专利名称：光伏驱动的紫外灯杀菌太阳能热水装置的制作方法
技术领域：
本发明基于物理方法、光热理论、光电理论和热力学原理，提出了光伏驱动紫外灯
杀菌太阳能热水装置。涉及紫外光杀菌技术、太阳能热利用技术、光电转换技术和换热技 术。
背景技术：
传统的化石能源资源日益枯竭，并且利用过程中严重污染环境，制约了世界经济 的可持续发展。与此同时，人们对能源的需求日益倶增，已成为重要的战略物资，在这种情 况下，利用可再生能源是必然的趋势，尤其太阳能作为一种"取之不尽，用之不竭"的安全、 节能、环保等新能源越来越受到世人的注意。 太阳能光伏发电是可再生能源的重要发展方向，2000-2004年在全球可再生能源 总能量平均年增长率排名中，太阳能光伏发电位列第一。光伏发电具有安装灵活，与其他能 源互补性强等特点。光伏发电可以从根本上解决人类的能源问题，清洁无污染。同时，随着 其转化效率的提高，光伏的市场推广存在很好的前景。 目前，太阳能热水装置由于其价格适中、运行费用低等特点，在热水工程市场和国
际市场都取得了不俗的业绩，同时国家的家电下乡政策，太阳能热水装置拥有更开阔的前
旦 豕。 随着人民生活水平的提高，保健意识的增强，对于生活用水的品质要求也越来越 严格。据近期调查显示，生活用水在3天内会滋生出大量的污染物，主要污染指标为细菌总 数、霉菌和酵母菌，随着水储存时间的增加，水箱内微生物大量繁殖，存在引起大肠菌群和 致病菌的可能性，从而生活用水不符合细菌学指标，违法生活热水标准。为了控制生活用水 中微生物污染，改造现有结构是努力方向，目前主要方法存在2种，(1)在供水管网末端连 接UV消毒设备；(2)利用03直接对生活用水进行杀菌。 利用臭氧直接进行生活用水杀菌，其优点是有很强的杀菌力和没有二次污染。但 是臭氧发生发生装置较为复杂，投资大和运行费用较高；臭氧在水中不稳定，容易放失，因 而不能在配水管网中继续保持杀菌能力；臭氧不能贮存，只能边生产边使用。最后，水温对 臭氧的溶解度影响显著。半衰期也主要取决于水温，水温高则半衰期短，水温低则半衰期 长。由于臭氧的物理特性，在太阳能热水系统中利用臭氧对生活热水杀菌存在一定的局限 性。 利用紫外灯对生活用水杀菌，其优点(l)杀毒效率高，杀菌时间非常短，例如对 霉菌孢子、水藻等几类常见细菌病毒的杀菌时间在一秒之内，杀菌效率高达99% ;(2)不产 生二次污染；(3)无生物免疫力，紫外线杀菌是通过破坏微生物遗传物质DNA，干扰其复制 和转录，使其失去繁殖能力进而对其灭活的，属于物理方法杀菌；(4)杀菌广谱性(5)运行 安全性高、运行维护费用低、安装操作简便、占地小、可以连续大量消毒等。但是紫外光杀菌 也存在不能提供剩余的消毒能力和细菌再生和再污染的问题。传统的紫外灯杀菌装置，造 成一定的UV剂量的浪费和杀菌不均匀性。本专利采用紫外灯与水箱一体装置，属于封闭式紫外杀菌装置，改变要尽量使水流在反应器内部形成活塞流以充分接受辐照的传统设计观 念，提出新的观念利用自身的结构使得紫外能量在水体里更加均匀地分布，对水的流动不
作特别要求。同时，新的生活热水标准(GB5749-2006)中的微生物指标增加了对贾第鞭毛 虫、隐孢子虫的检测和限值，这无疑为紫外线技术在我国水处理中的应用起到了巨大的推 动作用。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种符合卫生标准的光伏驱动的紫外灯杀菌太阳 能热水装置，该装置将太阳能热水装置、紫外灯杀菌技术和光电装化技术相结合，采用紫外 灯与水箱一体装置，同时利用光伏发电提供紫外灯的能量，提供更高效、更可靠、更安全的 太阳能热水系统杀菌模式。
技术方案本发明提出的光伏驱动紫外灯杀菌太阳能热水装置，其中包括太阳
能热水装置、紫外灯杀菌装置和光电转化和蓄能装置；其中，太阳能热水装置由太阳能真空
管集热器、循环水泵、紫外灯一体水箱以及管路组成一个回路；光电转化和蓄能装置中，太
阳能电池板、蓄电池串联成一个回路；蓄电池的两电极与紫外灯的两电极相连接。 在紫外灯一体水箱中设有石英套管，在石英套管中设有紫外灯在紫外灯一体水箱
的侧面设有进水口 、出水口 、供水口 、水箱补水口 。 水箱与紫外灯一体装置是本发明的关键点.水箱的结构是紫外灯杀菌效果的因 素之一。本方案的水箱采用不锈钢材料，水箱采用圆筒形状，竖立放置，箱体外侧加保温层， 水箱内表面通过化学研磨成抛光处理。紫外灯置于水箱内部，利用石英套管作为紫外灯的 套管，将紫外灯与生活热水分隔开，以保证紫外灯在水箱内部安全、稳定、可靠的杀菌。
光电转化与蓄能装置包括光伏电池板和蓄电池组，光伏电池板输出端接逆变器、 逆变器的输出端接蓄电池组。 工作过程如下水循环过程，生活用水通过循环水泵，进入太阳能集热器，吸收太 阳能，通过不断循环加热至设定水温，关闭循环水泵；蓄电过程，光伏电池板吸收太阳能，转 变为电能，通过蓄电池组储存电量；杀菌过程，完成水循环过程和蓄电过程后，打开蓄电池 对紫外灯供电，紫外灯进行水箱内生活热水杀菌。
有益效果本发明的有益效果是 1.该装置控制生活热水中微生物污染，提高了生活热水的品质。 2.水箱与紫外灯一体化装置，利用水箱结构特点，生活热水紫外杀菌均匀。 3.水箱与紫外灯的结构相对独立，便于紫外灯的安装和拆卸。
图1是光伏驱动的紫外灯杀菌太阳能热水装置的原理图。
图2是水箱_紫外灯一体化装置的示意图。 其中包括太阳能真空管集热器1、循环水泵2、紫外灯一体水箱3、太阳能电池板 4、蓄电池5、出水口 6、供水口 7、石英套管8、水箱补水口 9、紫外灯10、进水口 11。
具体实施例方式
本发明包括包括太阳能热水装置、紫外灯杀菌装置和光电转化和蓄能装置；其中， 太阳能热水装置由太阳能真空管集热器1、循环水泵2、紫外灯一体水箱3以及管路组成一个 回路；光电转化和蓄能装置中，太阳能电池板4、蓄电池5串联成一个回路；蓄电池5的两电极 与紫外灯10的两电极相连接。在紫外灯一体水箱3中设有石英套管8，在石英套管8中设有 紫外灯10在紫外灯一体水箱3的侧面设有进水口 11、出水口 6、供水口 7、水箱补水口 9。
本发明包括蓄电过程，光伏电池板4吸收太阳能，转变为电能，通过蓄电池组5储 存电量。 本发明包括杀菌过程，完成水循环过程和蓄电过程后，打开蓄电池组对紫外灯10 供电，注意紫外灯的正负极端，紫外灯进行水箱内生活热水杀菌，通过供水口 7提供符合卫 生标准的生活用水。 本设计在太阳能热水系统的基础上，充分考虑到生活热水微生物污染的影B向，结 合紫外灯杀菌原理，提出了太阳能热水-紫外灯杀菌装置。本设计利用太阳能真空管集热 器对循环水进行加热，减少了太阳能集热器对周围环境的热量损失，提高了太阳能的热利 用率和装置的总能源利用率。本设计通过使用物理方法_紫外灯杀菌，紫外线杀菌是通过 破坏微生物遗传物质DNA，干扰其复制和转录，使其失去繁殖能力进而对其灭活的。由于紫 外线杀菌特性，解决了生物体产生免疫力，使杀菌效率下降的缺点。紫外灯可以杀死例如霉 菌孢子、水藻等几类常见细菌病毒，还可以杀死氯气以至臭氧无法或不能有效杀灭的寄生 虫类(如隐性包囊虫Cryptosporidium,贾第鞭毛虫giardia等)；而且水温对紫外灯的杀 菌效果没有影响；紫外灯杀菌效率高，几乎达到99%。 本设计将紫外灯与水箱一体化，传统紫外光在水系统中的设计理念尽量使水流 在反应器内部形成活塞流以充分接受辐照。基于这种理念，一般的紫外光杀菌系统是在 水循环的情况下进行的。由于微生物细菌的光复活性(微生物自身具有修复机制，这使 得已经被紫外线杀灭的细菌在光照条件下发生复活现象)，将紫外灯设计在循环水路中的 思路在太阳能热水系统中是不可取的。为了避免微生物的光复活性，也为了紫外灯能够 高效的利用，本发明采用了紫外灯与水箱一体，同时水温达到设定温度，关闭了循环水泵 之后，才可以利用紫外灯杀菌。当利用紫外灯时，紫外灯的套管温度急剧升温，温度高达 700°C -IOO(TC，这对于已加热的生活热水(50°C _80°C )是一个巨大的热源，不仅对灯套管 进行了冷却，还进一步加热了生活热水，余热得到合理的利用。从理论和实践方面考虑，可 以在水箱内部设置螺旋叶，增加扰动湍流，不仅可以加强传热，而且防止死水区，使得紫外 能量在热水体内更加分布均匀。 本设计紫外灯与水箱一体装置，基于装置造价和杀菌特性，采用不锈钢为整体材 料。水箱外侧、底侧和顶侧加保温层，减少生活热水的热量损失。箱体内表面做抛光处理，紫 外光经其反射，沿生活热水返回石英套管。石英具有以下的一些优点①透光性能好。石英 玻璃在紫外线到红外线的整个光谱波段都有较好的透光性能，可见光透过率在93%以上， 特别是在紫外光谱区，最大透过率可达80%以上；②热稳定性好。石英玻璃的热膨胀系数
极小，能承受剧烈的温度变化，将石英玻璃加热至110(TC左右，放入常温水中也不会炸裂；
③内高温；④耐腐蚀；⑤电绝缘性好。基于石英的热物性，利用石英套管隔开紫外灯与生活 热水，保证了紫外灯与水箱一体装置的安全、稳定、可靠的运行。
权利要求
一种光伏驱动的紫外灯杀菌太阳能热水装置，其特征在于该装置包括太阳能热水装置、紫外灯杀菌装置和光电转化和蓄能装置；其中，太阳能热水装置由太阳能真空管集热器(1)、循环水泵(2)、紫外灯一体水箱(3)以及管路组成一个回路；光电转化和蓄能装置中，太阳能电池板(4)、蓄电池(5)串联成一个回路；蓄电池(5)的两电极与紫外灯(10)的两电极相连接。
2. 如权利要求1所述的光伏驱动的紫外灯杀菌太阳能热水装置，其特征在于在紫外灯一体水箱(3)中设有石英套管(8)，在石英套管(8)中设有紫外灯(10)在紫外灯一体水箱(3)的侧面设有进水口 (11)、出水口 (6)、供水口 (7)、水箱补水口 (9)。
全文摘要
一种光伏驱动的紫外灯杀菌太阳能热水装置包括太阳能热水装置、紫外灯杀菌装置和光电转化和蓄能装置；其中，太阳能热水装置由太阳能真空管集热器(1)、循环水泵(2)、紫外灯一体水箱(3)以及管路组成一个回路；光电转化和蓄能装置中，太阳能电池板(4)、蓄电池(5)串联成一个回路；蓄电池(5)的两电极与紫外灯(10)的两电极相连接。在紫外灯一体水箱(3)中设有石英套管(8)，在石英套管(8)中设有紫外灯(10)在紫外灯一体水箱(3)的侧面设有进水口(11)、出水口(6)、供水口(7)、水箱补水口(9)。该装置将太阳能热水装置、紫外灯杀菌技术和光电装化技术相结合，提供更高效、更可靠、更安全的太阳能热水系统杀菌模式。
文档编号C02F1/32GK101706160SQ20091023214
公开日2010年5月12日 申请日期2009年12月2日 优先权日2009年12月2日
发明者刘平心, 张小松, 张月红, 李舒宏, 殷建平 申请人:东南大学;江苏太阳宝新能源有限公司