CN1106351C - 液体消毒装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液体纯化装置(10)，它结合利用重金属铜和银并连同过氧化氢及其催化反应所产生的纯化效力。一主体装置(11，12)界定了一个流体通道(13)，上述装置在其一端有一液体入口(14)，在其另一端有一液体出口(16)。流体通道(13)有一第一电解单元(60)，其包含至少一个铜基阳极(22)，以及一第二电解单元(62)，其包含至少一个银基阳极(25)，上述第二电解单元(62)与第一电解单元(60)分隔开并位于其下游。一电回路装置(32)把操作电流供应给上述第一及第二电解单元，而且流体通道(13)包括一导入口(34)，用以有控制地把H₂O₂从贮液装置(51)中导入到流体通道(13)的位于第一(60)和第二(62)电解单元之间的位置。

Description

液体消毒装置

                    本发明的技术领域

本发明涉及液体纯化装置及其使用方法。本发明针对纯化水的装置，它采用公知的重金属纯化步骤，利用银的抑菌效力以及铜的除藻效力，同时也加入过氧化氢，因为过氧化氢可以在以上两种金属的任何一种的催化下被分解而释放氧气。本发明将通过它的优选实施例来描述它在消灭饮用水中的带病细菌中的具体应用，但显而易见的是，本发明并不局限于这一特定的应用领域，更广的应用和不同类型的应用都是可能的。

                       发明的背景

银离子Ag⁺对巯基-SH及其他基团具有很高的亲和力，这使得它成为一种有效的生物杀灭剂，这一特性是公知的，也成为先前技术的主题。如果同时加入过氧化氢(H₂O₂)时，银离子Ag⁺将使H₂O₂发生催化反应，因为H₂O₂也是一种生物杀灭剂，所以这一反应显著地增强了杀虫效率。所以，这一步骤可以被应用于对饮用水，或者可能与人接触的水，例如游泳池，矿泉疗养地等等的水，进行消毒。

过去已经尝试了许多装置和方法以有效地把银离子和铜离子与H₂O₂一起使用，但因为种种原因并未获得成功。因此，目前仍没有可供市场的技术，这主要是因为H₂O₂较难处理，而且其所需剂量的控制也比较难。许多先前的提议所包括的使用系统需要费力的精细的包装以便试图使所有三种添加剂，即Ag⁺，铜及H₂O₂的达到准确水平。例如，Krause的美国专利说明书第2,105,835(U.S.Specification No.2,105,835)提议了一种单独的包装，它采用药片的形式；包裹在可溶的包裹物之中，其中，包裹物可逐渐溶解；包在可溶晶体之中或粉末状混合物之中，加到冰中，等等。类似地，Katadyn A.G.的英国专利说明书第432101号(United Kingdom specification No.432101)则揭露了使用袋装，药片，药丸，胶囊或者安瓿瓶，晶体或明胶再加可溶覆层。因此在先前技术中金属离子和H₂O₂剂量的配制需要麻烦的步骤和装置，同时上述装置的制造也很昂贵，而且基本上只能处理即预定的水体。

先前技术出现的一个主要问题是：为了实现前述的功能而用H₂O₂进行的处理已被发现是危险的，而且很可能对使用者有害。所需H₂O₂的浓度是介于30％至50％，已知H₂O₂甚至在仅有8％浓度时即会使皮肤不适，而在20％则具腐蚀性，所以上述浓度是危险的。如果要为大量的水，例如50,000升的水配用剂量，则使用15％浓度的H₂O₂将需要大量的过氧化氢，而且显然H₂O₂的浓度达到50％时将对使用者的健康造成严重的危害。

本发明的目的

本发明的主要目标是提供一种装置，这一装置有效地控制银离子和铜离子以及H₂O₂相对于一既定的受控的水流的剂量，上述水流以一特定方式经上述剂量处理，不仅安全而且增加了操作的效率，从而减轻了先前提议所伴随的问题的至少一部分。

本发明一个进一步的目的是提供一个上述类型的装置，不管从管内通过的水的体积的多少，实际流速的大小以及污染情况，上述装置都可以有效地控制H₂O₂和金属离子对管内水流的剂量。

本发明的另一目标是提供一种装置及其使用方法，其杜绝了H₂O₂与使用者的接触，同时这一给药系统可允许全部或任何上述元素的给药，同时避免任何相关产品的浪费及化学副产物，如氢氧化物的产生。

其他目标和优点随后即可显而易见，例如比起先前技术，本发明的优点还在于：本发明在温度变化激烈的地点仍可操作。

本发明的概要

为了实现上述及其他的目标，本发明提供了一种液体净化装置，它结合了重金属离子铜和银并连同过氧化氢及其催化反应而产生的纯化效力，上述装置包括一个主体装置，主体装置界定了一个流体通道，在其一端有一个液体入口，在其另一端有一液体出口，上述流体通道包括一第一电解单元，其包括至少一个铜基阳极，以及一第二电解单元，其包括至少一个银基阳极，第二电解单元与第一电解单元分隔开来并位于其下游，结合上述两个电解单元还设置有电回路装置，以便为其提供操作电流，而且上述流体通道包括一导入口，用于有控制地把H₂O₂从一贮液装置导入到上述流体通道的介于上述第一和第二电解单元之间的部位。

本发明还有许多其他的主要特点，这在随后进行描述和图解的实施例中将显而易见。实施例用以示明可能被选用的许多变体。在一简单的类型中，两个完全一样的倒放的T-型壳体可被连成一线使得它们在一端有一单一的入口而在另一端有一单一的出口，入口和出口分别用以连接到各自的供应管道和输送管道，它们之间仅有一单一的流体管道，铜和银电解单元从上述流体管道主体的上部沿径向向管道内延伸，两个单元都以合适的方式安装以便在需要时可被容易地拆除。

典型地，银电解单元包括一单一的银阳极，在其两侧的等距离处则有一对不锈钢阴极，这三个电极都处于同一沿流体管道的纵长方向延伸的径向平面之上。类似地，铜电解单元有一单一的铜阳极以及两个以与刚才所述的关于银电解单元的同一方式设置于同一相对位置上的不锈钢阴极，所有的阴极和阳极都位于同一平面而且其自由端都突出到界定流体管道的空腔之中，而在每一个单元中，阴极和阳极的另一端或固定端则分别相互连接在一起。

附图的简要描述

为了使本发明更易于理解并且付诸实践，以下对附图进行说明，在附图中：

图1所示的是根据本发明的水纯化装置的第一实施例的整体安排的简易视图；

图2所示的是位于图1底部的两个相互连接的主体或壳体的更详细的横截面侧视图；

图3更详细地示明银阳极和铜阳极单元的电回路装置。

图4示明了用于H₂O₂贮液池的连接钢管；

图5所示的是图4中的连接钢管的切割尖端的放大视图；

图6所示的是两个相互连接的主体或壳体的横截面侧视图，与图2中所示的相类似，但所示的是一种采用三个类似电极的替代安排；

图7是用于图6中所示的替代安排的电源和电路图；

图8是一示明图6中所示的替代实施例所设置的阳极分配和耗损模式，其中由中间电极充当阳极；以及

图9与图8类似，只是其中间电极充当阴极。

优选实施例的描述

附图中所示的装置包括一处理壳体10，其有两个相互连接的主体11和12，上述主体界定了一个水平的流体空腔或流体管道13，上述管道13介于一连接到供应管15上的入口端14以及一连接到输送管17上的出口端16之间。每一主体11及12都有一顶端分支部件18或19，后者以螺纹的方式与可拆卸的顶端组件20及21相适配。主体11、12优选地由P.V.C.或其他合适材料做成，并有用以与入口端14及出口端16相连接的相互对齐或同轴的圆筒状空腔。顶部分支部件18或19与流体管道13相垂直并装配有电极和电接头。在此装置正常的使用配置中，对准的壳体或主体11和12的轴线是连续并且水平的，但如果顶部部件垂直或以任何便利的角度延伸下来，则顶部部件也可起作用。

组件20，21包含有电解槽60、62。由图2可见，电极共有6个，包括一个铜阳极22，其结合两个不锈钢阴极23和24形成槽60，以及一个银阳极25，其结合两个不锈钢阴极26和27形成槽62，它们都如图所示分隔安装，以便让水流从其间通过。图2示明了顶部部件可拆卸的特征结构，顶部部件支持着电极从而使电极的固定端相互连接在一起并分别带有通过插入装置30和31的回路装置28和29(看图2)，用以把电极连接到控制箱32之上。控制箱32的电源与激活电动泵的电源是相同的，上述电动泵用以把水泵到供应管道或管15。接着，使电流于电极之间流动，同时一泵33将被启动以把H₂O₂从一贮液池51抽到一位于外壳10上的入水口组件34。入水口组件34可与流体管道13通过螺纹相配合，这样它的内端成为一位于流体管道之内的输送嘴而它的外端则承接一供应管，优选地是尼龙管，上述供应管连接到泵33。泵33是蠕动泵但可用其他任一种合适的泵替代。泵33确保H₂O₂被不返回地压迫进入负压的水流管道13之中。泵33的操作压力可通过图1中的控制装置39进行手动调节。如果需要的话，泵33可由重力供液装置或由螺线圈操作的阀门装置所替代。

图4和5示明一自打开式管35，优选地由不锈钢做成，管35的下端有一切割端36，切割端36带有切割刃37。切割刃37提供了一个自控或自钻孔的特征构造，这一特征构造允许管35插入到一密封的H₂O₂容器51之中。不锈钢管35的切割端36的形状被设计并做成它可以允许液体完全流过，同时当它被象一把钻子一样转动时，可以进行自居中挖钻。钻完之后管35可被插入到容器51的全长处。这样，操作者就不会被暴露于H₂O₂中而且其皮肤也不会受刺激。切割刃37也不会阻碍H₂O₂流入管35。在靠近容器51处，插入的不锈钢管35的上端朝外暴露的部分有一T-截面支路，它与一针阀38相适配以供手动控制。从这一分支可以把有时需要的其他液体导入水中，例如可导入盐酸或氢氧化钠以获得pH值的平衡，或者导入抗腐蚀剂如多聚磷酸。

图1还示出两个分别用于铜和银单元的电流表40和41，它们分别带有手动旋钮42和43，用以可调节地变换图3的回路图中所示的电阻箱44和45。考虑到两个重金属单元，号码46标示的是输入电源，号码47和48标示的是输出电流。图3还标出量器40和41，每一个分别带有电阻装置，标示于49和50处。

现在描述操作方法。开始后，水流入并经过供应管15进入处理壳体10。泵33把H₂O₂从容器51中抽出并通过入水口组件34把H₂O₂分配到流体管道13之中。电解槽60，62被激活并分别把铜和银离子释放到液体管道13之中。通过把铜电极22放在银电极25的上游可以使释放到水中的铜和银离子与H₂O₂发生协同反应。H₂O₂全部被催化将导致水的过氧化。这与在先前技术中产生出羟基产物形成对比。在铜离子释放之后，银离子释放之前导入H₂O₂实现了这一意想之到的最优的过氧化。通过把银电极25设置于铜电极22的下游也可极大程度地减少银离子把铜电极镀上银的趋势，同时铜离子的释放也不会受阻。这样就可更有效地利用银，同时清洗电极所造成的停工期将缩短。顶部组件20，21在需要时随时可以拆掉。在某些应用，如冷却塔中，铜会导致电解腐蚀的问题。此时就应把顶部组件拆除。

在对前述的装置进行的试验和使用领域的测试中发现，显而易见，对本发明装置的维修方面进行改善可以增强其技术的商业生存性。针对这一点，两个主要的维修方面，即(1)阳极的清洗及(2)用过的阳极的更换显然成为两个定期发生的需要另外的人力和时间的问题。

因为阳极是消耗性零件，当然是不可能不必更换的，所以关注点在于发展一个系统，这一系统可以省去清理阳极的步骤因而延长了维修间隔，从而使阳极更换的频率降低。

由于图6和图2非常类似，所以相同的参考号码被用于标示与图2中的相同的组件。如图6中所示，前面的实施例的不锈钢阴极23，24被除去而由铜电极64，66替代。电极64，66与中间铜阳极22的尺寸和组成是一样的。同样，不锈钢电极26，27由银电极68，70替代。图7所示的是电源及线路图，电源为电极22，64，66，25，68，70提供可达6V的可调反向直流电。一替代的电流72通过开关74来提供而其电压则可通过可变阻抗76束控制。一变压器78把交变电压降低以便通过一电桥整流器把其转换为直流电。直流电被连接到继电器82的接点上。一定时器84通过转换两个图示位置之间的接点的开关设置来控制继电器82。可设置一安培表86以便为回路的电流提供一可视的标示。

在图7中所示的位置，正极端线88被连接于阳极22，25上而负极端线90则被连接到阴极64，66，68，70之上。可以看到，当计时器84计时完毕时，继电器的接点被转换从而导致端线88，90的极性被颠倒，即端线88变成负的而端线90变成正的。控制极性颠倒的时间以便使耗损均衡并且使所有的电极得到清理。这样，当中间电极22，25是阳极时，其外部的一对电极64，66，68，70就是阴极，而当电流被颠倒时，中间电极22，25就是阴极，而其外侧的一对电极64，66，68，70就是阳极。这就允许把阳极上的当其充当阳极时所吸附的不同的污染物都清理掉。这样就可以在清理模式中连续地生产铜和银离子。在实践中，通过设定计时器84来激活中间电极22，25充当阳极时，比如，15分钟并接着把极性颠倒时，比如，30分钟以激活两个外侧电极64，66，68，70充当阳极，就可达到最优条件。这一转换可以连续地重复。这一步骤可以使电极的寿命达三倍。

图8和图9示明所有电极是如何均衡地耗损的。在图8中中间电极22，25充当阳极并且将从其两个相对的表面92，94沿箭头方向同时释放金属离子。然而，一旦电流被颠倒而其外侧电极64，66，68，70充当阳极(图9)，则金属离子将仅从每一电极64，66，68，70的一侧96，98释放出来，这样外侧电极的尺寸要减少到与中间电极22，25的尺寸一致，而且其每分钟生产金属离子的数量要与当中间电极22，25充当阳极时所产生的单位数量相同，就必需耗用两倍于中间电极充当阳极时所耗的时间。显而易见，在该系统的操作中，在任何时间金属离子的释放都不受限制。

前面已经提到本发明改善了液体纯化的装置，应该理解纯化的水除了饮用之外还有许多用途。不仅纯化的水合乎游泳池及类似水体的需要，用于冲洗屠宰后的牲畜躯体及食物容器的水进行纯化也是很重要的。而且随着利用污水来浇灌高尔夫球场和高尔夫球场的草坪的需求的增加，本发明可以把污水进行消毒，然后再把水喷洒或用其他方法施用到高尔夫球场的草坪或球道上。还有许多例子可以进一步显示本发明的广泛用途。

应该理解本发明包含有许多进一步的修改，这对于本工艺的熟练人员来说是显而易见的，这些修改被认为是包含于本发明的广宽的范围和界限之内，此处仅陈述了本发明广阔的本性，并仅仅作为示例陈述了特定的几个实施例。

Claims (10)

1.一液体纯化装置，结合利用重金属铜和银并连同过氧化氢及其催化反应而产生的纯化效力，上述装置包括一界定了一流体通道的主体装置，上述装置在其一端有一液体入口，在其另一端有一液体出口，上述流体通道包括一第一电解单元，其包含至少一个铜基阳极，以及一第二电解单元，其包含至少一个银基阳极，第二电解单元与第一电解单元分隔开来并位于其下游，还包括电回路装置，电回路装置与电解单元联合设置以便为其提供电流，而且上述流体通道包括一导入口用于有控制地把H₂O₂从贮液装置导入到上述流体通道的介于上述第一和第二电解单元之间的部位。

2.如权利要求1所述的液体纯化装置，其中上述的有控制地导入H₂O₂是通过一泵来实现的。

3.如权利要求2所述的液体纯化装置，其中上述的泵是一个蠕动泵。

4.如权利要求1至3中任一所述的液体纯化装置，其中每一电解单元包括一单一阳极，上述单一阳极在其相对两侧的等距离处有一对不锈钢阴极，上述阳极和阴极沿着上述流体通道在其中分隔开来。

5.如权利要求1至3中任一所述的液体纯化装置，其中每一电解单元包括一单一的阳极，上述阳极在其两侧有一对制造材料与其相同的阴极，上述阳极和阴极沿着上述流体通道的方向在其中分隔开来，每一电解单元还包括电控制装置用以周期性地颠倒上述阳极和阴极的极性以便使上述阳极和阴极可以自行清理。

6.如权利要求1至3中任一所述的液体纯化装置，其中每一电解单元都是安装于一可拆卸的顶部安装组件上。

7.如权利要求2或3所述的液体纯化装置，进而包括一管子，上述管子有一自由端可以钻入一形成上述贮液装置的密封的容器之中，上述管子可以被插入到上述容器的全长处以允许上述H₂O₂可通过上述的泵从上述容器中抽出。

8.如权利要求1至3中任一所述的液体纯化装置，其中上述贮液装置是一个密封的容器。

9.如权利要求1至3中任一所述的液体纯化装置，其中上述用于有控制地把H₂O₂从上述贮液装置导入上述流体通道中的导入口包括一突出到上述流体通道之中的输送嘴。

10.如权利要求7所述的液体纯化装置，进而包括一位于上述管子上的分支，上述分支用于连接至少一个的装有溶液的进一步的容器。

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