CN114768567B - 微纳米洗涤气泡水制备装置与参数控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微纳米洗涤气泡水制备装置，阀门系统与管路系统互通构成水输送网络，微纳米气泡水发生器、电解系统、臭氧发生系统、储水槽、水泵系统分别接入水输送网络中，储水槽与微纳米气泡水发生器的出口连接，电解系统、臭氧发生系统、外界清水分别通过水泵系统与微纳米气泡水发生器的入口连接，储水槽通过水泵系统与电解系统连接，氢气处理系统、传感器系统分别安装于储水槽上，储水槽外接排水管。并提供了其气泡水制备及参数控制方法。本发明可内嵌于洗涤系统中，也可以外置形式作为单独设备，为洗涤系统提供不同参数的预洗水、主洗水和漂洗水，并处理洗涤排放水循环使用，减少洗涤剂的使用，减少洗涤和漂洗时间，减少洗涤污水的排放。

Description

微纳米洗涤气泡水制备装置与参数控制方法

技术领域

本发明涉及洗涤气泡水生产技术领域，尤其是涉及一种微纳米洗涤气泡水制备装置与参数控制方法。

背景技术

随着社会经济的不断发展，人们收入的不断增加和消费观念的改变，使得宾馆、酒店、医院等行业的布草洗涤服务需求不断扩大。由于“机械搅拌+化学洗涤剂”的传统洗涤方式，存在用水量大、洗涤剂用量大、能耗高、环境污染严重等问题，使得微纳米气泡洗涤、离子水洗涤、微粒子洗涤等少或无化学洗涤剂的洗涤模式应运而生。其中，微纳米气泡发生方式研究起步早，多年研究表明，微纳米气泡具有在溶液中停留时间长、传质效率高、比表面积大、Zeta电位高等特性，微纳米气泡技术适用于很多领域，如饮用水和废水处理、地下水净化、生物医学工程，以及其他工业应用，如洗涤、农业、渔业和食品。

目前微纳米气泡水发生方式主要包括机械旋转剪切法、加压溶解法、电解法、微管道切割法、超声波空化法等，但上述方法存在微纳米气泡发生效率低、微纳米气泡含量低、存留时间短等问题，并且产生的微纳米气泡水的ORP（氧化还原电位）、pH等清洗能力参数，达不到去除深度污渍的要求。

专利“超量氢气杀菌洗衣机”（ZL201410146213.5）在洗衣机内设置了电解模块，通过电解法产生氢气，通过氢气的还原性来用于改善洗衣机的洗涤效果。但是该发明中电解产生的氢气和臭氧、过氧化氢和其他有毒有害成分被一同释放至洗涤腔，同时该发明中电解模块设置在洗涤腔内，存在漏电隐患，易造成危险事故。专利“微纳米气泡发生装置”（ZL201710881983.8）通过多级离心泵吸水功能在管道内形成负压而将空气中的气体吸入管内，再将水气融合的水在压力罐内形成压力后，水气融合的压力水加速通过导流管与活动件之间的缝隙产生摩擦而产生微纳米气泡。发明专利申请“一种微纳米气泡发生器”（CN202111250111 .4）通过设置多个渐缩流道、喉部流道、渐扩流道等流道结构，喉部流道和渐扩流道前部分主要进行水流对气泡的剪切破碎过程，多流道的存在增大了气液接触面积，增强了剪切破碎过程。在各流道交汇处利用空化溃灭产生能量进行二次破碎。两级破碎过程共同作用下，有效的减小了气泡粒径。上述方法气泡发生效率低，微米和纳米级气泡含量未知且不可控，pH和ORP等清洗能力参数能否达到去除深度污渍的要求不得而知。应用于衣物洗涤仍需要添加化学洗涤剂，环境污染问题依然存在。

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供微纳米洗涤气泡水制备装置，为洗涤系统提供不同洗涤功能（参数）的洗涤水，实现洗涤系统节水减污，环保高效。并提供了其气泡水制备方法及参数控制方法。

技术方案：微纳米洗涤气泡水制备装置，包括微纳米气泡水发生器、电解系统、臭氧发生系统、氢气处理系统、储水槽、传感器系统、阀门系统、管路系统、水泵系统、控制系统，阀门系统与管路系统互通构成水输送网络，微纳米气泡水发生器、电解系统、臭氧发生系统、储水槽、水泵系统分别接入水输送网络中，使得储水槽与微纳米气泡水发生器的出口连接，电解系统、臭氧发生系统、外界清水分别通过水泵系统与微纳米气泡水发生器的入口连接，储水槽通过水泵系统与电解系统连接，氢气处理系统、传感器系统分别安装于储水槽上，储水槽外接排水管，阀门系统、传感器系统、水泵系统分别与控制系统信号连接。

进一步的，本装置还包括洗涤排放水处理系统、洗涤系统，洗涤排放水处理系统、洗涤系统分别接入水输送网络中并分别通过水泵系统与储水槽连接，洗涤系统通过水输送网络与微纳米气泡水发生器、储水槽、洗涤排放水处理系统连接。

进一步的，微纳米气泡水发生器包括一个A段管以及至少一个B段管和/或至少一个C段管，A段管为微纳米气泡水发生器的首段，其尾端依次连接B段管和/或C段管，使微纳米气泡水发生器构成分段连接的管状结构。

最佳的，A段管的两端为A入水口和A出水口，A入水口和A出水口分别设有A入水口法兰和A出水口法兰，A入水口法兰和A出水口法兰上均设有一个密封槽一，密封槽一内均设有密封圈一，A段管的管壁上设有进气口，进气口一端上设有进气口法兰，另一端垂直穿入A段管内，此端的外周面上均布有细微孔洞；

B段管包括B外壳，其两端的B入水口和B出水口分别设有B入水口法兰和B出水口法兰，B入水口法兰和B出水口法兰上均设有一个密封槽二，B段管内部设有螺旋导流片，其外周面与B外壳的内周面固定，螺旋导流片中间沿其轴向设有支撑杆，螺旋导流片、支撑杆和外壳三者形成导流通道，导流通道的通道壁上螺旋均布有多个水流切割片一；

C段管包括C外壳，其两端的C入水口和C出水口分别设有C入水口法兰和C出水口法兰，C入水口法兰和C出水口法兰上均设有密封槽三，C外壳内部设有导流通道，导流通道内沿其流向依次间隔设有斜导流片以及多个水流切割片二，斜导流片靠近C导流通道入口，多个水流切割片二呈螺旋均布。

最佳的，C导流通道内径为B外壳内径的0.3～0.5倍，螺旋导流片的螺距为B外壳内径的0.6～0.8倍，螺旋导流片的倾斜角度为10～20°，斜导流片倾角为10～20°。

最佳的，B外壳内径D为20～25mm，此时，接入微纳米气泡水发生器中水流的供水压力为0.3～0.5 Mpa，水流速大于0.85 m/min。

进一步的，阀门系统包括清水阀门、电解水阀门、臭氧阀门、洗涤水储水阀门、储水槽排水阀门；

管路系统包括清水管、电解水出水管、进水管、臭氧经臭氧进气管、电解水进水管、洗涤水储水管、储水槽排水管；

水泵系统包括清水泵、电解水出水泵、电解水进水泵；

清水管一端通过清水泵与外界清水连通，另一端通过清水阀门与进水管一端连接，进水管另一端与微纳米气泡水发生器的入口连接；电解水进水管一端通过电解水进水泵与储水槽连接，另一端与电解系统连接，电解系统通过电解水出水泵与电解水出水管一端连接，电解水出水泵与电解水出水管之间设有电解水阀门，电解水出水管另一端与进水管连接；臭氧进气管一端与臭氧发生系统连接，另一端通过臭氧阀门与微纳米气泡水发生器连接；洗涤水储水管一端通过洗涤水储水阀门与微纳米气泡水发生器连接，另一端与储水槽连接，储水槽接有储水槽排水管，储水槽排水管上设有储水槽排水阀门；清水阀门、电解水阀门、洗涤水储水阀门、储水槽排水阀门、清水泵、电解水进水泵分别与控制系统信号连接。

进一步的，阀门系统包括洗涤水注入阀门、储水槽注水阀门、洗涤排放水阀门、外排阀门；

管路系统包括洗涤水注水管、储水槽注水管、洗涤水外注管、洗涤水排放管、处理水循环管；

水泵系统包括储水槽注水泵、处理水循环泵；

洗涤水注水管一端与洗涤水外注管连接，洗涤水注水管的另一端通过洗涤水注入阀门与微纳米气泡水发生器连接，洗涤水外注管的另一端与洗涤系统连接，储水槽注水管一端通过储水槽注水泵与储水槽连接，另一端通过储水槽注水阀门与洗涤水外注管连接，洗涤水排放管一端与洗涤系统连接，另一端通过洗涤排放水阀门与洗涤排放水处理系统连接，处理水循环管一端通过处理水循环泵与洗涤排放水处理系统连接，另一端与储水槽连接，洗涤排放水处理系统上还设有外排阀门，臭氧阀门、洗涤水注入阀门、储水槽注水阀门、洗涤排放水阀门、储水槽注水泵、外排阀门分别与控制系统信号连接。

进一步的，传感器系统包括温度传感器、ORP传感器、pH传感器和液位传感器，四者分别安装于储水槽上并分别与控制系统信号连接。

一种上述的微纳米洗涤气泡水制备装置的气泡水制备方法，

制备微纳米氢气泡水包括以下步骤：

步骤1：注入清水；

控制系统通过控制阀门系统和水泵系统，使得外界清水流入微纳米气泡水发生器中，微纳米气泡水发生器将清水转化为含有微纳米气泡的气泡水，通过管路系统储水槽中，直至储水槽注满后，传感器系统发出信号给控制系统，控制系统停止外界清水流入；

步骤2：单相电解水；

控制系统通过控制阀门系统，使得水输送网络中的储水槽、电解系统形成通路，其余水输送网络中的路径均关闭，储水槽中的气泡水通过水泵系统和管路系统流入电解系统，电解系统将气泡水进行电解，产生含有微纳米氢气泡的纯碱性离子水；

步骤3：微纳米氢气泡水转化；

控制系统通过控制阀门系统，使得水输送网络中的储水槽、电解系统、微纳米气泡水发生器三者形成闭环通路，其余水输送网络中的路径均关闭，电解系统中的纯碱性离子水通过水泵系统泵入微纳米气泡水发生器中，微纳米气泡水发生器将纯碱性离子进一步切割转化为微纳米氢气泡含量进一步增多的微纳米氢气泡水，然后再次流入储水槽中，与此同时，氢气处理系统运行，将储水槽内逸出的氢气通过空气稀释后排出；

步骤4：重复步骤2和步骤3，直至传感器系统测得的储水槽中水的参数达到设定值后停止；

步骤5：注入主洗水；

控制系统通过控制阀门系统和水泵系统，将储水槽中达标的纯碱性微纳米氢气泡离子水通过管路系统注入到外接的洗涤系统中进行主洗去污。

进一步的，制备微纳米臭氧气泡水包括以下步骤：

步骤一：控制系统通过控制阀门系统和水泵系统，使得外界清水流入微纳米气泡水发生器中，与此同时，臭氧发生系统启动，通过管路系统为微纳米气泡水发生器提供臭氧；

步骤二：清水和臭氧在微纳米气泡水发生器中结合，并通过微纳米气泡水发生器转化为含有微纳米臭氧气泡的预洗水或漂洗水，通过管路系统注入到外接的洗涤系统中进行预洗或漂洗。

一种上述的微纳米洗涤气泡水制备装置的参数控制方法，包括以下步骤：

步骤Ⅰ：微纳米氢气泡水参数控制；

S11：参数设定，将水质参数ORP值设定为-500～-900mV，pH值设定为10～13，温度设定为20～70°C；

S12：传感器系统实时测量储水槽中水的温度、PH值、ORP值和液位值，实时发送给控制系统，通过运算处理，分别将相应参数与其设定值对比，当达到设定值后，控制系统下发控制指令，关闭阀门系统和水泵系统，停止制备微纳米氢气泡水；

步骤Ⅱ：微纳米臭氧气泡水参数控制；

S21：设定微纳米氢气泡水的臭氧含量为10～30ppm；

S22：臭氧发生系统根据水泵系统反馈的外界清水流入量，调节自身阀门开度，控制臭氧送入微纳米气泡发生器的量与设定值相符；

步骤Ⅲ：逸出氢气浓度控制；

S31：氢气处理系统实时监测储水槽内逸出的氢气；

S32：控制系统根据氢气浓度监测值，经与氢气浓度安全设定值比较分析，超过设定值，控制系统发出控制信号，控制氢气处理系统运行，进行氢气浓度稀释处理，并通过空气排出。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：

（1）本发明采用微纳米氢气泡洗涤布草/衣物，与“机械搅拌+化学洗涤剂”的传统洗涤方式和“微纳米气泡+少量化学洗涤剂”洗涤方式相比，不用洗涤剂，无环境污染；与现有微纳米空气泡洗涤相比，具有更佳的洗涤效果；

（2）本发明的微纳米气泡水发生器，采用“螺旋导流+斜导流”的多级导流切割方式产生的微纳米气泡，与现有的机械旋转剪切法、加压溶解法等方法相比，纳米级气泡含量可控，并可快速高效地产生微纳米气泡洗涤水，发生气泡水的效率高；

（3）导流腔内布置有足够的水流切割装置，在水流高速螺旋流动时，切割水流中的气泡，高速切割时可有效降低气泡直径，使其成为微纳米气泡，可有效增加水中微纳米气泡含量；

（4）可以针对不同的洗涤场景需要，内嵌于洗涤设备中，也可以作为单独的气泡水制备设备以外置的方式使用，并具有处理洗涤排放水循环使用的功能，节约用水，减少洗涤和漂洗时间，减少洗涤污水的排放；

（5）针对不同的洗涤对象或污染程度，采用不同的制备流程，通过控制水参数和供气参数，可产生不同洗涤能力的洗涤水，包括微纳米氢气泡主洗水，具有消杀能力的微纳米臭氧泡的预洗水和漂洗水，满足不同洗涤用水需求；

（6）本装置可以实时检测洗涤水参数，以便在气泡水制备过程中，控制所需要的洗涤水参数范围，如ORP值（-500～-900mV）、pH（10～13）、温度(20～70°C)、电导率（可测5～10ms/cm），获得最佳洗涤效果的微纳米氢气泡洗涤水。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为微纳米气泡水发生器的结构示意图；

图3为本发明微纳米气泡水发生器的轴侧立体透视图；

图4为微纳米气泡水制备控制流程图。

实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

微纳米洗涤气泡水制备装置，如图1所示，包括微纳米气泡水发生器1、电解系统2、臭氧发生系统3、氢气处理系统4、储水槽5、传感器系统6、阀门系统7、管路系统8、水泵系统9、控制系统11，同时可接入洗涤排放水处理系统10以及洗涤系统14，形成一个集洗涤水制备、物品洗涤、洗涤废水处理的一个完备系统。

储水槽5上部设有氢气处理系统4，可将储水槽5内逸出的氢气通过稀释500～1000倍，使氢气浓度达到安全水平（<0.1%）后排出，避免储水槽5中氢气含量过高而产生爆炸；储水槽5底部设有传感器系统6，传感器系统6包括分别与控制系统11信号连接的温度传感器、ORP传感器、pH传感器和液位传感器，分别测量储水槽5中水的温度、ORP、pH和液位信息，并将测得的数据发送至控制系统11。

阀门系统7与管路系统8互通构成水输送网络，阀门系统7包括清水阀门71、电解水阀门72、臭氧阀门73、洗涤水储水阀门75、洗涤水注入阀门76、储水槽注水阀门77、洗涤排放水阀门78和储水槽排水阀门79、外排阀门710；管路系统8包括清水管801、电解水出水管802、进水管803、进气管804、臭氧进气管805、电解水进水管806、洗涤水储水管807、洗涤水注水管808、储水槽注水管809、洗涤水外注管810、洗涤水排放管811、处理水循环管812和储水槽排水管813；水泵系统9包括清水泵91、电解水出水泵92、电解水进水泵93、储水槽注水泵94和处理水循环泵95。

控制系统11与洗涤水传感器系统6、阀门系统7和水泵系统9通过电源线和信号线连接；控制系统11可控制阀门的开闭，控制水泵的运行或停止，同时采集洗涤水传感器系统6的数据。

外界清水与微纳米气泡水发生器1的入口连接，清水管801一端通过清水泵91与外界清水连通，另一端通过清水阀门71与进水管803一端连接，进水管803另一端与微纳米气泡水发生器1的入口连接，清水泵91将清水通过清水管801和进水管803泵至微纳米气泡水发生器1中，清水管801上设有清水阀门71，控制系统11控制清水泵91的启停和清水阀门71的开闭，可控制是否供应清水至微纳米气泡水发生器1。

臭氧进气管805一端与臭氧发生系统3连接，另一端通过臭氧阀门73与微纳米气泡水发生器1连接，臭氧发生系统3产生的臭氧经臭氧进气管805进入微纳米气泡水发生器1中，臭氧进气管805上设有臭氧阀门73，控制系统11控制臭氧阀门73的开闭进而控制是否供应臭氧至微纳米气泡水发生器1。臭氧发生系统3为现有的可以产生臭氧的设备。

洗涤水储水管807一端通过洗涤水储水阀门75与微纳米气泡水发生器1连接，另一端与储水槽5连接，储水槽5接有储水槽排水管813，储水槽排水管813上设有储水槽排水阀门79，控制系统11控制储水槽排水阀门79开闭，控制是否排放储水槽5中的水，本装置长期不用情况下，可将储水槽5中的水排净。洗涤水注水管808一端与洗涤水外注管810连接，洗涤水注水管808的另一端通过洗涤水注入阀门76与微纳米气泡水发生器1连接，洗涤水外注管810的另一端与洗涤系统14连接。外界清水经过微纳米气泡水发生器1后可转化为微纳米气泡水，可通过洗涤水储水管807流向储水槽5中，也可通过洗涤水注水管808和洗涤水外注管810流向洗涤系统14，洗涤系统14为具有清洗功能的现有洗涤系统14；洗涤水储水管807上设有洗涤水储水阀门75，洗涤水注水管808上设有洗涤水注入阀门76，控制系统11控制洗涤水储水阀门75和洗涤水注入阀门76的开闭状态，进而控制微纳米气泡水发生器1出水的流向。

电解水进水管806一端通过电解水进水泵93与储水槽5连接，另一端与电解系统2连接，电解系统2通过电解水出水泵92与电解水出水管802一端连接，电解水出水泵92与电解水出水管802之间设有电解水阀门72，电解水出水管802另一端与进水管803连接，电解水进水泵93将储水槽5中的水通过电解水进水管806泵至电解系统2，电解后产生含有微米级氢气泡的水，电解水出水泵92将含有微米级气泡的水通过电解水出水管802和进水管803泵至微纳米气泡水发生器1，电解水出水管802上设有电解水阀门72，控制系统11控制电解水进水泵93启停和电解水阀门72开闭，进而控制是否供应含有微米级氢气泡水至微纳米气泡水发生器1。

储水槽注水泵94将储水槽5中的水通过储水槽注水管809和洗涤水外注管810泵至洗涤系统14，储水槽注水管809上设有储水槽注水阀门77，控制系统11通过控制储水槽注水泵94启停以及储水槽注水阀门77开闭，进而控制是否供应储水槽5中的水至洗涤系统14。

储水槽注水管809一端通过储水槽注水泵94与储水槽5连接，另一端通过储水槽注水阀门77与洗涤水外注管810连接，洗涤水排放管811一端与洗涤系统14连接，另一端通过洗涤排放水阀门78与洗涤排放水处理系统10连接，处理水循环管812一端通过处理水循环泵95与洗涤排放水处理系统10连接，另一端与储水槽5连接，洗涤排放水处理系统10上还设有外排阀门710。洗涤系统14排放水经洗涤水排放管811进入洗涤排放水处理装置10，洗涤水排放管811上设有洗涤排放水阀门78，控制系统11控制洗涤排放水阀门78开闭，进而控制洗涤排放水是否流入洗涤排放水处理装置10，洗涤排放水处理装置10将洗涤排放水处理后，形成可重复使用的洁净水，处理水循环泵95将处理后的洁净水通过处理水循环管812泵至储水槽5中，控制系统11也可打开外排阀门，将洗涤排放水处理装置10处理后的水直接向外排出；

微纳米气泡水发生器1包括一个A段管以及至少一个B段管和/或至少一个C段管，A段管为微纳米气泡水发生器1的首段，其尾端依次连接B段管和/或C段管，使微纳米气泡水发生器1构成分段连接的管状结构。各段管状结构中，A段管为入水段，B段管为螺旋导流片切割段，C段管为斜导流切片割段。微纳米气泡水发生器1最简结构为一个A段管+一个B段管或一个A段管+一个C段管，其后可任意组合增加B段管和/或C段管，可有效提高微纳米气泡水发生效率。

如图2、3所示，微纳米气泡水发生器1的结构为A段管+B段管+C段管+C段管+B段管的五段式结构，相邻两管之间通过法兰连接。

A段管的两端为A入水口102和A出水口108，A入水口102和A出水口108分别设有A入水口法兰103和A出水口法兰107，A入水口法兰103和A出水口法兰107上均设有一个密封槽一101，密封槽一101内均设有密封圈一，A段管的管壁上设有进气口104，进气口104一端上设有进气口法兰106，另一端垂直穿入A段管内，此端的外周面上均布有细微孔洞131。A入水口法兰103与外部供水管通过快速卡扣锁紧连接，并在密封槽一101内设密封圈一起密封效果。

当外部供水时，若供水为含有气泡的水，则水流直接经A出水口108流出，若供水为不含气泡的水，则通过进气口104和细微孔洞131将气体补充进水中，细微孔洞131可降低气泡直径，有利于后续产生微纳米气泡水，此时产生的含有气泡的水经A出水口108流出。进气口104还可用于输入臭氧。

B段管包括B外壳114，其两端的B入水口110和B出水口116分别设有B入水口法兰109和B出水口法兰115，B入水口法兰109和B出水口法兰115上均设有一个密封槽二130，B段管内部设有螺旋导流片111，其外周面与B外壳114的内周面固定，螺旋导流片111中间沿其轴向设有支撑杆112，螺旋导流片111、支撑杆112和外壳114三者形成导流通道，导流通道的通道壁上螺旋均布有多个水流切割片一113。

当含有气泡的水流从B入水口110进入后，经螺旋导流片111导流，经过螺旋导流片111与支撑杆112和外壳114形成的横截面积较小的导流通道，水流会高速通过导流通道，此时，含有气泡的水流被水流切割片一113切割，形成微纳米级气泡水经B出水口116流出；B段管的螺旋导流结构可在不改变B外壳114内径的情况下，缩小水流的导流通道横截面积，进而提高水流通过的速度，提高微纳米气泡水发生质量和效率。

C段管包括C外壳121，其两端的C入水口119和C出水口124分别设有C入水口法兰118和C出水口法兰125，C入水口法兰118和C出水口法兰125上均设有密封槽三130，C外壳121内部设有导流通道120，导流通道120内沿其流向依次间隔设有斜导流片122以及多个水流切割片二123，斜导流片122靠近C导流通道120入口，多个水流切割片二123呈螺旋均布。

当含有气泡的水流从C入水口119进入后，经斜导流片122导流，以螺旋形式流向横截面积较小的C导流通道120，水流会高速通过C导流通道120，此时，含有气泡的水流被水流切割片二123切割，形成微纳米级气泡水，经C出水口124流出；C段管通过缩小C导流通道120直径，减小C导流通道120横截面积，进而提高水流通过的速度，提高微纳米气泡水发生质量和效率；C段管内部直径变化处设有圆角，可减少水流通过的阻力。

本实施例中，微纳米气泡发生器1由A段管和B段管组成基础结构，其后延长增加2个C段管和1个B段管；各段之间通过快速卡扣将各段法兰部分连接，便于安装或更换各段，同时各段法兰贴合部分的密封槽内装有密封圈，起密封效果；由A段管进入的含有气泡的水，经后续B段管、C段管、C段管和B段管切割后，形成微纳米气泡水流出。设B外壳114内径为D，则C导流通道120内径为0.3～0.5D；螺旋导流片111的螺距为0.6～0.8D，倾斜角度为10～20°；斜导流片122倾角为10～20°；当D取20～25mm时，外部供水压力为0.3～0.5 Mpa，以保证水流速>0.85 m/min。

上述的微纳米洗涤气泡水制备装置的气泡水制备方法，其中，制备微纳米氢气泡水（主洗水）包括以下步骤：

步骤1：注入清水；

控制系统11打开清水阀门71和洗涤水储水阀门75，关闭其余阀门；启动清水泵91将清水通过清水管801和进水管803注入微纳米气泡水发生器1中，此时微纳米气泡水发生器1将清水转化为含有少量微纳米气泡的水，通过洗涤水储水管807注入储水槽5，直至储水槽注满后关闭清水泵91。

步骤2：单相电解水；

控制系统11打开电解水阀门72和洗涤水储水阀门75，关闭其余阀门；启动电解水进水泵93将储水槽5中的水通过电解水进水管806注入电解系统2，电解系统2包括正、负极电解槽，正负极电解槽中间设有离子交换膜，离子交换膜具有隔水作用，只允许正离子通过；注入的水进入负极电解槽中，正极电解槽含有清水和电解质，通过电解在负极电解槽中产生含有微纳米氢气泡的纯碱性离子水，而正极电解槽产生氧气、二氧化碳，可持续使用，不产生酸水。

步骤3：微纳米氢气泡水转化；

阀门系统7的开关状态不变，启动电解水出水泵92将电解系统2中负极电解槽中产生的微米氢气泡的纯碱性离子水通过电解水出水管802和进水管803进入微纳米气泡水发生器1，其中，电解水出水泵92为增压水泵，将水压增加至0.3Mpa左右，随后产生的含有微纳米氢气泡水通过洗涤水储水管807进入储水槽5；同时，洗涤水传感器系统6实时采集水温、ORP和pH发送至控制系统11，循环运行步骤2和3，直至储水槽5中水的参数达到设定值后，关闭电解水进水泵93和电解水出水泵92；微纳米氢气泡水转化过程中，氢气处理系统4运行，将储水槽5内逸出的氢气通过空气稀释后排出。

其中，主洗水参数设定值包括：ORP设定值范围为-500～-900 mV，pH设定值范围为10～13，洗涤水温度设定范围为20～70℃，用户根据不同洗涤对象设定不同的主洗水参数。

步骤4：注入主洗水；

控制系统11打开储水槽注水阀门77，关闭其余阀门，启动储水槽注水泵94将达标的主洗水通过储水槽注水管809和洗涤水外注管810注入外接的洗涤系统14中进行主洗去污。

制备微纳米臭氧气泡水（预洗水和漂洗水）包括以下步骤：

步骤一：控制系统11打开清水阀门71、臭氧阀门73和洗涤水注入阀门76，关闭其余阀门，启动清水泵91将清水通过清水管801和进水管803注入微纳米气泡水发生器1中；控制系统11打开臭氧阀门73，启动臭氧发生系统7，为微纳米气泡水发生器1供应臭氧，控制系统根据清水泵流量，调节臭氧阀门73开度，控制臭氧送入微纳米气泡发生器1的量，进而控制臭氧气泡水中的臭氧含量（10～30ppm）。

步骤二：清水和臭氧在微纳米气泡水发生器1中结合，微纳米气泡水发生器1产生含有微纳米臭氧气泡的预洗水或漂洗水，含有微纳米臭氧气泡的预洗水或漂洗水通过洗涤水注水管808和洗涤水外注管810注入洗涤系统14，洗涤水量达标后，关闭清水泵91、臭氧发生系统3和所有阀门，外接的洗涤系统14开始进行预洗或漂洗。

微纳米洗涤气泡水制备装置可独立于洗涤系统14之外，配合洗涤系统14的运行阶段，为洗涤系统14提供预洗水、主洗水和漂洗水，并回收处理洗涤排放水循环使用，若洗涤系统14洗涤用水量较大，微纳米洗涤气泡水制备装置供水能力不足，可外置多台微纳米洗涤气泡水制备装置；微纳米洗涤气泡水制备装置也可内嵌于洗涤系统14中，配合洗涤系统14的运行阶段，为洗涤系统14提供预洗水、主洗水和漂洗水，并回收处理洗涤排放水循环使用。

本实施例中的微纳米气泡发生装置及其气泡水制备的控制系统采用PLC控制。发生装置运行及气泡水参数达标控制，是通过上位机接受传感器信息、数据处理和下发指令给执行件的方式实施的，即控制系统通过授意指令控制各水泵启停和各阀门开闭。

微纳米洗涤气泡水制备装置可将注入的清水转化为具有不同功能的洗涤水，包括含有微纳米氢气泡的主洗水、含有微纳米臭氧气泡的预洗水和漂洗水；同时，微纳米洗涤气泡水制备装置也可将洗涤排放水进行净化处理循环使用或直接排放。

具体控制流程与方法包括以下步骤（如图4）：

步骤（1）：设备上电启动，系统运行；

步骤（2）：上位机接受传感系统数据信息进行数据处理，包括气泡水质和量的数据，并向下位机（PLC）反馈处理结果，即下发执行指令；

步骤（3）：气泡水制备控制；

S3-1：微纳米氢气泡主洗水制备，通过清水泵91和传感系统6中的液位传感器联合控制储水槽5水位、电解水泵93和离子交换膜获得纯碱性离子水、水泵92和阀门72控制电解水出水量、传感系统6中的温度和PH以及ORP传感器控制微纳米氢气泡水转化的达标参数；

S3-2：控制系统11接受氢气浓度检测传感器检测的数据，经与氢气浓度安全设定值比较分析，当氢气浓度超过设定值时，控制氢气处理系统4运行，通过空气稀释后排出，控制微纳米气泡水制备过程中逸出氢气的浓度；

S3-3：微纳米臭氧气泡预洗水或漂洗水制备，是通过控制系统11启动臭氧发生系统7和臭氧阀门73的开度，实现微纳米氢气泡水中臭氧含量的控制；

S3-4：主洗、预洗或漂洗水制备达标后（量和质），关闭系统以及水泵系统和阀门系统；

步骤（4）：需要洗涤时，通过控制系统11控制洗涤注水阀门76，将制备好的微纳米气泡主洗、预洗或漂洗水，经注水管808和洗涤水外注管810，注入外接洗涤系统14，并进行洗涤；

步骤（5）：洗涤排放水处理控制；

洗涤后的排放水，经排放阀门78控制注入排放水处理装置10净化处理后，通过水泵95控制，经管路8注入储水槽5循环使用；当传感系统6中的液位传感器检测出储水槽5中的水位已满，也可以将洗涤净化水经排放阀门710直接排放。

上述的微纳米洗涤气泡水制备装置的参数控制方法，包括以下步骤：

步骤Ⅰ：微纳米氢气泡水参数控制；

S11：参数设定，将水质参数ORP值设定为-500～-900mV，pH值设定为10～13，温度设定为20～70°C；

S12：传感器系统实时测量储水槽中水的温度、PH值、ORP值和液位值，实时发送给控制系统，通过运算处理，分别将相应参数与其设定值对比，当达到设定值后，控制系统下发控制指令，关闭阀门系统和水泵系统，停止制备微纳米氢气泡水；

步骤Ⅱ：微纳米臭氧气泡水参数控制；

S21：设定微纳米氢气泡水的臭氧含量为10～30ppm；

S22：臭氧发生系统根据水泵系统反馈的外界清水流入量，调节自身阀门开度，控制臭氧送入微纳米气泡发生器的量与设定值相符；

步骤Ⅲ：逸出氢气浓度控制；

S31：氢气处理系统实时监测储水槽内逸出的氢气；

S32：控制系统根据氢气浓度监测值，经与氢气浓度安全设定值比较分析，超过设定值，控制系统发出控制信号，控制氢气处理系统运行，进行氢气浓度稀释处理，并通过空气排出。

Claims (8)

1.一种微纳米洗涤气泡水制备装置，其特征在于：包括微纳米气泡水发生器（1）、电解系统（2）、臭氧发生系统（3）、氢气处理系统（4）、储水槽（5）、传感器系统（6）、阀门系统（7）、管路系统（8）、水泵系统（9）、控制系统（11），阀门系统（7）与管路系统（8）互通构成水输送网络，微纳米气泡水发生器（1）、电解系统（2）、臭氧发生系统（3）、储水槽（5）、水泵系统（9）分别接入水输送网络中，使得储水槽（5）与微纳米气泡水发生器（1）的出口连接，电解系统（2）、臭氧发生系统（3）、外界清水分别通过水泵系统（9）与微纳米气泡水发生器（1）的入口连接，储水槽（5）通过水泵系统（9）与电解系统（2）连接，氢气处理系统（4）、传感器系统（6）分别安装于储水槽（5）上，储水槽（5）外接排水管，阀门系统（7）、传感器系统（6）、水泵系统（9）分别与控制系统（11）信号连接；

还包括洗涤排放水处理系统（10）、洗涤系统（14），洗涤排放水处理系统（10）、洗涤系统（14）分别接入水输送网络中并分别通过水泵系统（9）与储水槽（5）连接，洗涤系统（14）通过水输送网络与微纳米气泡水发生器（1）、储水槽（5）、洗涤排放水处理系统（10）连接；

微纳米气泡水发生器（1）包括一个A段管以及至少一个B段管和/或至少一个C段管，A段管为微纳米气泡水发生器（1）的首段，其尾端依次连接B段管和/或C段管，使微纳米气泡水发生器（1）构成分段连接的管状结构；

A段管的两端为A入水口（102）和A出水口（108），A入水口（102）和A出水口（108）分别设有A入水口法兰（103）和A出水口法兰（107），A入水口法兰（103）和A出水口法兰（107）上均设有一个密封槽一（101），密封槽一（101）内均设有密封圈一，A段管的管壁上设有进气口（104），进气口（104）一端上设有进气口法兰（106），另一端垂直穿入A段管内，此端的外周面上均布有细微孔洞（131）；

B段管包括B外壳（114），其两端的B入水口（110）和B出水口（116）分别设有B入水口法兰（109）和B出水口法兰（115），B入水口法兰（109）和B出水口法兰（115）上均设有一个密封槽二，B段管内部设有螺旋导流片（111），其外周面与B外壳（114）的内周面固定，螺旋导流片（111）中间沿其轴向设有支撑杆（112），螺旋导流片（111）、支撑杆（112）和B外壳（114）三者形成导流通道，导流通道的通道壁上螺旋均布有多个水流切割片一（113）；

C段管包括C外壳（121），其两端的C入水口（119）和C出水口（124）分别设有C入水口法兰（118）和C出水口法兰（125），C入水口法兰（118）和C出水口法兰（125）上均设有密封槽三，C外壳（121）内部设有C导流通道（120），C导流通道（120）内沿其流向依次间隔设有斜导流片（122）以及多个水流切割片二（123），斜导流片（122）靠近C导流通道（120）入口，多个水流切割片二（123）呈螺旋均布；

C导流通道（120）内径为B外壳（114）内径的0.3～0.5倍，螺旋导流片（111）的螺距为B外壳（114）内径的0.6～0.8倍，螺旋导流片（111）的倾斜角度为10～20°，斜导流片（122）倾角为10～20°；

储水槽（5）中的气泡水通过水泵系统（9）和管路系统（8）流入电解系统（2），电解系统（2）将气泡水进行电解，产生含有微纳米氢气泡的纯碱性离子水。

2.根据权利要求1所述的微纳米洗涤气泡水制备装置，其特征在于：B外壳（114）内径D为20～25mm，此时，接入微纳米气泡水发生器（1）中水流的供水压力为0.3～0.5 Mpa，水流速大于0.85 m/min。

3.根据权利要求1所述的微纳米洗涤气泡水制备装置，其特征在于：阀门系统（7）包括清水阀门（71）、电解水阀门（72）、臭氧阀门（73）、洗涤水储水阀门（75）、储水槽排水阀门（79）；

管路系统（8）包括清水管（801）、电解水出水管（802）、进水管（803）、臭氧经臭氧进气管（805）、电解水进水管（806）、洗涤水储水管（807）、储水槽排水管（813）；

水泵系统（9）包括清水泵（91）、电解水出水泵（92）、电解水进水泵（93）；

清水管（801）一端通过清水泵（91）与外界清水连通，另一端通过清水阀门（71）与进水管（803）一端连接，进水管（803）另一端与微纳米气泡水发生器（1）的入口连接；电解水进水管（806）一端通过电解水进水泵（93）与储水槽（5）连接，另一端与电解系统（2）连接，电解系统（2）通过电解水出水泵（92）与电解水出水管（802）一端连接，电解水出水泵（92）与电解水出水管（802）之间设有电解水阀门（72），电解水出水管（802）另一端与进水管（803）连接；臭氧进气管（805）一端与臭氧发生系统（3）连接，另一端通过臭氧阀门（73）与微纳米气泡水发生器（1）连接；洗涤水储水管（807）一端通过洗涤水储水阀门（75）与微纳米气泡水发生器（1）连接，另一端与储水槽（5）连接，储水槽（5）接有储水槽排水管（813），储水槽排水管（813）上设有储水槽排水阀门（79）；清水阀门（71）、电解水阀门（72）、洗涤水储水阀门（75）、储水槽排水阀门（79）、清水泵（91）、电解水进水泵（93）分别与控制系统（11）信号连接。

4.根据权利要求1所述的微纳米洗涤气泡水制备装置，其特征在于：阀门系统（7）包括洗涤水注入阀门（76）、储水槽注水阀门（77）、洗涤排放水阀门（78）、外排阀门（710）；

管路系统（8）包括洗涤水注水管（808）、储水槽注水管（809）、洗涤水外注管（810）、洗涤水排放管（811）、处理水循环管（812）；

水泵系统（9）包括储水槽注水泵（94）、处理水循环泵（95）；

洗涤水注水管（808）一端与洗涤水外注管（810）连接，洗涤水注水管（808）的另一端通过洗涤水注入阀门（76）与微纳米气泡水发生器（1）连接，洗涤水外注管（810）的另一端与洗涤系统（14）连接，储水槽注水管（809）一端通过储水槽注水泵（94）与储水槽（5）连接，另一端通过储水槽注水阀门（77）与洗涤水外注管（810）连接，洗涤水排放管（811）一端与洗涤系统（14）连接，另一端通过洗涤排放水阀门（78）与洗涤排放水处理系统（10）连接，处理水循环管（812）一端通过处理水循环泵（95）与洗涤排放水处理系统（10）连接，另一端与储水槽（5）连接，洗涤排放水处理系统（10）上还设有外排阀门（710），臭氧阀门（73）、洗涤水注入阀门（76）、储水槽注水阀门（77）、洗涤排放水阀门（78）、储水槽注水泵（94）、外排阀门（710）分别与控制系统（11）信号连接。

5.根据权利要求1所述的微纳米洗涤气泡水制备装置，其特征在于：传感器系统（6）包括温度传感器、ORP传感器、pH传感器和液位传感器，四者分别安装于储水槽（5）上并分别与控制系统（11）信号连接。

6.一种权利要求1～5任一所述的微纳米洗涤气泡水制备装置的气泡水制备方法，其特征在于：

制备微纳米氢气泡水包括以下步骤：

步骤1：注入清水；

控制系统（11）通过控制阀门系统（7）和水泵系统（9），使得外界清水流入微纳米气泡水发生器（1）中，微纳米气泡水发生器（1）将清水转化为含有微纳米气泡的气泡水，通过管路系统（8）储水槽（5）中，直至储水槽（5）注满后，传感器系统（6）发出信号给控制系统（11），控制系统（11）停止外界清水流入；

步骤2：单相电解水；

控制系统（11）通过控制阀门系统（7），使得水输送网络中的储水槽（5）、电解系统（2）形成通路，其余水输送网络中的路径均关闭，储水槽（5）中的气泡水通过水泵系统（9）和管路系统（8）流入电解系统（2），电解系统（2）将气泡水进行电解，产生含有微纳米氢气泡的纯碱性离子水；

步骤3：微纳米氢气泡水转化；

控制系统（11）通过控制阀门系统（7），使得水输送网络中的储水槽（5）、电解系统（2）、微纳米气泡水发生器（1）三者形成闭环通路，其余水输送网络中的路径均关闭，电解系统（2）中的纯碱性离子水通过水泵系统（9）泵入微纳米气泡水发生器（1）中，微纳米气泡水发生器（1）将纯碱性离子进一步切割转化为微纳米氢气泡含量进一步增多的微纳米氢气泡水，然后再次流入储水槽（5）中；

步骤4：重复步骤2和步骤3，直至传感器系统（6）测得的储水槽（5）中水的参数达到设定值后停止；

步骤5：注入主洗水；

控制系统（11）通过控制阀门系统（7）和水泵系统（9），将储水槽（5）中达标的纯碱性微纳米氢气泡离子水通过管路系统（8）注入到外接的洗涤系统中进行主洗去污。

7.根据权利要求6所述的微纳米洗涤气泡水制备装置的气泡水制备方法，其特征在于：

制备微纳米臭氧气泡水包括以下步骤：

步骤一：控制系统（11）通过控制阀门系统（7）和水泵系统（9），使得外界清水流入微纳米气泡水发生器（1）中，与此同时，臭氧发生系统（3）启动，通过管路系统（8）为微纳米气泡水发生器（1）提供臭氧；

步骤二：清水和臭氧在微纳米气泡水发生器（1）中结合，并通过微纳米气泡水发生器（1）转化为含有微纳米臭氧气泡的预洗水或漂洗水，通过管路系统（8）注入到外接的洗涤系统中进行预洗或漂洗。

8.一种权利要求1～5任一所述的微纳米洗涤气泡水制备装置的参数控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤Ⅰ：微纳米氢气泡水参数控制；

S11：参数设定，将水质参数ORP值设定为-500～-900mV，pH值设定为10～13，温度设定为20～70°C；

S12：传感器系统（6）实时测量储水槽（5）中水的温度、PH值、ORP值和液位值，实时发送给控制系统（11），通过运算处理，分别将相应参数与其设定值对比，当达到设定值后，控制系统（11）下发控制指令，关闭阀门系统和水泵系统，停止制备微纳米氢气泡水；

步骤Ⅱ：微纳米臭氧气泡水参数控制；

S21：设定微纳米氢气泡水的臭氧含量为10～30ppm；

S22：臭氧发生系统（3）根据水泵系统（9）反馈的外界清水流入量，调节自身阀门开度，控制臭氧送入微纳米气泡水发生器（1）的量与设定值相符；

步骤Ⅲ：逸出氢气浓度控制；

S31：氢气处理系统（4）实时监测储水槽（5）内逸出的氢气；

S32：控制系统（11）根据氢气浓度监测值，经与氢气浓度安全设定值比较分析，超过设定值，控制系统（11）发出控制信号，控制氢气处理系统（4）运行，进行氢气浓度稀释处理，并通过空气排出。