CN113845184A - 一种臭氧水制备装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及臭氧制备技术领域，特别涉及一种臭氧水制备装置及方法。本发明的臭氧水制备装置，包括：臭氧发生器，其用于电解水产生臭氧水；出水管，其连接在臭氧发生器的出口端，以输出臭氧发生器产生的臭氧水；降温装置，其设置在出水管的外壁上，以使出水管中的臭氧水的温度不超过设定温度；以及液体输送装置，液体输送装置使电解用的水进入臭氧发生器中电解产生臭氧水，并将所产生的臭氧水通过出水管输出，从而作用于待消毒的对象上。本发明的臭氧水制备装置和方法，能够快速制备高纯度的臭氧水，并且能够使臭氧水在进行消毒前得到较好的储存环境，减缓臭氧水分解，确保得到高浓度的臭氧水，保证消毒杀菌效果。

Description

一种臭氧水制备装置及方法

技术领域

本发明涉及臭氧制备技术领域，特别涉及一种臭氧水制备装置及方法。

背景技术

目前市面上常用于做消毒剂的主要有75％的酒精、次氯酸钠、臭氧水以及双氧水。其中，臭氧由于其具有极其强的氧化性，能够瞬间杀死细菌及病毒，并且其反应后生成的都是水，残留物分解后也是变成氧气，不仅能够快速杀灭细菌，还能对环境不造成任何污染，逐渐为人们所认可与使用。但是，虽然臭氧易溶于水，但其极不稳定，常温下在水中的半衰期只有30分钟左右，并且随着温度的升高，臭氧的半衰期逐渐缩短，在40℃下几乎瞬间完全分解。因此容易出现制备臭氧水后，臭氧在转移或喷出过程中已经自动分解的情况。不仅如此，若水中电解质的增多，也会导致臭氧的半衰期缩短，加快臭氧的分解，使得臭氧的浓度下降，灭菌效果减弱。

发明内容

本发明提供一种臭氧水制备装置及方法，用于至少解决上述一个技术问题。

本发明的一方面提供一种臭氧水制备装置，包括：

臭氧发生器，其用于电解水产生臭氧水；

出水管，其连接在臭氧发生器的出口端，以输出所述臭氧发生器产生的臭氧水；

降温装置，其设置在所述出水管的外壁上，以使所述出水管中的臭氧水的温度不超过设定温度；以及

液体输送装置，所述液体输送装置使电解用的水进入所述臭氧发生器中电解产生臭氧水，并将所产生的臭氧水通过所述出水管输出，从而作用于待消毒的对象上。

在一个实施方式中，所述降温装置包括：

散热外壳，其设置在所述出水管的外壁上；以及

散热风机，其设置所述散热外壳上，以使所述出水管中的臭氧水保持在设定温度以下。

在一个实施方式中，所述散热外壳包括：

固定部，所述固定部的中央设置有用容纳所述出水管的通孔，所述通孔的孔壁与所述出水管的管壁相贴合；以及

若干个散热板，所述散热板垂直设置在所述固定部的外侧壁上，并且所述若干个散热板之间相互平行且间隔设置；

其中，所述散热风机设置在所述散热板远离所述固定部的一侧上。

在一个实施方式中，所述臭氧发生器包括：

电解腔，其用于容纳电解用的水；

阳极电极，其设置所述电解腔中以电解水产生臭氧；以及

阴极电极，其设置在所述电解腔中以电解水产生氢气；

其中，所述电解腔的顶部设置有排气膜，以排出电解水产生的氢气。

在一个实施方式中，所述排气膜为聚四氟乙烯膜。

在一个实施方式中，所述电解腔内设置有仅允许氢离子通过的电解质膜，以将所述电解腔分隔为第一腔和第二腔；

所述阳极电极设置在所述第一腔内，所述阴极电极设置在所述第二腔内；

所述第一腔和所述第二腔分别与所述出水管相连通，以使所述第二腔中排出氢气后的水与所述第一腔中电解后产生的臭氧水在所述出水管中混合。

在一个实施方式中，还包括：

过滤器，其设置所述臭氧发生器的进口端，以过滤进入所述臭氧发生器中的水中的杂质。

在一个实施方式中，所述液体输送装置为水泵，所述水泵连接在所述出水管的出口端，其中，所述水泵的出口端连接有雾化喷头，以将出水管中的臭氧水喷出。

在一个实施方式中，还包括温度传感器，所述温度传感器用于检测所述出水管中的臭氧水的温度。

在一个实施方式中，还包括控制器，所述控制器分别与所述温度传感器和所述降温装置相连，所述控制器根据所述温度传感器检测的温度控制所述降温装置的运行。

本发明的另一方面提供一种臭氧水的制备方法，采用上述的臭氧水制备装置的制备臭氧水，包括以下步骤：

通过液体输送装置使电解用的水进入臭氧发生器中电解产生臭氧水，并将所产生的臭氧水通过出水管输出，从而作用于待消毒的对象上；

若所述出水管中的臭氧水的温度超过设定温度，使降温装置运行以将所述出水管中的臭氧水的温度降低至设定温度。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的臭氧水制备装置和方法，能够快速制备高纯度的臭氧水，同时通过在出水管上设置降温装置，使制备的臭氧水保持持续低温，以延长臭氧在水中的半衰期，从而使制备的臭氧水在进行消毒前得到较好的储存环境，减缓臭氧水分解，确保得到高浓度的臭氧水，保证消毒杀菌效果。

(2)另外，降温装置设置在出水管上，而未设置臭氧发生器上，可避免温度低导致制备臭氧的速率下降，有利于保障快速地制备高浓度臭氧水。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。

图1是本发明的一个实施例中的臭氧水制备装置的结构示意图；

图2是本发明的一个实施例中的降温装置的结构示意图。

图3是图2中的A-A截面示意图；

图4是本发明的臭氧水的制备方法的流程图。

附图标记：

1-水泵；2-雾化喷头；3-温度传感器；4-降温装置；

41-固定部；42-散热板；43-散热风机；

411-通孔；412-安装孔；

5-阳极电解催化层；6-电解质膜；7-第一腔；8-阳极电极；

9-显示面板；10-过滤器；11-供水管；12-第二腔；

13-阴极电极；14-阴极电解催化层；15-聚四氟乙烯膜；

16-喷雾按钮；17-控制器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1-3中所示，本发明提供一种臭氧水制备装置。臭氧水制备装置包括：臭氧发生器、出水管、液体输送机构和降温装置4。其中，臭氧发生器用于产生臭氧水；出水管连接在臭氧发生器的出口端，以将臭氧发生器产生的臭氧水输出；降温装置4设置在出水管的外壁上，以使出水管中的臭氧水温度不超过设定温度；所述液体输送装置使电解用的水进入所述臭氧发生器中电解产生臭氧水，并将所产生的臭氧水通过所述出水管输出，从而作用于待消毒的对象上。

换言之，通过液体输送装置可使水依次进入臭氧发生器和出水管中，其中，当水进入臭氧发生器中后，通过电解产生臭氧，臭氧溶解于水中形成臭氧水后，随即流入出水管中并输出，从而能够快速制备高纯度的臭氧水。

同时通过在出水管上设置降温装置4，使制备的臭氧水保持持续低温，以延长臭氧在水中的半衰期，从而使制备的臭氧水在进行消毒前得到较好的储存环境，减缓臭氧水分解，确保得到高浓度的臭氧水，保证消毒杀菌效果。

另外，降温装置4设置在出水管上，而未设置臭氧发生器上，可避免温度低导致制备臭氧的速率下降，有利于保障快速地制备高浓度臭氧水。

在一个实施例中，降温装置4包括：散热外壳和散热风机43。其中，散热外壳设置在出水管的外壁上；散热风机43设置散热外壳上，以使出水管中的臭氧水保持在设定温度以下。

在本实施例中，通过散热壳体将散热风机43设置在出水管上，通过散热风机43强制散热，使出水管中的臭氧水保持持续低温。

此外，由于臭氧的制备过程中，低温会导致反应速率减慢，不利于臭氧的生成，因此降温装置4尽量设置在出水管的远离臭氧发生器的位置上。

优选地，散热外壳包括：固定部41和散热板42。其中，固定部41的中央设置有用容纳出水管的通孔411，通孔411的孔壁与出水管的管壁相贴合；散热板42垂直设置在固定部41的外侧壁上，并且若干个散热板42之间相互平行且间隔设置。同时，散热风机43设置在散热板42远离固定部41的一侧上。

其中，固定部41用于实现与出水管的连接，并且应贴紧出水管的外壁，从而使散热外壳最大程度地吸收出水管及出水管内臭氧水的热量，通过设置若干个间隔设置地散热板42，可增加散热面积，从而提高降温效果。

具体地，散热外壳的固定部41和散热板42均由金属材料制成，优选铝合金材料制成。

优选地，臭氧水制备装置还包括温度传感器3，以检测出水管内的臭氧水的温度。具体地，散热外壳的固定部41上设置有用于安装温度传感器3安装孔412。

在另一个实施例中，降温装置4包括：冷却管，冷却管呈螺旋状围绕在出水管的外壁上，通过向冷却管内通入冷却液(例如冷却水)，以带走出水管及出水管内臭氧水的热量，以实现降温的目的。

在一个实施例中，臭氧发生器包括：电解腔、设置在电解腔中的阳极电解和阴极电极13。电解腔用于容纳电解用的水，阳极电极8用于电解水产生臭氧，阴极电极13用于电解水产生氢气。其中，电解腔的顶部设置有排气膜，以排出电解水产生的氢气。

需要说明地是，阳极电极8上设置有阳极电解催化层5，以使阳极电极8生成臭氧。阴极电极13上设置有阴极电解催化层14，以阳极电极8生成氢气。

其中，氢气不溶于水，通设置在电解腔的顶部设置排气膜以将氢气排出至外界，不仅有利于减弱水流的紊乱程度，也有利于提高臭氧的溶解度。

具体地，排气膜为聚四氟乙烯(PTFE)膜。其中，聚四氟乙烯膜15具有透气不透水的特性，可使电解腔内的氢气充分排出，并避免电解腔内的溶液泄露。

优选地，电解腔内设置有仅允许氢离子通过的电解质膜6，以将电解腔分隔为第一腔7和第二腔12。其中，阳极电极8设置在第一腔7内，阴极电极13设置在第二腔12内。第一腔7和第二腔12分别与出水管相连通，以使第二腔12中排出氢气后的水与第一腔7中电解后产生的臭氧水在出水管中混合。

其中，通过设置电解质膜6使电解腔分隔为两个部分，阳极电极8在第一腔7中电解水产生臭氧，臭氧直接溶解在水中，从而得到臭氧水；阴极电极13在第二腔12中电解水产生氢气。臭氧和氢气分别在第一腔7和第二腔12中产生，从而避免氢气与臭氧水混合，有利于提高臭氧的溶解度。

并且，上述电解质膜6为一种选择性透过膜，其仅允许氢离子通过，其它比氢离子大的粒子都无法通过。这样，电解质膜6不仅可使臭氧和氢气分别在两个腔体中产生，还可以使第一腔7中的氢离子通过进入第二腔12中，进而生成氢气并排出至外部。

此外，由于氢气在第二腔12中产生，因此，上述聚四氟乙烯膜15应设置在第二腔12的顶部或上部，以充分地排出氢气，从而避免氢气与第一腔7中的臭氧水混合。

在一个实施例中，臭氧水制备装置还包括：过滤器10，其设置臭氧发生器的进口端，以去除流入臭氧发生器中的水中的杂质。

在本实施例中，通过在臭氧发生器的进口端增加过滤器10，可减少水中的杂质，使得自来水的电导率初步降低，以延长臭氧水的半衰期，初步减缓臭氧的分解，随后出水管上设置降温装置4，使得制备的臭氧水保持持续低温，能够进一步延长臭氧在水中的半衰期，减慢臭氧的分解，确保得到高浓度臭氧水。

具体地，臭氧发生器的进口端通过供水管11与外部的供水装置(例如自来水管)相连，上述过滤器10设置在供水管11上，以去除流入臭氧发生器中的水中的杂质。

需要说明地是，液体输送装置使供水装置提供的水经过过滤器10过滤后进入臭氧发生器中。

在一个实施例中，所述液体输送装置为水泵1，所述水泵1连接在所述出水管的出口端，所述水泵1的出口端连接有雾化喷头2，以将出水管中的臭氧水喷出。

其中，通过设置雾化喷头2，使制备的臭氧水以喷雾的方式作用于待消毒的物体上。

如图1中所示，雾化喷头2和水泵1设置在臭氧发生器的上方，出水管连接在电解腔的顶部，并且其沿竖直方向向上延伸以与水泵1相连。

在一个实施例中，臭氧水制备装置还包括：控制器17。其中，控制器17分别与温度传感器3和散热风机43相连，控制器17根据温度传感器3检测的温度控制散热风机43的转速。

当温度传感器3检测到出水管的温度在预设温度以上时，控制器17控制降温装置4(散热风机43)持续运行，直至出水管的温度下降至预设温度以下；当温度传感器3检测到出水管的温度在预设温度以下时，控制器17控制降温装置4(散热风机43)停止运行。

上述控制器17可以是控制主板。

需要说明地是，臭氧水制备装置还包括：装置外壳。上述的臭氧发生器、出水管、降温装置4、水泵1、过滤器10等均设置在装置外壳内，雾化喷头2设置在装置外壳的外壁上。

优选地，装置外壳的外壁上还设置有显示面板9。其中，显示面板9与控制器17相连，从而用户可通过显示面板9设置出水管所需要的设定温度。

进一步地，控制器17还有水泵1相连，以控制水泵1工作，使制备的臭氧水从雾化喷头2中喷洒出，以及还可以将外部的供水装置提供的水抽入臭氧发生器的电解腔中。

进一步地，控制器17还与臭氧水发器相连，以控制臭氧发生器开始制备臭氧水。

其中，装置外壳上可设置喷雾按钮16，喷雾按钮16与控制器17相连。按下喷雾按钮16后，控制器17使水泵1工作，首先将电解用的水抽入臭氧发生器中电解腔中，同时控制器17控制阳极电极8和阴极电极13放电以制备臭氧水，制备好的臭氧水进入出水管，同时控制器17控制降温装置4运行，出水管中的臭氧水最后经过水泵1，从雾化喷头2中喷出。

如图4中所示，本发明还提供一种臭氧水的制备方法，采用上述的臭氧水制备装置的制备臭氧水，包括以下步骤：

步骤1：通过液体输送装置使电解用的水进入臭氧发生器中电解产生臭氧水，并将所产生的臭氧水通过出水管输出，从而作用于待消毒的对象上；

步骤2：若出水管中的臭氧水的温度超过设定温度，使降温装置4运行以将所述出水管中的臭氧水的温度降低至设定温度。

实施例

本实施例中，臭氧水制备装置包括：装置壳体、设置在装置壳体内的臭氧发生器、出水管、降温装置4、供水管11、过滤器10、水泵1、控制器17，以及设置在装置壳体上的雾化喷头2、显示面板9、雾化按钮。

其中，臭氧发生器用于产生臭氧水；出水管连接在臭氧发生器的出口端，以将臭氧发生器产生的臭氧水输出；降温装置4设置在出水管的外壁上，以使出水管中的臭氧水保持在设定温度以下。

降温装置4包括：散热外壳、散热风机43和设置在散热壳体上的温度。其中，散热外壳设置在出水管的外壁上；散热风机43设置散热外壳上，以使出水管中的臭氧水保持在设定温度以下。

温度传感器3设置在散热外壳上，以检测出水管内的臭氧水的温度。

过滤器10设置臭氧发生器的进口端，以去除流入臭氧发生器中的水中的杂质。水泵1与出水管的出口端相连通，以将出水管中的臭氧水加压后从雾化喷头2中喷洒出。

臭氧发生器包括：电解腔、设置在电解腔中的阳极电解和阴极电极13。电解腔用于容纳电解用的水，阳极电极8用于电解水产生臭氧，阴极电极13用于电解水产生氢气。电解腔内设置有仅允许氢离子通过的电解质膜6，以将电解腔分隔为第一腔7和第二腔12。其中，阳极电极8设置在第一腔7内，阴极电极13设置在第二腔12内,第二腔12的顶部或上部设置有聚四氟乙烯膜15，以排出电解水产生的氢气。第一腔7和第二腔12分别与出水管相连通，以使第二腔12中排出氢气后的水与第一腔7中电解后产生的臭氧水在出水管中混合。

本实施例提供一种臭氧水制备装置，可实现臭氧水的快速制备，以及可保证所制备的臭氧水的高效长久的杀毒消菌的性能。其中，通过在臭氧发生器的进水端设置有过滤器10，可减少水中的杂质，使得电解用的水的电导率初步降低，可延长臭氧的半衰期，初步减缓臭氧水分解，随后在电出水管上设置降温装置4，使得制备的臭氧水保持持续低温，能够进一步延长臭氧在水中的半衰期，减慢臭氧的分解，确保得到高浓度臭氧水，保证高效长久的杀毒消菌的性能。

当用户需要进行消毒时，按下喷雾按钮16，控制器17控制水泵1运转，把水从外部的供水装置(例如自来水管)抽进过滤器10中，水中的大部分杂质被过滤器10去除后，进入电解腔的第一腔7和第二腔12中。同时，当水进入电解腔后，控制器17控制阳极电极8和阴极电极13放电，由于催化层的作用，阳极反应生成臭氧，阴极反应生成氢气。阴极生成的氢气不溶于水，可从聚四氟乙烯膜15散入到空气中，多余的水则和从阳极流出的臭氧水混合流入出水管中，同时控制器17控制降温装置4启动，以使出水管中的臭氧水的温度维持在设定温度以下，同时温度传感器3将检测到的温度反馈在显示面板9中显示，用户也可以通过显示面板9设定所需要的设定温度，在出水管中的臭氧水的温度未降至设定温度时，降温装置4将持续运行，出水管中的臭氧水最后经过水泵1，从雾化喷头2中喷出。通过本发明的臭氧水制备装置得到的臭氧水中，臭氧的分解速率大大降低，臭氧水的浓度能够得到很大的保障。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (11)

1.一种臭氧水制备装置，其特征在于，包括：

臭氧发生器，其用于电解水产生臭氧水；

出水管，其连接在臭氧发生器的出口端，以输出所述臭氧发生器产生的臭氧水；

降温装置，其设置在所述出水管的外壁上，以使所述出水管中的臭氧水的温度不超过设定温度；以及

液体输送装置，所述液体输送装置使电解用的水进入所述臭氧发生器中电解产生臭氧水，并将所产生的臭氧水通过所述出水管输出，从而作用于待消毒的对象上。

2.根据权利要求1所述的臭氧水制备装置，其特征在于，所述降温装置包括：

散热外壳，其设置在所述出水管的外壁上；以及

散热风机，其设置所述散热外壳上，以使所述出水管中的臭氧水保持在设定温度以下。

3.根据权利要求2所述的臭氧水制备装置，其特征在于，所述散热外壳包括：

固定部，所述固定部的中央设置有用容纳所述出水管的通孔，所述通孔的孔壁与所述出水管的管壁相贴合；以及

若干个散热板，所述散热板垂直设置在所述固定部的外侧壁上，并且所述若干个散热板之间相互平行且间隔设置；

其中，所述散热风机设置在所述散热板远离所述固定部的一侧上。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的臭氧水制备装置，其特征在于，所述臭氧发生器包括：

电解腔，其用于容纳电解用的水；

阳极电极，其设置所述电解腔中以电解水产生臭氧；以及

阴极电极，其设置在所述电解腔中以电解水产生氢气；

其中，所述电解腔的顶部设置有排气膜，以排出电解水产生的氢气。

5.根据权利要求4所述的臭氧水制备装置，其特征在于，所述排气膜为聚四氟乙烯膜。

6.根据权利要求4所述的臭氧水制备装置，其特征在于，所述电解腔内设置有仅允许氢离子通过的电解质膜，以将所述电解腔分隔为第一腔和第二腔；

所述阳极电极设置在所述第一腔内，所述阴极电极设置在所述第二腔内；

所述第一腔和所述第二腔分别与所述出水管相连通，以使所述第二腔中排出氢气后的水与所述第一腔中电解后产生的臭氧水在所述出水管中混合。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的臭氧水制备装置，其特征在于，还包括：

过滤器，其设置所述臭氧发生器的进口端，以过滤进入所述臭氧发生器中的水中的杂质。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的臭氧水制备装置，其特征在于，所述液体输送装置为水泵，所述水泵连接在所述出水管的出口端，

其中，所述水泵的出口端连接有雾化喷头，以将出水管中的臭氧水喷出。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的臭氧水制备装置，其特征在于，还包括温度传感器，所述温度传感器用于检测所述出水管中的臭氧水的温度。

10.根据权利要求9所述的臭氧水制备装置，其特征在于，还包括控制器，所述控制器分别与所述温度传感器和所述降温装置相连，所述控制器根据所述温度传感器检测的温度控制所述降温装置的运行。

11.一种臭氧水的制备方法，采用权利要求1-10中任一项所述的臭氧水制备装置的制备臭氧水，其特征在于，包括以下步骤：

通过液体输送装置使电解用的水进入臭氧发生器中电解产生臭氧水，并将所产生的臭氧水通过出水管输出，从而作用于待消毒的对象上；

若所述出水管中的臭氧水的温度超过设定温度，使降温装置运行以将所述出水管中的臭氧水的温度降低至设定温度。

Images