CN106967994B - 用于与水龙头一起使用的臭氧产生器和臭氧产生器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于与水龙头一起使用的臭氧产生器和臭氧产生器系统，特别是一种用于与水龙头一起使用的电解臭氧产生器和组装和使用所述臭氧产生器的方法。所述臭氧产生器包括：外筒；电解池组件，其被收纳于所述外筒内，所述电解池组件包括：第一壳；阳极，其耦合到所述第一壳；第二壳；阴极，其耦合到所述第二壳；隔离物，其定位于所述阳极与所述阴极之间；和固持器，其独立于所述外筒地将所述第一壳耦合到所述第二壳。

Description

用于与水龙头一起使用的臭氧产生器和臭氧产生器系统
技术领域
本发明涉及用于与水龙头一起使用的臭氧产生器和臭氧产生器系统。更特定来说，本发明涉及用于与水龙头一起使用的电解臭氧产生器，和组装及使用所述臭氧产生器的方法。
背景技术
电解臭氧产生器可用于在水中产生臭氧。臭氧可通过杀灭水中的细菌和病原体执行有益的杀菌功能。然而，现有臭氧产生器常常难以组装和维修，且可遭受慢速水流的影响。
发明内容
本发明提供用于与水龙头一起使用的电解臭氧产生器，和组装和使用所述臭氧产生器的方法。本发明的臭氧产生器易于组装和维修，且不会遭受慢速水流的影响。
根据本发明的说明性实施例，提供一种用于与水龙头一起使用的臭氧产生器，所述臭氧产生器包含外筒和收纳于所述外筒内的电解池组件。所述电解池组件包含第一壳、耦合到所述第一壳的阳极、第二壳、耦合到所述第二壳的阴极、定位于所述阳极与所述阴极之间的隔离物，和独立于所述外筒地将所述第一壳耦合到所述第二壳的固持器。
根据本发明的另一说明性实施例，提供一种用于与水龙头一起使用的臭氧产生器，所述臭氧产生器包含第一壳、由所述第一壳包覆模制的第一电流散布器、与所述第一电流散布器电连通的阳极、第二壳、由所述第二壳包覆模制的第二电流散布器、与所述第二电流散布器电连通的阴极，和所述阳极与所述阴极之间的隔离物。
根据本发明的又一说明性实施例，一种用于与水龙头一起使用的臭氧产生器系统包含：混合阀，其具有流体地耦合到冷水源的冷水入口、流体地耦合到热水源的热水入口，和与所述冷水入口和所述热水入口选择性流体连通的出口；和阀主体，其具有第一阀收纳腔室、第二阀收纳腔室和臭氧产生器收纳腔室和出口通路。所述臭氧产生器系统进一步包含：收纳于所述臭氧产生器收纳腔室内的臭氧产生器；第一可电操作的阀，其收纳于所述第一阀收纳腔室内且经配置以控制从所述混合阀的所述出口到所述阀主体的所述出口通路的水流；和第二可电操作的阀，其收纳于所述第二阀收纳腔室内且经配置以控制从所述冷水源到所述臭氧产生器的水流。
根据本发明第一方面，提供一种用于与水龙头一起使用的臭氧产生器，所述臭氧产生器包括外筒和被收纳于所述外筒内的电解池组件，所述电解池组件包括：第一外壳；阳极，其耦合到所述第一壳；第二壳；阴极，其耦合到所述第二壳；隔离物，其定位于所述阳极与所述阴极之间；和固持器，其独立于所述外筒地将所述第一壳耦合到所述第二壳。
优选地，所述隔离物具有约20微米到30微米的厚度。
优选地，所述隔离物具有约25微米的厚度。
优选地，所述阳极和所述阴极各自包括硼掺杂硅底层和硼掺杂金刚石涂层。
优选地，所述底层具有约400微米到600微米的厚度。
优选地，所述涂层具有约3微米到8微米的厚度。
优选地，所述固持器包括绕所述第一壳和所述第二壳的至少一个密封环。
优选地，所述第一壳和所述外筒协作以界定跨越所述阳极的第一水流路径；和所述第二壳和所述外筒协作以界定跨越所述阴极的第二水流路径。
优选地，所述的臭氧产生器进一步包括定位于所述第一外壳与所述阳极中间的第一电流散布器，和定位于所述第二壳与所述阴极中间的第二电流散布器。
优选地，所述第一电流散布器和所述第二电流散布器中的每一个都包含矩形主体和被配置成与导线电连通的端子，所述第一电流散布器的所述矩形主体包覆模制有所述第一壳，且所述第二电流散布器的所述矩形主体包覆模制有所述第二外壳。
优选地，所述第一电流散布器和所述第二电流散布器中的每一个都包含矩形主体和被配置成与导线电连通的端子，每个端子具有圆形横截面且所述端子上收纳有o形环。
根据本发明第二方面，提供一种用于与水龙头一起使用的臭氧产生器，所述臭氧产生器包括：第一壳；第一电流散布器，其由所述第一壳包覆模制；阳极，其与所述第一电流散布器电连通；第二壳；第二电流散布器，其由所述第二壳包覆模制；阴极，其与所述第二电流散布器电连通；和隔离物，其在所述阳极与所述阴极之间。
优选地，所述阳极和所述阴极各自包括多个水通路。
优选地，所述水通路是通过深反应离子刻蚀形成的。
优选地，所述第一壳和所述第二壳的构造相同。
优选地，所述的臭氧产生器进一步包括收纳所述阳极的第一框架和收纳所述阴极的第二框架，其中所述第一框架和所述第二框架的构造相同。
优选地，所述第一电流散布器包含第一端子和收纳所述阳极的第一开口，所述第一壳以密封方式在所述第一端子与所述第一开口之间环绕所述第一电流散布器；且所述第二电流散布器包含第二端子和收纳所述阴极的第二开口，所述第二壳以密封方式在所述第二端子与所述第二开口之间环绕所述第二电流散布器。
优选地，所述第一端子包含被配置成卷曲于第一导线上的突片，且所述第二端子包含被配置成卷曲于第二导线上的突片。
根据本发明第三方面，提供一种用于与水龙头一起使用的臭氧产生器系统，所述臭氧产生器系统包括：混合阀，其具有流体地耦合到冷水源的冷水入口，流体地耦合到热水源的热水入口，和与所述冷水入口和所述热水入口选择性流体连通的出口；阀主体，其包含第一阀收纳腔室、第二阀收纳腔室、臭氧产生器收纳腔室和出口通路；臭氧产生器，其被收纳于所述臭氧产生器收纳腔室内；第一可电操作的阀，其被收纳于所述第一阀收纳腔室内且被配置成控制从所述混合阀的所述出口到所述阀主体的所述出口通路的水流；和第二可电操作的阀，其被收纳于所述第二阀收纳腔室内且被配置成控制从所述冷水源到所述臭氧产生器的水流。
优选地，所述第一可电操作的阀为第一导阀操作的膜片式电磁阀，且所述第二可电操作的阀为第二导阀操作的膜片式电磁阀。
优选地，所述臭氧产生器系统进一步包括由所述阀主体支撑的印刷电路板，其中所述第一导阀操作的膜片式电磁阀包含第一电磁线圈衔铁，用于支撑可通过启动耦合到所述印刷电路板的第一电磁线圈来移动的密封件，且所述第二导阀操作的膜片式电磁阀包含第二电磁线圈衔铁，用于支撑可通过启动耦合到所述印刷电路板的第二电磁线圈来移动的密封件。
优选地，所述臭氧产生器包含：第一壳；第一电流散布器，其由所述第一壳包覆模制；阳极，其与所述第一电流散布器电连通；第二壳；第二电流散布器，其由所述第二壳包覆模制；阴极，其与所述第二电流散布器电连通；和隔离物，其在所述阳极与所述阴极之间。
优选地，所述臭氧产生器系统进一步包括Y形配件，该Y形配件包含与所述冷水源流体连通的入口，与所述混合阀的所述冷水入口流体连通的第一出口，和与所述第二可电操作的阀流体连通的第二出口。
优选地，所述臭氧产生器系统进一步包括与所述阀主体的所述出口通路流体连通的拔出硬管。
附图说明
参考以下结合附图进行的本发明的实施例的描述，本发明的上文所提及和其它特征和优势和其实现方式将变得较显而易见，且本发明自身将得到较好地理解，其中：
图1为本发明的示范性臭氧产生器的组装透视图；
图2为沿着图1的线2-2截取的图1的臭氧产生器的横截面图；
图3为沿着图1的线3-3截取且展示流体管道的图1的臭氧产生器的另一横截面图；
图4为图1的臭氧产生器的分解透视图，所述臭氧产生器包含第一壳和第二壳、第一电流散布器和第二电流散布器、第一框架和第二框架、第一电极和第二电极和隔离物；
图5A到图5D为用于图1的臭氧产生器的示范性电极的平面图；
图6为图4的第一壳、第一电流散布器、第一框架、第一电极和隔离物的分解透视图；
图7为图4的第一壳和第二壳的透视图；
图8为图4的第一电流散布器和第二电流散布器的透视图；
图9为图4的第一框架和第二框架的透视图；
图10为与水龙头流体连通的图1的臭氧产生器的示意图；和
图11为本发明的又一示范性臭氧产生器的组装透视图；
图12为沿着图11的线12-12截取的图11的臭氧产生器的横截面图；
图13为沿着图11的线13-13截取的图11的臭氧产生器的另一横截面图；
图14为图11的臭氧产生器的分解透视图，所述臭氧产生器包含第一壳和第二壳、第一电流散布器和第二电流散布器、第一框架和第二框架、第一电极和第二电极和隔离物；
图15为图14的第一壳、第一电流散布器、第一框架、第一电极和隔离物的分解透视图；
图16为包含本发明的臭氧产生器的说明性系统的右侧透视图；
图17为图16的说明性系统的左侧透视图；
图18为图17的说明性系统的分解透视图；
图19为沿着图16的线19-19截取的横截面图；
图19A为展示冷水电磁阀处于闭合位置的图19的细节视图；
图19B为展示冷水电磁阀处于打开位置的图19的细节视图；
图20为沿着图16的线20-20截取的横截面图；
图21为沿着图16的线21-21截取的横截面图；
图22为沿着图16的线22-22截取的横截面图；
图23为沿着图17的线23-23截取的横截面图；
图24为沿着图16的线24-24截取的横截面图；
图25为图17的系统的第一部分分解透视图；
图26为图17的系统的第二部分分解透视图；和
图27为图25的电磁线圈壳的部分横截面的侧视图。
贯穿若干视图，对应的参考标号指示对应零件。本文中阐述的例证说明本发明的示范性实施例，且此类例证不应理解为以任何方式限制本发明的范围。
具体实施方式
图1到图4中展示本发明的示范性的臭氧产生器100。说明性的臭氧产生器100具有入口端102、出口端104和在其间延伸的纵向轴线L。
如图1到图3中所示，臭氧产生器100包含外管道配件110、外圆柱形筒112，和环绕筒112的一个或多个外密封环114。管道配件110和筒112在其间界定用于收纳流体管道117(图3)的空间116。更具体来说，管道配件110内部带螺纹以与外部带螺纹的流体管道117相配合。示出为弹性o形环的密封环114促进管道配件110、筒112与流体管道117之间的密封连接。
如图4中所示，臭氧产生器100进一步包括位于筒112内部的电解池组件120。说明性的电解池组件120包括第一壳或载体130a和第二壳或载体130b、第一电流散布器140a和第二电流散布器140b、第一框架150a和第二框架150b、第一电极160a和第二电极160b、和电解隔离物170。下文继续参考图4进一步描述电解池组件120的每个组件。
电解池组件120的第一壳130a和第二壳130b连同其间以机械方式和电方式包夹的电解池组件120的其它组件一起被压紧。在图4中，示出为弹性o形环的一个或多个密封环132定位于外壳130a、130b周围以将壳130a、130b固持在一起。每个壳130a、130b除了密封环132的区域可大体上为矩形横截面，密封环132的区域可大体上为半圆形横截面。根据本发明的示范性实施例，壳130a、130b由独立于外筒112的密封环132固持在一起，以在筒112就位或不就位情况下促进电解池组件120的存储和组装。第一壳130a和第二壳130b可被夹持、紧固或以其它方式固持在一起也属于本发明的范围内。外壳130a、130b由例如聚合物的电绝缘材料构成。示范性聚合物为可从苏威塑料获得的
Figure BDA0001150517880000061
P-1700聚砜材料。
电解池组件120的第一电流散布器140a和第二电流散布器140b分别与第一壳130a和第二壳130b配合。根据本发明的示范性实施例，第一壳130a和第二壳130b分别被包覆模制到第一电流散布器140a和第二电流散布器140b上，以在无需额外密封件(例如，环氧树脂)情况下形成一体式预组装防水气密组件。电流散布器140a、140b由例如钛或其他合适材料的导电材料构成。第一电流散布器140a包含以密封方式延伸出第一壳130a以用于与第一导线144a电连通的第一端子142a。第一端子142a示出为平坦的，且支撑被配置成卷曲到第一导线144a上的突片143a。同样地，第二电流散布器140b包含以密封方式延伸出第二壳130b以用于与第二导线144b电连通的第二端子142b。第二端子142b示出为平坦的，且支撑被配置成卷曲到第二导线144b上的突片143b。
第一电流散布器140a还包含用于界定第一开口146a的第一矩形主体145a，该第一开口146a的大小和形状被设定以收纳并暴露第一电极160a，如下文进一步论述。同样地，第二电流散布器140b包含用于界定第二开口146b的第二矩形主体145b，该第二开口146b的大小和形状被设定以收纳并暴露第二电极160b，如下文进一步论述。主体145a和145b说明为平坦的，其中电流散布器140a、140b中的开口146a、146b可以与环绕的壳130a、130b齐平。在第一端子142a与第一开口146a之间，第一电流散布器140a可以由第一壳130a的包覆模制材料以密封方式环绕，如图3中所示。同样地，在第二端子142b与第二开口146b之间，第二电流散布器140b可以由第二壳130b的包覆模制材料以密封方式环绕。
电解池组件120的第一框架150a和第二框架150b分别与第一壳130a和第二壳130b相配合。框架150a、150b由例如聚合物的电绝缘材料构成。示范性聚合物为可从苏威塑料获得的
Figure BDA0001150517880000062
P-1700聚砜材料。第一框架150a包含第一圆齿状开口152a，该第一圆齿状开口152a的大小和形状被设定以收纳与第一电流散布器140a电连通的第一电极160a。同样地，第二框架150b包含第二圆齿状开口152b，该第二圆齿状开口152b的大小和形状被设定以收纳与第二电流散布器140b电连通的第二电极160b。第一框架150a和第二框架150b可与第一包覆模制壳130a和第二包覆模制壳130b协作来以其它方式分别屏蔽或绝缘第一电流散布器140a和第二电流散布器140b，以防止第一电流散布器140a与第二电流散布器140b之间的电接触。
电解池组件120的第一电极160a和第二电极160b分别被收纳于第一框架150a和第二框架150b内。每个电极160a、160b可具有分别与邻近电流散布器140a、140b相互作用的后侧162a、162b，和与隔离物170相互作用的前侧164a、164b。示范性电极160a、160b由硼掺杂硅或其它合适材料构成。硅材料可充当绝缘体以抗结垢，而掺杂硼可充当导体。硅材料可为约400微米到600微米厚，例如约500微米厚。每个电极160a、160b的前侧164a、164b可具有硼掺杂金刚石涂层或其它合适涂层。涂层可为约3微米到8微米厚。涂层可通过化学气相沉积(CVD)或其它合适沉积技术涂覆到底层硅材料。说明性电极160a、160b大体上是宽度约为8毫米和长度约为10毫米的矩形形状，但电极160a、160b的大小和形状可变化。
如下文进一步论述，电极160a、160b与流动穿过电解池组件120的水相连通。每个电极160a、160b可包含多个水通路166(例如，槽)，以增加用于与水连通的每个电极160a、160b的暴露表面区域并允许水流动穿过每个电极160a、160b。为允许精确控制其大小和形状，可使用深反应离子刻蚀(DRIE)或其它合适技术形成水通路166。
图5A到图5D中示出具有水通路166到166”'的不同配置的各种电极160到160”'。在图5A中，电极160包含相对较大数目的(具体来说34个)直线水通路166。电极160可被认为具有“细密”设计。在图5B中，电极160'包含相对较少数目的(具体来说22个)直线水通路166'。电极160'可被认为具有“稀疏”设计。在图5C中，电极160”包含跨越其长度在宽度方面重复地从加宽球形形状变化为变窄直线形状的中等数目的(具体来说26个)水通路166”。电极160”可被认为具有“打结”设计。在图5D中，电极160”'包含跨越其长度以Z形或波状图案从一边到另一边偏离的相对较少数目的(具体来说22个)水通路166”。电极160”'可被认为“蛇形”设计。
说明性电极160的额外细节提供于2015年7月13日申请的标题为“用于臭氧产生器”的电极的美国临时专利申请第62/191,741号中，所述申请的全部公开内容明确地以引用的方式并入本文中。
电解池组件120的隔离物170位于第一电极160a与第二电极160b之间。隔离物170为被设计成在电极160a、160b之间传输质子的质子交换膜(PEM)。隔离物170可由固体聚合物电解质(SPE)膜建构。示范性SPE膜为可从DuPontTM购得的作为
Figure BDA0001150517880000071
膜的聚四氟乙烯(PTFE)/全氟磺酸(PFSA)共聚物膜。因为隔离物170上的压力经平衡，所以隔离物170可为薄铸造薄膜。薄隔离物170可允许水、氢气和/或氧气的一些交叉扩散，而不会负面地影响电解池组件120的性能。实际上，此扩散可通过减少与脱水相关联的极化电压并减少块状离子阻抗而促进效率和输出。示范性隔离物170可为约20微米到30微米厚，例如约25微米厚。
接下来参考图6到图9，电解池组件120的组件可包含对齐特征以促进组装过程，且一旦组装，在组件之间产生稳定机械连接。举例来说，第一壳130a可包含与第二壳130b中的对应孔182对齐的一个或多个柱180。作为另一实例，第一框架150a可包含与隔离物170中的对应孔192、第二框架150b中的对应凹口194和两个壳130a、130b中的对应孔196对齐的一个或多个柱190。电极160a、160b的外周界可小于由框架150a、150b中的柱190界定的区域，以避免需要在电极160a、160b中形成对应的对齐孔(如此的形成可具有损害脆弱电极160a、160b的风险并减少电极160a、160b的有效区域)。
电解池组件120的对应组件的构造可相同并旋转到所要定向。如图7中所示，同一壳组件可放置于第一定向中以用作第一壳130a，或绕纵向轴线L旋转180度以用作第二壳130b。壳组件可具有位于纵向轴线L的相对侧上的相对配准特征，使得当旋转时，第一壳130a上的用于配准的柱180与第二壳130b中的用于配准的孔182对应，且反之亦然。如图8中所示，同一电流散布器组件可放置于第一定向中以用作第一电流散布器140a，或绕纵向轴线L旋转180度以用作第二电流散布器140b。如图9中所示，同一框架组件可放置于第一定向中以用作第一框架150a，或绕纵向轴线L旋转180度以用作第二框架150b。框架组件可具有位于纵向轴线L的相对侧上的相对配准特征，使得当旋转时，第一框架150a上的用于配准的柱190与第二框架150b中的凹口194对应，且反之亦然。有利的是，这些相同构造可减少制造、库存和替换成本且可促进组装过程。
返回到图3，臭氧产生器100界定与第一电极160a流体连通的第一水流路径200a，和与第二电极160b流体连通的第二水流路径200b。第一水流路径200a示出为形成于外筒112与第一壳130a之间，且第二水流路径200b示出为形成于外筒112与第二壳130b之间。有利的是，在筒112与壳130a、130b之间形成流动路径200a、200b可易于模具设计、工装和模制。而且，在筒112与壳130a、130b之间形成流动路径200a、200b可利用绕壳130a、130b的密封环132，以迫使水流动穿过所要的流动路径200a、200b而不是在壳130a、130b周围自由流动。
本文中进一步描述第一水流路径200a，但相同描述可适用于第二水流路径200b。在图3中，第一水流路径200a开始于位于筒112的圆柱形侧壁的第一入口202a处。从第一入口202a，第一水流路径200a绕从第一壳130a向内突起的第一肋状屏障204a行进。具体来说，第一水流路径200a(1)在垂直于第一电极160a和纵向轴线L的方向上朝向第一电极160a的后侧162a行进，(2)绕过90度的弯，(3)在平行于第一电极160a和纵向轴线L的方向上跨越第一电极160a的后侧162a行进，(4)绕过另一90度的弯，和(5)在垂直于第一电极160a和纵向轴线L的方向上远离第一电极160a的后侧162a行进。最后，第一水流路径200a行进到位于筒112的纵向端的第一出口206a。在离开筒112之后，第一水流路径200a可与第二水流路径200b重组。
水流路径200a、200b可被设计成跨越电极160a、160b以低湍流产生高流速。当气泡的大小仍较小时，产生高流速可有助于在气泡进行停置和膨胀之前排清电极160a、160b中的气泡，从而腾出空间以使得更多的水接触电极160a、160b，从而避免气泡附着于电极160a、160b上并避免气体产物滞留于大气泡中。产生高流速还可促进隔离物170的水合作用。在某些实施例中，可控制第一壳130a中的第一屏障204a与第一电极160a的后侧162a之间的间隙或空隙208a的高度以优化其间的水流。
在操作中，将电流施加到电极160a、160b导致在电解池组件120中发生电解。具体来说，将正电势施加到一个电极(例如，第一电极160a)以形成阳极，并将负电势施加到另一电极(例如，第二电极160b)以形成阴极。结果，可跨越第一电极160a和第二电极160b产生电压差。可使用电源(未示出)施加电势，所述电源可分别经由第一导线144a和第二导线144b耦合到第一端子142a和第二端子142b。流动穿过电解池组件120的水可充当电解溶液而无需额外电解溶液。
在正阳极(例如，第一电极160a)处，水经电解且分解为氧离子和氢离子。归因于阳极上的导电金刚石涂层的较高过电势电压，氧离子中的至少一些转换成臭氧(O3)。臭氧可溶解到水中以在水中执行杀菌功能。剩余氧离子可转换成较稳定氧气(O2)，其在本申请中可具有极少价值。来自经电解水的电子经由导线144a、144b被运输到阴极(例如，第二电极160b)，而来自经电解水的氢离子(即，质子)跨越隔离物170被运输到阴极。在阴极处，来自经电解水的氢离子和电子重组以形成氢气(H2)气泡。在电极160a、160b上方经过的水流扫除来自阳极的O3和O2和来自阴极的H2。同一水流也供应新鲜水以补充电解期间消耗的水。
在某些实施例中，电解池组件120的极性可选择性地颠倒以减少结垢。在第一状态中，举例来说，第一电极160a可充当阳极且第二电极160b可充当阴极。在第二状态中，第一电极160a可从阳极切换到阴极，且第二电极160b可从阴极切换到阳极。颠倒状态还可在返回到第一状态之后迫使水通过隔离物170以使阳极进行预水合反应。颠倒状态的持续时间可相对较短，例如约20秒或更小。
接下来参考图10，臭氧产生器100可安装为与水龙头1000流体连通。举例来说，臭氧产生器100可安装在与水龙头1000流体连通的水槽甲板1002底下。在某些实施例中，由臭氧产生器100产生的臭氧可在到达水龙头1000之后保持于水中以继续执行杀菌功能。在此实施例中，举例来说，来自水龙头1000的含臭氧水可用作杀菌剂或清洗剂。在其它实施例中，由臭氧产生器100产生的臭氧可在水中执行初始杀菌功能，但在到达水龙头1000之前，臭氧可遭破坏或以其它方式从水移除。举例来说，如图10中所示，可在臭氧产生器100的下游和水龙头1000的上游处提供过滤器1004(例如，碳黑过滤器)，其使来自臭氧产生器100的臭氧能够在由过滤器1004移除之前最初处理水。在此实施例中，举例来说，来自水龙头1000的已处理水可用作饮用水。
关于臭氧产生器100的说明性使用的额外信息公开于罗什科(Rosko)等人的标题为“水龙头中的臭氧分布”的美国专利申请公开案第2014/352799号中，所述公开案的全部公开内容明确地以引用的方式并入本文中。
现在参考图11到图14，又一说明性臭氧产生器1100示出为包含许多与上文详述的臭氧产生器100相同的组件。在以下描述中，类似于臭氧产生器100的组件标识为具有类似参考标号。
臭氧产生器1100包含位于筒1112内部的电解池组件1120。说明性电解池组件1120包含第一壳或载体1130a和第二壳或载体1130b、第一电流散布器1140a和第二电流散布器1140b、第一框架150a和第二框架150b、第一电极160a和第二电极160b和隔离物170。
电解池组件1120的第一壳1130a和第二壳1130b连同其间以机械方式和电方式包夹的电解池组件1120的其它组件一起被压紧。示出为弹性o形环的密封环132位于壳1130a、1130b周围以将壳1130a、1130b固持在一起。壳1130a、1130b可由独立于外筒1112的密封环132固持在一起，以在筒1112就位或不就位情况下促进电解池组件1120的存储和组装。第一壳1130a和第二壳1130b可夹持、紧固或以其它方式固持在一起也属于本发明的范围内。外壳1130a、1130b由例如聚合物的电绝缘材料建构。端盖1131和1133可紧固到筒1112的相对端。端盖1131示出为被配置成限制到臭氧产生器1100的流动速率的限流器。端盖1133示出为弹性密封件，导线1144a和1144b延伸穿过该弹性密封件。
电解池组件1120的第一电流散布器1140a和第二电流散布器1140b分别与第一壳1130a和第二壳1130b配合。电流散布器1140a、1140b由导电材料构成，例如由钛或其它合适材料形成的电线。第一电流散布器1140a包含以密封方式延伸出第一壳1130a以用于与第一导线1144a电连通的第一端子1142a。第一端子1142a示出为圆形横截面以界定用于与由端盖1133支撑的常规插口1145a电连通的插脚连接器。o形环1143a被收纳于第一端子1142a上。同样地，第二电流散布器1140b包含以密封方式延伸出第二壳1130b以用于与第二导线1144b电连通的第二端子1142b。第二端子1142b示出为圆形横截面以界定用于与由端盖1133支撑的常规插口1145b电连通的插脚连接器。o形环1143b被收纳于第二端子1142b上。
第一电流散布器1140a还包含用于界定第一开口1146a的第一矩形主体1147a，该第一开口1146a的大小和形状被设定为以收纳并暴露第一电极160a。同样地，第二电流散布器1140b包含用于界定第二开口1146b的第二矩形主体1147b，该第二开口1146b的大小和形状被设定以收纳并暴露第二电极160b。主体1147a和1147b示出为平坦的，其中电流散布器1140a、1140b中的开口1146a、1146b可与环绕的壳1130a、1130b齐平。主体1147a和1147b界定封闭回路以提供分别与电极160a和160b的经增强接触。
现在参考图16到图27，用于与水龙头1000一起使用的说明性的臭氧系统1200示出为包含臭氧产生器1100。在以下描述中，类似于上文详述的臭氧产生器1100的组件标识为具有类似参考标号。应了解，例如臭氧产生器100的其它臭氧产生器也可用于臭氧系统1200。
参考图16到图18和图21，电磁阀主体1202包含收纳臭氧产生器1100的臭氧产生器收纳腔室1204。电磁阀主体1202的外部螺纹1206与臭氧产生器1100的内部带螺纹的管道配件110协作。密封环114促进管道配件110、筒1112与电磁阀主体1202(图21)之间的密封连接。
参考图18和图22，第一或混合水的导阀操作的膜片式电磁阀1210a被收纳于阀主体1202的第一阀收纳腔室1212a内。第二或臭氧的导阀操作膜片式电磁阀1210b被收纳于阀主体1202的第二阀收纳腔室1212b内。如本文中进一步详述，阀收纳腔室1212b通过阀主体1202与臭氧产生器收纳腔室1204流体连通。入口壳或固位器1214a和1214b将电磁阀1210a和1210b紧固于阀收纳腔室1212a和1212b内。更具体来说，入口固位器1214a、1214b各自都包含固位器主体1215a、1215b，用于支撑与阀主体1202的内部螺纹1218a、1218b配合的外部螺纹1216a、1216b，以将入口固位器1214a、1214b紧固于阀收纳腔室1212a、1212b内。固位器主体1215a、1215b包含从阀主体1202向外延伸的连接管1219a、1219b。流体通路1220a、1220b延伸穿过入口固位器1214a、1214b。密封环1222a、1222b促进固位器1214a、1214b与电磁阀主体1202之间的密封连接。
现在参考图22到图24，阀主体1202的每个阀收纳腔室1212a、1212b都包含从基座1226a、1226b向上延伸的圆柱形侧壁1224a、1224b。侧壁1224a中的第一径向开口或槽1228a提供阀收纳腔室1212a(和第一电磁阀1210a)与出口通路1230(图24)之间的流体连通。侧壁1224b中的第二径向开口或槽1228b提供阀收纳腔室1212b(和第一电磁阀1210a)与臭氧产生器收纳腔室1204(和臭氧产生器1100)之间的流体连通。在以上文进一步详述的方式穿过臭氧产生器100之后，水流动到出口通路1230(图24)。
参考图18和图19，示出为印刷电路板1232的支撑件来支撑电磁阀1210a和1210b。电磁阀1210a和1210b中的每一个都实质上相同，且示出为包含主阀盘或膜片1234a、1234b，膜片壳1236a、1236b，电磁线圈极点1238a、1238b，密封件1240a、1240b，电磁线圈衔铁1242a、1242b，螺旋形压缩弹簧1244a、1244b和磁体1246a、1246b。膜片壳1236a、1236b包含具有上部表面1252a、1252b和下部表面1254a、1254b的基座1250a、1250b。o形环1255a、1255b位于膜片壳1236a、1236b的下部表面1254a、1254b与阀收纳腔室1212a、1212b的基座1226a、1226b之间。如图25和26中所示，圆柱形侧壁1256a、1256b从基座1250a、1250b的上部表面1252a、1252b向上延伸。中心立柱1258a、1258b从基座1250a、1250b的上部表面1252a、1252b向上延伸且包含轴向水槽1260a、1260b。
现在参考图19到图19B、图26和图27，阀座1262a、1262b由基座1250a、1250b的下部表面1254a、1254b支撑。开口1264a、1264b在阀座1262a、1262b内延伸且与膜片壳1236a、1236b内的侧向通路1266a、1266b流体连通。T形突起部1268a、1268b从基座1250a、1250b的下部表面1254a、1254b向下延伸，且被收纳于相应的基座1226a、1226b中的定位槽1270a、1270b内，以相对于阀主体1202的收纳腔室1212a、1212b定向且可旋转地紧固膜片壳1236a、1236b。
参考图18和图19，电磁线圈1276a和1276b和支撑托架1278a和1278b固定到印刷电路板1232。如本文中进一步详述，启动电磁线圈1276a、1276b导致电磁线圈衔铁1242a、1242b和密封件1240a、1240b远离阀座1262a、1262b和膜片壳1236a、1236b的开口1264a、1264b的轴向移动。弹簧1244a、1244b将衔铁1242a、1242b和密封件1240a、1240b偏置成与阀座1262a、1262b密封啮合以防止流体流动穿过膜片壳1236a、1236b的开口1264a、1264b。
参考图16到图18，电力供应器(未示出)说明为通过电缆1280电耦合到印刷电路板1232，所述电缆包含第一端处的壁式插座1282和第二端处的连接器1284。壁式插座1282说明为包含AC到DC 24伏特切换式电力供应器。连接器1284被收纳于由印刷电路板1232支撑的插口1286内。臭氧产生器1100的电缆1244包含连接器1290，该连接器1290耦合到由印刷电路板1232支撑的插口1292。控制器1294说明为由印刷电路板1232支撑，且可包含恒定电流发光二极管(LED)功率集成电路(IC)芯片。IC芯片说明为被配置成以在臭氧产生器1100的电阻随着其寿命改变(例如，归因于电极的累积和/或衰退)时维持电流恒定。
现在参考图17，常规混合阀1300说明为与第一电磁阀1210a和第二电磁阀1210b流体连通。更具体来说，混合阀1300的出口1302通过常规流体管线1303流体地耦合到第一电磁阀1210a。更具体来说，流体管线1303流体地耦合到入口固位器1214a的连接管1219a。Y形配件1304流体地耦合到第二固位器1214b。Y形配件1304包含入口管1306和出口管1310，入口管包含入口端口1308，出口管包含第一出口端口1312和第二出口端口1314。入口管1306的入口端口1308说明为通过常规流体管线1317流体地耦合到冷水源1316，出口管1310的第一出口端口1312说明为通过入口固位器1214b的连接管1219b流体地耦合到第一电磁阀1210a，且出口管1310的第二出口端口1314说明为通过常规流体管线1319流体地耦合到混合阀1300的冷水入口1318。热水源1320通过常规流体管线1322流体地耦合到混合阀1300的热水入口1321。
第一网式过滤器1324说明为定位在入口端口1308内。流量调节器或限流器1326说明为经定位以调节通过第一出口端口1312且由o形环1327密封的水流。在一个示例性实施例中，限流器1326将流量限制为0.5加仑每分钟(gpm)。止回阀1328定位在第二出口端口1314内以防止来自混合阀1300的水回流到第二电磁阀1210b并用o形环1330密封。第二网式过滤器1332说明为定位在入口固位器1214a的连接管1219a内。
出口配件1334流体地耦合到电磁阀主体1202中的出口通路1230。说明为常规拔出硬管1336的流体传递装置流体地耦合到出口配件1334。o形环1338说明为由出口配件1334支撑。说明为由流量计轴承1344可旋转地支撑的流式涡轮机1342的水流计1340被支撑在出口配件1334内。流式涡轮机1342测量通过出口配件1334的水流速率，且与被支撑在印刷电路板1232上的传感器1345电连通。传感器1345将指示所测量水流速率的信号提供到控制器1294。作为回应，控制器1294可控制供应到臭氧产生器1100的电流和从其离开的水中的所得臭氧浓度。
说明为由导电材料(例如，铜)形成的铆钉1346由阀主体1202支撑。铆钉1346包含用o形环1350密封且与流动穿过出口通路1230的水来热连通的连杆1348。说明为热敏电阻1351的温度传感器说明为由印刷电路板1232支撑且与铆钉1346电连通。热敏电阻1351测量水温且将指示水温的信号提供到控制器1294。作为回应，控制器1294可控制供应到臭氧产生器1100的电流和从其离开的水中的所得臭氧浓度。
盖子1352说明地支撑电磁阀主体1202和印刷电路板1232。说明性地，入口壳1214a、1214b的流体连接管1219a、1219b在第一方向上(在图16到图18中向上)延伸，且出口配件1330在第二方向上(在图16到图18中向下)延伸。
下文结合图18到图24进一步详述臭氧系统1200的说明性操作。在以下描述中，对说明性操作的参考将是在臭氧系统1200经定向以使得出口配件1330垂直朝下延伸且臭氧产生器1100水平向前延伸情况下。应了解，臭氧系统1200的定向可变化。
第一导阀操作的膜片式电磁阀1210a和第二导阀操作的膜片式电磁阀1210b说明为并列定位。第一(或臭氧)电磁阀1210a(说明为在右侧)用于控制用于臭氧产生器1100的冷水流动。第二(或混合水)电磁阀1210b(说明为在左侧)控制来自水龙头混合阀1290的混合水流动以用于水龙头1000的正常操作(例如，通过水龙头1000的电容性触碰操作)。
冷水通过入口端口1308(在图17中在右侧远处)进入Y形配件1304，且穿过网式过滤器1324以移除碎屑。冷水进行分裂，一条向下流过第一出口端口1312且流到第二电磁阀1210b(在图19中由箭头1354表示)，另一条向上流过第二出口端口1314且流到用于水龙头混合阀1300的冷水入口(在图19中由箭头1356表示)。流到混合阀1300的冷水穿过止回阀1328，其防止可处于比冷水高的压力的热水向后行进通过水龙头混合阀1300且进入臭氧电磁阀1210b。在水进入臭氧电磁阀1210a之前，其穿过说明为将臭氧水流限制为0.5gpm的压力补偿式限流器1326。此相对较低流量允许臭氧产生器1100在排出水中实现所要臭氧浓度。
图19A说明处于闭合位置的第二电磁阀1210b，其中密封件1240b接触阀座1262b且防止水流动到臭氧产生器1100。图19B说明处于打开位置的第二电磁阀1210b，其中密封件1240b与阀座1262b间隔开以使得水流动到臭氧产生器1100。更具体来说，在臭氧电磁阀1210b由印刷电路板1232上的线圈1276b打开之后，水沿着立柱1258b的槽1260b流动，流过密封件1240b与阀座1262b之间的开口1347，经由阀收纳腔室1212b中的槽1228b流出臭氧电磁阀1210b，且接着在臭氧产生器1100的外缘周围经过(在图19B到图21和图24中由箭头1354表示)。如由图24中的箭头1354表示，通过臭氧产生器1100的水流平行于纵向轴线L。
在水在金刚石电极160上方经过之后，其通过臭氧产生器1100的中心开口1358离开。如可能了解，通过臭氧产生器1100的水流平行于纵向轴线L。在离开臭氧产生器1100之后，水流路径常为臭氧水流或正常混合水流(其中在图21和图24中水流由箭头1360)表示。
在出口通路1230中，水接着经过铜铆钉1346，铜铆钉用于将热量传送到安装在印刷电路板1232上的热敏电阻1351，热敏电阻则测量水温。热敏电阻1351将指示所测量水温的信号提供到控制器。最后，水穿过经由安装在印刷电路板1232上的传感器1345测量流动速率的水流涡轮机1342，传感器检测流式涡轮机1342的磁场改变。传感器1345将指示所测量流动速率的信号提供到控制器1294。控制器1294可基于水的温度和/或流动速率变化供应到臭氧产生器1100的电力，由此变更所产生的臭氧量。
来自热水流体管线1319和冷水流体管线1322的热水和冷水在水龙头混合阀1300中组合，且通过入口壳1214a进入第一(左侧)电磁阀1210a(其中水流在图20、图23和图24中由箭头1362表示)。网式过滤器1332移除碎屑。应了解，第一电磁阀1210a的操作类似于第二电磁阀1210b。更特定来说，第一电磁阀1210a经由印刷电路板1232上的线圈1276a打开和闭合。水经由阀收纳腔室1212a中的槽1228a离开第一电磁阀1210a，且在具有来自臭氧产生器1100的臭氧水情况下进入常用出口通路1230。与臭氧水(来自臭氧产生器1100)一样，混合水(来自混合阀1300)也经过铜铆钉1346和电磁流量计1340，从而允许测量水温和流量。
说明性地，臭氧产生器1100是经由钛线电流散布器1140将电流供应到金刚石电极160。这些电流散布器1140说明为扁平的以允许与电极160的良好接触。电流散布器1140的电线移转到允许使用o形环134以将水密封于臭氧产生器1100内部的圆形区段1142。
电流散布器1140说明为经由连接器1145连接到电线束1144，且电线束插座经由同轴电源连接器连接到印刷电路板1232。由AC到DC 24伏切换式电力供应器将电力供应到印刷电路板1232。24伏特电力经引导通过恒定电流LED功率IC芯片。IC芯片在臭氧产生器100的电阻随着臭氧产生器1100的寿命改变时保持电流恒定。IC芯片还具有基于水的温度来增加或降低供应到臭氧产生器1100的恒定电流电平的能力，此能力影响可产生的臭氧量。
虽然已将本发明描述为具有示范性设计，但可以在本发明的精神和范围内进一步修改本发明。因此，本申请希望涵盖任何使用本发明的总体原理的对本发明的变化、使用或调适。另外，本申请希望涵盖属于本发明涉及的领域的已知或惯例的实践并且属于所附权利要求书的限制内的从本发明的此些脱离。

Claims (21)

1.一种用于与水龙头一起使用的臭氧产生器，所述臭氧产生器包括：
阀主体；
容纳在所述阀主体中的外筒；
电解池组件，其被收纳于所述外筒内，所述电解池组件包括：
第一壳；
阳极，其耦合到所述第一壳；
定位于所述第一壳与所述阳极中间的第一电流散布器，所述第一电流散布器包含平面主体和第一端子，所述第一端子与第一导线具有第一电连通；
其中所述第一壳和所述外筒协作以界定跨越所述阳极的第一水流路径；
其中所述第一电流散布器的平面主体被密封在所述第一导线和所述第一端子之间的所述第一电连通之外，所述第一电连通在所述第一水流路径之外；
第二壳；
阴极，其耦合到所述第二壳；
定位于所述第二壳与所述阴极中间的第二电流散布器，所述第二电流散布器包含平面主体和第二端子，所述第二端子与第二导线具有第二电连通；
其中所述第二壳和所述外筒协作以界定跨越所述阴极的第二水流路径；
其中所述第二电流散布器的平面主体被密封在所述第二导线和所述第二端子之间的所述第二电连通之外，所述第二电连通在所述第二水流路径之外；
隔离物，其定位于所述阳极与所述阴极之间；和
固持器，其独立于所述外筒地将所述第一壳耦合到所述第二壳，
第一端盖，其固定到所述外筒，其中所述第一端盖是限流器，以及水被配置成流过所述限流器；
第二端盖，其固定到与所述第一端盖轴向隔开的所述外筒的相对端；和
所述第一导线和所述第二导线延伸通过所述第二端盖，其中所述第二端盖绕所述第一导线和所述第二导线而密封。
2.根据权利要求1所述的臭氧产生器，其中，所述隔离物具有20微米到30微米的厚度。
3.根据权利要求2所述的臭氧产生器，其中，所述隔离物具有25微米的厚度。
4.根据权利要求1所述的臭氧产生器，其中，所述阳极和所述阴极各自包括硼掺杂硅底层和硼掺杂金刚石涂层。
5.根据权利要求4所述的臭氧产生器，其中，所述底层具有400微米到600微米的厚度。
6.根据权利要求4所述的臭氧产生器，其中，所述涂层具有3微米到8微米的厚度。
7.根据权利要求1所述的臭氧产生器，其中，所述固持器包括绕所述第一壳和所述第二壳的至少一个密封环。
8.根据权利要求1所述的臭氧产生器，其中，所述第一电流散布器的所述平面主体包覆模制有所述第一壳，且所述第二电流散布器的所述平面主体包覆模制有所述第二壳。
9.根据权利要求1所述的臭氧产生器，其中，每个端子具有圆形横截面且端子上收纳有o形环。
10.一种用于与水龙头一起使用的臭氧产生器，所述臭氧产生器包括：
第一壳；
第一电流散布器，其可操作地耦合到所述第一壳，所述第一电流散布器包括第一平面体和第一平面端子，所述第一平面端子与第一导线具有第一电连通；
所述第一壳的包覆模制材料，其在所述第一平面体和所述第一平面端子之间密封所述第一电流散布器；
阳极，其与所述第一电流散布器电连通；
第二壳；
第二电流散布器，其可操作地耦合到所述第二壳，所述第一电流散布器包括第二平面体和第二平面端子，所述第二平面端子与第二导线具有第二电连通；
阴极，其与所述第二电流散布器电连通；和
所述第二壳的包覆模制材料，其在所述第二平面体和所述第二平面端子之间密封所述第二电流散布器；
隔离物，其在所述阳极与所述阴极之间。
11.根据权利要求10所述的臭氧产生器，其中，所述阳极和所述阴极各自包括多个水通路。
12.根据权利要求11所述的臭氧产生器，其中，所述水通路是通过深反应离子刻蚀形成的。
13.根据权利要求10所述的臭氧产生器，其中，所述第一壳和所述第二壳的构造相同。
14.根据权利要求10所述的臭氧产生器，进一步包括收纳所述阳极的第一框架和收纳所述阴极的第二框架，其中所述第一框架和所述第二框架的构造相同。
15.根据权利要求10所述的臭氧产生器，其中：
所述第一电流散布器包含第一端子和收纳所述阳极的第一开口，所述第一壳以密封方式在所述第一端子与所述第一开口之间环绕所述第一电流散布器；且
所述第二电流散布器包含第二端子和收纳所述阴极的第二开口，所述第二壳以密封方式在所述第二端子与所述第二开口之间环绕所述第二电流散布器。
16.根据权利要求15所述的臭氧产生器，其中，所述第一端子包含被配置成卷曲于第一导线上的突片，且所述第二端子包含被配置成卷曲于第二导线上的突片。
17.一种用于与水龙头一起使用的臭氧产生器系统，所述臭氧产生器系统包括：
混合阀，其具有流体地耦合到冷水源的冷水入口，流体地耦合到热水源的热水入口，和与所述冷水入口和所述热水入口选择性流体连通的出口；
阀主体，其包含第一阀收纳腔室、第二阀收纳腔室、臭氧产生器收纳腔室和出口通路；
具有外筒的臭氧产生器，其被收纳于所述臭氧产生器收纳腔室内，所述臭氧产生器还具有被收纳于所述外筒内的电解池组件；
第一可电操作的阀，其被收纳于所述第一阀收纳腔室内且被配置成控制从所述混合阀的所述出口到所述阀主体的所述出口通路的水流；
第二可电操作的阀，其被收纳于所述第二阀收纳腔室内且被配置成控制从所述冷水源到所述臭氧产生器的水流；
其中，所述电解池组件包括：
第一壳；
阳极，其耦合到所述第一壳；
定位于所述第一壳与所述阳极中间的第一电流散布器，所述第一电流散布器包含平面主体和第一端子，所述第一端子与第一导线具有第一电连通；
其中所述第一壳和所述外筒协作以界定跨越所述阳极的第一水流路径；
其中所述第一电流散布器的平面主体被密封在所述第一导线和所述第一端子之间的所述第一电连通之外，所述第一电连通在所述第一水流路径之外；
第二壳；
阴极，其耦合到所述第二壳；
定位于所述第二壳与所述阴极中间的第二电流散布器，所述第二电流散布器包含平面主体和第二端子，所述第二端子与第二导线具有第二电连通；
其中所述第二壳和所述外筒协作以界定跨越所述阴极的第二水流路径；
其中所述第二电流散布器的平面主体被密封在所述第二导线和所述第二端子之间的所述第二电连通之外，所述第二电连通在所述第二水流路径之外；
隔离物，其定位于所述阳极与所述阴极之间；和
固持器，其独立于所述外筒地将所述第一壳耦合到所述第二壳，
第一端盖，其固定到所述外筒，其中所述第一端盖是限流器，以及水被配置成流过所述限流器；
第二端盖，其固定到与所述第一端盖轴向隔开的所述外筒的相对端；和
所述第一导线和所述第二导线延伸通过所述第二端盖，其中所述第二端盖绕所述第一导线和所述第二导线而密封。
18.根据权利要求17所述的臭氧产生器系统，其中，所述第一可电操作的阀为第一导阀操作的膜片式电磁阀，且所述第二可电操作的阀为第二导阀操作的膜片式电磁阀。
19.根据权利要求18所述的臭氧产生器系统，进一步包括由所述阀主体支撑的印刷电路板，其中所述第一导阀操作的膜片式电磁阀包含第一电磁线圈衔铁，用于支撑可通过启动耦合到所述印刷电路板的第一电磁线圈来移动的密封件，且所述第二导阀操作的膜片式电磁阀包含第二电磁线圈衔铁，用于支撑可通过启动耦合到所述印刷电路板的第二电磁线圈来移动的密封件。
20.根据权利要求17所述的臭氧产生器系统，进一步包括Y形配件，该Y形配件包含与所述冷水源流体连通的入口，与所述混合阀的所述冷水入口流体连通的第一出口，和与所述第二可电操作的阀流体连通的第二出口。
21.根据权利要求17所述的臭氧产生器系统，进一步包括与所述阀主体的所述出口通路流体连通的拔出硬管。
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