净水装置的制作方法

本实用新型涉及一种净水装置，尤其涉及一种通过紫外线及光触媒提供杀菌及分解有机物功能的净水装置。

背景技术：

自古以来，日晒法就是众所皆知最方便、最便宜的消毒方式，然而其缺点为必需在良好的天候环境下才能取得。此外，阳光中具有杀菌效果为UV (Ultraviolet；紫外线)的C波段，然而地球的臭氧层阻绝了约99％紫外线辐射，使得能够到达地面的C波段非常微量。

为了更有效与集中的达到杀菌目的，人造的UV(Ultraviolet；紫外线)幅射源于是被发明出来，原理是将电流通过特定气体，透过撞击将其变成激发状态，当所述特定气体从激发状态回到原来状态时会把多余能量释出而产生出UV (Ultraviolet；紫外线)。

由于杀菌快速、简便且无化学药物残留，UV(Ultraviolet；紫外线)杀菌技术也普遍的被应用在很多需要洁净用水的领域，例如电子半导体、光电、精密机械等产业均需在制程中使用大量纯水以洗净药品处理后所沾黏的脏污。

以面板制造产业为例，其制程可分为数组(Array)、面板组装(Cell)及模块制程(Module)等工序，业者大多以中央供水的方式提供洁净用水给制程端使用，然而因管路绵长极易成为污染的温床。已知技术方案的净水装置均以杀菌为目的，因此集中在以UV(Ultraviolet；紫外线)的C波段进行照射，但是在数组 (Array)工序时也会洗下许多有机物，使得水中含有一定浓度的有机酸碱、胺氮，除了可能提供细菌增长的养分外，还会造成后续制程的有机沾黏、甚至产生面板坏点或画质亮度不均(MURA)等问题。

此外，因为UV(Ultraviolet；紫外线)C波段的波长短，相对地穿透距离也较短，使得照射不到的死角区域杀菌不完全，能够处理的有效水量也因此受限，已知技术方案常使用复数灯管或循环设计来解决，却也会造成耗能更多的问题。

UV(Ultraviolet；紫外线)的Vacuum波段，虽然杀菌能力不及于C波段，却因为能使水分子断键成为氢氧自由基(OH^-)而被使用来分解水中的有机物，然而其波长较C波段更短，穿透距离也更短，使用上常搭配光触媒(photo catalyst)。

石英玻璃管由于对UV(Ultraviolet；紫外线)C波段的穿透率最高，热膨胀系数极小，且能承受剧烈的温度变化，以及除氢氟酸外，不会与其他酸类物质发生化学反应，因而常被用来作为紫外线灯管的管体。

请参照图1，其为已知技术方案的净水装置的结构示意图。如图1所示，容器主体10具有一容水空间，已知技术方案在石英玻璃管20的表面涂布光触媒(photo catalyst)来提高UV分解有机物的效能，但由于氢氧自由基(OH^-)仅发生在光触媒(photo catalyst)表面，因此能够分解有机物的范围也受限于石英玻璃管20附近。因此已知技术方案使用复数灯管或循环设计来解决，却也同样造成耗能以及仍有处理不到的照射死角区域等问题。

另外，UV(Ultraviolet；紫外线)为非可见光，使用者常会以使用日光灯的习惯来评估其是否运作正常，造成因继续使用已失效的灯管而无法达成杀菌或分解有机物的需求。已知技术方案使用定时器进行紫外线灯管剩余使用寿命的倒数以提醒使用者更换灯管的时间，却仍有不够精确与无法顾及个别紫外线灯管的差异等问题，因此本领域急需一新颖的净水装置。

技术实现要素：

本实用新型的一目的在于揭露一种净水装置，其光触媒单元呈纤维状，且与石英玻璃管相隔一段距离，使得光催化反应不再仅限于发生在石英玻璃管表面，并透过增加与水体接触的表面积而能扩大光催化反应的范围，也能大幅减少照射死角区域的问题。

本实用新型的另一目的在于揭露一种净水装置，其在处理更高水量时，能透过增加光触媒单元的数量来达成目的，不再需使用更多灯管而造成更多耗能问题。

本实用新型的又一目的在于揭露一种净水装置，其具有紫外光强度检测单元，能在紫外线灯管的照射强度值低于默认值时提供提醒更换功能。

本实用新型的再一目的在于揭露一种净水装置，其具有微粒计数单元，能在所述容水空间的光触媒单元劣化使得光触媒微粒浓度值高于默认值时能提供提醒更换功能。

为达上述目的，提出一种净水装置，其包括:一壳体，其具有一管体、至少一紫外线灯管及一电力单元，所述管体为一圆筒状结构且具有一容置空间，所述至少一紫外线灯管设置于所述容置空间，所述电力单元与所述至少一紫外线灯管耦接以提供电力；以及至少一光触媒单元，呈纤维状；其中，当所述净水装置设置于一容器主体内部所定义的一容水空间时，所述壳体的所述至少一紫外线灯管能朝所述容水空间投射一紫外线，所述至少一光触媒单元漂浮于所述容水空间且与所述至少一紫外线灯管维持一定距离，透过产生一光催化反应以使所述净水装置提供一杀菌及分解有机物的功能。

在一实施例中，所述管体为一石英玻璃管。

在一实施例中，所述紫外线的波长为185nm或/及254nm。

在一实施例中，所述电力单元为一一次性电池、一充电电池或一交流电电源。

在一实施例中，所述至少一光触媒单元的形状为一实心圆筒状、一空心圆筒状、一空心圆筒状具内部螺纹、一空心圆筒具表面气孔、或一空心圆筒具内部螺纹及表面气孔。

在一实施例中，所述至少一光触媒单元的材料为二氧化钛、氧化锌、二氧化锡、或硫化镉。

在一实施例中，所述容器主体内部设置至少一固定支架用于放置所述至少一光触媒单元。

在一实施例中，所述管体内部还具有一紫外光强度检测单元，用于检测所述至少一紫外线灯管的一照射强度值。

在一实施例中，所述容器主体还具有一出水口，且所述出水口设置一微粒计数单元用于检测所述容水空间的一光触媒微粒浓度值。

在一实施例中，本实用新型揭露了一种净水单元，其包括上述的光触媒单元。

附图说明

图1为一示意图，其为已知技术方案的净水装置的结构示意图。

图2为一示意图，其为本实用新型一较佳实施例的净水装置的结构示意图。

图3为一示意图，其为本实用新型另一较佳实施例的净水装置的结构示意图。

【附图标记说明】

容器主体 10

石英玻璃管 20

壳体 100

管体 110

紫外线灯管 120

电力单元 130

光触媒单元 200

紫外光强度检测单元 300

微粒计数单元 400

容器主体 500

容水空间 510

出水口 520。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本本实用新型作进一步的详细说明。

请参照图2，其为本实用新型一较佳实施例的净水装置的结构示意图。

如图2所示，本实用新型的净水装置，包括:一壳体100；以及至少一光触媒单元200。

所述壳体100具有一管体110、至少一紫外线灯管120及一电力单元130。所述管体110为一圆筒状结构且具有一容置空间，所述至少一紫外线灯管120 设置于所述容置空间，所述电力单元130与所述至少一紫外线灯管120耦接以提供电力。

所述至少一光触媒单元200呈纤维状。

其中，当所述净水装置设置于一容器主体500内部所定义的一容水空间时 510，所述壳体100的所述至少一紫外线灯管120能朝所述容水空间510投射一紫外线，所述至少一光触媒单元200漂浮于所述容水空间510且与所述至少一紫外线灯管120维持一定距离，透过产生一光催化反应使得所述净水装置提供一杀菌及分解有机物的功能。

其中，所述管体110例如但不限为一石英玻璃管；所述紫外线的波长为185nm或/及254nm；所述电力单元130例如但不限为一一次性电池、一充电电池或一交流电电源。

本实用新型的所述至少一光触媒单元200为一空心圆筒状，整根均为高密度的光触媒材料，表面也均匀散布着光触媒材料，内部还具有大小不均的空洞结构以利于所述容水空间的水体(图中未示出)穿透。

所述至少一光触媒单元200的形状例如但不限为一实心圆筒状、一空心圆筒状、一空心圆筒状具内部螺纹、一空心圆筒具表面气孔、或一空心圆筒具内部螺纹及表面气孔；所述至少一光触媒单元200的材料例如但不限为二氧化钛 (TiO2)、氧化锌(ZnO)、二氧化锡(SnO2)、或硫化镉(CdS)。

本实用新型的净水装置能透过提高所述至少一光触媒单元200和水体(图中未示出)接触的表面积，增加光催化反应的效率及氢氧自由基(OH^-)的浓度，进而扩大杀菌和分解水中有机物的处理范围。

而光触媒(photo catalyst)材料，例如二氧化钛(TiO2)的能隙约3.2电子伏特，相当于波长为387.5nm光波所携带的能量，即必须提供波长至少小于387.5nm的UV(Ultraviolet；紫外线)才能使二氧化钛(TiO2)产生光催化反应。

此外，由于UV(Ultraviolet；紫外线)并非可见光，使用者习惯以使用日光灯的标准来评估是否运作正常，造成已失效的紫外线灯管却仍继续使用、未实时更换而无法达到需求。

已知技术方案使用一定时器用于提供一紫外线灯管的剩余使用寿命的倒数功能，俾于提醒用户更换紫外线灯管，却仍有不够精确与无法顾及个别紫外线灯管的差异等问题。

请参照图3，其为本实用新型另一较佳实施例的净水装置的结构示意图。

如图3所示，本实用新型的净水装置的所述管体110内部还具有一紫外光强度检测单元300，用于检测所述至少一紫外线灯管120的一照射强度值，因此能更精确地了解所述至少一紫外线灯管120的当前情形，并能在所述照射强度值低于一默认值时能提供一提醒更换功能，其作用原理为已知技术，故在此不做重复叙述。

所述容器主体500内部例如但不限为设置至少一固定支架(未示于图中)用于放置所述至少一光触媒单元200。

所述容器主体500还具有一出水口520，且所述出水口520设置一微粒计数单元400用于检测所述容水空间510的一光触媒微粒浓度值，能在所述光触媒劣化使得所述光触媒微粒浓度值高于一默认值时能提供一提醒更换功能，所述微粒计数单元400例如但不限于为一光学传感器用于进行微粒检测与计数，其作用原理为已知技术，故在此不做重复叙述。

此外，本新型也揭示一种净水单元，其具有所述的光触媒单元(均未示于图中)。

以下将针对本新型的原理进行说明：

UV(Ultraviolet；紫外线)的作用原理：

UV(Ultraviolet；紫外线)指波长在10nm至400nm的电磁波，其波长比可见光短。UV(Ultraviolet；紫外线)被发现于公元1801年，1877年英国科学家用UV(Ultraviolet；紫外线)进行杀灭枯草杆菌、芽孢菌的实验，证实其具有杀菌的能力，1965年Sykes等人还发现波长介于240至280nm的间的UV (Ultraviolet；紫外线)杀菌作用最强。

UV(Ultraviolet；紫外线)的杀菌机制为利用其游离辐射的能量穿透微生物的细胞膜时，被微生物的核酸、脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)等所吸收，透过破坏其结构及核酸分子键使其失去活性而死亡，从而达到杀菌的目的。

在所有的微生物中，革兰氏阴性杆菌(gram negative rods)对UV(Ultraviolet；紫外线)最敏感，也最容易被杀死，其次是葡萄球菌属(Staphylococcus spp.)、链球菌属(Streptococcus spp.)及细菌孢子。

因为DNA在C波段的254nm波长具有最大的吸收峰，254nm的杀菌能力约为强烈阳光直射的1600倍，因此被普遍认为是最具备杀菌效果的波长。然而却也因为波长较短，相对地穿透距离也较短，使得照射不到的死角区域杀菌不完全。

UV(Ultraviolet；紫外线)Vacuum波段的波长介于100至200nm，其中 185nm虽然杀菌效果不及于254nm，但由于具有647kJ/mole的高能量，能用来打断水中有机物的化学键结进而分解成二氧化碳及水，如反应式(1)所示。

H2O(经UV 185nm照射)→H⁺+OH^-

有机物+OH^-→CO2+H2O (1)

185nm也能用来补强254nm仅具有471kJ/mole而无法达到的解离能量，各化学键结及其解离能量如表1所示。

表1

此外，185nm不只如反应式(1)所示，能直接由水分子生成氢氧自由基 (OH^-)以解离水中的有机物的化学键，当与254nm共同作用时能使水中的氧分子形成臭氧(O3)与氧自由基(O^-)，进而生成氢氧自由基(OH^-)，如反应式(2) 所示。

O3(经UV 254nm照射)→O2+O^-

O2+2O^-+H2O(经UV 254nm照射)→O2+2OH^- (2)

各氧化物的氧化电位如表2所示，可以得知，经由185nm与254nm共同作用所生成的氢氧自由基(OH^-)与臭氧(O3)，因为氧化电位较高，所以能解离水中有机物的化学键的能力越强，越能有效分解水中的有机物。

表2

然而，185nm和254nm均具有波长短、穿透距离短的特性，使得其作用范围也受限制。

光触媒的作用原理：

光触媒(photo catalyst)能经由UV(Ultraviolet；紫外线)照射后，吸收其能量电子从基态被激发至较高能阶，将共价带(valence band)的一个电子提升到传导带(conduction band)以产生一对自由电子-电洞。其中电子会与氧分子生成过氧化自由基(O2^-)，电洞则与水分子生成氢氧自由基(OH^-)，上述自由基均能将水中的有机物分解成二氧化碳及水以达到净化的功效。

此外，经由光催化反应后产生大量的氢氧自由基(OH^-)也会在细菌表面产生氧化还原反应而达到杀菌效用，其为已知技术，故在此不拟重复叙述。

虽然，半导体材料均具有光触媒的特性，但部分半导体材料在酸性或碱性的环境中容易变质、产生化学或光化学腐蚀性加上需要的驱动能量普遍较高而不适宜作为净水用。

常用的光触媒材料有氧化锌(ZnO)、二氧化锡(SnO2)、硫化镉(CdS) 等，其中二氧化钛(TiO2)由于具有低溶解性、高稳定性、无毒性、便宜及可在室温下作业等优点，而被广泛使用。

尽管光触媒(photo catalyst)加上UV(Ultraviolet；紫外线)照射后能够产生杀菌和分解水中有机物的效用，但是这些反应均只会发生在光触媒 (photo catalyst)表面。因此，如何增加光触媒(photo catalyst)和水体接触的表面积即为重要课题。

本实用新型的光触媒(photo catalyst)单元呈纤维状，是由光触媒(photo catalyst)材料组成的聚合物，并非如已知技术方案涂布于石英玻璃管的表面，而是与石英玻璃管相隔一段距离地随水流方向飘动，也可被设置于一固定支架上，均未与石英玻璃管接触。

虽然杀菌和分解水中有机物的光催化反应只会发生在光触媒(photo catalyst)单元表面，但本实用新型因为光触媒单元能脱离石英玻璃管，使得上述的光催化反应不只限于发生在石英玻璃管的表面，本实用新型的光触媒 (photo catalyst)单元能透过增加其和水体接触的表面积，因而增加杀菌和分解水中有机物的处理范围，也能大幅减少已知技术方案照射死角区域的问题。

此外，当需要处理更高水量时，本实用新型也能透过增加光触媒(photo catalyst)单元的数量来达成目的，不再需要使用更多灯管而造成更多耗能的问题。

通过上述所揭露的设计，本实用新型才具有以下的优点：

1.本实用新型的净水装置，其光触媒单元呈纤维状，且与石英玻璃管相隔一段距离，使得光催化反应不再仅限于发生在石英玻璃管表面，并透过增加与水体接触的表面积而能增加光催化反应的范围，也能大幅减少照射死角区域的问题。

2.本实用新型的净水装置，其在处理更高水量时，能透过增加光触媒单元的数量来达成目的，不再需使用更多灯管而造成更多耗能的问题。

3.本实用新型的净水装置，其具有紫外光强度检测单元，在紫外线灯管的照射强度值低于默认值时能提供提醒更换功能。

4.本实用新型的净水装置，其具有微粒计数单元，能在所述容水空间的光触媒单元劣化使得光触媒微粒浓度值高于默认值时能提供提醒更换功能。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。