一種加濕器的自來水處理系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種加濕器的自來水處理系統，屬于家電產品領域。本實用新型通過在加濕器水箱和加濕模塊之間增設可激發(fā)電化學反應的微電解模塊和填充亞硫酸鈣球體或顆粒的除余氯模塊，分別實現了對霧化用水進行有效滅菌和除余氯的效果。利用本實用新型中的自來水處理系統可使加濕器在使用自來水時仍然能保護用戶健康。
【專利說明】
一種加濕器的自來水處理系統
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及一種使加濕器使用自來水時能保證用戶健康安全的自來水處理系統。
【背景技術】
[0002]現有的加濕技術主要分為幾類，第一類是加熱蒸發(fā)式加濕器，其主要包含“電加熱式加濕器”和“電極加濕器”，前者用電熱管或PTC加熱元件加熱水箱內的存水至沸騰后大量蒸發(fā)加濕，后者用電極放電加熱純水至沸騰加濕；第二類是直接蒸發(fā)式加濕器，主要包含“蒸發(fā)盤式加濕器”和“冷霧加濕器”，前者利用少量下端浸沒在水中的紡織物通過毛細效應將水提升到整個蒸發(fā)盤上，或者利用大量具有較小間隙的轉盤提升水體，以顯著增加水與空氣的接觸面積，后者通過高壓空氣卷吸和引射水流并將水流吹成水霧;第三類是超聲波加濕器，利用壓電陶瓷產生的超聲波震蕩直接震碎淺層水體形成十分微小的水霧。
[0003]出于設備安全性、體積和成本考慮，家用加濕器一般采用“電加熱式加濕器”或“超聲波加濕器”，而前者因為在同等加濕效果下需要煮沸存水導致能耗過大，和對兒童存在一定的傾覆燙傷危險已經基本從家用市場上消失。部分以消除PM2.5為主要賣點的空氣凈化器采用了 “蒸發(fā)盤式加濕器”。然而當用戶使用自來水作為加濕器的水源時，此類加濕器都存在不同程度上的健康隱患。
[0004]這是因為，國內水資源普遍受到不同程度的污染，且自來水往往含有不同含量的污染物，并需要依賴自來水中較高含量的余氯來確保自來水穿越老化后的管線輸送到用戶家時仍能保證最基本的安全性。對于加濕器而言，自來水中的余氯無法長久保存，當余氯因揮發(fā)或與水中有機物反應等原因耗盡時，殘留在自來水中無法通過沉淀、曝氣等常規(guī)處理方法去除的腐殖質和其他有機物就會成為細菌繁殖的極佳碳源和氮源。如軍團菌、金黃色葡萄球菌和真菌等室內主要污染病菌極易在失去原有微生物生態(tài)平衡的無余氯自來水中快速繁殖，并通過加濕器，尤其是超聲波加濕器進入室內空氣，并引發(fā)過敏、“軍團菌肺炎”甚至腎衰竭等一系列可能致命的疾病。對于“電加熱式加濕器”而言，自來水沸騰后蒸發(fā)的氣體中不存在活菌，但煮沸的自來水會揮發(fā)含氯氣體，以及余氯與腐殖酸、富里酸等有機物反應產生的三鹵甲烷。需要指出的是，三鹵甲烷中的氯仿、二溴一氯甲烷不但具備一定的毒性，早在1993年就被世衛(wèi)組織定為2B類致癌物。有研究甚至認為，在廚房燒開水時都需要開抽油煙機排氣，原因就是因為自來水煮沸時產生的含氯蒸汽對健康有害。大量研究，如南開大學的研究論文《熱處理對自來水中三鹵甲烷濃度的影響》，以及天津大學的研究論文《煮沸對自來水中氯仿含量的影響》等等均證實了這一點。
[0005]因此許多醫(yī)生和專家建議用戶使用純凈水或煮沸后的涼開水作為加濕器的補充水。然而市售的純凈水不是完全不含有機物的蒸餾水，涼開水也含有大量有機物。使用純凈水和涼開水仍會向加濕器水箱內輸入細菌繁殖所需的碳源和氮源，使得用戶仍需在每次使用加濕器前對非“加熱蒸發(fā)式加濕器”的水箱進行換水、清洗和消毒來保障健康安全一一但實際情況下用戶往往不會這樣做。而對于“電加熱式加濕器”，使用涼開水或純凈水等于在付出較高的運行費用(燒開水的電費、燃氣費或純凈水的送貨費)的同時，進一步提高了用水成本。
[0006]為解決使用自來水作為加濕器水源時用戶的健康隱患，大量加濕器生產廠家開發(fā)了許多加濕器存水滅菌技術。這些技術主要包括四大類:第一是臭氧消毒技術、第二是紫外線消毒技術、第三是化學消毒技術、第四是電解消毒技術。
[0007]臭氧消毒技術如果用于自來水廠的飲用水消毒，因為臭氧不穩(wěn)定會在管路輸送過程中自行分解，是比較安全的。然而臭氧對人體有害，用于加濕器純水消毒時，如果不增設臭氧消除裝置，幾乎必然會導致消毒用的臭氧溢出污染室內空氣。而臭氧消除系統一般采用高溫加快臭氧的自然分解，運行能耗較高，對于加濕器而言是無法接受的，或者說這樣的能耗下不如直接使用“電加熱式加濕器”。所以如專利CN201310356617.2披露的《一種新型的多功能加濕器》，家用加濕器產品一般不具備臭氧消除系統。
[0008]紫外線消毒技術從原理上說滅菌效果極佳，然而在水處理中會受到很多限制。比如紫外線對水的穿透率不佳，輻照強度會隨著水深增加而快速衰減。因此可靠的紫外線水處理系統需要把紫外線燈管沉入水中以實現有效處理面積的成倍增加，但這帶來了燈管的絕緣密封問題，對于非專業(yè)水處理廠家的家用電器廠家一般很難做到這一點。如專利CN201020288296.9披露了《一種用于超聲波加濕器的殺菌裝置》，利用紫外線燈管輻照燈管上部一根石英燈管內的流過的水流。這解決了燈管絕緣問題，但因為石英管的直徑遠遠小于紫外線燈在石英管所在的圓柱空間內的總輻照面積，造成了紫外線利用率的極大浪費，再加上因為紫外線對水體的穿透率較低，如需確保滅菌效果，需要大幅度增加紫外線燈的功率。即便將紫外線燈管浸入水中，因為低壓汞燈的紫外線波長分布受燈管溫度影響較大，對水溫的穩(wěn)定性要求也很高。誠然加大紫外線燈輸出功率可以減少紫外線滅菌效率易受水深和水溫影響的問題，但這帶來了紫外線消毒系統成本的快速上升。此外，紫外線燈管存在壽命問題。當連續(xù)點亮時，優(yōu)質國產紫外線燈管的壽命一般在1000至3000小時之間，間歇性點亮會造成燈絲的電流沖擊損耗，使用壽命大幅度降低。最后，具備消毒效果的大功率紫外線對人體有害，并能加速塑料老化，需要對儲水結構做特殊的材料耐紫外光強化，以及對結構強度和遮光效果做額外的強化設計以防紫外線泄漏。
[0009]化學消毒技術主要是采用向水中添加各種廠家聲稱對人體無害的藥劑實現殺菌效果，如專利CN201520479519.2披露的《一種具有殺菌功能的加濕器》。然而此類藥劑的安全性依然存疑，而且任何殺菌效果較好的藥劑都是需要不斷添加的耗材，增加了用戶后期使用的耗材成本。當前納米銀之類的長效抗菌材料只能確保抑制抗菌材料如(儲水箱箱體)表面的細菌繁殖，并不能實現對全部存水中的細菌都實現有效滅殺。
[0010]電解消毒技術在當前又可分為兩種不同技術。首先是高壓脈沖滅菌，其次是微電解滅菌。前者通過耐高壓的鈦或鉑電極在水中釋放高壓脈沖電流，后者通過大面積的低壓電極釋放微電流進行滅菌。這兩者用于自來水滅菌時，都會將自來水中以氯離子形態(tài)存在的余氯轉化為氯氣，然后氯氣再與水反應生成次氯酸，以實現高效滅菌效果。于此同時，高壓脈沖滅菌和微電解滅菌都具備不依賴于余氯，直接電解水產生大量化學性質活潑的氫離子和氫氧根離子實現滅菌的能力。典型技術如專利CN01130751.X所披露的加濕器。電解消毒技術的滅菌效果極佳，然而電解自來水的副產物氯氣揮發(fā)到室內對人體健康的損害也很大，重新循環(huán)生成的次氯酸具備強氧化性，又會再次與水中的有機物反應，持續(xù)增加自來水中三鹵甲烷的含量。這些有毒物質最終還會進入空氣。
[0011]雖然當前在加濕器行業(yè)所有廠家尚未對自來水中的余氯造成的健康危害引起重視。個別加濕器廠家試圖用電石來去除余氯，但研究顯示電石對余氯的處理效果不佳，只有通過鐵元素(尤其是亞鐵)改性處理后的電石才具備一定的除余氯作用，但改性成本過高。然而在食品生產和自來水過濾器行業(yè)中，許多廠家已經開發(fā)了各種余氯去除技術。其中國外通過亞硫酸根離子可將次氯酸根離子還原成氯離子的原理開發(fā)了采用食品級亞硫酸鈣去除自來水中余氯的技術。需強調，食品級亞硫酸鈣指的是用高純度亞硫酸鈣粉末和少量食品級粘合劑制造的亞硫酸鈣顆?；蚯蝮w。亞硫酸鈣在日本和歐洲被廣泛用于飲用水水凈化器類產品一一如松下和三菱公司均有采用亞硫酸鈣去余氯功能的凈水機產品。因為亞硫酸根離子具備明顯的還原性，與具備強氧化性的余氯反應速度很快一一資料顯示，在0.8秒內亞硫酸根離子就能清除其接觸到的絕大部分余氯。由于亞硫酸鈣溶解度很低，在20攝氏度左右時僅為0.0043g/100ml，而按照國際食品添加劑聯合專家委員會JECFA的評估報告，亞硫酸I丐的ADI (每日容許攝入量)可達0.7mg/kg，S卩一個體重60kg的成人每日可口服42mg亞硫酸鈣而不影響身體健康。所以由于溶于加濕器幾百毫升的水箱中的亞硫酸鈣重量極低一一以加濕器水箱容積為300ml計算，20攝氏度左右的環(huán)境溫度下，加濕器耗盡全部存水最多僅能向整個室內的空氣中釋放12.9mg亞硫酸鈣(實際上因自來水中原有鈣離子和反應產物硫酸鈣中的鈣離子還會大幅度降低亞硫酸鈣的溶解度)一一，且這些亞硫酸鈣中只有極少量可能被人體呼吸系統捕獲，所以絕不會危害用戶健康。而亞硫酸鈣與余氯反應后生成的產物硫酸鈣完全無毒，被廣泛用于食品添加劑(可作為食品固化劑、鈣營養(yǎng)強化劑、干燥劑、面粉處理劑、酒類生產的硬水劑、膨松劑等等)，無ADI限量要求。此外，廣泛作為水處理劑的亞硫酸鈣價格低廉。

【發(fā)明內容】

[0012]本實用新型的目的在于提供一種加濕器的自來水處理系統，以解決現有技術下各種加濕器在使用自來水進行加濕時很容易損害用戶健康的問題。
[0013]為實現上述目的，本實用新型的技術方案為:一種加濕器的自來水處理系統，包含水箱、微電解電極、除余氯模塊、供水模塊;其中水箱連接供水模塊;供水模塊與微電解電極連通;可更換的除余氯模塊利用食品級亞硫酸鈣顆?；蚯蝮w消除自來水中的余氯，并布置于沿供水方向上微電解電極之后。因此，當微電解電極通電后，水箱內儲存的自來水通過供水模塊，再流經微電解電極產生氯氣一一因氯氣溶于水，隨后會轉為次氯酸一一、氫離子和氫氧根離子實現對自來水的徹底殺毒。其中大部分殺毒后剩余的次氯酸隨水流流向安裝在微電解電極后方的除氯模塊，少部分次氯酸通過擴散作用返回水箱，可加強水箱內存水的抑菌效果。而流過除氯模塊的自來水中剩余的次氯酸會因自身的強氧化性迅速與具備明顯還原性的亞硫酸鈣反應而耗盡。這確保了最終輸送到加濕模塊的自來水是徹底滅菌和除氯的，從而有效保障了加濕器用戶的身體健康。
[0014]本實用新型的有益效果:同時消除了加濕器使用自來水時余氯和病菌對用戶的健康風險，且本系統可適用于各種不同原理的加濕器及空氣凈化器的加濕模塊。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型專利的系統構成示框圖。
[0016]圖中，I水箱，2供水模塊，3微電解電極，4除余氯模塊，5加濕模塊。
【具體實施方式】
[0017]如圖1所示，水箱I內可儲存一定量的自來水，這些自來水可以通過供水模塊2以流量閥及水位開關等方法進行控制，以加濕模塊5所需的流量依次流過微電解電極3和除余氯模塊4最終進入加濕模塊5。
[0018]當自來水流經微電解電極3時，在電極的電場作用下會發(fā)生一系列電化學反應。其中陽極反應包括:
[0019]2Η2θ—θ2?+4Η++4θ— ； 2Cl——Cl2+2e— ； Cl2+H20^HC10+H++Cr
[0020]其中陰極反應包括:2H20+2e——Η2?+20Η—
[0021]上述電化學產物中，HClO(次氯酸)和H+及0H—均具有滅菌效果。其中次氯酸的滅菌效果非常強烈。實驗顯示，即便自來水中氯離子含量極低時，自來水純度接近蒸餾水，導電率低至32yS/cm，通過將微電解電極之間的電勢差設置為30V的安全電壓，并保證電極間電流密度為3mA/cm2，水力停留時間為5分鐘時，微電解系統還能實現99.3 %的滅菌率，將電流密度加倍至6mA/cm2，則可實現99.993%的滅菌率。這說明通過調整微電解電極3的電壓和電流輸出值，就算不依賴于自來水中余氯及其電解副產物次氯酸，也可以實現極佳的滅菌率。如果希望進一步降低電極間電流密度，以進一步降低功耗，可以通過使用板條狀電極，并通過設置沿水流方向較長的電極板或迷宮式電極板結構，配合加濕器非常小的流量，實現遠遠高于5分鐘的水力停留時間。
[0022]經過微電解電極3有效滅菌后的自來水可能存在對人體健康有害的次氯酸，在隨后流經除余氯模塊4時將會在極短時間內與除余氯模塊4內儲存的亞硫酸鈣顆粒或球體發(fā)生“氧化還原反應”。反應后次氯酸恢復成為對人體無害的氯離子，微溶的亞硫酸鈣變?yōu)榘踩氖称诽砑觿┖外}補充營養(yǎng)劑硫酸鈣。
[0023]因此，最終通過微電解電極3完成滅菌，再通過除余氯模塊4消除很可能存在的次氯酸和氯氣后的自來水在流入加濕模塊5后其用于加濕工藝的安全性是可以得到保證的。而上述滅菌和除余氯工藝不會帶來明顯的阻力，也不會明顯改變水的溫度等物理狀態(tài)，因此本實用新型公布的自來水處理系統適合于任何原理的加濕器使用，也可用于作為空氣凈化器附帶加濕模塊的自來水處理系統。
[0024]需指出，本實用新型中，說明書和說明書附圖中所列舉的實施例僅用于形象說明和披露技術方案。對于說明書中的一種可行技術方案的實施例，同行業(yè)技術人員很容易通過無創(chuàng)造性的局部改變對實施例進行等同替代。因此本實用新型的保護范圍不限于說明書中的描述，而應以權利要求書為準。
【主權項】
1.一種加濕器的自來水處理系統，其特征在于:包含水箱(I)、供水模塊(2)、微電解電極(3)、除余氯模塊(4)功能模塊;所述水箱(I)用于儲存一定容量的自來水以供加濕取用；所述供水模塊(2)通過其包含的流量閥和水位開關之類的流量控制部件，實現以加濕工藝所需的流量從水箱內引出水流，并將水流導向微電解電極(3);所述微電解電極(3)浸沒在水流中，通過電極本身的低壓電場對水流實現微電解滅菌;所述除余氯模塊(4)通過內部亞硫酸鈣耗材與水中余氯反應以實現除余氯功能。2.根據權利要求1所述的一種加濕器的自來水處理系統，其特征在于:所述微電解電極(3)為兩條相互隔離的長條形平板形金屬片組成較長的狹縫，或以兩條折板形金屬片組成迷宮流道，配合加濕器較低的水流流速以實現較長的水力停留時間；兩塊極板之間的電勢差小于等于30伏特。3.根據權利要求1所述的一種加濕器的自來水處理系統，其特征在于:所述的除余氯模塊(4)按水流從水箱中流出的方向，布置于電解電極(3)后，為浸沒在水流中的鏤空盒狀容器，內部填充有可更換或補充的球形或顆粒形的亞硫酸鈣填料，以保證填料與水的接觸面積并減少水流阻力。
【文檔編號】C02F9/04GK205442856SQ201521075369
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月18日
【發(fā)明人】趙文揚, 李影
【申請人】杭州睿恂唯信科技有限公司