一种电穿孔杀菌净水设备的制作方法

1.本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及一种电穿孔杀菌净水设备。


背景技术：

2.水质洁净安全与否对人们的健康安全有着重大意义。在水质净化的过程中，往往需要根据滤除杂质的体积进行分级过滤。而水质中的细菌由于体积小难以滤除，往往采取氯化杀菌、紫外杀菌等方式进行净化。但氯化杀菌残留的消毒剂不可避免地会产生致癌的消毒副产物，不适用于家庭个体净水。而由于不同细菌对于紫外线的抵抗能力不同，导致紫外杀菌的时长及光线强度不易调节，且紫外杀菌灯在长期使用时，灯管附着水垢，杀菌效果急剧降低，难以推广使用。
3.电穿孔杀菌采用在水质中释放电场以使微生物发生电穿孔失去活性，达到杀菌净化的目的。然而传统的电穿孔杀菌过程中，由于水质中存在的各种杂质对电穿孔造成干扰，降低了杀菌效率，且难以达到预期的杀菌效果。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对现有技术中饮用水杀菌效率低和杀菌效果差的问题，提供一种激电穿孔杀菌净水设备。净水设备包括：外壳一、外壳二、上挡板、下挡板、上过滤仓、下过滤仓、至少一个发电模块和电穿孔杀菌模块。
5.发电模块包括进水端一和出水端一，进水端一连通在流动水的流动路径上，将流动水输送到发电模块内。发电模块用于将流动水的机械能转化为电能，进而为电穿孔杀菌模块供电。上过滤仓包括进水端二和出水端二，进水端二与出水端一连通，用于将发电模块输出的流动水输送到上过滤仓内，通过上过滤仓进行一级净化，滤除其中的悬浮颗粒、胶体物质、电解质离子、异味物质、色素和三卤化物杂质。电穿孔杀菌模块包括进水端三和出水端三，进水端三和出水端二连通，用于将一次净化后的流动水输送到电穿孔杀菌模块内。电穿孔杀菌模块用于产生电场，对流动水进行二级净化，通过电场的细菌发生电穿孔失去活性，达到杀菌的净水目的。下过滤仓包括进水端四，进水端四与出水端三连通，用于将二次净化后的流动水输送到下过滤仓内，通过下过滤仓进行三级净化，滤除流动水中的剩余杂质及电穿孔净水阶段产生的附加杂质。
6.上述净水设备通过发电模块将流动水的机械能转化为电能，为电穿孔杀菌模块供电，从而在电穿孔杀菌模块内形成电场，使通过电穿孔杀菌模块的流动水中的细菌的细胞膜通透性急剧增加，发生不可逆电穿孔以达到杀死细菌的净水目的。本发明通过多个发电模块协同工作实现净水设备自供电，降低水净化的成本，通过一级净化去除水中的悬浮物颗粒，降低对电穿孔杀菌的干扰，通过在水中形成电场，使水中细菌发生电穿孔失去活性，提高杀菌效率和杀菌效果，通过三级净化去除电穿孔杀菌过程中额外产生的杂质，实现预期的净水效果，本发明具有高效杀菌、无消毒副产物以及低能耗的特点，实用价值高，适用范围广。
7.在其中一个实施例中，电穿孔杀菌模块包括外电极、电极轴和多个纤维电极。外电极同轴设置在电极轴内。多个纤维电极均匀固定安装在电极轴的外表面上。电极轴为圆柱形导体，外电极为管状导体。外电极与电极轴之间设置有环形的水流通道。发电模块分别为外电极和电极轴供电，使外电极和电极轴分别连通正负相反的电极，进而在外电极和电极轴之间形成电场，通过纤维电极的尖端放电增强电场强度，使通过电穿孔杀菌模块的水流中的细菌发生电穿孔失去活性，达到杀菌的净水目的。碳纤维细丝具有高耐久性、高导电性，无毒无磨损，能提高净水的效率及净化水饮用的安全性。
8.在其中一个实施例中，上过滤仓、电穿孔杀菌模块和下过滤仓自上而下依次安装在外壳二内。外壳二用于调节发电模块输出的流动水的流向，以使流动水依次穿过上过滤仓、电穿孔杀菌模块和下过滤仓。
9.在其中一个实施例中，外壳二内同轴安装一个陶瓷外壳。陶瓷外壳的底端与外壳二固定连接，陶瓷外壳与外壳二之间形成一个用于延长水流路径的空腔。陶瓷外壳具有无数个密集的孔隙，流动水可以穿过孔隙流入陶瓷外壳内。外电极与陶瓷外壳的内壁紧密贴合，外电极的底端与陶瓷外壳的底端位于同一水平面上。流动水蓄积在空腔内直至液面超出外电极的顶端，流动水穿过陶瓷外壳的孔隙流入陶瓷外壳内。
10.在其中一个实施例中，发电模块收容在外壳一内。外壳一与输水管道连通，流动水从外壳一的进口端流入，以使发电模块产出电能。
11.在其中一个实施例中，外壳一包括上壳、下壳和保护外壳。上壳的顶端设置有进水口，用于连通输水管道。扇叶支架固定安装在上壳的顶部。上壳的外壁上开设有用于收容线圈的线圈槽。上壳与下壳可拆卸式连接。下壳与外壳二连通。下壳用于蓄积发电模块输出的流动水并调节流动水的流向与流速。保护外壳包覆在上壳的外表面上，用于防止上壳受损，提高上壳的密封性能，提高线圈供电的安全性。
12.在其中一个实施例中，外壳二的顶端可拆卸式连接一个上盖。打开上盖，可以将上过滤仓、电穿孔杀菌模块和下过滤仓依次取出，便于清洗和维护。外壳二的底端开设有出水口。出水口为倒锥形，用于调节外壳二出口端流动水的流速，以满足用户的用水需求。
13.在其中一个实施例中，净水设备还包括出水管和进水管。出水管的一端与下壳连通，另一端与进水管的一端连通。进水管的另一端与外壳二连通。外壳二和电穿孔杀菌模块可以单独使用，便于随身携带。电穿孔杀菌模块也可以与发电模块结合使用，无需外接电源，降低使用成本。
14.在其中一个实施例中，发电模块包括扇叶支架、轴杆、扇叶轴承、多个扇叶、多个磁铁和线圈。轴杆的一端与扇叶支架可转动连接，另一端与扇叶轴承固定连接。扇叶呈环形固定在扇叶轴承上。每个扇叶上嵌入式安装一个磁铁。线圈设置在扇叶外侧，线圈与扇叶的旋转面垂直。扇叶设置在流动水的流动路径上，流动水驱动扇叶旋转，从而驱动磁铁旋转，线圈切割磁感线产生电能，用于对电穿孔杀菌模块供电。通过设置发电模块，实现净水设备的自动运行，无需外接电源，降低净水的成本。
15.在其中一个实施例中，上挡板和下挡板均具有镂空结构，上挡板可拆卸式安装在上过滤仓与电穿孔杀菌模块之间，用于调节上过滤仓出口端流动水的流速和流向。下挡板可拆卸式安装在下过滤仓与电穿孔杀菌模块之间，用于调节下过滤仓进口端流动水的流速和流向。流动水依次通过进水管、进水口、上挡板、上过滤仓、下过滤仓和下挡板减缓流速，
调节流向，避免直接冲击纤维电极，从而保护纤维电极不受损，延长净水设备的使用寿命。
16.相较于现有技术，本发明具有如下有益效果：
17.1.本发明通过多个发电模块协同工作对电穿孔杀菌模块供电，实现净水设备自供电，降低水净化的成本，通过一级净化去除水中的悬浮物颗粒，降低对电穿孔杀菌的干扰，通过在水中形成电场，使水中细菌发生电穿孔失去活性，提高杀菌效率和杀菌效果，通过三级净化去除电穿孔杀菌过程中额外产生的杂质，实现预期的净水效果，本发明具有高效杀菌、无消毒副产物以及低能耗的特点，实用价值高，适用范围广。
18.2.碳纤维细丝具有高耐久性、高导电性，无毒无磨损，能提高净水的效率及净化水饮用的安全性。流动水依次通过进水管、进水口、上挡板和上过滤仓减缓流速，调节流向，避免直接冲击纤维电极，从而保护纤维电极不受损，延长净水设备的使用寿命。
19.3.外壳一和电穿孔杀菌模块可以单独使用，便于随身携带。电穿孔杀菌模块也可以与发电模块结合使用，无需额外电源，降低使用成本。
20.4.流动水通过进水管流入外壳二内，蓄积在空腔中，直至流动水液面超出陶瓷外壳，通过通孔流入陶瓷外壳内，延长了流动水的流动路径，延长水流通过净水设备的时长，从而在保持净水效率的同时，提高杀菌效率。
21.5.陶瓷外壳对外电极起到绝缘防护的作用，减小电穿孔杀菌的干扰因素，外电极与陶瓷外壳贴合，从而在外电极和电极轴之间形成环形的水流通道，使流动水均匀通过电场，提高杀菌效率。
附图说明
22.图1为本发明实施例1的净水设备的立体结构示意图；
23.图2为图1中净水设备的局部剖面结构示意图；
24.图3为图1种净水设备的另一局部剖面结构示意图。
25.主要元件符号说明
26.图中标号为：101、上盖；102、外壳二；103、陶瓷外壳；104、上过滤仓；105、上挡板；106、电极轴；107、外电极；108、纤维电极；109、下过滤仓；1010、下挡板；1011、出水口；1012、进水管；201、进水口；202、扇叶支架；205、轴杆；207、上壳；208、扇叶；2010、磁铁；2012、线圈；2014、保护外壳；2015、下壳；2016、出水管。
27.以上主要元件符号说明结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
30.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
31.请参阅图1、图2和图3，图1为本实施例的净水设备的立体结构示意图；
32.图2为图1中净水设备的局部剖面结构示意图；图3为图1种净水设备的另一局部剖面结构示意图。本实施例提供一种电穿孔杀菌净水设备，净水设备包括：外壳一、外壳二102、上过滤仓104、下过滤仓109、陶瓷外壳103、至少一个发电模块和电穿孔杀菌模块。
33.发电模块安装在外壳一内。发电模块包括出水端一和进水端一，进水端一与一个输水管道连通。流动水通过发电模块时，部分机械能转化为电能，为电穿孔杀菌模块供电。发电模块可以采用摩擦发电机，也可以采用电磁发电机或多个不同种类发电机结合而成。其中，摩擦发电机通过流动水冲击驱动摩擦发电元件产生摩擦，从而产生电荷的迁移，通过与摩擦材料连通的电极产出电量。电磁发电机则通过流动水驱动叶轮旋转，从而驱动线圈切割磁感线，使得线圈内产生电量。当采用电磁发电机时，发电模块包括扇叶支架202、上轴承、下轴承、轴杆205、扇叶208轴承、多个扇叶208、磁铁2010和线圈2012。扇叶支架202固定安装在上壳207的顶部。扇叶支架202内设置有用于安装上轴承的上轴承槽。轴杆205的顶端与上轴承固定连接。轴杆205的底端设置有用于安装扇叶208轴承的下轴承槽。多个叶片呈环形安装在扇叶208轴承上。每个磁铁2010嵌入式安装在一个扇叶208上。上壳207的外壁上设置有用于收容线圈2012的线圈槽。线圈2012可以使用金属导电材料，如铜线圈2012、银线圈2012等。发电模块的各个元件的尺寸均可依据使用人群、环境、地区而定，如室外可以选用较大尺寸，出行可以选用较小尺寸方便携带。发电模块的各个元件的材料也可自行选取，考虑到净水器的定期清洗、销售成本，除磁铁2010和线圈2012外，发电模块的其他元件均采用塑料制件。发电模块的外侧还可以设置一个扇叶208保护壳，扇叶支架202与扇叶208保护壳固定连接，使发电模块形成一个整体，便于安装或拆卸，便于单独清洗。流动水从进水口201流入上壳207内，自上而下冲击扇叶208驱动扇叶208旋转切割磁感线产生电流，产出的电流用于对电穿孔杀菌模块供电。流动水驱动扇叶208旋转后蓄积在下壳2015内，通过出水管2016向外排出。当然，在其他实施例中，进水口201也可以设置为多个，流动水的方向也可以调整为横向或斜向，只要能驱动扇叶208旋转即可。当进水口201为单个时，可以将进水口201直接与管道连通。当进水口201为多个时，可以直接将外壳一安装在管道内。
34.上过滤仓104安装在陶瓷外壳103的顶部，位于上挡板105的正上方。上过滤仓104包括出水端二和进水端二。进水端二与出水端一连通。上过滤仓104用于对流动水的一级净化，以去除流动水中的悬浮颗粒、胶体物质、异味物质、色素和三卤化物杂质。上过滤仓104内部可以采用不同的过滤材料，如活性炭、聚丙烯熔喷滤芯棉和金属滤网中的任意一种或多种等。本实施例选用活性炭、聚丙烯熔喷滤芯棉、金属滤网三种材料叠加的滤芯一，滤芯一与上过滤仓104的内壁紧密贴合。
35.电穿孔杀菌模块设置在上过滤仓104和下过滤仓109之间。电穿孔杀菌模块包括出水端三和进水端三。进水端三与出水端二连通。电穿孔杀菌模块用于产生电场，对流动水进行二级净化，以使流动水中的细菌发生电穿孔失去活性。电穿孔杀菌模块包括外电极107、电极轴106和多个纤维电极108。外电极107为管状，外电极107可拆卸式安装在陶瓷外壳103
内。外电极107的外壁与陶瓷外壳103的内壁紧密贴合。电极轴106同轴设置在外电极107内，电极轴106与外电极107之间形成环形的水流通道。多个纤维电极108均匀设置在电极轴106的外侧。外电极107的外壁上可以设置导线槽，用于布设导线，将外电极107和电极轴106分别与外接电源连通。外电极107和电极轴106分别接通正负相反的电极，则在外电极107和电极轴106之间形成电场，通过纤维电极108的尖端放电，可以增强电场的强度，使得通过电场的细菌发生电穿孔失去活性，提高杀菌的效率。此外，流动水在上过滤仓104中滤除悬浮物颗粒、胶体物质、游离聚合物杂质等，降低对电穿孔杀菌的干扰，流动水均匀穿过外电极107和电极轴106之间的通道，有效地提高杀菌效率，同时减少对限位电极的冲击磨损，延长电穿孔杀菌模块的使用寿命。纤维电极108可以为碳纤维细丝、不锈钢电极或铜电极。当采用碳纤维细丝为纤维电极108时，碳纤维细丝的长度为1-50mm，直径为5-10μm。碳纤维细丝和目前的金属纳米线相比，具有以下优点：ⅰ、高耐久性：碳纤维耐磨、耐腐蚀、高强度、高韧性使其在日常供水的冲刷下依然可以保持足够的耐久性不易发生磨损脱落，解决了局部增强电场处理净水设备的耐久性问题，并且成本更低，维护及更换更加方便，充分满足多种情况下的使用需求，实用价值高，适用范围广。ⅱ、高导电性：碳纤维的高导电性可以使其更容易积累电荷发生电穿孔，更有利于提升电穿孔杀菌效率。ⅲ、无毒无磨损：碳纤维本身无毒，更不易发生磨损，电穿孔过程也不会产生毒副物质，全程无有害物质产生，更加健康安全。碳纤维虽然尖端直径更大，但高韧性可以使它获得更大的长径比，本身的高导电性可以更好的结合外接电源，依然可以起到局部增强电场满足电穿孔杀菌的需求。碳纤维细丝在积累电荷增强局部电场发生尖端放电现象，在多种静电消除设备中已有成熟应用。外电极107和电极轴106的材质均为导电材料，如金属、石墨、导电橡胶等。外电极107、电极轴106和纤维电极108的材质和尺寸相互配合。外电极107与纤维电极108的尖端间距设置在100μm-20mm。本实施例中，采用长度为5mm、直径为7μm的纤维细丝。外电极107采用铜质圆管，铜质圆管的内径为30mm，长度为200mm。外电极107与纤维细丝的尖端间距为5mm。中心电极选用不锈钢金属圆柱，直径为10mm，长度为250mm。电穿孔杀菌模块可以设置为一个或多个，其排布方式依据流动水的流量和流速以及使用方式而定。
36.下过滤仓109安装在陶瓷外壳103的底部，位于下挡板1010的正下方。下过滤仓109包括进水端四和出水端四。进水端四与出水端三连通。出水端四用于输出净水。下过滤仓109用于对水源的三级净化，以去除流动水中的剩余杂质以及电穿孔净水阶段产生的附加杂质，如断裂脱离的纤维电极108、粒径更小的游离杂质等。流动水通过电穿孔杀菌模块，受电场作用，部分带电的小颗粒杂质聚合形成大颗粒杂质，在下过滤仓109中滤除，提高净水效果。下过滤仓109均可以采用不同的过滤材料，如活性炭、聚丙烯熔喷滤芯棉和金属滤网中的任意一种或多种等。本实施例选用活性炭、聚丙烯熔喷滤芯棉、金属滤网三种材料叠加的滤芯二。滤芯二与下过滤仓109的内壁紧密贴合。上过滤仓104和下过滤仓109的材质和尺寸较为相似，区别在于，下过滤仓109的过滤孔径更小。
37.外壳一包括上壳207、下壳2015和保护外壳2014。上壳207与下壳2015可拆卸式连接。保护外壳2014包覆在上壳207的外表面上。上壳207的顶部设置有进水口201，进水口201与输水管道连通。流动水通过进水口201调节流向，从而驱动扇叶208旋转。下壳2015与一个出水管2016连通，用于蓄积发电模块输出的流动水。上壳207与下壳2015均为硬质的绝缘外壳，如塑料外壳、玻璃外壳、陶瓷外壳103等。上壳207与下壳2015之间可以采用螺纹连接、卡
接等任意一种连接方式，只要具备足够的稳固性和密封性即可。保护外壳2014包覆在上壳207的外侧，可以采用塑料外壳、橡胶外壳或高分子材料外壳等，用于保护上壳207不受损伤，防止上壳207漏水，避免线圈2012漏电。
38.外壳二102与一个进水管1012的一端连通。进水管1012的另一端与出水管2016连通。外壳二102的顶部可拆卸式安装一个上盖101。外壳二102的底部开设有出水口1011。出水口1011为倒锥形，可以提高流动水的流速。外壳二102内同轴安装一个陶瓷外壳103。陶瓷外壳103的底端与外壳二102固定连接，陶瓷外壳103与外壳二102之间形成一个用于延长水流路径的空腔。陶瓷外壳103具有无数个密集的孔隙，流动水可以穿过孔隙流入陶瓷外壳103内。外电极107与陶瓷外壳103的内壁紧密贴合，外电极107的底端与陶瓷外壳103的底端位于同一水平面上。外电极107的顶端与陶瓷外壳103之间形成一个用于收容上过滤仓104的上空腔。陶瓷外壳103可以根据净水需求选择大小不同的孔隙。流动水通过进水管1012蓄积在空腔内，直至流动水的表面超出外电极107的顶端后，通过陶瓷外壳103的孔隙流入陶瓷外壳103内，经上过滤仓104过滤后流入外电极107的内侧。通过设置的空腔与陶瓷外壳103的孔隙可以减缓流动水的流速，延长流动水的流动路径，延长流动水的净化时长，提高净化效果。外壳二102和上盖101可以采用相同的材质，如塑料件、金属件或高分子材料件等。为了便于加工，降低成本，本实施例采用塑料制件。在家用净水中，外壳二102的长度最好设置为250mm，直径为70mm。
39.电极轴106的顶端与外电极107之间可拆卸式连接一个上挡板105。电极轴106的底端与外电极107之间可拆卸式连接一个下挡板1010。上挡板105与下挡板1010均具有镂空结构，可以减缓流动水的流速，调节流动水的流向，还可以分别用于支撑上过滤仓104和下过滤仓109。上挡板105和下挡板1010可以是塑料件，也可以是橡胶件或其他绝缘件。上挡板105和下挡板1010还可以分别设置一个调节机构，用于驱动上挡板105和下挡板1010的旋转，调节上挡板105和下挡板1010与电穿孔杀菌模块的连通孔径，进而控制流动水的流速。调节机构可以是正负极相对的磁铁2010二和磁铁2010三，磁铁2010二与上挡板105或下挡板1010连通，磁铁2010三滑动连接在外壳二102的外壁上，当磁铁2010三在外壳二102的外壁上滑动时，磁铁2010二受吸引力作用跟随移动，驱动上挡板105或下挡板1010旋转。
40.本实施例提供的净水设备通过流动水驱动扇叶208旋转，从而驱动磁铁2010旋转，线圈2012切割磁感线产生电能，为电穿孔杀菌模块供电，在外电极107和电极轴106上分别连通正负相反的电极，从而在外电极107和电极轴106之间产生高强度电场使流动水中细菌的细胞膜通透性急剧增加，发生不可逆电穿孔以达到杀死细菌的净水目的。本实施例采用纤维细丝作为电极，可以将纤维细丝的尖端附近电场增强几个数量级，从而在施加较低的电压情况下使病原体失活。通过多个发电模块协同工作实现净水设备自供电，降低水净化的成本，通过一级净化去除水中的悬浮物颗粒，降低对电穿孔杀菌的干扰，通过在水中形成电场，使水中细菌发生电穿孔失去活性，提高杀菌效率和杀菌效果，通过三级净化去除电穿孔杀菌过程中额外产生的杂质，实现预期的净水效果，具有高效杀菌、无消毒副产物以及低能耗的特点，实用价值高，适用范围广。
41.为了便于电穿孔杀菌模块的单独使用，还可以在外壳二102上安装一个电容器。电容器为可充电电源，用于对电穿孔杀菌模块供电。当然，在其他实施例中，还可以在外壳二102上安装多个紫外灭菌灯，通过紫外灭菌提高净水的效率。紫外灭菌灯可以由电容器供
电。
42.本实施例的净水设备，不仅可以应用在家庭饮用水的净化上，还可以应用在工业净水、居民用水或户外净水中。当应用于家庭净水或户外净水时，可以选用体积较小，便于携带的净水设备。
43.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
44.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。