huán)境的熱量損失，提高了太陽(yáng)能的熱利 用率和裝置的總能源利用率。本設(shè)計(jì)通過(guò)使用物理方法_紫外燈殺菌，紫外線殺菌是通過(guò) 破壞微生物遺傳物質(zhì)DNA，干擾其復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，使其失去繁殖能力進(jìn)而對(duì)其滅活的。由于紫 外線殺菌特性，解決了生物體產(chǎn)生免疫力，使殺菌效率下降的缺點(diǎn)。紫外燈可以殺死例如霉 菌孢子、水藻等幾類常見細(xì)菌病毒，還可以殺死氯氣以至臭氧無(wú)法或不能有效殺滅的寄生 蟲類(如隱性包囊蟲Cryptosporidium,賈第鞭毛蟲giardia等)；而且水溫對(duì)紫外燈的殺 菌效果沒有影響；紫外燈殺菌效率高，幾乎達(dá)到99%。 本設(shè)計(jì)將紫外燈與水箱一體化，傳統(tǒng)紫外光在水系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)理念盡量使水流 在反應(yīng)器內(nèi)部形成活塞流以充分接受輻照?；谶@種理念，一般的紫外光殺菌系統(tǒng)是在 水循環(huán)的情況下進(jìn)行的。由于微生物細(xì)菌的光復(fù)活性(微生物自身具有修復(fù)機(jī)制，這使 得已經(jīng)被紫外線殺滅的細(xì)菌在光照條件下發(fā)生復(fù)活現(xiàn)象)，將紫外燈設(shè)計(jì)在循環(huán)水路中的 思路在太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)中是不可取的。為了避免微生物的光復(fù)活性，也為了紫外燈能夠 高效的利用，本發(fā)明采用了紫外燈與水箱一體，同時(shí)水溫達(dá)到設(shè)定溫度，關(guān)閉了循環(huán)水泵 之后，才可以利用紫外燈殺菌。當(dāng)利用紫外燈時(shí)，紫外燈的套管溫度急劇升溫，溫度高達(dá) 700°C -IOO(TC，這對(duì)于已加熱的生活熱水(50°C _80°C )是一個(gè)巨大的熱源，不僅對(duì)燈套管 進(jìn)行了冷卻，還進(jìn)一步加熱了生活熱水，余熱得到合理的利用。從理論和實(shí)踐方面考慮，可 以在水箱內(nèi)部設(shè)置螺旋葉，增加擾動(dòng)湍流，不僅可以加強(qiáng)傳熱，而且防止死水區(qū)，使得紫外 能量在熱水體內(nèi)更加分布均勻。 本設(shè)計(jì)紫外燈與水箱一體裝置，基于裝置造價(jià)和殺菌特性，采用不銹鋼為整體材 料。水箱外側(cè)、底側(cè)和頂側(cè)加保溫層，減少生活熱水的熱量損失。箱體內(nèi)表面做拋光處理，紫 外光經(jīng)其反射，沿生活熱水返回石英套管。石英具有以下的一些優(yōu)點(diǎn)①透光性能好。石英 玻璃在紫外線到紅外線的整個(gè)光譜波段都有較好的透光性能，可見光透過(guò)率在93%以上， 特別是在紫外光譜區(qū)，最大透過(guò)率可達(dá)80%以上；②熱穩(wěn)定性好。石英玻璃的熱膨脹系數(shù)
極小，能承受劇烈的溫度變化，將石英玻璃加熱至110(TC左右，放入常溫水中也不會(huì)炸裂；
③內(nèi)高溫；④耐腐蝕；⑤電絕緣性好?；谑⒌臒嵛镄裕檬⑻坠芨糸_紫外燈與生活 熱水，保證了紫外燈與水箱一體裝置的安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行。
權(quán)利要求
一種光伏驅(qū)動(dòng)的紫外燈殺菌太陽(yáng)能熱水裝置，其特征在于該裝置包括太陽(yáng)能熱水裝置、紫外燈殺菌裝置和光電轉(zhuǎn)化和蓄能裝置；其中，太陽(yáng)能熱水裝置由太陽(yáng)能真空管集熱器(1)、循環(huán)水泵(2)、紫外燈一體水箱(3)以及管路組成一個(gè)回路；光電轉(zhuǎn)化和蓄能裝置中，太陽(yáng)能電池板(4)、蓄電池(5)串聯(lián)成一個(gè)回路；蓄電池(5)的兩電極與紫外燈(10)的兩電極相連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的光伏驅(qū)動(dòng)的紫外燈殺菌太陽(yáng)能熱水裝置，其特征在于在紫外燈一體水箱(3)中設(shè)有石英套管(8)，在石英套管(8)中設(shè)有紫外燈(10)在紫外燈一體水箱(3)的側(cè)面設(shè)有進(jìn)水口 (11)、出水口 (6)、供水口 (7)、水箱補(bǔ)水口 (9)。
全文摘要
一種光伏驅(qū)動(dòng)的紫外燈殺菌太陽(yáng)能熱水裝置包括太陽(yáng)能熱水裝置、紫外燈殺菌裝置和光電轉(zhuǎn)化和蓄能裝置；其中，太陽(yáng)能熱水裝置由太陽(yáng)能真空管集熱器(1)、循環(huán)水泵(2)、紫外燈一體水箱(3)以及管路組成一個(gè)回路；光電轉(zhuǎn)化和蓄能裝置中，太陽(yáng)能電池板(4)、蓄電池(5)串聯(lián)成一個(gè)回路；蓄電池(5)的兩電極與紫外燈(10)的兩電極相連接。在紫外燈一體水箱(3)中設(shè)有石英套管(8)，在石英套管(8)中設(shè)有紫外燈(10)在紫外燈一體水箱(3)的側(cè)面設(shè)有進(jìn)水口(11)、出水口(6)、供水口(7)、水箱補(bǔ)水口(9)。該裝置將太陽(yáng)能熱水裝置、紫外燈殺菌技術(shù)和光電裝化技術(shù)相結(jié)合，提供更高效、更可靠、更安全的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)殺菌模式。
文檔編號(hào)C02F1/32GK101706160SQ20091023214
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月2日
發(fā)明者劉平心, 張小松, 張?jiān)录t, 李舒宏, 殷建平 申請(qǐng)人:東南大學(xué);江蘇太陽(yáng)寶新能源有限公司