一种利用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利用摩擦生电的紫外线水杀菌装置，包括机械能输入装置、行星轮增速器、摩擦纳米发电机、水泵和紫外线灯；机械能输入装置的输出端共同与行星轮增速器的输入轴、摩擦纳米发电机的转子连接，行星轮增速器的输出轴通过联轴器与水泵的输入轴相连；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 Kind of Ultraviolet Water Sterilization Device Using Friction to Generate Electricity

【技术实现步骤摘要】
一种利用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
，尤其涉及一种利用摩擦生电的紫外线水杀菌装置。
技术介绍
紫外线(UV)杀菌是目前水杀菌的主流方式，利用合适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)的分子结构以杀死细胞的原理，实现杀菌消毒的效果。紫外线杀菌的优势主要体现在以下三个方面：首先，紫外线杀菌技术相对成熟，它不产生任何消毒副产物；其次，紫外线杀菌速度快，并且杀菌效果较好；最后，其操作安全简易。所以，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。但是，在现有的插电式紫外线杀菌灯中，需要220V的家用标准电压作为驱动。其灯管中安装了镇流器，目的是在通电瞬间产生高电压，击穿灯管中气体使电路导通。然而，镇流器的添加却使紫外线灯的制造工艺变得复杂，而且也限制了紫外线灯的使用范围。因此，探索一种能够脱离镇流器工作的非充电式紫外线灯，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)通过收集摩擦这一机械运动的能量，将其转化为电能。具体地，利用摩擦起电效应和静电感应原理，当两种不同材料在外力驱动下产生相对运动时，它们的表面会产生等量的正负静电荷；通过机械力的作用使两种材料分离，从而使正负电荷在空间上发生分离，从而材料的上下表面电极上产生感应电势差；如果在两个电极之间接入外电路负载，上下表面电极上产生的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在-20℃～60℃区间输出性能稳定，可适应各种复杂工作环境，应用范围十分广泛。已有的一种紫外线杀菌净水器，如中国专利技术专利CN201720989594.2，包括滤芯、管路和紫外线灯等。电源与位于管路纯水出水段的紫外线灯管连接形成紫外线灯点亮回路。本净水器还设有故障检测电路，能够解决净水器紫外线灯故障检测的问题。该杀菌器的不足之处在于：电路中需要连接初级变压器和次级变压器，使结构变得较为复杂；以市电为能量来源，应用范围仅限于市电供应稳定的地区，在野外、灾区等同样有水杀菌需要的地区无法使用。已有的一种螺旋式紫外线杀菌器，如中国专利技术专利CN201810869042.7，包括外壳和紫外杀菌灯等。在紫外杀菌灯外有一用于透紫外线的石英套管，外壳和石英套管之间形成过水通道。另外，通过螺旋形的导流板的设计，使水流只能沿螺旋形导流板的方向螺旋向上运动，延长了通过路径，增大水流受到紫外线照射的时间，提高杀菌能力。该杀菌器的不足之处在于：杀菌器内部结构较为复杂，制造成本的增加超过了杀菌效果的收益。该杀菌器驱动紫外线灯的方式和传统方式一致，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，提出一种利用摩擦生电的紫外线水杀菌装置。本专利技术摆脱了高压电源和镇流器，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，直接驱动紫外线灯管发光。另外，本专利技术在输入轴上安装水泵，从而在机械输入带动摩擦纳米发电机工作的同时也能带动水泵工作，使待净化水源源源不断地通过紫外线灯管照射区域，以达到杀菌目的。本专利技术不仅拓展了摩擦纳米发电机在高电压领域的应用，同时也为电力供应短缺的灾区和野外等电网不发达地区实现水杀菌提供了可能。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利用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、行星轮增速器、摩擦纳米发电机、水泵和螺旋式紫外线灯；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共同与所述行星轮增速器的输入轴、摩擦纳米发电机的转子连接，行星轮增速器的输出轴通过联轴器与所述水泵的输入端相连；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、第二输出端分别与所述紫外线灯的第一、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，该手柄的一端通过法兰盘共同与所述行星轮增速器的输入轴、摩擦纳米发电机的转子连接。进一步地，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。进一步地，所述紫外线水杀菌装置还包括位于所述摩擦纳米发电机的定子一侧且与该定子固定连接的支撑板、用于安装所述行星轮增速器且与所述支撑板固定连接的行星轮增速器支座、用于安装所述水泵的水泵支座、紫外线灯支座和升降台；所述紫外线灯的两端分别通过一个端盖与所述紫外线灯支座固定连接；各个支座底部齐平，均与所述升降台固定连接，通过所述升降台的升降以安装不同大小的摩擦纳米发电机。本专利技术的特点及有益效果体现在：本专利技术最大的特点在于利用单输入产生双输出，从而实现紫外线水灭菌的目的。一方面，本专利技术利用手摇等机械运动，通过一系列机械传动装置将其转化为水泵的转动。另一方面，本专利技术将紫外线灯与摩擦纳米发电机结合起来，直接收集手摇等机械运动，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。本专利技术的杀菌器部分采用的是螺旋式的设计，通过螺旋式的水管，大大增大了水流在杀菌器部分流经的路程，增大了水流通过的时间，从而提高杀菌效果。此外，杀菌器部分还可采用过流式紫外线灯，便于紫外线与液体的充分接触，从而提高杀菌效率。由于本专利技术单输入产生双输出的特点，其最大程度利用了手摇等机械运动的能量或者利用风能、水能、热能等低频能量，大幅提高了能量利用效率。其次，由于摩擦纳米发电机产生的高电压被直接用于驱动紫外线灯，故紫外线灯不需要安装镇流器便可以正常工作。对传统的紫外线灯管而言，其安装了镇流器，目的是在通电瞬间产生高电压，击穿灯管中气体使电路导通。然而，镇流器的添加却使紫外线灯的制造工艺变得复杂。而通过简单的机械输入使摩擦发电机产生足够的高电压直接驱动紫外线灯管，不仅能够摆脱电网条件的限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用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、行星轮增速器、摩擦纳米发电机、水泵和螺旋式紫外线灯；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共同与所述行星轮增速器的输入轴、摩擦纳米发电机的转子连接，行星轮增速器的输出轴通过联轴器与所述水泵的输入端相连；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、第二输出端分别与所述紫外线灯的第一、第二电极丝相连。

【技术特征摘要】
1.一种利用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、行星轮增速器、摩擦纳米发电机、水泵和螺旋式紫外线灯；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共同与所述行星轮增速器的输入轴、摩擦纳米发电机的转子连接，行星轮增速器的输出轴通过联轴器与所述水泵的输入端相连；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、第二输出端分别与所述紫外线灯的第一、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，...

【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