TWM563911U

TWM563911U - 一種淨水裝置及淨水單元

Info

Publication number: TWM563911U
Application number: TW107204142U
Authority: TW
Inventors: 李嘉浩
Original assignee: 蘇州耀群淨化科技有限公司
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2018-07-21

Abstract

一種淨水裝置，包括：一殼體，其具有一管體、至少一紫外線燈管及一電力單元，該管體係一筒狀結構且具有一容置空間，所述至少一紫外線燈管係設置於該容置空間，該電力單元與所述至少一紫外線燈管耦接以提供電力；以及至少一光觸媒單元，係呈纖維狀；其中，當該淨水裝置設置於一容器主體內部所定義之一容水空間時，該殼體之所述至少一紫外線燈管能朝該容水空間投射一紫外線，所述至少一光觸媒單元係漂浮於該容水空間且與所述至少一紫外線燈管維持一定距離，透過產生一光催化反應以使該淨水裝置提供一殺菌及分解有機物之功能。此外，本新型亦揭示一種淨水單元，其具有如所述之光觸媒單元。

Description

一種淨水裝置及淨水單元

本新型係有關於一種淨水裝置，特別是透過紫外線及光觸媒提供殺菌及分解有機物功能之淨水裝置。

自古以來，日曬法就是眾所皆知最方便、最便宜的消毒方式，然而其缺點為必需在良好的天候環境下才能取得。此外，陽光中具有殺菌效果係UV(Ultraviolet；紫外線)之C波段，然而地球之臭氧層阻絕了約99%紫外線輻射，能夠到達地面之C波段非常微量。

為了更有效與集中的達到殺菌目的，人造的UV(Ultraviolet；紫外線)幅射源於是被發明出來，其原理係將電流通過特定氣體，透過撞擊將其變成激發狀態，當該特定氣體從激發狀態回到原來狀態時會把多餘能量釋出而產生出UV(Ultraviolet；紫外線)。

由於殺菌快速、簡便且無化學藥物殘留，UV(Ultraviolet；紫外線)殺菌技術也普遍的被應用在很多需要潔淨用水的領域，例如電子半導體、光電、精密機械等產業均需在製程中使用大量純水以洗淨藥品處理後所沾黏之髒污。

以面板製造產業為例，其製程可分為陣列(Array)、面板組裝(Cell)及模組製程(Module)等工序，業者大多以中央供水的方式提供潔淨用水給製程端使用，然而因管路綿長極易成為污染的溫床。習知淨水技術均以殺菌為目的，因此集中在以UV(Ultraviolet；紫外線)之C波段進行照射，但是在陣列 (Array)工序時亦會洗下許多有機物，使得水中含有一定濃度的有機酸鹼、胺氮，除了可能提供細菌增長的養分外，還會造成後續製程之有機沾黏、甚至產生面板壞點或畫質亮度不均(MURA)等問題。

此外，因為UV(Ultraviolet；紫外線)C波段之波長短，相對地穿透距離也較短，使得照射不到的死角區域殺菌不完全，能夠處理的有效水量也因此受限，習知技術常使用複數燈管或迴圈設計來解決，卻也會造成耗能更多之問題。

UV(Ultraviolet；紫外線)的Vacuum波段，雖然殺菌能力不及於C波段，卻因為能使水分子斷鍵成為氫氧自由基(OH-)而被使用來去除水中的有機物，然而其波長較C波段更短，穿透距離也更短，使用上常搭配光觸媒(photo catalyst)。

石英玻璃管由於對UV(Ultraviolet；紫外線)C波段的穿透率最高，熱膨脹係數極小，且能承受劇烈的溫度變化，以及除氫氟酸外，不會與其他酸類物質發生化學反應，因而常被用來作為紫外線燈管的管體。

請參照圖1，其繪示習知技術之淨水裝置之結構示意圖。如圖所示，容器主體10具有一容水空間，習知技術係在石英玻璃管20之表面塗布光觸媒(photo catalyst)來提高UV裂解目標物的效能，但由於氫氧自由基(OH^-)僅發生在光觸媒(photo catalyst)表面，因此能夠處理有機物的範圍亦受限於石英玻璃管20附近。因此習知技術使用複數燈管或迴圈設計來解決，卻也同樣造成耗能以及仍有處理不到的照射死角區域等問題。

另外，UV(Ultraviolet；紫外線)為非可見光，使用者常會以使用日光燈的習慣來評估其是否運作正常，造成因繼續使用已失效的燈管而無法達成殺菌或去除有機物之需求。習知技術係使用計時器進行紫外線燈管剩餘使用壽命的倒數以提醒使用者更換燈管的時間，卻仍有不夠精確與無法顧及個別紫外線燈管之差異等問題，因此本領域亟需一新穎的淨水裝置。

本新型之一目的在於揭露一種淨水裝置，其光觸媒單元呈纖維狀，且與石英玻璃管相隔一段距離，使得光催化反應不再僅限於發生在石英玻璃管表面，並藉由增加與水體接觸之表面積而能擴大光催化反應之範圍，亦能大幅減少照射死角區域之問題。

本新型之另一目的在於揭露一種淨水裝置，其在處理更高水量時，能藉由增加光觸媒單元之數量來達成目的，不再需使用更多燈管而造成更多耗能問題。

本新型之又一目的在於揭露一種淨水裝置，其具有紫外光強度偵測單元，能在紫外線燈管之照射強度值低於預設值時提供提醒更換功能。

本新型之再一目的在於揭露一種淨水裝置，其具有微粒計數單元，能在該容水空間之光觸媒單元劣化使得光觸媒微粒濃度值高於預設值時能提供提醒更換功能。

為達前述目的，一種淨水裝置乃被提出，其包括：一殼體，其具有一管體、至少一紫外線燈管及一電力單元，該管體係一圓筒狀結構且具有一容置空間，所述至少一紫外線燈管係設置於該容置空間，該電力單元與所述至少一紫外線燈管耦接以提供電力；以及至少一光觸媒單元，係呈纖維狀；其中，當該淨水裝置設置於一容器主體內部所定義之一容水空間時，該殼體之所述至少一紫外線燈管能朝該容水空間投射一紫外線，所述至少一光觸媒單元係漂浮於該容水空間且與所述至少一紫外線燈管維持一定距離，透過產生一光催化反應以使該淨水裝置提供一殺菌及分解有機物之功能。

在一實施例中，該管體為一石英玻璃管。

在一實施例中，該紫外線之波長為185nm或/及254nm。

在一實施例中，該電力單元為一一次性電池、一充電電池或一交流電電源。

在一實施例中，所述至少一光觸媒單元之形狀為一實心圓筒狀、一空心圓筒狀、一空心圓筒狀具內部螺紋、一空心圓筒具表面氣孔、或一空心圓筒具內部螺紋及表面氣孔。

在一實施例中，所述至少一光觸媒單元之材料為二氧化鈦、氧化鋅、二氧化錫、或硫化鎘。

在一實施例中，該容器主體內部設置至少一固定支架用以放置所述至少一光觸媒單元。

在一實施例中，該管體內部進一步具有一紫外光強度偵測單元，用以偵測所述至少一紫外線燈管之一照射強度值。

在一實施例中，該容器主體進一步具有一出水口，且該出水口設置一微粒計數單元用以偵測該容水空間之一光觸媒微粒濃度值。

在一實施例中，一種淨水單元乃被提出，其具有如所述之光觸媒單元。

為使貴審查委員能進一步瞭解本新型之結構、特徵及其目的，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如後。

10‧‧‧容器主體

20‧‧‧石英玻璃管

100‧‧‧殼體

110‧‧‧管體

120‧‧‧紫外線燈管

130‧‧‧電力單元

200‧‧‧光觸媒單元

300‧‧‧紫外光強度偵測單元

400‧‧‧微粒計數單元

500‧‧‧容器主體

510‧‧‧容水空間

520‧‧‧出水口

圖1為一示意圖，其繪示習知技術之淨水裝置之結構示意圖。

圖2為一示意圖，其繪示本新型之淨水裝置之一實施例之結構示意圖。

圖3a為一示意圖，其繪示本新型之光觸媒單元為一空心圓筒狀之一較佳實施例示意圖。

圖3b為一示意圖，其繪示本新型之光觸媒單元之內部纖維示意圖。

圖3c為一示意圖，其繪示本新型之光觸媒單元之表面結構示意圖。

圖4為一示意圖，其繪示本新型之淨水裝置之另一實施例之結構示意圖。

請參照圖2，其繪示本新型之淨水裝置之一實施例之結構示意圖。

如圖所示，本新型之淨水裝置，包括：一殼體100；以及至少一光觸媒單元200。

該殼體100具有一管體110、至少一紫外線燈管120及一電力單元130。該管體110係一圓筒狀結構且具有一容置空間，所述至少一紫外線燈管120係設置於該容置空間，該電力單元130與所述至少一紫外線燈管120耦接以提供電力。

所述至少一光觸媒單元200係呈纖維狀。

其中，當該淨水裝置設置於一容器主體500內部所定義之一容水空間時510，該殼體100之所述至少一紫外線燈管120能朝該容水空間510投射一紫外線，所述至少一光觸媒單元200係漂浮於該容水空間510且與所述至少一紫外線燈管120維持一定距離，透過產生一光催化反應以使該淨水裝置提供一殺菌及分解有機物之功能。

其中，該管體110例如但不限為一石英玻璃管；該紫外線之波長為185nm或/及254nm；該電力單元130例如但不限為一一次性電池、一充電電池或一交流電電源。

請一併參照圖3a至圖3c，其中圖3a其繪示本新型之光觸媒單元為一空心圓筒狀之一較佳實施例示意圖，圖3b其繪示本新型之光觸媒單元之內部纖維示意圖；圖3c其繪示本新型之光觸媒單元之表面結構示意圖。

如圖所示，本新型之所述至少一光觸媒單元200之一較佳實施例為一空心圓筒狀，整根均為高密度之光觸媒材料，表面亦均勻散佈著光觸媒材料，且內部具有大小不均的空洞結構以利於該容水空間510之水體(未示於圖中)穿透。

所述至少一光觸媒單元200之形狀例如但不限為一實心圓筒狀、一空心圓筒狀、一空心圓筒狀具內部螺紋、一空心圓筒具表面氣孔、或一空心圓筒具內部螺紋及表面氣孔；所述至少一光觸媒單元200之材料例如但不限為二氧化鈦(TiO₂)、氧化鋅(ZnO)、二氧化錫(SnO₂)、或硫化鎘(CdS)。

本新型之淨水裝置能透過提高所述至少一光觸媒單元200和水體(未示於圖中)接觸之表面積，增加光催化反應之效率及氫氧自由基(OH^-)之濃度，進而擴大殺菌和分解水中有機物的處理範圍。

而光觸媒(photo catalyst)材料，例如二氧化鈦(TiO₂)之能隙約3.2電子伏特，相當於波長為387.5nm光波所攜帶的能量，亦即必須提供波長至少小於387.5nm的UV(Ultraviolet；紫外線)才能使二氧化鈦(TiO₂)產生光催化反應。

此外，由於UV(Ultraviolet；紫外線)並非可見光，使用者習慣以使用日光燈的標準來評估是否運作正常，造成已失效之紫外線燈管卻仍繼續使用、未即時更換而無法達到需求。

習知技術係使用一計時器用以提供一紫外線燈管之剩餘使用壽命之倒數功能，俾於提醒使用者更換紫外線燈管，卻仍有不夠精確與無法顧及個別紫外線燈管之差異等問題。

請參照圖4，其繪示本新型之淨水裝置之另一實施例之結構示意圖。

如圖所示，本新型之淨水裝置之該管體110內部進一步具有一紫外光強度偵測單元300，用以偵測所述至少一紫外線燈管120之一照射強度值，因此能更精確地了解所述至少一紫外線燈管120之當前情形，並能在該照射強度值低於一預設值時能提供一提醒更換功能，其作用原理為習知技術，在此擬不贅述。

該容器主體500內部例如但不限為設置至少一固定支架(未示於圖中)用以放置所述至少一光觸媒單元200。

該容器主體500進一步具有一出水口520，且該出水口520設置一微粒計數單元400用以偵測該容水空間510之一光觸媒微粒濃度值，能在該光觸媒劣化使得該光觸媒微粒濃度值高於一預設值時能提供一提醒更換功能，該微粒計數單元400例如但不限於為一光學感測器用以進行微粒偵測與計數，其作用原理為習知技術，在此擬不贅述。

此外，本新型亦揭示一種淨水單元，其具有所述之光觸媒單元(均未示於圖中)。

以下將針對本新型的原理進行說明：

UV(Ultraviolet；紫外線)的作用原理：

UV(Ultraviolet；紫外線)係指波長在10nm至400nm之間的電磁波，其波長比可見光短。UV(Ultraviolet；紫外線)被發現於西元1801年，1877年英國科學家用UV(Ultraviolet；紫外線)進行殺滅枯草桿菌、芽孢菌的實驗，證實其具有殺菌的能力，1965年Sykes等人進一步發現波長介於240至280nm之間的UV(Ultraviolet；紫外線)殺菌作用最強。

UV(Ultraviolet；紫外線)的殺菌機制係利用其游離輻射的能量穿透微生物的細胞膜時，被微生物的核酸、脫氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)等所吸收，藉由破壞其結構及核酸分子鍵使其失去活性而死亡，從而達到殺菌之目的。

在所有的微生物中，革蘭氏陰性桿菌(gram negative rods)對UV(Ultraviolet；紫外線)最敏感，也最容易被殺死，其次是葡萄球菌屬(Staphylococcus spp.)、鏈球菌屬(Streptococcus spp.)及細菌孢子。

因為DNA在C波段的254nm波長具有最大的吸收峰，254nm之殺菌能力約為強烈陽光直射的1600倍，因此被普遍認為係最具備殺菌效果的波長。然而卻也因為波長較短，相對地穿透距離也較短，使得照射不到的死角區域殺菌不完全。

UV(Ultraviolet；紫外線)Vacuum波段的波長介於100至200nm，其中185nm雖然殺菌效果不及於254nm，但由於具有647kJ/mol的高能量，能用來打斷水中有機物的化學鍵結進而分解成二氧化碳及水，如反應式(1)所示。

H₂O(經UV 185nm照射)→ H⁺+OH^-有機物+OH^- → CO₂+H₂O (1)

185nm也能用來補強254nm僅具有471kJ/mole而無法達到的解離能量，各化學鍵結及其解離能量如表1所示。

此外，185nm不只如反應式(1)所示，能直接由水分子生成氫氧自由基(OH^-)以解離水中的有機物的化學鍵，當與254nm共同作用時能使水中的氧分子形成臭氧(O₃)與氧自由基(O^-)，進而生成氫氧自由基(OH^-)，如反應式(2)所示。

各氧化物的氧化電位如表2所示，可以得知，經由185nm與254nm共同作用所生成的氫氧自由基(OH^-)與臭氧(O₃)，因為氧化電位較高，所以能解離水中有機物的化學鍵的能力越強，越能有效分解水中的有機物。

然而，185nm和254nm均具有波長短、穿透距離短之特性，使得其作用範圍亦受限制。

光觸媒的作用原理：

光觸媒(photo catalyst)能經由UV(Ultraviolet；紫外線)照射後，吸收其能量電子從基態被激發至較高能階，將共價帶(valence band)的一個電子提升到傳導帶(conduction band)以產生一對自由電子-電洞。其中電子會與氧分子生成過氧化自由基(O₂ ^-)，電洞則與水分子生成氫氧自由基(OH^-)，上述自由基均能可以將水中的有機物分解成二氧化碳及水以達到淨化的功效。

此外，經由光催化反應後產生大量的氫氧自由基(OH^-)也會在細菌表面產生氧化還原反應而達到殺菌效用，該部分為習知技術，擬不再贅述。

雖然，半導體材料均具有光觸媒的特性，但部分半導體材料在酸性或鹼性的環境中容易變質、產生化學或光化學腐蝕性加上需要的驅動能量普遍較高而不適宜作為淨水用。

常用的光觸媒材料有氧化鋅(ZnO)、二氧化錫(SnO2)、硫化鎘(CdS)等，其中二氧化鈦(TiO₂)由於具有低溶解性、高穩定性、無毒性、便宜及可在室溫下作業等優點，而被廣泛使用。

儘管光觸媒(photo catalyst)加上UV(Ultraviolet；紫外線)照射後能夠產生殺菌和分解水中有機物的效用，但是這些反應均只會發生在光觸媒(photo catalyst)表面。因此，如何增加光觸媒(photo catalyst)和水體接觸的表面積即為重要課題。

本新型之光觸媒(photo catalyst)單元呈纖維狀，係由光觸媒(photo catalyst)材料組成之聚合物，並非如習知技術塗布於石英玻璃管之表面，而是與石英玻璃管相隔一段距離地隨水流方向飄動，亦可被設置於一固定支架上，均未與石英玻璃管接觸。

雖然殺菌和分解水中有機物之光催化反應亦只會發生在光觸媒(photo catalyst)單元表面，但本新型因為光觸媒單元能脫離石英玻璃管，使得該反應不再限於僅發生在石英玻璃管之表面，本新型的光觸媒(photo catalyst)單元能透過增加其和水體接觸之表面積，因而增加殺菌和分解水中有機物的處理範圍，亦能大幅減少習知技術照射死角區域之問題。

此外，當需要處理更高水量時，本新型亦能透過增加光觸媒(photo catalyst)單元之數量來達成目的，不再需要使用更多燈管而造成更多耗能之問題。

藉由前述所揭露的設計，本新型乃具有以下的優點：

1.本新型揭露一種淨水裝置，其光觸媒單元呈纖維狀，且與石英玻璃管相隔一段距離，使得光催化反應不再僅限於發生在石英玻璃管表面，並藉由增加與水體接觸之表面積而能增加光催化反應之範圍，亦能大幅減少照射死角區域之問題。

2.本新型揭露一種淨水裝置，其在處理更高水量時，能藉由增加光觸媒單元之數量來達成目的，不再需使用更多燈管而造成更多耗能之問題。

3.本新型揭露一種淨水裝置，其具有紫外光強度偵測單元，在紫外線燈管之照射強度值低於預設值時能提供提醒更換功能。

4.本新型揭露一種淨水裝置，其具有微粒計數單元，能在該容水空間之光觸媒單元劣化使得光觸媒微粒濃度值高於預設值時能提供提醒更換功能。

本案所揭示者，乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。

綜上所陳，本案無論就目的、手段與功效，在在顯示其迥異於習知之技術特徵，且其首先發明合於實用，亦在在符合發明之專利要件，懇請貴審查委員明察，並祈早日賜予專利，俾嘉惠社會，實感德便。

Claims

一種淨水裝置，包括: 一殼體，其具有一管體、至少一紫外線燈管及一電力單元，該管體係一圓筒狀結構且具有一容置空間，所述至少一紫外線燈管係設置於該容置空間，該電力單元與所述至少一紫外線燈管耦接以提供電力；以及至少一光觸媒單元，係呈纖維狀；其中，當該淨水裝置設置於一容器主體內部所定義之一容水空間時，該殼體之所述至少一紫外線燈管能朝該容水空間投射一紫外線，所述至少一光觸媒單元係漂浮於該容水空間且與所述至少一紫外線燈管維持一定距離，透過產生一光催化反應以使該淨水裝置提供一殺菌及分解有機物之功能。
如申請專利範圍第1項所述之淨水裝置，該管體為一石英玻璃管。
如申請專利範圍第1項所述之淨水裝置，該紫外線之波長為185nm或/及254nm。
如申請專利範圍第1項所述之淨水裝置，該電力單元為一一次性電池、一充電電池或一交流電電源。
如申請專利範圍第1項所述之淨水裝置，所述至少一光觸媒單元之形狀為一實心圓筒狀、一空心圓筒狀、一空心圓筒狀具內部螺紋、一空心圓筒具表面氣孔、或一空心圓筒具內部螺紋及表面氣孔。
如申請專利範圍第1項所述之淨水裝置，所述至少一光觸媒單元之材料為二氧化鈦、氧化鋅、二氧化錫、或硫化鎘。
如申請專利範圍第1項所述之淨水裝置，該容器主體內部設置至少一固定支架用以放置所述至少一光觸媒單元。
如申請專利範圍第1項所述之淨水裝置，該管體內部進一步具有一紫外光強度偵測單元，用以偵測所述至少一紫外線燈管之一照射強度值。
如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述之淨水裝置，該容器主體進一步具有一出水口，且該出水口設置一微粒計數單元用以偵測該容水空間之一光觸媒微粒濃度值。
一種淨水單元，其具有如申請專利範圍第1項、第5項或第6項中任一項所述之光觸媒單元。