[发明专利]一种基于摩擦生电的紫外线水杀菌装置

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于紫外杀菌装置技术领域，尤其涉及一种基于摩擦生电的紫外线水杀菌装置。

背景技术

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，如中国发明专利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，如中国发明专利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。

发明内容