專利名稱：超小型活性氧凈水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于凈水器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用低溫等離子體技術(shù)產(chǎn)生高濃度活性氧用于水質(zhì)殺毒和凈化的裝置。
背景技術(shù)：
水是一切生命活動(dòng)之源。人類的繁衍生息離不開水，而人類社會(huì)的發(fā)展又使得與我們的生活息息相關(guān)的水發(fā)生了巨大的變化。據(jù)世界衛(wèi)生組織報(bào)道，人類疾病80％與飲用水有關(guān)。許多城市的飲用水都有不同程度的污染，全世界每年因飲用不潔凈的水而死亡的人數(shù)多達(dá)2500萬。而發(fā)展中國家80％的疾病和33％的死亡都是因飲用受到污染的水造成的。據(jù)全國飲用水源調(diào)查報(bào)道，我國目前24％的人口飲用水質(zhì)不良的水，約有70％的人在飲用受二次污染的水。其中約7億人在飲用大腸桿菌超標(biāo)水，約1.7億人飲用被各種有害化學(xué)物質(zhì)嚴(yán)重污染的水，3500萬人在飲用硝酸鹽超標(biāo)水。全國生活飲用水水質(zhì)和水性疾病調(diào)查結(jié)果證實(shí)，“飲用水水質(zhì)差“已構(gòu)成威脅12億人口健康和生存的一大尖銳問題，改善飲用水水質(zhì)迫在眉睫。
從水廠出來的自來水雖然經(jīng)過了混凝，沉淀，過濾，加氯消毒等過程，但只能除去一些懸浮物，膠體及部分細(xì)菌等。尤其目前采用是″加氯消毒法″，使自來水的殘余氯與水中有機(jī)物反應(yīng)生成三氯甲烷，此物質(zhì)已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織確定為嚴(yán)重致癌物。而且輸水管道的二次污染，高樓蓄水箱的三次污染都令市民對(duì)自來水的純凈度產(chǎn)生疑慮。因此，對(duì)于水質(zhì)的凈化，推行家庭水工廠是勢(shì)在必行。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種能充分殺滅水中微生物(如細(xì)菌、藻類)、有效改善水質(zhì)的高安全、低能耗的超小型飲用水凈化器(簡(jiǎn)稱凈水器)。
本實(shí)用新型提出的飲用水凈化器，是一種利用等離子體技術(shù)凈化水質(zhì)的超小型活性氧凈水器。由一個(gè)高頻脈沖電源、一個(gè)活性氧發(fā)生器、一個(gè)水氣渦流混合器、一個(gè)紅外控制器組合構(gòu)成。其中，高頻脈沖電源由穩(wěn)壓輸入電源、逆變電路、漏電保護(hù)電路以及高頻升壓變壓器組成，用于提供活性氧發(fā)生器所需的高壓脈沖；活性氧發(fā)生器由兩片活性氧發(fā)生元件構(gòu)成，在脈沖高壓下形成沿面流注放電，產(chǎn)生高濃度活性氧等自由基；水氣渦流混合器，用于提供活性氧離子和水分子充分混合的條件；紅外控制器設(shè)有自動(dòng)和手動(dòng)功能，可根據(jù)使用者要求提供不同的凈化方式。
凈水器的進(jìn)水口可以直接接到自來水出水管上，通過面板上的控制按鈕選擇不同的工作方式。一般為直流12～24V輸入；工作時(shí)功耗約10～20W；電源輸出在4KV～8KV之間的高頻電壓；產(chǎn)生的活性氧離子濃度大于1.0×106個(gè)/cm3，采用紅外感應(yīng)自動(dòng)開關(guān)，可避免交叉感染，整機(jī)使用壽命大于30000小時(shí)。
本實(shí)用新型能有效地去除水中的有機(jī)物、氯、重金屬及有害化合物。具有長期的殺菌、滅菌、抑制細(xì)菌繁殖等功能。凈化后的水中含氧量增加，具有更好的生物活性，其出水水質(zhì)符合國家GB5749-85標(biāo)準(zhǔn)，可直接生飲或用于物體的殺菌消毒。
附圖是本實(shí)用新型的實(shí)施例，結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型裝置作進(jìn)一步的描述。
圖1是本實(shí)用新型活性氧凈水器的結(jié)構(gòu)總圖。在凈水器的兩端分別裝有進(jìn)水口1、出水管8，進(jìn)水口直接連接在自來水管道(1/2’或3/4’)上，在進(jìn)水口安裝有可卸的網(wǎng)孔過濾器2；電磁閥3設(shè)置于進(jìn)水口1和過濾器2之后，用于控制水的開關(guān)，由紅外感應(yīng)裝置11控制；高頻脈沖電源4放置在電磁閥的上部，電源采用12～24V供電，經(jīng)過逆變升壓后產(chǎn)生高頻高壓脈沖，施加到活性氧發(fā)生器6上，形成沿面流注放電，氣體電離產(chǎn)生活性氧離子；活性氧發(fā)生器6的下部通過導(dǎo)氣口與渦流混合器7相連接，當(dāng)水流過混合器時(shí)，水流呈螺旋前進(jìn)狀態(tài)，形成負(fù)壓將活性氧離子吸入，活性氧離子與水充分混合，凈化后的水通過出水管8和防濺節(jié)水裝置9流出。控制面板5安裝在凈水器的上部。
圖1中高頻脈沖電源采用整體封裝形式，尺寸為(60×50×50)mm。圖2是高頻脈沖電源的電路圖，由智能逆變電路組成。整個(gè)電路采用IGBT逆變形式，輸入220V電壓經(jīng)初級(jí)全橋整流濾波降壓后成為12～24V直流，通過IGBT全橋逆變，轉(zhuǎn)換成20～30KHz的高頻交流脈沖，再經(jīng)高頻脈沖變壓器升壓，最后由快速整流管、電抗器整定為可供發(fā)生活性氧用的高壓脈沖，電源輸出電壓3kv～6kv，脈沖前沿為0.3～0.5ns，脈寬約24us。
本實(shí)用新型活性氧凈水器的電源是一種高頻脈沖電源，其中采用高頻逆變技術(shù)，能產(chǎn)生前沿陡峭的高頻脈沖，提高電路中元器件的頻率響應(yīng)，使電壓前沿上升速率盡可能增大，大幅度提高放電電場(chǎng)強(qiáng)度，在放電間隙里形成強(qiáng)電離放電，獲得高能量密度的大能量的電子，強(qiáng)化氧分子分解、分解電離、分解附著等反應(yīng)過程，使空氣中的氧分子在ns的瞬間被激發(fā)、離解，成為活性氧等自由基，而且由于采用高頻，整個(gè)體積只為工頻電源體積的30％。
本實(shí)用新型所采用的活性氧發(fā)生器由具有抗氧化性能的金屬和電介質(zhì)組成，結(jié)構(gòu)形式為線條狀平行板式，如圖3所示。其中，接地電極為10～30μm的金屬鎢，兩邊用氧化鋁燒結(jié)成活性氧發(fā)生元件的電介質(zhì)，在氧化鋁外表面燒結(jié)有厚度為8～15μm的金屬鎢薄膜作為放電極，放電極平行排列。氧化鋁層厚度為0.4～0.6mm。
本實(shí)用新型所采用的活性氧發(fā)生器為線條狀平行結(jié)構(gòu)，由2片平板組成，發(fā)生器每片大小為(20×50×1)mm，電極間距為1～5mm，電極寬度為1～5mm，厚度為10～30μm。
圖3中的發(fā)生器平行放在發(fā)生腔內(nèi)，整個(gè)放電腔大小為(80×10×15)mm，腔體采用工程塑料，放電腔通過導(dǎo)氣口與混合裝置連接在一起。
本實(shí)用新型中，水氣混合裝置采用渦流混合形式，如圖4所示。放置在放電電極的下面，通過導(dǎo)氣口與放電腔相接，一端與電磁閥相連，另一端與出水口相連。整機(jī)結(jié)構(gòu)按照流體力學(xué)的原理設(shè)計(jì)，水流通過混合器時(shí)能達(dá)到一臨界速度，流體中相臨層次之間不斷混擾，形成湍流運(yùn)動(dòng)。氣體由進(jìn)氣管進(jìn)入水管中時(shí)，產(chǎn)生了流體突然擴(kuò)張的情況，此時(shí)，由于管子的橫截面突然擴(kuò)大，流體進(jìn)入殼體后突然減速增壓，形成了強(qiáng)烈的渦流。由于水管截面很小，而且還有散流片的作用，使得氣體的渦流更加劇烈。因而，氣體入口處將呈現(xiàn)極端的湍流狀態(tài)。渦流產(chǎn)生的負(fù)壓將高濃度活性氧離子吸入混合器中，水在混合器內(nèi)充分霧化成非常微細(xì)的激化小顆粒，增加活性氧等自由基在水中的溶解和附著面積，大大提高離子溶附于水的能力，使混合效率較傳統(tǒng)的鼓泡式、文丘里式等提高20％左右。
紅外控制器電路圖如圖5所示，由紅外發(fā)生器、存貯器、鎖存器、分頻器、史密特觸發(fā)器以及光電隔離器構(gòu)成，用于控制凈水器的啟停，紅外控制距離為100～200mm。
本活性氧凈水器具有五種功能去除有機(jī)化學(xué)物質(zhì)、去除致癌菌、去除異色、異味、去除有害金屬、保留有易健康的物質(zhì)。最終能通過深度凈化有效地清除自來水管網(wǎng)中的紅蟲、鐵銹、懸浮物等成分，降低濁度、余氯和有機(jī)雜質(zhì)，并截留細(xì)菌、大腸桿菌等微生物，從而消除自來水的二次污染，提高水質(zhì)，達(dá)到國家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，可直接生飲。同時(shí)，作為市鎮(zhèn)自來水管網(wǎng)的終端過濾裝置，只要在水龍頭上一接，干凈衛(wèi)生、清澈透明的飲用水便隨心所欲，隨手可得。
以下為本實(shí)用新型活性氧凈水器滅菌試驗(yàn)表殺菌效果表

滅菌時(shí)間和效率對(duì)照表

洗手殺菌效果表

本實(shí)用新型裝置具有的優(yōu)點(diǎn)工作穩(wěn)定可靠，使用濃度起伏變化小，用途廣，殺菌率高，速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝操作方便，節(jié)水節(jié)能。由于采用了高頻高壓沿面放電技術(shù)產(chǎn)生活性氧，用激活水粒和氣體等自由基混合的先進(jìn)技術(shù)，該設(shè)備整個(gè)裝置體積小、重量輕、功耗小、操作安全、成本低廉，是一種新型的水凈化器。該設(shè)備可以取代其他凈化產(chǎn)品，為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人們生活又提供了一種新的滅菌設(shè)備(手段)。


圖1為本氧凈水器結(jié)構(gòu)總圖。
圖2為本凈水器的高頻脈沖電源電路圖。
圖3為本凈水器的活性氧發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖。其中圖3(a)為俯視圖，圖3(b)為剖視圖。
圖4為本凈水器的渦流混合器結(jié)構(gòu)圖。
圖5為本凈水器的紅外控制電路圖。
圖中標(biāo)號(hào)1為進(jìn)水管，2為網(wǎng)孔過濾器，3為電磁閥，4為高頻電源，5為控制面板，6為活性氧發(fā)生器，7為渦流混合器，8為出水管，9為防濺節(jié)水裝置，10為紅外感應(yīng)裝置，11為活性氧發(fā)生器放電電極，12為陶瓷，13為接電極，14為散流片。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述本實(shí)施例中，高頻脈沖電源如圖2所示，采用整體封裝形式，尺寸為(60×50×50)mm；活性氧發(fā)生器如圖3所示，采用線條狀平板結(jié)構(gòu)形式，大小為(20×50×1)mm，電極間距3mm，電極寬度為3mm，厚度為20μm，放電腔大小為(80×10×15)mm，采用工程塑料，渦流混合器如圖4所示，紅外控制器如圖5所示，外殼及總裝如圖1所示。其中，直流24V輸入，工作時(shí)功耗20W，活性氧凈水器的整機(jī)結(jié)構(gòu)大小為(150×70×150)mm。交流200V電壓通過穩(wěn)壓電源變成24V直流電壓輸入到活性氧發(fā)生電源4中，在自動(dòng)狀態(tài)下，有物體遮擋紅外感應(yīng)器10時(shí)啟動(dòng)裝置，電磁閥3打開，水流過渦流混合器，同時(shí)活性氧電源4通電，高頻脈沖施加到活性氧發(fā)生器6上，放電腔內(nèi)形成大量具有較高反應(yīng)活性的活性氧等自由基(單線態(tài)氧1O2、超氧陰離子自由基O+2、羥基自由基·OH等)。網(wǎng)孔過濾器2先對(duì)水中的雜質(zhì)進(jìn)行第一步凈化，當(dāng)水流過渦流混合器7時(shí)所形成強(qiáng)大的負(fù)壓將這些活性氧等自由基吸入到混合腔中，與霧化的水汽發(fā)生激烈碰撞，水質(zhì)得到充分凈化，凈化后的水通過出水管8和防濺節(jié)水裝置9流出。本實(shí)施例可直接安裝在1/2’自來水管上。
權(quán)利要求1.一種使用等離子體技術(shù)凈化水質(zhì)的超小型活性氧凈水器，其特征在于包括一個(gè)高頻脈沖電源，用來提供活性氧發(fā)生器所需的高壓窄脈沖，由穩(wěn)壓輸入電源、逆變電路、漏電保護(hù)電路以及高頻升壓變壓器組成；一個(gè)活性氧發(fā)生器，由兩片活性氧發(fā)生元件構(gòu)成，在窄脈沖高壓下能形成沿面流注放電，產(chǎn)生大量的活性氧等自由基；一個(gè)水氣渦流混合器，用來提供活性氧離子和水分子充分混合的條件；一個(gè)紅外控制器，設(shè)有自動(dòng)和手動(dòng)功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超小型活性氧凈水器，其特征在于凈水器的兩端分別裝有進(jìn)水口(1)、出水管(8)，進(jìn)水口直接連接在自來水管道上，在進(jìn)水口安裝有可卸的網(wǎng)孔過濾器(2)；電磁閥(3)設(shè)置于進(jìn)水口(1)和過濾器(2)之后，用于控制水的開關(guān)，由紅外感應(yīng)裝置(11)控制；高頻脈沖電源(4)放置在電磁閥的上部，電源采用12～24V供電，經(jīng)過逆變升壓后產(chǎn)生高頻高壓脈沖，施加到活性氧發(fā)生器(6)上，形成沿面流注放電，氣體電離產(chǎn)生活性氧離子；活性氧發(fā)生器(6)的下部通過導(dǎo)氣口與渦流混合器(7)相連接，當(dāng)水流過混合器時(shí)，水流呈螺旋前進(jìn)狀態(tài)，形成負(fù)壓將活性氧離子吸入，活性氧離子與水充分混合，凈化后的水通過出水管(8)和防濺節(jié)水裝置(9)流出；控制面板(5)安裝在凈水器的上部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超小型活性氧凈水器，其特征在于高壓脈沖電源由智能逆變電路組成，電路采用IGBT逆變形式，輸入220V電壓經(jīng)初級(jí)全橋整流濾波降壓后成為12～24V直流，通過IGBT全橋逆變，轉(zhuǎn)換成20～30KHz的高頻交流脈沖，再經(jīng)高頻脈沖變壓器升壓，最后由快速整流管、電抗器整定為可供發(fā)生活性氧用的高壓脈沖，電源輸出電壓3kv～6kv，脈沖前沿為0.3～0.5ns，脈寬約24us。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超小型活性氧凈水器，其特征在于上述的活性氧發(fā)生器由具有抗氧化性能的金屬和電介質(zhì)組成，為線條狀平行板式，接地電極為10～30μm的金屬鎢，兩邊用氧化鋁燒結(jié)成活性氧發(fā)生元件的電介質(zhì)，在氧化鋁外表面燒結(jié)有厚度為8～15μm的金屬鎢薄膜作為放電極，放電極平行排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超小型活性氧凈水器，其特征在于上述的活性氧發(fā)生器為線條狀平行結(jié)構(gòu)，由2片平板組成，每片的尺寸為(20×50×1)mm，電極間距為1～5mm，電極寬度為1～5mm，厚度為10～30μm，平行排列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超小型活性氧凈水器，其特征在于控制器由紅外發(fā)生器、存貯器、鎖存器、分頻器、史密特觸發(fā)器以及光電隔離器構(gòu)成，用于控制凈水器的啟停，紅外控制距離為100～200mm。
專利摘要本實(shí)用新型是一種由高頻脈沖電源、活性氧發(fā)生器、渦流混合器以及紅外控制器組成的用于水質(zhì)凈化的裝置。采用低溫等離子體技術(shù)產(chǎn)生活性氧等自由基，用激活水粒和大量自由基渦流混合的技術(shù)，同時(shí)使用感應(yīng)控制開關(guān)，安全隔離變壓器，防濺節(jié)水裝置和網(wǎng)孔過濾器，整個(gè)裝置工作具有性能穩(wěn)定可靠、殺菌率高、速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無殘害、不存在二次污染等優(yōu)點(diǎn)?？蓮V泛用于食品餐具消毒、創(chuàng)面洗凈滅菌、果蔬殺菌保鮮、衛(wèi)生潔具消毒、清潔口腔、飲用水制造等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C02F1/48GK2652921SQ0323019
公開日2004年11月3日 申請(qǐng)日期2003年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月10日
發(fā)明者陳剛, 薛維 申請(qǐng)人:陳剛