本發(fā)明涉及一種使加濕器使用自來水時(shí)能保證用戶健康安全的自來水處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的加濕技術(shù)主要分為幾類，第一類是加熱蒸發(fā)式加濕器，其主要包含“電加熱式加濕器”和“電極加濕器”，前者用電熱管或PTC加熱元件加熱水箱內(nèi)的存水至沸騰后大量蒸發(fā)加濕，后者用電極放電加熱純水至沸騰加濕；第二類是直接蒸發(fā)式加濕器，主要包含“蒸發(fā)盤式加濕器”和“冷霧加濕器”，前者利用少量下端浸沒在水中的紡織物通過毛細(xì)效應(yīng)將水提升到整個(gè)蒸發(fā)盤上，或者利用大量具有較小間隙的轉(zhuǎn)盤提升水體，以顯著增加水與空氣的接觸面積，后者通過高壓空氣卷吸和引射水流并將水流吹成水霧；第三類是超聲波加濕器，利用超聲換能器產(chǎn)生的超聲波震蕩直接震碎淺層水體形成十分微小的水霧。

出于設(shè)備安全性、體積和成本考慮，家用加濕器一般采用“電加熱式加濕器”或“超聲波加濕器”，而“電加熱式加濕器”因?yàn)樵谕燃訚裥Ч滦枰蠓写嫠畬?dǎo)致能耗過大，和對(duì)兒童存在一定的傾覆燙傷危險(xiǎn)所以當(dāng)前已基本從市場(chǎng)上消失。部分以消除PM2.5為主要賣點(diǎn)的空氣凈化器采用了“蒸發(fā)盤式加濕器”。然而當(dāng)用戶使用自來水作為加濕器的水源時(shí)，此類加濕器都存在不同程度上的健康隱患。

這是因?yàn)?，國?nèi)水資源普遍受到不同程度的污染，且因?yàn)樽詠硭芫W(wǎng)老化等原因。國內(nèi)的自來水往往含有不同含量的污染物，并且需要依賴自來水中較高含量的余氯來確保自來水穿越老化后的管線輸送到用戶家時(shí)仍能保證最基本的安全性。對(duì)于加濕器而言，自來水中的余氯無法長久保存，當(dāng)余氯因揮發(fā)或與水中有機(jī)物反應(yīng)等原因耗盡時(shí)，殘留在自來水中無法通過沉淀、曝氣等常規(guī)處理方法去除的腐殖質(zhì)和其他有機(jī)物就會(huì)成為細(xì)菌繁殖的極佳碳源和氮源。如軍團(tuán)菌、金黃色葡萄球菌和真菌等室內(nèi)主要污染病菌極易在失去原有微生物生態(tài)平衡的無余氯自來水中快速繁殖，并通過加濕器，尤其是超聲波加濕器進(jìn)入室內(nèi)空氣，并引發(fā)過敏、“軍團(tuán)菌肺炎”甚至腎衰竭等一系列可能致命的疾病。對(duì)于“電加熱式加濕器”而言，自來水沸騰后蒸發(fā)的氣體中不存在活菌，但煮沸的自來水會(huì)揮發(fā)含氯氣體，以及余氯與腐殖酸、富里酸等有機(jī)物反應(yīng)產(chǎn)生的三鹵甲烷。需要指出的是，三鹵甲烷中的氯仿、二溴一氯甲烷不但具備一定的 毒性，早在1993年就被世衛(wèi)組織定為2B類致癌物。有研究甚至認(rèn)為，在廚房燒開水時(shí)都需要開抽油煙機(jī)排氣，原因就是因?yàn)樽詠硭蠓袝r(shí)產(chǎn)生的含氯蒸汽對(duì)健康有害。大量研究，如南開大學(xué)的研究論文《熱處理對(duì)自來水中三鹵甲烷濃度的影響》，以及天津大學(xué)的研究論文《煮沸對(duì)自來水中氯仿含量的影響》等等均證實(shí)了這一點(diǎn)。

因此許多醫(yī)生和專家建議用戶使用純凈水或煮沸后的涼開水作為加濕器的補(bǔ)充水。然而市售的純凈水不是完全不含有機(jī)物的蒸餾水，涼開水也含有大量有機(jī)物。使用純凈水和涼開水仍會(huì)向加濕器水箱內(nèi)輸入細(xì)菌繁殖所需的碳源和氮源，這要求用戶仍需在每次使用加濕器前對(duì)非“加熱蒸發(fā)式加濕器”的水箱進(jìn)行換水、清洗和消毒來保障健康安全——但實(shí)際情況下用戶往往不會(huì)這樣做。而對(duì)于“電加熱式加濕器”，使用涼開水或純凈水等于在付出較高的運(yùn)行費(fèi)用(燒開水的電費(fèi)、燃?xì)赓M(fèi)或純凈水的送貨費(fèi))的同時(shí)，進(jìn)一步提高了用水成本。

為解決使用自來水作為加濕器水源時(shí)用戶的健康隱患，大量加濕器生產(chǎn)廠家開發(fā)了許多加濕器存水滅菌技術(shù)。這些技術(shù)主要包括四大類：第一是臭氧消毒技術(shù)、第二是紫外線消毒技術(shù)、第三是化學(xué)消毒技術(shù)、第四是電解消毒技術(shù)。

臭氧消毒技術(shù)如果用于自來水廠的飲用水消毒，因?yàn)槌粞醪环€(wěn)定會(huì)在管路輸送過程中自行分解，是比較安全的。然而臭氧對(duì)人體有害，用于加濕器純水消毒時(shí)，如果不增設(shè)臭氧消除裝置，幾乎必然會(huì)導(dǎo)致消毒用的臭氧溢出污染室內(nèi)空氣。而臭氧消除系統(tǒng)一般采用高溫加快臭氧的自然分解，運(yùn)行能耗較高，對(duì)于加濕器而言是無法接受的，或者說這樣的能耗下不如直接使用“電加熱式加濕器”。所以如專利CN201310356617.2披露的《一種新型的多功能加濕器》，家用加濕器產(chǎn)品一般不具備臭氧消除系統(tǒng)。

紫外線消毒技術(shù)從原理上說滅菌效果極佳，然而在水處理中會(huì)受到很多限制。比如紫外線對(duì)水的穿透率不佳，輻照強(qiáng)度會(huì)隨著水深增加而快速衰減。因此可靠的紫外線水處理系統(tǒng)需要把紫外線燈管沉入水中以實(shí)現(xiàn)有效處理面積的成倍增加，但這帶來了燈管的絕緣密封問題，對(duì)于非專業(yè)水處理廠家的家用電器廠家一般很難做到這一點(diǎn)。如專利CN201020288296.9披露了《一種用于超聲波加濕器的殺菌裝置》，利用紫外線燈管輻照燈管上部一根石英燈管內(nèi)的流過的水流。這解決了燈管絕緣問題，但因?yàn)槭⒐艿闹睆竭h(yuǎn)遠(yuǎn)小于紫外線燈在石英管所在的圓柱空間內(nèi)的總輻照面積，造成了紫外線利用率的極大浪費(fèi)，再加上因?yàn)樽贤饩€對(duì)水體的穿透率較低，如需確保滅菌效果，需要大幅度增加紫外線燈的功率。即便將紫外線燈管浸入水中，因?yàn)榈蛪汗療舻淖贤饩€波長分布受燈 管溫度影響較大，對(duì)水溫的穩(wěn)定性要求也很高。誠然加大紫外線燈輸出功率可以減少紫外線滅菌效率易受水深和水溫影響的問題，但這帶來了紫外線消毒系統(tǒng)成本的快速上升。此外，紫外線燈管存在壽命問題。當(dāng)連續(xù)點(diǎn)亮?xí)r，國產(chǎn)紫外線燈管的壽命一般在1000至3000小時(shí)之間，間歇性點(diǎn)亮?xí)斐蔁艚z的電流沖擊損耗，使用壽命大幅度降低。最后，具備消毒效果的大功率紫外線對(duì)人體有害，并能加速塑料老化，需要對(duì)儲(chǔ)水結(jié)構(gòu)做特殊的材料耐紫外光強(qiáng)化，以及對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和遮光效果做額外的強(qiáng)化設(shè)計(jì)以防紫外線泄漏。

化學(xué)消毒技術(shù)主要是采用向水中添加各種廠家聲稱對(duì)人體無害的藥劑實(shí)現(xiàn)殺菌效果，如專利CN201520479519.2披露的《一種具有殺菌功能的加濕器》。然而此類藥劑的安全性依然存疑，而且任何殺菌效果較好的藥劑都是需要不斷添加的耗材，增加了用戶后期使用的耗材成本。當(dāng)前納米銀之類的長效抗菌材料只能確保抑制抗菌材料如(儲(chǔ)水箱箱體)表面的細(xì)菌繁殖，并不能實(shí)現(xiàn)對(duì)全部存水中的細(xì)菌都實(shí)現(xiàn)有效滅殺。

電解消毒技術(shù)在當(dāng)前又可分為兩種不同技術(shù)。首先是高壓脈沖滅菌，其次是微電解滅菌。前者通過耐高壓的鈦或鉑電極在水中釋放高壓脈沖電流，后者通過大面積的低壓電極釋放微電流進(jìn)行滅菌。這兩者用于自來水滅菌時(shí)，都會(huì)將自來水中以氯離子形態(tài)存在的余氯轉(zhuǎn)化為氯氣，然后氯氣再與水反應(yīng)生成次氯酸，以實(shí)現(xiàn)高效滅菌效果。于此同時(shí)，高壓脈沖滅菌和微電解滅菌都具備不依賴于余氯，直接電解水產(chǎn)生大量化學(xué)性質(zhì)活潑的氫離子和氫氧根離子實(shí)現(xiàn)滅菌的能力。典型技術(shù)如專利CN01130751.X所披露的加濕器。電解消毒技術(shù)的滅菌效果極佳，然而電解自來水的副產(chǎn)物氯氣揮發(fā)到室內(nèi)對(duì)人體健康的損害也很大，重新循環(huán)生成的次氯酸具備強(qiáng)氧化性，又會(huì)再次與水中的有機(jī)物反應(yīng)，持續(xù)增加自來水中三鹵甲烷的含量。這些有毒物質(zhì)最終還會(huì)進(jìn)入空氣。

雖然當(dāng)前在加濕器行業(yè)所有廠家尚未對(duì)自來水中的余氯造成的健康危害引起重視。個(gè)別加濕器廠家試圖用電石來去除余氯，但研究顯示電石對(duì)余氯的處理效果不佳，只有通過鐵元素(尤其是亞鐵)改性處理后的電石才具備一定的除余氯作用，但改性成本過高。然而在食品生產(chǎn)和自來水過濾器行業(yè)中，許多廠家已經(jīng)開發(fā)了各種余氯去除技術(shù)。其中國外通過亞硫酸根離子可將次氯酸根離子還原成氯離子的原理開發(fā)了采用食品級(jí)亞硫酸鈣去除自來水中余氯的技術(shù)。需強(qiáng)調(diào)，食品級(jí)亞硫酸鈣指的是用高純度亞硫酸鈣粉末和少量食品級(jí)粘合劑制造的亞硫酸鈣顆?；蚯蝮w。亞硫酸鈣在日本和歐洲被廣泛用于飲用水水凈化器類產(chǎn)品——如松下和三菱等公司均有采用亞硫酸鈣去余氯功能的凈水機(jī)產(chǎn) 品。因?yàn)閬喠蛩岣x子具備明顯的還原性，與具備強(qiáng)氧化性的余氯反應(yīng)速度很快——資料顯示，在0.8秒內(nèi)亞硫酸根離子就能清除其接觸到的絕大部分余氯。由于亞硫酸鈣溶解度很低，在20攝氏度左右時(shí)僅為0.0043g/100ml，而按照國際食品添加劑聯(lián)合專家委員會(huì)JECFA的評(píng)估報(bào)告，亞硫酸鈣的ADI(每日容許攝入量)可達(dá)0.7mg/kg，即一個(gè)體重60kg的成人每日可口服42mg亞硫酸鈣而不影響身體健康。所以由于溶于加濕器幾百毫升的水箱中的亞硫酸鈣重量極低——以加濕器水箱容積為300ml計(jì)算，20攝氏度左右的環(huán)境溫度下，加濕器耗盡全部存水最多僅能向整個(gè)室內(nèi)的空氣中釋放12.9mg亞硫酸鈣(實(shí)際上因?yàn)樽詠硭性锈}離子和反應(yīng)產(chǎn)物硫酸鈣中的鈣離子還會(huì)大幅度降低亞硫酸鈣的溶解度)——，且這些亞硫酸鈣中只有極少量可能被人體呼吸系統(tǒng)捕獲，所以絕不會(huì)危害用戶健康。而亞硫酸鈣與余氯反應(yīng)后生成的產(chǎn)物硫酸鈣完全無毒，被廣泛用于食品添加劑(可作為食品固化劑、鈣營養(yǎng)強(qiáng)化劑、干燥劑、面粉處理劑、酒類生產(chǎn)的硬水劑、膨松劑等等)，無ADI限量要求。此外，廣泛作為水處理劑的亞硫酸鈣價(jià)格低廉。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種加濕器的自來水處理系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)下各種加濕器在使用自來水進(jìn)行加濕時(shí)很容易損害用戶健康的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種加濕器的自來水處理系統(tǒng)，包含水箱、微電解電極、除余氯模塊、供水模塊；其中水箱連接供水模塊；供水模塊與微電解電極連通；可更換的除余氯模塊利用食品級(jí)亞硫酸鈣顆?；蚯蝮w消除自來水中的余氯，并布置于沿供水方向上微電解電極之后。因此，當(dāng)微電解電極通電后，水箱內(nèi)儲(chǔ)存的自來水通過供水模塊，再流經(jīng)微電解電極產(chǎn)生氯氣——因氯氣溶于水，隨后會(huì)轉(zhuǎn)為次氯酸——、氫離子和氫氧根離子實(shí)現(xiàn)對(duì)自來水的徹底殺毒。其中大部分殺毒后剩余的次氯酸隨水流流向安裝在微電解電極后方的除氯模塊，少部分次氯酸通過擴(kuò)散作用返回水箱，可加強(qiáng)水箱內(nèi)存水的抑菌效果。而流過除氯模塊的自來水中剩余的次氯酸會(huì)因自身的強(qiáng)氧化性迅速與具備明顯還原性的亞硫酸鈣反應(yīng)而耗盡。這確保了最終輸送到加濕模塊的自來水是徹底滅菌和除氯的，從而有效保障了加濕器用戶的身體健康。

本發(fā)明的有益效果：同時(shí)消除了加濕器使用自來水時(shí)余氯和病菌對(duì)用戶的健康風(fēng)險(xiǎn)，且本系統(tǒng)可適用于各種不同原理的加濕器及空氣凈化器的加濕模塊。

附圖說明

圖1是本發(fā)明專利的系統(tǒng)構(gòu)成示框圖。

圖中，1水箱，2供水模塊，3微電解電極，4除余氯模塊，5加濕模塊。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，水箱1內(nèi)可儲(chǔ)存一定量的自來水，這些自來水可以通過供水模塊2以流量閥及水位開關(guān)等方法進(jìn)行控制，以加濕模塊5所需的流量依次流過微電解電極3和除余氯模塊4最終進(jìn)入加濕模塊5。

當(dāng)自來水流經(jīng)微電解電極3時(shí)，在電極的電場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生一系列電化學(xué)反應(yīng)。其中陽極反應(yīng)包括：

2H₂O→O₂↑+4H⁺+4e^-；2Cl^-→Cl²+2e^-；Cl²+H₂O→HClO+H⁺+Cl^-

其中陰極反應(yīng)包括：2H₂O+2e^-→H₂↑+2OH^-

上述電化學(xué)產(chǎn)物中，HClO(次氯酸)和H⁺及OH^-均具有滅菌效果。其中次氯酸的滅菌效果非常強(qiáng)烈。實(shí)驗(yàn)顯示，即便自來水中氯離子含量極低時(shí)，自來水純度接近蒸餾水，導(dǎo)電率低至32μS/cm，通過將微電解電極之間的電勢(shì)差設(shè)置為30V的安全電壓，并保證電極間電流密度為3mA/cm²，水力停留時(shí)間為5分鐘時(shí)，微電解系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)99.3％的滅菌率，將電流密度加倍至6mA/cm²，則可實(shí)現(xiàn)99.993％的滅菌率。這說明通過調(diào)整微電解電極3的電壓和電流輸出值，就算不依賴于自來水中余氯及其電解副產(chǎn)物次氯酸，也可以實(shí)現(xiàn)極佳的滅菌率。如果希望進(jìn)一步降低電極間電流密度，以進(jìn)一步降低功耗，可以通過使用板條狀電極，并通過設(shè)置沿水流方向較長的電極板或迷宮式電極板結(jié)構(gòu)，配合加濕器非常小的流量，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于5分鐘的水力停留時(shí)間。

經(jīng)過微電解電極3有效滅菌后的自來水可能存在對(duì)人體健康有害的次氯酸，在隨后流經(jīng)除余氯模塊4時(shí)將會(huì)在極短時(shí)間內(nèi)與除余氯模塊4內(nèi)儲(chǔ)存的亞硫酸鈣顆?；蚯蝮w發(fā)生“氧化還原反應(yīng)”。反應(yīng)后次氯酸恢復(fù)成為對(duì)人體無害的氯離子，微溶的亞硫酸鈣變?yōu)榘踩氖称诽砑觿┖外}補(bǔ)充營養(yǎng)劑硫酸鈣。

因此，最終通過微電解電極3完成滅菌，再通過除余氯模塊4消除很可能存在的次氯酸和氯氣后的自來水在流入加濕模塊5后其用于加濕工藝的安全性是可以得到保證的。而上述滅菌和除余氯工藝不會(huì)帶來明顯的阻力，也不會(huì)明顯改變水的溫度等物理狀態(tài)，因此本發(fā)明公布的自來水處理系統(tǒng)適合于任何原理的加濕器使用，也可用于作為空氣凈化器附帶加濕模塊的自來水處理系統(tǒng)。

需指出，本發(fā)明中，說明書和說明書附圖中所列舉的實(shí)施例僅用于形象說明和披露技術(shù)方案。對(duì)于說明書中的一種可行技術(shù)方案的實(shí)施例，同行業(yè)技術(shù)人員很容易通過無創(chuàng)造性的局部改變對(duì)實(shí)施例進(jìn)行等同替代。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于說明書中的描述，而應(yīng)以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。