CN201131937Y - 一种臭氧水浸洗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种应用臭氧水对物品浸洗消毒的装置。被处理的物品浸在水箱(1)的水中，采用叶轮转动产生强烈的湍流漩涡，将臭氧发生器(3)产生的臭氧有效地混溶于水中，叶轮(9)设置在水箱(1)内，电机(3)在底座(2)内，采用联轴器(4)或磁力驱动的方法，使水箱(1)可便捷地从底座(2)上取下和放置上，用户使用安全方便；设置高位缓冲腔(16)，防止水倒流到臭氧发生器(3)内，提高臭氧发生器性能的稳定性；增设臭氧尾气毁灭装置(13)，减少臭氧释放到空气中；臭氧发生器(3)设置在水箱(1)上，冷却散热效果更好，结构更简单。

Description

一种臭氧水浸洗装置

所属技术领域

本实用新型涉及臭氧水发生以及浸洗消毒装置，特别是用于食品和器具的浸洗消毒，以及医疗保健方面，包括有水箱和臭氧发生器，被处理的东西浸泡在水中，臭氧持续地加入水中。

背景技术

臭氧是一种特性非常优秀的化学制剂，不仅能瞬间杀死各种细菌病毒，还能分解处理有害的化学污染物。由于臭氧短时间还原为氧气，无任何残留物，不造成二次污染，因而臭氧被称为最安全的“绿色”消毒剂，在工业水处理设备中已得到广泛的应用。在家庭民用，以及医疗保健方面，人们进行了不少尝试。有一种产品，类似养鱼缸加氧一样，在气泵和曝气头(或板)之间的管道中串接一臭氧发生器，曝气头在水箱底部，该产品技术原理源于工业水处理中的曝气加氧(加臭氧)工艺。

在曝气工艺中，水中气泡直径非常大，这是因为气泡要克服水的表面张力从曝气头(或板)上脱离，靠的是气泡的浮力，表面张力与气泡的直径的一次方成正比，浮力与气泡直径的三次方成正比，无论曝气孔的孔径有多小，气泡必须长到一定的尺度才能从曝气头上脱离，成为自由上浮的气泡。臭氧溶解于水中的效率和气泡与水的接触时间及接触面积成正比，接触面积与气泡的直径成反比，气泡越小，比表面积越大，曝气工艺不能增加比表面积，只能通过增加接触时间来提高臭氧的溶解效率。在工业应用中，曝气池深达数米、数十米都有，使得气泡从池底上浮到水面有数分钟的时间，即气泡在水中的停留时间达数分钟，这样可实现臭氧溶解效率达到70～80％。但上述家用产品中，水箱的深度最多才30厘米，在这样浅的水中采用曝气方法，臭氧溶解效率极低，百分之九十多的臭氧都释放到了空气中。空气中臭氧浓度过高，对人体有害，国家有相关的臭氧环境浓度标准。因而在家用小型产品中，采用曝气方法将臭氧加入水中，是一种技术原理就不合理的方法，这也就是该种产品一直没有推广普及的主要原因，另外，该产品在使用方面及产品的性能可靠稳定方面还有许多问题。

发明内容

本实用新型针对上述该产品的问题，提出一种全新结构的产品，采用高速转动的叶轮驱动水，产生强烈的湍流漩涡，依靠强烈的湍流漩涡将水中的气泡拉扯撕碎成更多更细小的气泡，得到更高的气水接触面积，从而实现高的臭氧溶解效率。采用水箱和底座可便捷拆装的结构，使用户操作方便，而且安全可靠。

本实用新型的技术方案是：主要部件包括有：水箱、底座、叶轮、电机、臭氧发生器，还有电源电器部件。被处理的东西浸泡在水箱内的水中，电机驱动叶轮转动，叶轮上的叶片驱动水运动，产生强烈的湍流漩涡，将混入水中的含臭氧的气泡拉扯撕碎成更多更细小的气泡，得到高的气水接触面积，实现高的臭氧溶解效率，本实用新型的特征是：电机在底座内，叶轮在水箱内，叶轮配有泵壳，构成水泵结构；水箱放置在底座上，水箱可便捷地从底座上取下和放置上；叶轮和电机之间的驱动连接采用了联轴器有轴驱动连接，或非接触磁力驱动连接。

所谓漩涡，就是在运动的流体的速度场中各点的速度不一致，有速度(矢量)梯度，湍流漩涡强度高，就是速度梯度高，在有气泡存在下，气泡表面各点的速度和流体(水)在该点的速度一致，但各点流体(水)速度不一致，其结果是球形气泡被拉扯变长、变薄，在湍流脉动的作用下，一个气泡被这样撕碎成两个或更多个气泡，也就是说克服水的表面张力，将水中气泡撕碎的力量是漩涡(速度梯度)，速度梯度越大，即漩涡越强烈，撕扯力也就越大，则能撕扯成更小的气泡，水中气泡越小、数量越多，气和水接触的面积就越大，臭氧气体溶解到水中的效率越高。

叶轮和泵壳构成水泵结构，转动的叶轮驱动水运动时，能产生湍流漩涡，叶轮转速越高，泵的流量越低，湍流漩涡强度越强。叶轮式泵有三种结构形式，一是轴流式，二是离心式，三是涡流式。轴流式产生的漩涡强度最低，从结构布局来说，也不适用于本实用新型中。离心式和涡流式结构布局适用于本实用新型，两者相比，在涡流式泵中，湍流漩涡强度最强。工业应用中的气液混合泵采用的就是涡流式泵结构，水中气泡直径小到20～30μm，臭氧溶解效率可达98％。

和曝气方法相比，本实用新型采用的方法，可以通过提高叶轮转速，降低泵的流量，采用涡流式泵结构，能得到足够强烈的湍流漩涡，使混合于水的气泡足够小，可实现适用于家庭民用以及医疗保健方面，在水深不足30厘米的水箱内，得到足够高的、可满足要求的臭氧溶解效率。

在本实用新型中，将叶轮设置在水箱内，水就在水箱内循环流动，省去了泵壳、水管接头等的密封防漏问题，可靠性高，避免由于漏水而导致的用电安全性问题。水箱可以便捷地从底座上取下和放置上，使内装有电器并带有外接电源插接线的底座可以固定不动，用户只需搬动水箱，取水、倒水和清洗水箱，不仅操作十分方便，又可防止搬动底座时，特别是清洗水箱时，水流入底座内，引起内部电器漏电、短路等不安全的问题。

电机在底座内，叶轮在水箱内，要实现水箱和底座可便捷拆装，必须解决电机和叶轮之间的驱动连接问题。本实用新型中采用了通过联轴器的有轴驱动和通过磁力的非接触无轴驱动。联轴器可分成两部分，一部分固定在叶轮的轴上，另一部分固定在电机的轴上，通过联轴器，电机的扭矩传递到叶轮上，并且还可补偿电机和叶轮两轴的相对偏移和错位。非接触磁力驱动更为优越，不存在有轴驱动时轴的密封防漏问题，允许电机和叶轮两轴有更大的相对偏移和错位，结构更简单，可靠性更高，可实现所有的转动件隐藏在机壳内，便于叶轮更换和清洗。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是叶轮采用有轴驱动的本实用新型的剖面特征结构示意图。

图2、4是叶轮采用磁力驱动的本实用新型的特征结构示意图。

图3是涡流式混合泵的特征结构示意图。

图中，1、水箱，2、底座，3、臭氧发生器，4、联轴器，5、电机，6、泵壳，7、叶片，8、箭头一表示水流方向，9、叶轮，10、永磁体A，11、永磁体B，12、空气干燥装置，13、臭氧尾气毁灭装置，14、尾气导管，15、箱盖，16、缓冲腔，17、臭氧导管，18、N极，19、S极。

具体实施方式

图1所示的本实用新型中，叶轮(9)和泵壳(6)构成的泵为离心式结构，离心式泵的主要特征是：进水口在轴中心，轴向进入，箭头(8)表示水进出泵的方向，叶片(7)在叶轮(9)的盘面上；如图中所示。水箱(1)的底壳一部分直接为叶轮(9)的泵壳(6)的下侧，上侧的泵壳(6)夹在下侧的泵壳内，由于水在水箱内循环，上下侧的泵壳之间的密封要求就可降低，因而结构就简单了；图中示出叶轮(9)和电机(5)的驱动连接是通过联轴器(4)的有轴驱动。联轴器的结构有许多种可选用，但必须考虑到可以便捷分合，比如采用环状齿形联轴器，齿的一面与轴线平行，该面为传力面，这种联轴器在一些家用电器产品中已有应用，如豆浆机、果汁机等；图中示出，臭氧发生器(3)设置在底座(2)内，本实用新型所采用的臭氧发生器选用电晕放电法，在底座(2)内还必须有驱动臭氧发生器的电源，通常采用18KHz以上的高频交流电；水箱(1)底周边伸出，扣在底座(2)上，水箱(1)与底座(2)之间的定位配合也就靠该结构保证；为了防止误操作，如水箱(1)没放置在底座(2)上，或水箱(1)在底座(2)上没有放置到位，电机(5)和臭氧发生器(3)可能被启动工作的误操作，可以在底座(2)上设置开关，水箱(1)底端相对应位置设置有能启动该开关的装置，比如采用不带锁的的按键开关、磁力开关(如干簧片，磁铁设置在水箱底)，只有在水箱(1)放置在底座(2)上到位后，才能启动电机(5)和臭氧发生器(3)工作。

图2所示的本实用新型中，电机(5)与叶轮(9)的驱动连接采用非接触磁力驱动连接。具体的结构为：叶轮(9)上设置有永磁体A，在与电机的转子相连的装置(比如转盘)上设置有永磁体B，与永磁体A相对应。当电机转动时，永磁体B转动，利用磁体同性相斥、异性相吸的特性，永磁体B通过磁力驱动永磁体A转动，即叶轮转动，这样就实现电机非接触无轴驱动叶轮。

图2中，叶轮(9)和泵壳(6)构成的水泵为涡流式结构，叶片(7)在叶轮(9)的外圆，进水口在泵的外园，如图3所示。图3所示的叶片(7)在叶轮(9)的外圆周，呈放射形排列。叶轮(9)转动时，叶片(7)沿圆周推动水运动，水不断地被加速，水的动能和势能(压力)不断提高。在涡流式的泵中，水被叶片(7)驱动，产生的湍流漩涡比离心式泵更为强烈，虽然涡流式泵中叶轮的机械能(动能)转换成水的机械能(动能和压力势能)的效率比离心式泵要低，但由于其湍流漩涡强度更高，因而其气水混合溶解效率也就更高，通常优先采用涡流式结构作气水混合泵。

图2中示出了本实用新型中的一重要特征，从臭氧发生器(3)通向叶轮(9)和泵壳(6)构成的水泵(气水混合泵)的管路中设置有缓冲腔(16)，并设置在水箱(1)的高位，缓冲腔(16)的进气口在上端，与臭氧发生器(3)连通，缓冲腔(16)的出气口在下端，缓冲腔(16)的流通面积大于进出气管的截面积，一般要两倍以上。缓冲腔(16)的作用是防止水返流进入臭氧发生器(3)。缓冲腔(16)设置在水箱(1)的高位，是采用自然方法，这是最可靠的方法，阻止静止状态(叶轮停转)时，水箱(1)中的水倒流进入臭氧发生器(3)；缓冲腔(16)容积大，进气口在上，出气口在下，防止非正常情况，如水箱加水、倒水时少许的水倒流，叶轮开启或停止的瞬间，产生瞬间反压，少许的水就存留在缓冲腔(16)内，一旦叶轮(9)转动，产生负压，就会把这些存留在缓冲腔(16)里的水抽去。

图2中示出臭氧发生器(3)配有空气干燥装置(12)，并且都在底座(2)内。设置空气干燥装置(12)的目的是提高臭氧浓度及产量，因为空气中的水份对电晕放电法产生臭氧的影响非常大，空气越干燥，臭氧产量越高。空气干燥可采用吸附干燥法，如采用硅胶，采用硅胶这类吸附剂干燥空气，有一问题：硅胶吸附饱和后必须更换、再生。为解决用户这一操作麻烦，可以在硅胶筒内配装加热再生装置，如果采用两个配有加热再生装置的硅胶筒，交替工作，使用就更方便了。还可以采用制冷干燥方法，采用半导体电子制冷技术，结构简单，体积小，非常适合在本实用新型中应用。

图2所示的本实用新型，配有箱盖(15)，在底座(2)内设置有臭氧尾气毁灭装置(13)，水箱(1)上有一根尾气导管(14)，一头在水箱的高位，另一头插入底座(2)与臭氧尾气毁灭装置(13)连通。由于不容易百分之百地将臭氧发生器产生的臭氧溶解于水，为消除或减小臭氧释放到空气中，则增设臭氧尾气毁灭装置，水箱(1)上加盖有箱盖(15)，使水箱(1)内溢出的尾气从尾气导管(14)排出，在释放到空气中之前，通过臭氧尾气毁灭装置(13)。毁灭臭氧的方法有：一、加热分解，臭氧遇高温(270℃)，瞬时分解为氧气；二、催化分解，采用催化剂，如MnO2/CuO，臭氧在催化剂的作用下加速分解；三、吸附过滤，如采用活性炭，臭氧经过活性炭过滤器，臭氧被吸附并分解。

在图4所示的本实用新型中，水箱(1)也配有箱盖(15)，并把臭氧尾气毁灭装置(13)设置在箱盖(15)上，这样结构更简单，省去了尾气导管(14)以及与底座(2)上的臭氧尾气毁灭装置(13)接插密封问题，也可以将臭氧尾气毁灭装置(13)设置在水箱(1)上，但这两种方案不宜采用加热分解毁灭臭氧的方法。图中有一显著的特征，臭氧发生器(3)设置在水箱(1)的侧壁上，这样的结构优点是：省去水箱上的臭氧导管与底座(2)内的臭氧发生器(3)的接插密封问题，可将缓冲腔(16)与臭氧发生器设计制造成一体部件；由于臭氧发生器是发热器件，必须有效地散热冷却，将臭氧发生器设置在水箱(侧壁或箱底)上，可以利用水箱中的水来冷却散热，散热效果更好。对于这种结构布局，应选用扁平形臭氧发生器，平行板式气隙放电结构的臭氧发生器比较适合。在图中，转动部件永磁体B(11)在底座(2)的壳内，没有外露的转动件，只有磁力驱动才能实现这种结构，其优点是：安全可靠，底座的外观整洁。

臭氧气体可以在进入泵之前就加入水中(预混合)，也可以将臭氧导管(17)直接插入泵中，通常插入的位置在进水口，如图3所示。泵后的出水口以某角度朝上，具有一定速度的水冲击被处理的物品，使其在水箱内翻卷，这样的效果会更好。设计时尽可能将永磁体A和B靠外缘，以增加永磁体A和B的半径位置，这样就提高了力臂长度，在同等的转动扭矩情况下，就可减小磁驱动力，如图2、3、4所示。在图2中，电机(5)中的转子通过轴与固定永磁体B(11)的装置相连接，驱动永磁体B(11)转动。图4所示出的电机(5)是一种无刷直流电机，电机(5)的转子是一环形磁体，在其外园，绕有线圈的定子在环形转子内。转子通过一圆盘与中心的轴连接固定，把永磁体B(11)设置在该圆盘上，这样总体上更加简单、紧凑。无刷直流电机不仅效率高、寿命长，而且安全可靠，因而在家用电器中应该是首选。

为了充分利用磁体之间的吸力，产生有效驱动叶轮转动的力矩，永磁体A和永磁体B上的N-S极方向为(电机和叶轮的)轴向，如图4所示。这样设置，永磁体A和永磁体B之间的磁力线距离最近，则两磁体之间的吸力最大。永磁体B驱动永磁体A转动时，由于叶轮负载的作用，两相对应的永磁体A和B要错位，利用磁体同性相斥、异性相吸的特性，叶轮(9)上的永磁体A的布置采用相邻近的两永磁体极性方向相反，如图3所示。两相对应的永磁体A和B是极性相反，则相吸，永磁体B和对应的永磁体A所邻近的永磁体A则是极性相同，产生推力。由于两对应的永磁体A和B有错位，永磁体B和叶轮上两相邻近的永磁体A都有作用力，一是吸力，另一是推力，这样磁力得到更充分的利用。永磁体有许多种，其中钕铁硼永磁体，从成本和磁力强度综合来讲，更优秀，本实用新型中永磁体首选钕铁硼。

应用本实用新型，在家用方面，可设计制造出餐具、蔬菜水果清洗消毒机；在医用方面，可设计制造出医疗器械的清洗消毒设备。

Claims (10)

1、一种臭氧水浸洗装置，包括有：水箱(1)、底座(2)、叶轮(9)、电机(5)、臭氧发生器(3)；电机(5)驱动叶轮(9)转动，叶轮(9)上的叶片(7)驱动水运动，其特征在于：电机(5)在底座(2)内，叶轮(9)在水箱(1)内，叶轮(9)配有泵壳(6)；水箱(1)放置在底座(2)上，水箱(1)可便捷地从底座(2)上取下和放置上；叶轮(9)和电机(5)之间的驱动连接采用了联轴器(4)有轴驱动连接，或非接触磁力驱动连接。

2、根据权利要求1所述的臭氧水浸洗装置，其特征在于：叶轮(9)和泵壳(6)构成的水泵采用了涡流式泵结构。

3、根据权利要求1所述的臭氧水浸洗装置，其特征在于：非接触磁力驱动连接的结构是：在叶轮(9)上设置有永磁体A(10)，在与电机(5)的转子相连的装置上设置有永磁体B(11)，并与永磁体A(10)相对应。

4、根据权利要求3所述的臭氧水浸洗装置，其特征在于：永磁体A(10)和永磁体B(11)的极性N-S方向为轴向。

5、根据权利要求4所述的臭氧水浸洗装置，其特征在于：叶轮(9)上的两相邻近的永磁体A(10)的极性相反。

6、根据权利要求1所述的臭氧水浸洗装置，其特征在于：在水箱(1)上高位处设置有缓冲腔(16)，缓冲腔(16)的进气口在上端，与臭氧发生器(3)连通，缓冲腔(16)的出气口在下端。

7、根据权利要求1所述的臭氧水浸洗装置，其特征在于：臭氧发生器(3)设置在水箱(1)上。

8、根据权利要求1所述的臭氧水浸洗装置，其特征在于：在底座(2)内设置有空气干燥装置(12)。

9、根据权利要求1所述的臭氧水浸洗装置，其特征在于：在底座(2)内、或水箱(1)上、或水箱盖(15)上设置有臭氧尾气毁灭装置(13)。

10、根据权利要求1所述的臭氧水浸洗装置，其特征在于：在底座(2)上设置有开关，水箱(1)底下相对应的位置设置有启动该开关的装置。

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