一种加湿器的自来水处理系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种加湿器的自来水处理系统，属于家电产品领域。本实用新型通过在加湿器水箱和加湿模块之间增设可激发电化学反应的微电解模块和填充亚硫酸钙球体或颗粒的除余氯模块，分别实现了对雾化用水进行有效灭菌和除余氯的效果。利用本实用新型中的自来水处理系统可使加湿器在使用自来水时仍然能保护用户健康。
【专利说明】
一种加湿器的自来水处理系统
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种使加湿器使用自来水时能保证用户健康安全的自来水处理系统。
【背景技术】
[0002]现有的加湿技术主要分为几类，第一类是加热蒸发式加湿器，其主要包含“电加热式加湿器”和“电极加湿器”，前者用电热管或PTC加热元件加热水箱内的存水至沸腾后大量蒸发加湿，后者用电极放电加热纯水至沸腾加湿；第二类是直接蒸发式加湿器，主要包含“蒸发盘式加湿器”和“冷雾加湿器”，前者利用少量下端浸没在水中的纺织物通过毛细效应将水提升到整个蒸发盘上，或者利用大量具有较小间隙的转盘提升水体，以显著增加水与空气的接触面积，后者通过高压空气卷吸和引射水流并将水流吹成水雾;第三类是超声波加湿器，利用压电陶瓷产生的超声波震荡直接震碎浅层水体形成十分微小的水雾。
[0003]出于设备安全性、体积和成本考虑，家用加湿器一般采用“电加热式加湿器”或“超声波加湿器”，而前者因为在同等加湿效果下需要煮沸存水导致能耗过大，和对儿童存在一定的倾覆烫伤危险已经基本从家用市场上消失。部分以消除PM2.5为主要卖点的空气净化器采用了 “蒸发盘式加湿器”。然而当用户使用自来水作为加湿器的水源时，此类加湿器都存在不同程度上的健康隐患。
[0004]这是因为，国内水资源普遍受到不同程度的污染，且自来水往往含有不同含量的污染物，并需要依赖自来水中较高含量的余氯来确保自来水穿越老化后的管线输送到用户家时仍能保证最基本的安全性。对于加湿器而言，自来水中的余氯无法长久保存，当余氯因挥发或与水中有机物反应等原因耗尽时，残留在自来水中无法通过沉淀、曝气等常规处理方法去除的腐殖质和其他有机物就会成为细菌繁殖的极佳碳源和氮源。如军团菌、金黄色葡萄球菌和真菌等室内主要污染病菌极易在失去原有微生物生态平衡的无余氯自来水中快速繁殖，并通过加湿器，尤其是超声波加湿器进入室内空气，并引发过敏、“军团菌肺炎”甚至肾衰竭等一系列可能致命的疾病。对于“电加热式加湿器”而言，自来水沸腾后蒸发的气体中不存在活菌，但煮沸的自来水会挥发含氯气体，以及余氯与腐殖酸、富里酸等有机物反应产生的三卤甲烷。需要指出的是，三卤甲烷中的氯仿、二溴一氯甲烷不但具备一定的毒性，早在1993年就被世卫组织定为2B类致癌物。有研究甚至认为，在厨房烧开水时都需要开抽油烟机排气，原因就是因为自来水煮沸时产生的含氯蒸汽对健康有害。大量研究，如南开大学的研究论文《热处理对自来水中三卤甲烷浓度的影响》，以及天津大学的研究论文《煮沸对自来水中氯仿含量的影响》等等均证实了这一点。
[0005]因此许多医生和专家建议用户使用纯净水或煮沸后的凉开水作为加湿器的补充水。然而市售的纯净水不是完全不含有机物的蒸馏水，凉开水也含有大量有机物。使用纯净水和凉开水仍会向加湿器水箱内输入细菌繁殖所需的碳源和氮源，使得用户仍需在每次使用加湿器前对非“加热蒸发式加湿器”的水箱进行换水、清洗和消毒来保障健康安全一一但实际情况下用户往往不会这样做。而对于“电加热式加湿器”，使用凉开水或纯净水等于在付出较高的运行费用(烧开水的电费、燃气费或纯净水的送货费)的同时，进一步提高了用水成本。
[0006]为解决使用自来水作为加湿器水源时用户的健康隐患，大量加湿器生产厂家开发了许多加湿器存水灭菌技术。这些技术主要包括四大类:第一是臭氧消毒技术、第二是紫外线消毒技术、第三是化学消毒技术、第四是电解消毒技术。
[0007]臭氧消毒技术如果用于自来水厂的饮用水消毒，因为臭氧不稳定会在管路输送过程中自行分解，是比较安全的。然而臭氧对人体有害，用于加湿器纯水消毒时，如果不增设臭氧消除装置，几乎必然会导致消毒用的臭氧溢出污染室内空气。而臭氧消除系统一般采用高温加快臭氧的自然分解，运行能耗较高，对于加湿器而言是无法接受的，或者说这样的能耗下不如直接使用“电加热式加湿器”。所以如专利CN201310356617.2披露的《一种新型的多功能加湿器》，家用加湿器产品一般不具备臭氧消除系统。
[0008]紫外线消毒技术从原理上说灭菌效果极佳，然而在水处理中会受到很多限制。比如紫外线对水的穿透率不佳，辐照强度会随着水深增加而快速衰减。因此可靠的紫外线水处理系统需要把紫外线灯管沉入水中以实现有效处理面积的成倍增加，但这带来了灯管的绝缘密封问题，对于非专业水处理厂家的家用电器厂家一般很难做到这一点。如专利CN201020288296.9披露了《一种用于超声波加湿器的杀菌装置》，利用紫外线灯管辐照灯管上部一根石英灯管内的流过的水流。这解决了灯管绝缘问题，但因为石英管的直径远远小于紫外线灯在石英管所在的圆柱空间内的总辐照面积，造成了紫外线利用率的极大浪费，再加上因为紫外线对水体的穿透率较低，如需确保灭菌效果，需要大幅度增加紫外线灯的功率。即便将紫外线灯管浸入水中，因为低压汞灯的紫外线波长分布受灯管温度影响较大，对水温的稳定性要求也很高。诚然加大紫外线灯输出功率可以减少紫外线灭菌效率易受水深和水温影响的问题，但这带来了紫外线消毒系统成本的快速上升。此外，紫外线灯管存在寿命问题。当连续点亮时，优质国产紫外线灯管的寿命一般在1000至3000小时之间，间歇性点亮会造成灯丝的电流冲击损耗，使用寿命大幅度降低。最后，具备消毒效果的大功率紫外线对人体有害，并能加速塑料老化，需要对储水结构做特殊的材料耐紫外光强化，以及对结构强度和遮光效果做额外的强化设计以防紫外线泄漏。
[0009]化学消毒技术主要是采用向水中添加各种厂家声称对人体无害的药剂实现杀菌效果，如专利CN201520479519.2披露的《一种具有杀菌功能的加湿器》。然而此类药剂的安全性依然存疑，而且任何杀菌效果较好的药剂都是需要不断添加的耗材，增加了用户后期使用的耗材成本。当前纳米银之类的长效抗菌材料只能确保抑制抗菌材料如(储水箱箱体)表面的细菌繁殖，并不能实现对全部存水中的细菌都实现有效灭杀。
[0010]电解消毒技术在当前又可分为两种不同技术。首先是高压脉冲灭菌，其次是微电解灭菌。前者通过耐高压的钛或铂电极在水中释放高压脉冲电流，后者通过大面积的低压电极释放微电流进行灭菌。这两者用于自来水灭菌时，都会将自来水中以氯离子形态存在的余氯转化为氯气，然后氯气再与水反应生成次氯酸，以实现高效灭菌效果。于此同时，高压脉冲灭菌和微电解灭菌都具备不依赖于余氯，直接电解水产生大量化学性质活泼的氢离子和氢氧根离子实现灭菌的能力。典型技术如专利CN01130751.X所披露的加湿器。电解消毒技术的灭菌效果极佳，然而电解自来水的副产物氯气挥发到室内对人体健康的损害也很大，重新循环生成的次氯酸具备强氧化性，又会再次与水中的有机物反应，持续增加自来水中三卤甲烷的含量。这些有毒物质最终还会进入空气。
[0011]虽然当前在加湿器行业所有厂家尚未对自来水中的余氯造成的健康危害引起重视。个别加湿器厂家试图用电石来去除余氯，但研究显示电石对余氯的处理效果不佳，只有通过铁元素(尤其是亚铁)改性处理后的电石才具备一定的除余氯作用，但改性成本过高。然而在食品生产和自来水过滤器行业中，许多厂家已经开发了各种余氯去除技术。其中国外通过亚硫酸根离子可将次氯酸根离子还原成氯离子的原理开发了采用食品级亚硫酸钙去除自来水中余氯的技术。需强调，食品级亚硫酸钙指的是用高纯度亚硫酸钙粉末和少量食品级粘合剂制造的亚硫酸钙颗粒或球体。亚硫酸钙在日本和欧洲被广泛用于饮用水水净化器类产品一一如松下和三菱公司均有采用亚硫酸钙去余氯功能的净水机产品。因为亚硫酸根离子具备明显的还原性，与具备强氧化性的余氯反应速度很快一一资料显示，在0.8秒内亚硫酸根离子就能清除其接触到的绝大部分余氯。由于亚硫酸钙溶解度很低，在20摄氏度左右时仅为0.0043g/100ml，而按照国际食品添加剂联合专家委员会JECFA的评估报告，亚硫酸I丐的ADI (每日容许摄入量)可达0.7mg/kg，S卩一个体重60kg的成人每日可口服42mg亚硫酸钙而不影响身体健康。所以由于溶于加湿器几百毫升的水箱中的亚硫酸钙重量极低一一以加湿器水箱容积为300ml计算，20摄氏度左右的环境温度下，加湿器耗尽全部存水最多仅能向整个室内的空气中释放12.9mg亚硫酸钙(实际上因自来水中原有钙离子和反应产物硫酸钙中的钙离子还会大幅度降低亚硫酸钙的溶解度)一一，且这些亚硫酸钙中只有极少量可能被人体呼吸系统捕获，所以绝不会危害用户健康。而亚硫酸钙与余氯反应后生成的产物硫酸钙完全无毒，被广泛用于食品添加剂(可作为食品固化剂、钙营养强化剂、干燥剂、面粉处理剂、酒类生产的硬水剂、膨松剂等等)，无ADI限量要求。此外，广泛作为水处理剂的亚硫酸钙价格低廉。
【发明内容】
[0012]本实用新型的目的在于提供一种加湿器的自来水处理系统，以解决现有技术下各种加湿器在使用自来水进行加湿时很容易损害用户健康的问题。
[0013]为实现上述目的，本实用新型的技术方案为:一种加湿器的自来水处理系统，包含水箱、微电解电极、除余氯模块、供水模块;其中水箱连接供水模块;供水模块与微电解电极连通;可更换的除余氯模块利用食品级亚硫酸钙颗粒或球体消除自来水中的余氯，并布置于沿供水方向上微电解电极之后。因此，当微电解电极通电后，水箱内储存的自来水通过供水模块，再流经微电解电极产生氯气一一因氯气溶于水，随后会转为次氯酸一一、氢离子和氢氧根离子实现对自来水的彻底杀毒。其中大部分杀毒后剩余的次氯酸随水流流向安装在微电解电极后方的除氯模块，少部分次氯酸通过扩散作用返回水箱，可加强水箱内存水的抑菌效果。而流过除氯模块的自来水中剩余的次氯酸会因自身的强氧化性迅速与具备明显还原性的亚硫酸钙反应而耗尽。这确保了最终输送到加湿模块的自来水是彻底灭菌和除氯的，从而有效保障了加湿器用户的身体健康。
[0014]本实用新型的有益效果:同时消除了加湿器使用自来水时余氯和病菌对用户的健康风险，且本系统可适用于各种不同原理的加湿器及空气净化器的加湿模块。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型专利的系统构成示框图。
[0016]图中，I水箱，2供水模块，3微电解电极，4除余氯模块，5加湿模块。
【具体实施方式】
[0017]如图1所示，水箱I内可储存一定量的自来水，这些自来水可以通过供水模块2以流量阀及水位开关等方法进行控制，以加湿模块5所需的流量依次流过微电解电极3和除余氯模块4最终进入加湿模块5。
[0018]当自来水流经微电解电极3时，在电极的电场作用下会发生一系列电化学反应。其中阳极反应包括:
[0019]2Η2θ—θ2?+4Η++4θ— ； 2Cl——Cl2+2e— ； Cl2+H20^HC10+H++Cr
[0020]其中阴极反应包括:2H20+2e——Η2?+20Η—
[0021]上述电化学产物中，HClO(次氯酸)和H+及0H—均具有灭菌效果。其中次氯酸的灭菌效果非常强烈。实验显示，即便自来水中氯离子含量极低时，自来水纯度接近蒸馏水，导电率低至32yS/cm，通过将微电解电极之间的电势差设置为30V的安全电压，并保证电极间电流密度为3mA/cm2，水力停留时间为5分钟时，微电解系统还能实现99.3 %的灭菌率，将电流密度加倍至6mA/cm2，则可实现99.993%的灭菌率。这说明通过调整微电解电极3的电压和电流输出值，就算不依赖于自来水中余氯及其电解副产物次氯酸，也可以实现极佳的灭菌率。如果希望进一步降低电极间电流密度，以进一步降低功耗，可以通过使用板条状电极，并通过设置沿水流方向较长的电极板或迷宫式电极板结构，配合加湿器非常小的流量，实现远远高于5分钟的水力停留时间。
[0022]经过微电解电极3有效灭菌后的自来水可能存在对人体健康有害的次氯酸，在随后流经除余氯模块4时将会在极短时间内与除余氯模块4内储存的亚硫酸钙颗粒或球体发生“氧化还原反应”。反应后次氯酸恢复成为对人体无害的氯离子，微溶的亚硫酸钙变为安全的食品添加剂和钙补充营养剂硫酸钙。
[0023]因此，最终通过微电解电极3完成灭菌，再通过除余氯模块4消除很可能存在的次氯酸和氯气后的自来水在流入加湿模块5后其用于加湿工艺的安全性是可以得到保证的。而上述灭菌和除余氯工艺不会带来明显的阻力，也不会明显改变水的温度等物理状态，因此本实用新型公布的自来水处理系统适合于任何原理的加湿器使用，也可用于作为空气净化器附带加湿模块的自来水处理系统。
[0024]需指出，本实用新型中，说明书和说明书附图中所列举的实施例仅用于形象说明和披露技术方案。对于说明书中的一种可行技术方案的实施例，同行业技术人员很容易通过无创造性的局部改变对实施例进行等同替代。因此本实用新型的保护范围不限于说明书中的描述，而应以权利要求书为准。
【主权项】
1.一种加湿器的自来水处理系统，其特征在于:包含水箱(I)、供水模块(2)、微电解电极(3)、除余氯模块(4)功能模块;所述水箱(I)用于储存一定容量的自来水以供加湿取用；所述供水模块(2)通过其包含的流量阀和水位开关之类的流量控制部件，实现以加湿工艺所需的流量从水箱内引出水流，并将水流导向微电解电极(3);所述微电解电极(3)浸没在水流中，通过电极本身的低压电场对水流实现微电解灭菌;所述除余氯模块(4)通过内部亚硫酸钙耗材与水中余氯反应以实现除余氯功能。2.根据权利要求1所述的一种加湿器的自来水处理系统，其特征在于:所述微电解电极(3)为两条相互隔离的长条形平板形金属片组成较长的狭缝，或以两条折板形金属片组成迷宫流道，配合加湿器较低的水流流速以实现较长的水力停留时间；两块极板之间的电势差小于等于30伏特。3.根据权利要求1所述的一种加湿器的自来水处理系统，其特征在于:所述的除余氯模块(4)按水流从水箱中流出的方向，布置于电解电极(3)后，为浸没在水流中的镂空盒状容器，内部填充有可更换或补充的球形或颗粒形的亚硫酸钙填料，以保证填料与水的接触面积并减少水流阻力。
【文档编号】C02F9/04GK205442856SQ201521075369
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月18日
【发明人】赵文扬, 李影
【申请人】杭州睿恂唯信科技有限公司