專利名稱：一種快速運行并高效消毒的紫外消毒方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及紫外消毒設備的技術領域，尤其是指一種快速運行并高效消毒的紫外消毒方法及其裝置。
背景技術：
當今社會經(jīng)濟高速成長，人民生活品質(zhì)得以迅速提升。同時，關系人民健康的飲用水問題，正成為社會各界廣泛關注的焦點。人們對飲用水質(zhì)量要求越來越高，自來水廠處理后飲用水在輸送過程中會由于管道等影響造成二次污染，一般的自來水無法直接飲用，在家庭供水終端加裝相應的凈化消毒裝置顯得非常必要。紫外線消毒是基于現(xiàn)代光學、物理化學、生物學、防疫學的一種消毒技術，紫外線燈產(chǎn)生的253. 7nm的紫外線照射流體或空氣或固體表面，當流體或空氣或固體表面中的各種細菌、病毒受到一定劑量的紫外線照射后，其細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)DNA或RNA的堿基對結(jié)構受到破壞，使其失去復制和繁殖的能力，從而達到消毒的效果。紫外線具有廣譜殺菌、高效、低成本、無二次污染、不產(chǎn)生毒副作用等優(yōu)點，自上世紀70年代開始，紫外消毒技術快速發(fā)展，得到社會的廣泛認可。目前，紫外線消毒技術廣泛應用于水處理和空氣凈化等與人類健康息息相關的領域。無論是污水處理廠還是自來水供水企業(yè)，在消毒方面都普遍選擇了紫外消毒，但與此同時，家庭飲用水的紫外消毒方面和小型氣體消毒的消息卻鮮見報道。目前，家庭飲用水一般是自來水經(jīng)過加熱或者經(jīng)過膜過濾處理裝置后直接使用， 鮮有使用紫外消毒的。即使有紫外消毒裝置的，也是簡單的由一個紫外光源和一個石英材質(zhì)的直套管組成。根據(jù)國家標準GB/T 19837-2005的要求規(guī)定生活飲用水或飲用凈水消毒所需的紫外劑量為40mJ/cm2。紫外劑量是衡量裝置消毒效果的關鍵指標，其計算公式為紫外劑量(mj/cm2)=照射時間(s) X紫外照度(mW/cm2)。紫外消毒裝置要達到40mJ/cm2這個劑量，假定在紫外照射范圍內(nèi)的紫外照度值按20mW/cm2計算，則照射時間為2s，要達到這個照度，則紫外燈功率至少要超過150W，燈的長度將達到1米以上，如果再加上控制電路的話，這種裝置在家庭中所占體積就比較大了，同時，燈的功率過高，會帶來飲用水處理成本高的問題。按照這種一般結(jié)構，即使水質(zhì)好，紫外劑量可降至20mJ/cm2，要達到好的消毒效果，消毒裝置體積仍然較大，成本也較高。這就是既要到達所需的消毒劑量同時也要減小裝置的空間體積所面臨的矛盾，這也是通常紫外消毒裝置設計遇到的問題?，F(xiàn)有直飲水系統(tǒng)使用中過程中存在凈水系統(tǒng)在用水間歇或較長時間不使用后，水體由于長時間存儲而重新滋生細菌等微生物的問題，該段存留的水體在重新用水時，需要對其進行充分消毒后才能飲用，否則可能對飲用者的健康造成影響。由于紫外線燈使用汞作為工作物質(zhì)，在使用過程中為防止汞泄露造成的危害，通常采用加裝套管的方法。但即便如此，仍需要有及時的報警警示提示使用者注意并及時處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種快速運行并高效消毒的紫外消毒方法及其裝置。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術方案其方法是采用彎曲的流體管道，確保管道中的流體或積液得到充分的紫外照射，使流體紫外照射時間達到0. 5S-3S,同時采用低壓高強度紫外燈提高紫外輻射照度，使流體的紫外輻射劑量大于IOmJ/ cm2 (mff · s/ cm2), 保證充分消毒。其中低壓高強度紫外燈電流為0. 3A—8. 0A，燈電流密度為0. 3A/cm2—1. 5A/ cm2。同時在紫外燈管底部設置汞的冷端并進行加熱、保溫，使其溫度控制在40-50°C，紫外燈管在瞬間啟動快速達到接近最大值的紫外照度，滿足流體紫外輻射劑量要求，保證消毒快速、高效、充分。其裝置主要由依次相接的水流檢測裝置、粗過濾模組、中過濾模組、超濾模組、紫外消毒模組、出水控制閥組成。所述的紫外消毒模組主要由保護外殼體、透紫外套管、插裝在該透紫外套管內(nèi)部的紫外燈、加熱裝置、測溫裝置組成，其中，所述的保護外殼體內(nèi)壁涂覆有紫外反射涂層，紫外套管、加熱裝置、測溫裝置均置于該保護外殼體內(nèi)，且紫外套管的進水管腳及出水管腳均穿過保護外殼體向外伸出；所述的紫外燈的底部設有放置汞的放置管，在該放置管的外圍設置有加熱裝置，并且測溫裝置設置在放置管的附近。所述的透紫外套管為為單螺旋型結(jié)構或雙螺旋型結(jié)構，由石英玻璃或高硼玻璃制成。所述的紫外燈為緊湊型低壓高強度紫外燈，其結(jié)構為U型、H型、Π型或螺旋型，燈電流為 0. 3Α—8. 0Α，燈電流密度為 0. 3A/cm2—1. 5A/cm2。所述的低壓高強度紫外燈使用液汞或汞齊。所述的紫外反射層為拋光的鋁層、拋光的鉬層、氧化鋁或氧化鎂。所述的加熱裝置使用金屬加熱器或陶瓷加熱器，其溫度設置在40-50°C之間。所述的水流檢測裝置是微動開關或流量開關。所述的紫外消毒裝置還包括有與控制線路相連接的報警警示裝置。本發(fā)明在采用了上述方案后，其最大優(yōu)點在于采用螺旋形套管延長紫外照射時間，采用低壓高強度紫外燈提高紫外輻射照度，確保流體的紫外輻射劑量，保證消毒效果， 同時減小消毒裝置體積，另外用于消毒的低壓高強紫外燈設置了保溫系統(tǒng)可快速啟動達到足夠的紫外輻射劑量，能快速消毒。該紫外消毒裝置可應用在家居直飲水消毒，也可以應用在飲料、豆?jié){、牛奶、花生油等流體物質(zhì)的殺菌或者降解黃曲霉素等場合，利用該原理調(diào)整的裝置也可用于其它流體消毒，如小空間的氣體處理。


圖1為本發(fā)明的消毒裝置的系統(tǒng)配置。圖2為本發(fā)明的消毒裝置的消毒模組的主視圖。圖3為本發(fā)明的消毒裝置的消毒模組的俯視圖。圖4為本發(fā)明的紫外燈管汞齊恒溫裝置的放大示意圖。圖5為本發(fā)明消毒裝置的控制原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。根據(jù)附圖1至附圖5所示，本實施例所述的紫外消毒裝置主要由依次相接的水流檢測裝置K1、粗過濾模組1、中過濾模組2、超濾模組3、紫外消毒模組4、出水控制閥K2組成。粗過濾模組1可使用PP棉濾芯，用來過濾泥沙、水銹等大顆粒雜質(zhì)以及由樓頂水箱供水中的漂浮物、沉淀物、絮凝物等。中過濾模組2可使用活性炭濾芯，用來吸附水中的余氯等有機物、異味、異色以及強致癌物三氯甲烷等，并對水中的有機物、及鐵、錳等重金屬有吸附作用。超濾模組3可使用超濾膜濾芯，可去除水中部分細菌、重金屬、及其他溶解物和自來水處理中所加入的化學劑等物。前三級的過濾模組也可使用上述三種中的一種或幾種進行組合配置。而本發(fā)明的紫外模組4具有保護外殼體40，通水的螺旋結(jié)構的透紫外套管42， 其內(nèi)部插裝有U型或H型的低壓高強度紫外燈41，使透紫外套管42內(nèi)可得到紫外線的充分照射；且其外圍圍繞有圓形紫外反射層20，使分散的紫外線反射到透紫外套管42內(nèi)得到利用，從而提高紫外利用率和提高殺菌效果，減小消毒裝置體積。低壓高強度紫外燈41底部具有放置汞44的放置管43，汞齊放置管43外圍具有恒溫裝置45，測溫裝置46設置在距離汞放置管43附近，同時置于加熱裝置45附近，以準確測量并控制汞的工作溫度，所述的測溫裝置46為測溫探頭。由于汞原子在燈管中具有在燈管冷端沉積的特性，為了避免汞在燈管中的不當沉積尤其是在燈管啟動時上部較冷的地方沉積，加快汞原子的擴散，特將加熱裝置45設置在燈管底部。這樣燈管在啟動工作時，由于底部加熱產(chǎn)生的熱量向上對流使得燈管上部也得到了良好的加熱，從而保證燈管瞬時有足夠的汞原子參與放電，從而保證燈管瞬時具有足夠的紫外輻射劑量進行消毒。本發(fā)明的透紫外套管42是采用透紫外的材料，這些材料對紫外線的透過率在80% 以上，如石英玻璃、高硼玻璃等。這樣可以使紫外線直接透過透紫外套管42，照在透紫外套管42內(nèi)流體(液體或者氣體)中，對流體內(nèi)的細菌或者病毒進行破壞。采用螺旋結(jié)構的透紫外套管42可以有效延長管道的長度，從而延長流體的紫外照射時間。根據(jù)紫外劑量的計算公式紫外劑量(mj/cm2)=照射時間(s) X紫外照度(mW/cm2)，要達到同一紫外劑量，由于照射時間得到了充分的延長，則紫外照度即可大大的減小，從而降低了所需紫外燈的功率， 也就減小了紫外燈的空間長度和減小了消毒裝置的體積。直飲水紫外輻射劑量要求大于 40mJ/ cm2 (mff-s/ cm2)，對大部分細菌病毒紫外輻射劑量大于IOmJ/ cm2，已具有明顯的殺滅效果，可根據(jù)前級過濾效果及水質(zhì)選擇紫外輻射劑量，保證消毒充分。本發(fā)明的紫外燈41可以是2U或2H型，也可以是3U或3H型的低壓高強度度紫外燈，使用液汞或汞齊，燈電流為0. 3A—8. 0A，燈電流密度為0. 3A/cm2—1. 5A/cm2。這些類型的紫外燈具有緊湊、照射空間范圍內(nèi)紫外照度高、空間長度短等特點。這種特點可以有效減小本發(fā)明裝置的體積。由于2U或2H類型的燈管在紫外照度上可以疊加，使得在同一距離內(nèi)的紫外照度可達到直管型紫外燈的2倍，從而可以使達到同一紫外劑量所需照射時間縮短為原來的1/2。也是由于2U或2H類型的燈管在紫外照度上可以疊加，要達到同樣的紫外照度，2U或2H型紫外燈的功率可以是直管的1/2。3U或3H型的紫外燈可達到更好的效果。由于照射時間的縮短或者紫外燈功率的降低，在某種程度上可以減小消毒裝置的體積。本發(fā)明的圓形紫外反射層20是涂覆在保護外殼體40的內(nèi)壁，可以使紫外線反射率達到75%以上的反射層，如拋光的鋁層、拋光的鉬層、氧化鋁、氧化鎂等。這個圓形紫外反射層20的作用是將透過透紫外套管42后分散的紫外線多次反射到透紫外套管42中，使得螺旋結(jié)構的透紫外套管42內(nèi)的紫外照度比原來提高，從而提高紫外線的利用效率。圓形紫外反射層20的存在同時也可以使透紫外套管42的紫外照度分布均勻程度比沒有圓形紫外反射層20的有所提高。這樣可以使流過透紫外套管42內(nèi)的流體得到充分的照射，起到增強殺菌效果的作用。本發(fā)明還包括有報警警示裝置，可以采用喇叭或指示燈，控制電路根據(jù)流速、紫外照度值，發(fā)出提醒使用者對剛出水或紫外輻射劑量不足的水體禁止飲用、更換燈管、清洗流體通道的警示信號，控制電路同時還可以通過檢測燈管的異常工作狀態(tài)(如燈管破裂，不亮等)發(fā)出警示信息。本發(fā)明的紫外消毒裝置的工作時序由控制電路設置為出水控制閥K2開啟時，水流開始流動，此時水流檢測裝置Ki接通，接通信號觸發(fā)控制線路輸出信號驅(qū)動低壓高強度紫外線燈41工作，同時控制線路輸出報警信號提示此時的出水不能直接飲用，3-5秒后， 控制線路取消報警信號提示出水可正常飲用。由于低壓高強度紫外燈41底部的放置汞 44的放置管43處具有加熱裝置45，加熱裝置45在控制線路的控制下其周圍溫度保持在 40-50°C范圍內(nèi)。此溫度由設置在距離汞放置管43附近的測溫裝置46測量，以準確測量并控制汞的工作溫度。加熱裝置45可以是金屬加熱器或陶瓷加熱器。測溫探頭可以是K型， J型等熱電偶或PTC元件。水流檢測裝置Kl可以是微動開關或流量開關。水流檢測裝置 Kl開啟的同時低壓高強度紫外燈41同時開啟，由于低壓高強度紫外燈41的汞齊溫度設置在40-50°C，此時燈管中的汞蒸氣壓足夠高，從而使低壓高強度紫外燈41在1-2秒即可達到正常的紫外輻照水平，存留在管道中的水體有足夠的時間進行消毒，后續(xù)流經(jīng)紫外消毒模組的水流由于紫外燈已達正常工作狀態(tài)其消毒效果同樣可以得到保證。以上所述之實施例只為本發(fā)明之較佳實施例，并非以此限制本發(fā)明的實施范圍， 故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種快速運行并高效消毒的紫外消毒方法，其特征在于采用彎曲的流體管道，確保管道中的流體或積液得到充分的紫外照射，使流體紫外照射時間達到0. 5S-3S,同時采用低壓高強度紫外燈提高紫外輻射照度，使流體的紫外輻射劑量大于IOmJ/ cm2(mff-s/ cm2),保證充分消毒；其中低壓高強度紫外燈電流為0. 3A—8. 0A，燈電流密度為0. 3A/cm2—1. 5A/2cm ο
2.根據(jù)權利要求1所述的一種快速運行并高效消毒的紫外消毒方法，其特征在于所述的低壓高強度紫外燈的紫外燈管底部設置汞的冷端并進行加熱、保溫，使其溫度控制在 40-50°C，紫外燈管在瞬間啟動快速達到接近最大值的紫外照度，滿足流體紫外輻射劑量要求。
3.一種利用權利要求1所述的方法進行消毒的紫外消毒裝置，該紫外消毒裝置，主要由依次相接的水流檢測裝置(K1)、粗過濾模組(1)、中過濾模組(2)、超濾模組(3)、紫外消毒模組(4)、出水控制閥(K2)組成，其特征在于紫外消毒模組(4)中的流體管道是透紫外線的彎曲管道，具體是螺旋形的管道。
4.根據(jù)權利要求3所述的紫外消毒裝置，其特征在于所述的紫外消毒模組(4)主要由保護外殼體(40)、透紫外套管(42)、插裝在該透紫外套管(42)內(nèi)部的紫外燈(41)、加熱裝置(45 )、測溫裝置(46 )組成，其中，所述的保護外殼體(40 )內(nèi)壁涂覆有紫外反射涂層(20 )， 紫外套管(42)、加熱裝置(45)、測溫裝置(46)均置于該保護外殼體(40)內(nèi)，且紫外套管 (42)的進水管腳及出水管腳均穿過保護外殼體(40)向外伸出；所述的紫外燈(41)的底部設有放置汞(44 )的放置管(43 )，在該放置管(43 )的外圍設置有加熱裝置(45 )，并且測溫裝置(46 )設置在放置管(43 )的附近。
5.根據(jù)權利要求4所述的紫外消毒裝置，其特征在于旋型結(jié)構或雙螺旋型結(jié)構，由石英玻璃或高硼玻璃制成。
6.根據(jù)權利要求4所述的紫外消毒裝置，其特征在于壓高強度紫外燈，其結(jié)構為U型、H型、Π型或螺旋型。
7.根據(jù)權利要求4所述的紫外消毒裝置，其特征在于的鋁層、拋光的鉬層、氧化鋁或氧化鎂。
8.根據(jù)權利要求4所述的紫外消毒裝置，其特征在于加熱器或陶瓷加熱器，其溫度設置在40-50°C之間。
9.根據(jù)權利要求3所述的紫外消毒裝置，其特征在于動開關或流量開關。
10.根據(jù)權利要求3所述的紫外消毒裝置，其特征在于它還包括有與控制線路相連接的報警警示裝置。所述的透紫外套管(42)為單螺 所述的紫外燈(41)為緊湊型低 所述的紫外反射層(20)為拋光 所述的加熱裝置(45)使用金屬 所述的水流檢測裝置(Kl)是微
全文摘要
本發(fā)明提供的一種快速運行并高效消毒的紫外消毒方法及其裝置，其方法是采用彎曲的流體管道，確保管道中的流體或積液得到充分的紫外照射，使流體紫外照射時間達到0.5s-3s，同時采用低壓高強度紫外燈提高紫外輻射照度，使流體的紫外輻射劑量大于10mJ/cm2(mW·s/cm2)，保證充分消毒。其中低壓高強度紫外燈電流為0.3A—8.0A，燈電流密度為0.3A/cm2—1.5A/cm2。同時在紫外燈管底部設置汞的冷端并進行加熱、保溫，使其溫度控制在40-50℃，紫外燈管在瞬間啟動快速達到接近最大值的紫外照度，滿足流體紫外輻射劑量要求，保證消毒快速、高效、充分。
文檔編號C02F1/44GK102276014SQ20111023294
公開日2011年12月14日 申請日期2011年8月13日 優(yōu)先權日2011年8月13日
發(fā)明者何志明 申請人:何志明