一种基于摩擦生电的紫外线水杀菌装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出的一种基于摩擦生电的紫外线水杀菌装置，包括机械能输入装置、摩擦纳米发电机、皮带传动装置、水泵、紫外线灯、输入、输出轴；机械能输入装置的输出端带动摩擦纳米发电机的转子转动，同时通过皮带传动装置带动输出轴转动，该输出轴与水泵的输入端连接；紫外线灯采用螺旋式或过流式，包括灯管、水管以及与摩擦纳米发电机的第一、第二输出端相连的第一、第二电极丝，水管的一端作为进水口与水泵的出水口连通，水泵的进水口接入待杀菌水。本发明专利技术将紫外线灯与摩擦纳米发电机结合起来，将收集的机械运动，通过摩擦起电效应产生足够高的电压，击穿紫外线灯管中的稀有气体，使其发射紫外线，实现由机械能到光能的转变，且简单便携。

A Ultraviolet Water Sterilization Device Based on Friction Electricity Generation

【技术实现步骤摘要】
一种基于摩擦生电的紫外线水杀菌装置
本专利技术属于紫外杀菌装置
，尤其涉及一种基于摩擦生电的紫外线水杀菌装置。
技术介绍
紫外线(UV)杀菌技术是诸多水杀菌方式中较为成熟的，并且具有显著优势。其利用适当波长的紫外线能够破坏微生物机体细胞中的DNA(脱氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子结构，造成生长性细胞死亡和(或)再生性细胞死亡的原理，达到杀菌消毒的效果。紫外线杀菌大致有以下三方面优势：首先，它不产生任何消毒副产物；其次，紫外线杀菌速度快，效果强；最后，其操作安全简易。因此，探索一种不依赖于电网而驱动紫外杀菌的技术具有十分重要的应用价值与意义。然而，在现有的插电式紫外线杀菌灯中，采用的是220V家用标准电压。由于灯管两端需要输入高电压，故电路中需增加镇流器，使紫外线灯的制造工艺变得复杂。而充电式紫外线杀菌灯不仅价格昂贵，而且野外续航能力和低温下性能均较差。所以，探索一种能够脱离镇流器工作的非充电式紫外线灯，就能够极大拓广紫外线水杀菌的应用范围。摩擦纳米发电机(TENG)利用摩擦起电效应和静电感应效应，将摩擦这一机械运动的能量利用起来，并将其转化为电能。具体地，当两种不同材料在外力驱动下互相接触时，它们的表面由于摩擦起电作用，会产生等量的正负静电荷；而当两种材料在机械力的作用下分离时，正负静电荷在空间上发生分离，并相应在材料的上下表面电极上产生感应电势差；当两个电极之间短路或接入外电路负载时，感应电势差将会驱动电子在两个电极之间流动，实现电能的供给。TENG具有制作简单、成本低、质量轻、输出电压高等优势，应用十分广泛。已有的一种涡流式紫外线杀菌器，如中国专利技术专利CN201810869071.3，包括外壳、紫外线杀菌灯、石英套管、倒流口等。该杀菌器通过在外壳和石英套管的过水通道之间设置导流口交错的导流板，使水流在经过过水通道后形成涡流运动，增加水流通过路径，延长水流通过时间，从而增大受到的辐射剂量；通过外壳内壁和导流板表面的抛光处理，缩短紫外线在水中的传播距离，增强紫外线的反射能力，提高杀菌效果。该杀菌器的不足之处在于：杀菌器内部结构复杂，制造成本的增加超过了其获得的杀菌效果的提高；以传统的方式驱动紫外线灯，没有突破传统紫外线灯应用范围的限制等。已有的一种双层套管紫外线杀菌器，如中国专利技术专利CN201811201813.1，包括连接结构件、锁紧螺母、内套管、外套管、出水口、入水口、紫外线灯管、反射膜等。该杀菌器通过在外套管和内套管之间设置导流通道和在两个连接结构件上设置入水口和出水口，使水流通过紫外线照射区域，实现杀菌目的。该杀菌器还通过一系列密封装置的设置，提高装置使用的可靠性和使用寿命。该杀菌器的不足之处在于：装置总体体积和质量均较大，不利于携带。另外，和上述涡流式紫外线杀菌器一样，该杀菌器驱动紫外线灯的方式也和传统方式一致，没有突破传统紫外线灯应用范围的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服已有技术的不足之处，提出一种基于摩擦生电的紫外线水杀菌装置。本专利技术利用简单的机械输入(手摇)使摩擦纳米发电机产生足够高的电压，在不需要任何高压电源和镇流器的前提下驱动紫外线灯管发光。另外，该输入通过轴和带轮的传动驱动水泵工作，使待净化水源不间断流过紫外线灯管照射区域，以达到杀菌目的。紫外线灯采用螺旋式或过流式，其中，过流式紫外线灯管的灯管部分为一U型管，外边套有形状与之相对的外壳，水流从二者之间流过；螺旋式紫外线灯管的灯管部分为圆柱形，灯管内侧置有螺旋形水管，水流从螺旋型水管的一端进入，一端流出。本专利技术不仅拓展了摩擦纳米发电机在高压领域的应用，同时也为野外等电网不发达地区和电力供应短缺的灾区实现水灭菌提供了可能。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提出的一种基于摩擦生电的紫外线水杀菌装置，其特征在于，主要包括机械能输入装置、摩擦纳米发电机、皮带传动装置、水泵、螺旋式紫外线灯、输入轴和输出轴；其中，所述摩擦纳米发电机包括转子和定子，在所述转子和定子之间设有得失电子能力不同的两种摩擦片以及与所述摩擦片发生静电感应的电极；所述机械能输入装置的输出端带动所述转子转动，同时该机械能输入装置的输出端通过所述皮带传动装置带动所述输出轴转动，该输出轴与所述水泵的输入端连接；所述皮带传送装置包括传动轮和从动轮，两者之间通过传送皮带连接；所述螺旋式紫外线灯包括灯管，两端位于所述灯管外、中部位于所述灯管内的水管，以及位于所述灯管两端的第一电极丝和第二电极丝，且位于所述紫外线灯内的水管为螺旋形，所述水管的内部为水流通过区域，该水管的一端作为进水口与所述水泵的出水口连通，所述水泵的进水口接入待杀菌水，所述水管和灯管之间为紫外线发生区域，所述摩擦纳米发电机的第一、第二输出端分别与紫外线灯的第一、第二电极丝相连。进一步地，所述螺旋式紫外线灯替换为过流式紫外线灯，该过流式紫外线灯包括位于水管内部的灯管，且所述灯管一端与所述水管一端固定连接，在水管的该端上开有两个小孔，供第一、第二电极丝分别插入；在所述水管的外侧壁上分别设有进水口和出水口，该进水口与所述水泵的出水口连通；所述灯管侧壁与水管侧壁间为水流通过区域，所述灯管内部为紫外线发生区域。优选地，所述机械能输入装置为一手柄，该手柄的动力输出端与所述输入轴一端固定连接，所述输出轴另一端依次穿过所述摩擦纳米发电机的转子、定子、支撑板以及所述皮带传送装置的传动轮的中心后与第一支座通过第一轴承连接，且所述转子由安装法兰与所述输入轴固定；在所述定子与传动轮的输入轴上还设有与所述定子固连的安装支撑板以及固定该支撑板的第二支座，该第二支座与所述输入轴之间通过第二轴承连接，该第二轴承通过与所述第二支座固接的轴承端板限位。优选地，所述摩擦纳米发电机为独立层式摩擦纳米发电机，所述转子和定子平行且共轴设置，所述转子上与定子相对的一侧固定有呈扇形分布的多个第一摩擦片，各第一摩擦片之间彼此不接触、保持相互独立，各第一摩擦片的一端与所述转子固定连接、另一端为自由端；所述定子上通过花形沟槽将该定子分割为内外两个区间，分别在所述两个区间内设置多个第一电极和第二电极，且第一、第二电极交替设置，将所有的第一电极相连作为所述摩擦电纳米发电机的第一输出端，将所有的第二电极相连作为摩擦电纳米发电机的第二输出端，所述第一电极和第二电极上均覆盖有与第一摩擦片得失电子能力不同的第二摩擦片，在所述转子转动过程中，所述第一摩擦片与第二摩擦片彼此接触。优选地，所述从动轮固设在所述输出轴上，该输出轴两端分别通过一个轴承由第三支座和第四支座支撑，所述第三支座上固定有对轴承进行限位的轴承端盖，所述第三支座还通过固定板安装所述水泵和紫外线灯。进一步地，所述紫外线水杀菌装置还包括一个位置调节装置，包括移动平台、固定平台和两个位置调节组件，所述固定平台上设有供所述移动平台移动的滑槽，所述第一支座、第二支座的底端固定于所述移动平台中部，所述第三支座、第四支座固定于所述固定平台一端；各位置调节组件均分别包括固定于所述移动平台一端的第五支座、固定于所述固定平台一端的第六支座、以及连接所述第五支座和第六支座的位置调节螺钉；其中，所述位置调节螺钉的一端固定在所述第六支座上，该位置调节螺钉的另一端穿过所述第五支座上带有螺纹的通孔后通过螺钉端盖本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于摩擦生电的紫外线水杀菌装置，其特征在于，主要包括机械能输入装置、摩擦纳米发电机、皮带传动装置、水泵、螺旋式紫外线灯、输入轴和输出轴；其中，所述摩擦纳米发电机包括转子和定子，在所述转子和定子之间设有得失电子能力不同的两种摩擦片以及与所述摩擦片发生静电感应的电极；所述机械能输入装置的输出端带动所述转子转动，同时该机械能输入装置的输出端通过所述皮带传动装置带动所述输出轴转动，该输出轴与所述水泵的输入端连接；所述皮带传送装置包括传动轮和从动轮，两者之间通过传送皮带连接；所述螺旋式紫外线灯包括灯管，两端位于所述灯管外、中部位于所述灯管内的水管，以及位于所述灯管两端的第一电极丝和第二电极丝，且位于所述紫外线灯内的水管为螺旋形，所述水管的内部为水流通过区域，该水管的一端作为进水口与所述水泵的出水口连通，所述水泵的进水口接入待杀菌水，所述水管和灯管之间为紫外线发生区域，所述摩擦纳米发电机的第一、第二输出端分别与紫外线灯的第一、第二电极丝相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于摩擦生电的紫外线水杀菌装置，其特征在于，主要包括机械能输入装置、摩擦纳米发电机、皮带传动装置、水泵、螺旋式紫外线灯、输入轴和输出轴；其中，所述摩擦纳米发电机包括转子和定子，在所述转子和定子之间设有得失电子能力不同的两种摩擦片以及与所述摩擦片发生静电感应的电极；所述机械能输入装置的输出端带动所述转子转动，同时该机械能输入装置的输出端通过所述皮带传动装置带动所述输出轴转动，该输出轴与所述水泵的输入端连接；所述皮带传送装置包括传动轮和从动轮，两者之间通过传送皮带连接；所述螺旋式紫外线灯包括灯管，两端位于所述灯管外、中部位于所述灯管内的水管，以及位于所述灯管两端的第一电极丝和第二电极丝，且位于所述紫外线灯内的水管为螺旋形，所述水管的内部为水流通过区域，该水管的一端作为进水口与所述水泵的出水口连通，所述水泵的进水口接入待杀菌水，所述水管和灯管之间为紫外线发生区域，所述摩擦纳米发电机的第一、第二输出端分别与紫外线灯的第一、第二电极丝相连。2.根据权利要求1所述的紫外线水杀菌装置，其特征在于，所述螺旋式紫外线灯替换为过流式紫外线灯，该过流式紫外线灯包括位于水管内部的灯管，且所述灯管一端与所述水管一端固定连接，在水管的该端上开有两个小孔，供第一、第二电极丝分别插入；在所述水管的外侧壁上分别设有进水口和出水口，该进水口与所述水泵的出水口连通；所述灯管侧壁与水管侧壁间为水流通过区域，所述灯管内部为紫外线发生区域。3.根据权利要求1或2所述的紫外线水杀菌装置，其特征在于，所述机械能输入装置的能量来源包括机械能、水能、热能、风能。4.根据权利要求1或2所述的紫外线水杀菌装置，其特征在于，所述机械能输入装置为一手柄，该手柄的动力输出端与所述输入轴一端固定连接，所述输出轴另一端依次穿过所述摩擦纳米发电机的转子、定子、支撑板以及所述皮带传送装置的传动轮的中心后与第一支座通过第一轴承连接，且所述转子由安装法兰与所述输入轴固定；在所述定子与传动轮的输入轴上还设有与所述定子固连的安装支撑板以及固定该支撑板的第二支座，该第二支座与所述输入轴之间通过第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：程嘉，王昭政，孙润桐，季林红，路益嘉，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11