專利名稱：光伏驅動的紫外燈殺菌太陽能熱水裝置的制作方法
技術領域：
本發明基于物理方法、光熱理論、光電理論和熱力學原理，提出了光伏驅動紫外燈
殺菌太陽能熱水裝置。涉及紫外光殺菌技術、太陽能熱利用技術、光電轉換技術和換熱技 術。
背景技術：
傳統的化石能源資源日益枯竭，并且利用過程中嚴重污染環境，制約了世界經濟 的可持續發展。與此同時，人們對能源的需求日益倶增，已成為重要的戰略物資，在這種情 況下，利用可再生能源是必然的趨勢，尤其太陽能作為一種"取之不盡，用之不竭"的安全、 節能、環保等新能源越來越受到世人的注意。 太陽能光伏發電是可再生能源的重要發展方向，2000-2004年在全球可再生能源 總能量平均年增長率排名中，太陽能光伏發電位列第一。光伏發電具有安裝靈活，與其他能 源互補性強等特點。光伏發電可以從根本上解決人類的能源問題，清潔無污染。同時，隨著 其轉化效率的提高，光伏的市場推廣存在很好的前景。 目前，太陽能熱水裝置由于其價格適中、運行費用低等特點，在熱水工程市場和國
際市場都取得了不俗的業績，同時國家的家電下鄉政策，太陽能熱水裝置擁有更開闊的前
旦 豕。 隨著人民生活水平的提高，保健意識的增強，對于生活用水的品質要求也越來越 嚴格。據近期調查顯示，生活用水在3天內會滋生出大量的污染物，主要污染指標為細菌總 數、霉菌和酵母菌，隨著水儲存時間的增加，水箱內微生物大量繁殖，存在引起大腸菌群和 致病菌的可能性，從而生活用水不符合細菌學指標，違法生活熱水標準。為了控制生活用水 中微生物污染，改造現有結構是努力方向，目前主要方法存在2種，(1)在供水管網末端連 接UV消毒設備；(2)利用03直接對生活用水進行殺菌。 利用臭氧直接進行生活用水殺菌，其優點是有很強的殺菌力和沒有二次污染。但 是臭氧發生發生裝置較為復雜，投資大和運行費用較高；臭氧在水中不穩定，容易放失，因 而不能在配水管網中繼續保持殺菌能力；臭氧不能貯存，只能邊生產邊使用。最后，水溫對 臭氧的溶解度影響顯著。半衰期也主要取決于水溫，水溫高則半衰期短，水溫低則半衰期 長。由于臭氧的物理特性，在太陽能熱水系統中利用臭氧對生活熱水殺菌存在一定的局限 性。 利用紫外燈對生活用水殺菌，其優點(l)殺毒效率高，殺菌時間非常短，例如對 霉菌孢子、水藻等幾類常見細菌病毒的殺菌時間在一秒之內，殺菌效率高達99% ;(2)不產 生二次污染；(3)無生物免疫力，紫外線殺菌是通過破壞微生物遺傳物質DNA，干擾其復制 和轉錄，使其失去繁殖能力進而對其滅活的，屬于物理方法殺菌；(4)殺菌廣譜性(5)運行 安全性高、運行維護費用低、安裝操作簡便、占地小、可以連續大量消毒等。但是紫外光殺菌 也存在不能提供剩余的消毒能力和細菌再生和再污染的問題。傳統的紫外燈殺菌裝置，造 成一定的UV劑量的浪費和殺菌不均勻性。本專利采用紫外燈與水箱一體裝置，屬于封閉式紫外殺菌裝置，改變要盡量使水流在反應器內部形成活塞流以充分接受輻照的傳統設計觀 念，提出新的觀念利用自身的結構使得紫外能量在水體里更加均勻地分布，對水的流動不
作特別要求。同時，新的生活熱水標準(GB5749-2006)中的微生物指標增加了對賈第鞭毛 蟲、隱孢子蟲的檢測和限值，這無疑為紫外線技術在我國水處理中的應用起到了巨大的推 動作用。
發明內容
技術問題本發明的目的是提供一種符合衛生標準的光伏驅動的紫外燈殺菌太陽 能熱水裝置，該裝置將太陽能熱水裝置、紫外燈殺菌技術和光電裝化技術相結合，采用紫外 燈與水箱一體裝置，同時利用光伏發電提供紫外燈的能量，提供更高效、更可靠、更安全的 太陽能熱水系統殺菌模式。
技術方案本發明提出的光伏驅動紫外燈殺菌太陽能熱水裝置，其中包括太陽
能熱水裝置、紫外燈殺菌裝置和光電轉化和蓄能裝置；其中，太陽能熱水裝置由太陽能真空
管集熱器、循環水泵、紫外燈一體水箱以及管路組成一個回路；光電轉化和蓄能裝置中，太
陽能電池板、蓄電池串聯成一個回路；蓄電池的兩電極與紫外燈的兩電極相連接。 在紫外燈一體水箱中設有石英套管，在石英套管中設有紫外燈在紫外燈一體水箱
的側面設有進水口 、出水口 、供水口 、水箱補水口 。 水箱與紫外燈一體裝置是本發明的關鍵點.水箱的結構是紫外燈殺菌效果的因 素之一。本方案的水箱采用不銹鋼材料，水箱采用圓筒形狀，豎立放置，箱體外側加保溫層， 水箱內表面通過化學研磨成拋光處理。紫外燈置于水箱內部，利用石英套管作為紫外燈的 套管，將紫外燈與生活熱水分隔開，以保證紫外燈在水箱內部安全、穩定、可靠的殺菌。
光電轉化與蓄能裝置包括光伏電池板和蓄電池組，光伏電池板輸出端接逆變器、 逆變器的輸出端接蓄電池組。 工作過程如下水循環過程，生活用水通過循環水泵，進入太陽能集熱器，吸收太 陽能，通過不斷循環加熱至設定水溫，關閉循環水泵；蓄電過程，光伏電池板吸收太陽能，轉 變為電能，通過蓄電池組儲存電量；殺菌過程，完成水循環過程和蓄電過程后，打開蓄電池 對紫外燈供電，紫外燈進行水箱內生活熱水殺菌。
有益效果本發明的有益效果是 1.該裝置控制生活熱水中微生物污染，提高了生活熱水的品質。 2.水箱與紫外燈一體化裝置，利用水箱結構特點，生活熱水紫外殺菌均勻。 3.水箱與紫外燈的結構相對獨立，便于紫外燈的安裝和拆卸。
圖1是光伏驅動的紫外燈殺菌太陽能熱水裝置的原理圖。
圖2是水箱_紫外燈一體化裝置的示意圖。 其中包括太陽能真空管集熱器1、循環水泵2、紫外燈一體水箱3、太陽能電池板 4、蓄電池5、出水口 6、供水口 7、石英套管8、水箱補水口 9、紫外燈10、進水口 11。
具體實施例方式
本發明包括包括太陽能熱水裝置、紫外燈殺菌裝置和光電轉化和蓄能裝置；其中， 太陽能熱水裝置由太陽能真空管集熱器1、循環水泵2、紫外燈一體水箱3以及管路組成一個 回路；光電轉化和蓄能裝置中，太陽能電池板4、蓄電池5串聯成一個回路；蓄電池5的兩電極 與紫外燈10的兩電極相連接。在紫外燈一體水箱3中設有石英套管8，在石英套管8中設有 紫外燈10在紫外燈一體水箱3的側面設有進水口 11、出水口 6、供水口 7、水箱補水口 9。
本發明包括蓄電過程，光伏電池板4吸收太陽能，轉變為電能，通過蓄電池組5儲 存電量。 本發明包括殺菌過程，完成水循環過程和蓄電過程后，打開蓄電池組對紫外燈10 供電，注意紫外燈的正負極端，紫外燈進行水箱內生活熱水殺菌，通過供水口 7提供符合衛 生標準的生活用水。 本設計在太陽能熱水系統的基礎上，充分考慮到生活熱水微生物污染的影B向，結 合紫外燈殺菌原理，提出了太陽能熱水-紫外燈殺菌裝置。本設計利用太陽能真空管集熱 器對循環水進行加熱，減少了太陽能集熱器對周圍環境的熱量損失，提高了太陽能的熱利 用率和裝置的總能源利用率。本設計通過使用物理方法_紫外燈殺菌，紫外線殺菌是通過 破壞微生物遺傳物質DNA，干擾其復制和轉錄，使其失去繁殖能力進而對其滅活的。由于紫 外線殺菌特性，解決了生物體產生免疫力，使殺菌效率下降的缺點。紫外燈可以殺死例如霉 菌孢子、水藻等幾類常見細菌病毒，還可以殺死氯氣以至臭氧無法或不能有效殺滅的寄生 蟲類(如隱性包囊蟲Cryptosporidium,賈第鞭毛蟲giardia等)；而且水溫對紫外燈的殺 菌效果沒有影響；紫外燈殺菌效率高，幾乎達到99%。 本設計將紫外燈與水箱一體化，傳統紫外光在水系統中的設計理念盡量使水流 在反應器內部形成活塞流以充分接受輻照。基于這種理念，一般的紫外光殺菌系統是在 水循環的情況下進行的。由于微生物細菌的光復活性(微生物自身具有修復機制，這使 得已經被紫外線殺滅的細菌在光照條件下發生復活現象)，將紫外燈設計在循環水路中的 思路在太陽能熱水系統中是不可取的。為了避免微生物的光復活性，也為了紫外燈能夠 高效的利用，本發明采用了紫外燈與水箱一體，同時水溫達到設定溫度，關閉了循環水泵 之后，才可以利用紫外燈殺菌。當利用紫外燈時，紫外燈的套管溫度急劇升溫，溫度高達 700°C -IOO(TC，這對于已加熱的生活熱水(50°C _80°C )是一個巨大的熱源，不僅對燈套管 進行了冷卻，還進一步加熱了生活熱水，余熱得到合理的利用。從理論和實踐方面考慮，可 以在水箱內部設置螺旋葉，增加擾動湍流，不僅可以加強傳熱，而且防止死水區，使得紫外 能量在熱水體內更加分布均勻。 本設計紫外燈與水箱一體裝置，基于裝置造價和殺菌特性，采用不銹鋼為整體材 料。水箱外側、底側和頂側加保溫層，減少生活熱水的熱量損失。箱體內表面做拋光處理，紫 外光經其反射，沿生活熱水返回石英套管。石英具有以下的一些優點①透光性能好。石英 玻璃在紫外線到紅外線的整個光譜波段都有較好的透光性能，可見光透過率在93%以上， 特別是在紫外光譜區，最大透過率可達80%以上；②熱穩定性好。石英玻璃的熱膨脹系數
極小，能承受劇烈的溫度變化，將石英玻璃加熱至110(TC左右，放入常溫水中也不會炸裂；
③內高溫；④耐腐蝕；⑤電絕緣性好。基于石英的熱物性，利用石英套管隔開紫外燈與生活 熱水，保證了紫外燈與水箱一體裝置的安全、穩定、可靠的運行。
權利要求
一種光伏驅動的紫外燈殺菌太陽能熱水裝置，其特征在于該裝置包括太陽能熱水裝置、紫外燈殺菌裝置和光電轉化和蓄能裝置；其中，太陽能熱水裝置由太陽能真空管集熱器(1)、循環水泵(2)、紫外燈一體水箱(3)以及管路組成一個回路；光電轉化和蓄能裝置中，太陽能電池板(4)、蓄電池(5)串聯成一個回路；蓄電池(5)的兩電極與紫外燈(10)的兩電極相連接。
2. 如權利要求1所述的光伏驅動的紫外燈殺菌太陽能熱水裝置，其特征在于在紫外燈一體水箱(3)中設有石英套管(8)，在石英套管(8)中設有紫外燈(10)在紫外燈一體水箱(3)的側面設有進水口 (11)、出水口 (6)、供水口 (7)、水箱補水口 (9)。
全文摘要
一種光伏驅動的紫外燈殺菌太陽能熱水裝置包括太陽能熱水裝置、紫外燈殺菌裝置和光電轉化和蓄能裝置；其中，太陽能熱水裝置由太陽能真空管集熱器(1)、循環水泵(2)、紫外燈一體水箱(3)以及管路組成一個回路；光電轉化和蓄能裝置中，太陽能電池板(4)、蓄電池(5)串聯成一個回路；蓄電池(5)的兩電極與紫外燈(10)的兩電極相連接。在紫外燈一體水箱(3)中設有石英套管(8)，在石英套管(8)中設有紫外燈(10)在紫外燈一體水箱(3)的側面設有進水口(11)、出水口(6)、供水口(7)、水箱補水口(9)。該裝置將太陽能熱水裝置、紫外燈殺菌技術和光電裝化技術相結合，提供更高效、更可靠、更安全的太陽能熱水系統殺菌模式。
文檔編號C02F1/32GK101706160SQ20091023214
公開日2010年5月12日 申請日期2009年12月2日 優先權日2009年12月2日
發明者劉平心, 張小松, 張月紅, 李舒宏, 殷建平 申請人:東南大學;江蘇太陽寶新能源有限公司