CN116657189A - 金刚石膜电解制取消毒水装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金刚石膜电解制取消毒水装置，包括装置底盖（1）、装置壳体（2）和臭氧发生单元，所述装置底盖（1）和装置壳体（2）组合形成臭氧制取空腔，该臭氧发生单元置于臭氧制取空腔之内，所述装置壳体（2）上设有与臭氧制取空腔相连通的进水口（6）和出水口（7）；所述臭氧发生单元包括两块电极片（5），夹在两块电极片（5）之间的两块用于电解的金刚石膜片（3）以及夹在两块金刚石膜片（3）之间的离子膜（4）。本发明结构简单，能够方便快捷地制取臭氧水，且产生的臭氧和水能充分混合，能有效提高臭氧在水中的浓度。
Description
技术领域
本发明涉及一种消毒杀菌装置，特别涉及一种利用金刚石膜电解制取消毒水装置。
背景技术
目前，家居、医疗及公共场所等日常消杀已经成为常态。现有消杀方法包括酒精消杀、次氯酸钠消杀、高温法、紫外线法和臭氧消杀法。其中，酒精消杀和次氯酸钠消杀刺激性大、有残留，存在二次污染。高温法则能耗大，消杀不彻底。紫外线法能耗大，消杀时间长。而臭氧在水中的溶解度是次氯酸钠在水中浓度的3倍，同等浓度下臭氧消杀率是次氯酸钠的1000倍以上，30秒内消杀率为99.9%，臭氧消杀不仅高效，而且具有广谱、节能和无排放等优点。
利用特殊电极材料电解水产生臭氧、H2O2、羟基自由基等强消杀物质的电化学技术，是目前制备臭氧最先进的手段。在众多电极中，包括石墨电极、贵金属电极、金属氧化物电极和金刚石膜电极等，金刚石膜电极由于具备化学惰性、抗污染、无钝化和不中毒等特点，是目前制备臭氧效率最高、能耗最低的材料，可以广泛应用于家居、公共场所、工业废/污水处理、海产品加工和养殖畜牧业废水处理等方面。
由于臭氧不稳定，易挥发，不易附着在物体表面，在利用臭氧进行消杀的应用上，一般只能用于空气消毒。如果要对物体进行消毒，需要将臭氧混入水中。现有技术中，臭氧水制造方式是一般是以气液混合装置为核心，将臭氧气体制取、供水等设备均连接到气液混合装置上，而获得臭氧水。装置结构复杂，使用不便。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于避免现有技术的不足之处而提出一种利用金刚石膜作为电极电解水产生臭氧、羟基自由基等强消杀物质的消毒装置，结构简单，能够方便快捷地制取消毒水。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
提供一种金刚石膜电解制取消毒水装置，包括装置底盖、装置壳体和臭氧发生单元，所述装置底盖和装置壳体组合形成臭氧制取空腔，该臭氧发生单元置于臭氧制取空腔之内，该装置壳体上设有与臭氧制取空腔相连通的进水口和出水口；所述臭氧发生单元包括两块电极片，夹在两块电极片之间的两块用于电解的金刚石膜片以及夹在两块金刚石膜片之间的离子膜。
进一步地：
所述金刚石膜片上均匀布设有通孔。
所述臭氧发生单元两侧分别设有弹性定位片，装配时，所述定位片往中间收紧而固定住金刚石膜片。
所述弹性定位片为弧形，相应地，所述装置底盖内侧为弧面，装配时，所述定位片的外侧弧面紧贴装置底盖内侧弧面。
所述定位片与臭氧发生单元之间形成横向过水通道Ⅰ和过水通道Ⅱ。
所述过水通道Ⅰ的左端封闭或半封闭，过水通道Ⅱ的右端封闭或半封闭。
所述的臭氧发生单元将臭氧制取空腔分隔为左腔室和右腔室，进水口与右腔室相连通，左腔室与出水口相连通。
所述电极片包括固定部分和从固定部分一边延伸的接线片，固定部分与金刚石膜片贴合。
所述金刚石膜片为掺硼金刚石膜片。
两块所述电极片的正负极借助控制电路在设定频率下互换。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
结构简单，能够方便快捷地制取含有臭氧和羟基自由基的消毒水；臭氧水在密闭的臭氧制取空腔中进行，能有效提高臭氧在水中的浓度。水流进入臭氧制取空腔时能实现在臭氧发生单元上产生的臭氧和水充分混合，保证臭氧水混合均匀。
附图说明
图1是本发明金刚石膜电解制取消毒水装置的立体结构示意图；
图2是本发明的臭氧发生单元安装示意图一；
图3是本发明的臭氧发生单元剖视示意图；
图4是本发明的臭氧发生单元安装示意图二；
图5是本发明金刚石膜电解制取消毒水装置的分解示意图；
图6是本发明金刚石膜电解制取消毒水装置的纵向剖面示意图，此时臭氧发生单元横向设置；
图7是本发明金刚石膜电解制取消毒水装置的横向剖面示意图一，此时臭氧发生单元横向设置；
图8是本发明金刚石膜电解制取消毒水装置的横向剖面示意图二，此时臭氧发生单元向设置；
图9是本发明金刚石膜电解制取消毒水装置的控制电路示意图。
附图标记：1-装置底盖、2-装置壳体、3-金刚石膜片、4-离子膜、5-电极片、6-进水口、7-出水口、8-定位片、9-过水通道Ⅰ、10-过水通道Ⅱ、11-左腔室、12-右腔室、13-螺丝、14-通孔、15-固定框、16-接线片、17-凸耳、18-臭氧发生单元内水流方向、19-臭氧发生单元内气泡方向。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
由图1、图2和图5所示，所述金刚石膜电解制取消毒水装置包括装置底盖1、装置壳体2和臭氧发生单元；所述装置底盖1和装置壳体3组合形成臭氧制取空腔，所述臭氧发生单元容置于所述臭氧制取空腔内。装置底盖1和装置壳体2通过螺丝13固定连接。所述装置底盖1两端设有凸耳17，该凸耳17上设有用于所述螺丝穿越的孔。所述装置底盖1和装置壳体2之间的间隙上设置有密封片（图中未示），有效保证臭氧制取空腔的密封效果。装置壳体2上设有与臭氧制取空腔相连通的进水口6和出水口7。所述臭氧发生单元包括两块电极片5，夹在两块电极片5之间的两块用于电解的金刚石膜片3以及夹在两块金刚石膜片3之间的离子膜4。电极片5的材质采用钛合金，其下端向下贯穿装置底盖1，用于连接电源。离子膜4为阳离子交换膜。所述金刚石膜片3可以采用掺硼金刚石膜片。
工作时，水源由外部供应，从进水口6导入臭氧制取空腔内并填满，电极片5通电后，在金刚石膜片3及离子膜4的作用下，将水电解，产生臭氧和羟基自由基等强消杀物质，这些消杀物质混合到水中形成臭氧水，最后臭氧水从出水口7排出。臭氧水制取方便快捷，使用方便；利用臭氧制取空腔的密闭性，有效提高臭氧在水中的溶解量，提高臭氧水中的臭氧浓度；利用水流进入臭氧制取空腔时产生的紊流，将在臭氧发生单元上产生的臭氧和水充分混合，保证臭氧水混合均匀。
作为优选，所述金刚石膜片3均匀布设有通孔14，如图7所示，如此能有效增大水与金刚石膜片3的接触面积，加快臭氧的生成效率，同时，使产生的臭氧能够更快地排出并混合至水中。
臭氧发生单元安装实施例1：所述的臭氧发生单元横向设置，且位于进水口6和出水口7之间，如图1所示，位于右侧的水管为进水口6，位于左侧的水管为出水口7，水从进水口6进入臭氧制取空腔中，流过臭氧发生单元后从出水口7流出，保证臭氧发生单元表面水的流动性，使臭氧发生单元产出的臭氧能够快速被混入水中。
优选地，如图2、图5和图6所示，所述臭氧发生单元两侧分别设有弹性定位片8，本实施例中定位片8采用塑胶材质，呈弧面。金刚石膜片强度很脆，不能强行固定，不能施加过大的力；同时，金刚石膜片是耗材，使用过程中厚度会有变化，这都需要金刚石膜片进行弹性装配，而塑料材质和弧形结构让定位片具有一定的弹性变形空间。相应地，装置底盖1内侧面为弧面，装配时，定位片8的外侧弧面紧贴装置底盖1的内侧弧面，装置底盖1内侧面压住两块定位片8往中间收紧从而固定住金刚石膜片3，使金刚石膜片3和离子膜4紧密贴合；当金刚石膜片的厚度有变化时，定位片会有弹性变化来补偿，保证臭氧发生单元在臭氧制取空腔内位置的稳定。
如图2所示，在定位片8与臭氧发生单元之间形成过水通道Ⅰ9、过水通道Ⅱ10，过水通道Ⅰ9、过水通道Ⅱ10位于臭氧发生单元的两侧，对臭氧制取腔内的水流流向进行限定，水经过过水通道Ⅰ9或过水通道Ⅱ10时，均经过了金刚石膜片3，从而减少了水在臭氧制取腔内空流而未参与电解的情况。
如图3和图5所示，所述电极片5包括固定部分和从固定框一边延伸的接线片16，本实施例中，固定部分是固定框15，固定框15与金刚石膜片3贴合，固定框15中间的通孔避免阻挡金刚石膜片3与水接触，从而尽量增大金刚石膜片3与水的接触面积。其它实施例中，固定部分也可以是固定网。
如图8所示，从进水口6进来的水分别横向流入过水通道Ⅰ9和过水通道Ⅱ10，而两金刚石膜片3上电解所产生的臭氧气泡分别从金刚石膜片的通孔中纵向向两侧排出，故电解所产生的臭氧气泡能及时最大限度地被横向水流带走，防止臭氧气泡挥发，如此能提高水中臭氧含量。
一些实施例中，所述过水通道Ⅰ9的左端封闭或半封闭，过水通道Ⅱ10的右端封闭或半封闭，使一部分水穿过臭氧发生单元，即水从臭氧发生单元的前侧通过掺硼金刚石膜片3上的通孔和离子膜4后流向臭氧发生单元的后侧，使在臭氧发生单元上产出的臭氧能够更快地被带出，产出的臭氧能够快速溶解入水中，提高臭氧水的制取效率。
臭氧发生单元安装实施例2：如图4所示，所述臭氧发生单元沿纵向设置，将臭氧制取空腔分隔为左腔室11和右腔室12，进水口6与右腔室12相连通，左腔室11与出水口7相连通，水从进水口6流入右腔室12中，然后穿过臭氧发生单元后流入左腔室11中，提高了水在臭氧发生单元上的交换效率，避免臭氧在臭氧发生单元上富集形成气泡；水流经过掺硼金刚石膜片3上的通孔喷出，在左腔室11内形成多道紊流，提高了水与臭氧的混合效果。
金刚石膜片是消耗型材料，使用时负极会有堆积，负极上堆积的析出物会导致电解效率持续降低。为了避免堆积，使用过程中正负极需要互换。本实施例中，通过控制电路实现正负极互换。控制电路图参见图9，图中，Q9、Q10 为N+P MOS（1278脚为NMOS管、3465脚为PMOS管）集合在一起的芯片，BBD是臭氧发生单元，VCC为工作电压，GND为地。
当电极A2为正电压，电极A1为地时，驱动电路为：DRIVE1单片机控制给0电平，DRIVE2单片机控制给1电平，此时Q10中NMOS管导通，7、8脚与1脚导通，即A1接GND，当A1接地后，Q9中的PMOS管导通，3脚与5、6脚导通，即A2接VCC,此时电路就会出现A2为正电压，A1接地。此时，电流从Q9的3脚VCC到A2经过负载流出再经A1到Q10 的1脚GND。
反过来当A1为正电压，A2为地时，驱动电路为：DRIVE1单片机控制给1电平，DRIVE2单片机控制给0电平，此时Q9中NMOS管导通，7、8脚跟1脚导通，即A2接GND，当A2接地后，Q10中的PMOS管导通，3脚跟5、6脚导通，即A1接VCC,此时电路就会出现A1为正电压，A2接地。此时，电流从Q10的3脚VCC到A1经过负载流出经A2到Q9的1脚GND。
这样，就可以实现电极A1和 A2的正负极互换，两个方向驱动。互换的频率根据具体负载使用情况来定，从而防止负极上析出物堆积。
实际使用时，可以装设于家用、医用或工业用设备中。本发明的金刚石电极可以采用中材人工晶体研究院的制备技术，安全无毒，电解时产生大约浓度为0.5~20mg/l的臭氧和羟基自由基，具有广谱高效的消毒杀菌作用，能降解几乎所有的有机物，包括大多数农残。广州市微生物研究所有限公司对本发明产品做了消毒测试，测试结果表明对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌等在短时间内的消杀率达到99.999%，对甲型流感病毒H1N1的消杀率能达到99.68%，均超过国家标准。
本发明产品所产生消毒水的主要杀菌因子是臭氧，水中含有的臭氧因子随着水分一起挥发，达到零残留的效果。臭氧水能与细菌细胞壁脂类的双键反应，穿入菌体内部，作用于蛋白即脂多糖，改变细胞的通透性，从而导致细胞溶解死亡。
本发明产品所产生消毒水能消灭新型冠状病毒，中国科学院武汉病毒研究所的检测结果表明，CT值为4.07mg/L-min的纳米气泡臭氧水在1分钟内完全灭活4log(4×104pfu/ml)的新型冠状病毒SARS-COV-2。
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种金刚石膜电解制取消毒水装置，其特征在于：包括装置底盖（1）、装置壳体（2）和臭氧发生单元，所述装置底盖（1）和装置壳体（2）组合形成臭氧制取空腔，该臭氧发生单元置于臭氧制取空腔之内，该装置壳体（2）上设有与臭氧制取空腔相连通的进水口（6）和出水口（7）；所述臭氧发生单元包括两块电极片（5），夹在两块电极片（5）之间的两块用于电解的金刚石膜片（3）以及夹在两块金刚石膜片（3）之间的离子膜（4）。
2.根据权利要求1所述的金刚石膜电解制取消毒水装置，其特征在于：所述金刚石膜片（3）上均匀布设有通孔。
3.根据权利要求2所述的金刚石膜电解制取消毒水装置，其特征在于：所述臭氧发生单元两侧分别设有弹性定位片（8），装配时，所述定位片（8）往中间收紧而固定住金刚石膜片（3）。
4.根据权利要求3所述的金刚石膜电解制取消毒水装置，其特征在于：所述弹性定位片（8）为弧形，相应地，所述装置底盖（1）内侧为弧面，装配时，所述定位片（8）的外侧弧面紧贴装置底盖（1）内侧弧面。
5.根据权利要求4所述的金刚石膜电解制取消毒水装置，其特征在于：所述定位片（8）与臭氧发生单元之间形成横向过水通道Ⅰ（9）和过水通道Ⅱ（10）。
6.根据权利要求4所述的金刚石膜电解制取消毒水装置，其特征在于：所述过水通道Ⅰ（9）的左端封闭或半封闭，过水通道Ⅱ（10）的右端封闭或半封闭。
7.根据权利要求1或2所述的金刚石膜电解制取消毒水装置，其特征在于：所述的臭氧发生单元将臭氧制取空腔分隔为左腔室（11）和右腔室（12），进水口（6）与右腔室（12）相连通，左腔室（11）与出水口（7）相连通。
8.根据权利要求1所述的金刚石膜电解制取消毒水装置，其特征在于：所述电极片（5）包括固定部分（15）和从固定部分延伸的接线片（16），所述固定部分（15）与金刚石膜片（3）贴合。
9.根据权利要求1所述的金刚石膜电解制取消毒水装置，其特征在于：所述金刚石膜片（3）为掺硼金刚石膜片。
10.根据权利要求1所述的金刚石膜电解制取消毒水装置，其特征在于：两块所述电极片（5）的正负极借助控制电路在设定频率下互换。
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