CN203834220U - 超量氢气杀菌洗衣机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种超量氢气杀菌洗衣机，属于洗衣机技术领域。该洗衣机包括洗衣机筒体和电解电源，洗衣机筒体内设置有至少一个电解单元，电解单元包括至少一对阴电极和阳电极，电解电源用于对所述阴电极和阳电极供电；成对的阴电极和阳电极之间设有透水性隔膜，透水性隔膜的透水孔径小于等于2毫米且大于等于1纳米。该洗衣机可生成含有大量超微气泡和强氧化因子并具有极好还原性洗涤用水，从而适用于女性（尤其是孕妇）和婴幼儿童的衣物洗涤。

Description

超量氢气杀菌洗衣机

技术领域

本实用新型涉及一种洗衣机，属于洗衣机技术领域。

背景技术

洗衣机是用来洗衣服的家电产品。然而，对于女性（尤其是孕妇）和婴幼儿童的衣物，则不仅仅是把衣服表面的污垢洗净，还有着其它更高要求：

1）衣物的杀菌消毒尤为重要。女性和婴幼儿童的皮肤都比较娇嫩，对于一般的洗衣机来说，它的功能仅仅就是把衣服表面的污垢洗掉，但是对附着在衣服上的病毒细菌确无能为力，这样的衣服给健康埋下了隐患。

2）现有洗衣机都难以避免衣物洗涤后残留有不同程度的洗涤剂。尤其是表面活性剂，很难漂洗干净。女性和婴幼儿童穿着残留有洗涤剂的衣物，很容易引起皮肤过敏，甚至诱发皮肤病。

为减少洗涤剂对人体的伤害，以及洗衣污水对环境的危害，而开发了可少用乃至免用洗涤剂的各种洗涤技术，国内外已公示有相当多的相关技术专利。

迄今已面世的无洗衣粉洗衣机技术有：

1）有隔离膜电解技术

将水电解为弱碱性水(PH值为9－11之间，相当于洗衣粉融于水后的弱碱性水)，与衣物污垢发生皂化反应，并使洗衣水产生活性氧和氢氯酸。已上市无洗衣粉洗衣机典型产品：日本三洋（超声波+电解）、海尔（有隔膜电解+暗藏一罐高浓度表面活性剂）、格力（有隔膜加盐电解以提高碱性）和伊莱克斯（电解离子水）等；

2）超声波技术；

3）臭氧技术，或臭氧+生物酶技术；

3）置放洗衣球辅助揉搓技术；

4）洗衣机内置电磁装置使水磁化技术；

申请人发现，上述现有无洗衣粉洗衣机技术之不足是：

1）主要是针对受污并不严重的衣物，其平均洗净比一般只能达到0.6到0.7（国标下限为0.7），洗涤力不强；

2）对于影响洗涤质量的重要因素——水的硬度，均无软化改善效果。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：提出一种可生成含有大量超微气泡和强氧化因子并具有极好还原性洗涤用水，从而适用于女性（尤其是孕妇）和婴幼儿童的衣物洗涤的超量氢气杀菌洗衣机。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案是：一种超量氢气杀菌洗衣机，包括洗衣机筒体和电解电源，所述洗衣机筒体内设置有至少一个电解单元，所述电解单元包括至少一对阴电极和阳电极，所述电解电源用于对所述阴电极和阳电极供电；成对的阴电极和阳电极之间设有透水性隔膜，所述透水性隔膜的透水孔径小于等于2毫米且大于等于1纳米。

上述技术方案中所述透水性隔膜也叫透水膜，是指透水孔径从毫米级到纳米级（本实用新型限定透水孔径范围是2毫米-1纳米）的透水隔膜，包括日常水处理使用的各种过滤膜，如：超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）和微滤膜（MF），等。

上述本实用新型公开的超量氢气杀菌洗衣机技术方案的工作机理及有益效果陈述如下。

本实用新型装置中的透水性隔膜并非常规采用的离子膜，而是在水电解领域中从未用过的一种隔离膜，本发明人创新地将透水性隔膜引入电解单元中作为阴、阳电极间的隔离膜。由此我们认为本实用新型的电解单元在工作时的反应过程除了常规电解反应过程以外，产生了一个新的重要反应过程，即水体低压冷等离子放电反应过程。具体分析如下：

1、电极尖端直径曲率与透水膜孔隙直径的等效模型

在水体放电中，诱发水中等离子体产生往往需要给予一个激发的初始高电压，影响初始电压主要因素之一即为放电电极的参数。在同等条件下电极材质、放电间距、电极直径（电极曲率半径）对初始激发电压都有影响。随着电极直径的减小，起始激发电压降低。从另一个角度说，在外加相同电压条件下，电极直径越小越有利于增强离子体通道中自由基产生的剧烈程度。在本实用新型中，阴阳电极之间有一层透水性隔膜，隔膜拥有无数个透水直径很小（毫米级乃至纳米级）的孔隙，从宏观看可视为将大范围电极的水中放电反应等效分解为无数个极小曲率半径电极的尖端放电。进而极大的降低了激发等离子体反应的初始电压。

水中电解时会生成大量超微气泡，其中有氢气泡也有氧气泡。而气泡的局部放电能大大增加反应活性分子的生成并且易于产生羟基等自由基，从而提高水中放电的反应效率。但是在气泡中产生放电需要气泡中的场强高于水中，要求整体电场较均匀；在本实用新型中，透水性隔膜将阴阳两组大电极分解为无数组子电极，但是所有子电极的材质、电压均相同。这就保证在宏观领域整体电场均匀排布，电解所产生的气泡在上升过程中所受电场较均匀，保证了放电反应的高效率。

2、增大接触面积，提高水中反应效率

众所周知，总体积相同的同等物体，被分成的个体越多总体的比表面积越大。同理，本实用新型与不加透水性隔膜的对电极放电情况对比，在产生等量气体的情况下，在无数个超微孔隙内水电解所产生的微气泡体积远远小于同等面积不加透水隔膜对电极电解所产生的气泡体积，而气泡数量也远远多于它。这就有效增加了气液两相接触的比表面积。而我们知道，等离子体次生成的各种氧化因子（如：羟基）主要发生在气液两相的接触面。也就是说：气液两相的接触面积越大，氧化因子的生成越多和反应越充分，水中有机物的降解、微生物杀菌效果更加优良，更进一步提高了水中放电反应的最终效率。

传统的水体等离子放电技术，为产生水体等离子放电，往往通过外部向水中导入气体，并施以加高强度脉冲电压或高温条件。本实用新型则创新将等离子放电引导到透水性隔膜的无数微小蓄水空间进行，依靠对水电解析氢、析氧反应生成的气体，进入膜中诱发水体自身气化，进而以极小电压激发出高效的水体等离子放电，其意义不仅在于效率的提高，还有效防止了因电流密度过大易导致生物性指标的恶化。

本实用新型装置中，如果透水性隔膜透水孔径过大（即微孔空间过大）等效于变相增大了电极直径（电极曲率半径）致使水中放电起始激发电压增高，并且使产生气泡体积变大减小了气液两相接触反应的比表面积。而透水性隔膜透水孔径过小（即微孔空间过小），会使电解产气无法发生或是产气效率极其低下，小到一定程度会导致隔膜内各微孔中无数个小曲率半径电极的尖端放电无法正常进行。因此，经过发明人的反复试验，确定透水孔径范围是2毫米-1纳米。

概括上述本实用新型的超量氢气杀菌洗衣机技术方案的有益效果是：本实用新型通过将具有一定孔径的透水性隔膜设置在阴、阳极之间，在常规电解反应过程以外带来了在透水性隔膜内微孔中形成水体低压冷等离子放电反应，从而可以高效的在水中生成具杀菌能力的暂态氧化因子。

具体实用效果是：1）水中形成有大量以氢气为主的超微气泡，富含大量超微氢气的水有助于将被洗涤物品中残留的各种有害物彻底去除；2）水中氧化因子可强化对水中污染物的洗涤清除效果，当用于强污染物洗涤用水场合时，δ越小，相关反应越激烈，洗涤、杀菌消毒效果越好，而且由于阴极和膜之间有强烈气泡冲刷，将源水中的钙镁离子及洗涤污染物冲出，反而有助于防止阴电极和膜之间的阻塞。

本实用新型在上述技术方案基础上的改进是：所述阴电极和阳电极的间距大于等于所述透水性隔膜的厚度且小于等于20毫米。

本实用新型装置中，同等电压情况下，阴阳电极间的距离越小（极端情况下阴阳电极间的距离=膜的厚度）水中电场强度越大，电极间的等离子通道更易形成，冷等离子体产生效率更高，生成的氧化因子越多。而且膜可以很薄（例如超滤膜可做到0.1mm～0.3mm），同等工況下的电解电压可以很低，甚至仅仅以一块3.7V锂电池供电，可以形成2安培以上的工作电流，现有技术是无法做到的。反之，拉大阴阳电极间的距离，生成的氧化因子相应减少，尤其是臭氧类强氧化剂的生成几率下降了。我们知道，臭氧大量产生于氧气以气泡形式通过放电区域。阴阳电极间距离增大，阳极析出氧气进入处于等离子放电状态的膜中的几率减少，对比而言臭氧就减少了。水中所生成的氧化因子，更多地表现为羟基类暂态氧化因子。这在某些用水场合恰恰是所需的。但是间距过大又带来效率的降低，甚至膜中放电过程无法进行。因此，经过发明人的反复试验，在超量氢气杀菌洗衣机中，阴电极和阳电极的间距大于等于所述透水性隔膜的厚度且小于等于20毫米为最佳。

本实用新型在上述技术方案基础上的进一步改进是：所述透水性隔膜是非导电性的透水性隔膜。这是因为，多数情况下，希望水中产生的氧化因子越多越好。导电性较好的透水性隔膜在放电反应时容易与相近的电极形成复合电极而影响水中放电反应的效果和生成物的种类，不可控因素较多，因此优选非导电性的透水性隔膜。

上述本实用新型技术方案的更进一步改进是：所述阴电极上开有第一通孔，所述第一通孔的孔径大于等于1毫米。通过这样的改进，可以有利于阴极反应更充分进行，并将阴电极与隔离膜之间区域产生的氢气泡更好导出。

上述本实用新型技术方案的再进一步改进是：所述透水性隔膜开有第二通孔，所述第二通孔的孔径大于2毫米。通过这样的改进可以有利于产生的气泡更好的导出，尤其是在阴阳电极与透水性隔膜间距较小时其气泡导出效果更好。第二通孔与透水性隔膜自身的透水孔区别在于：透水孔是隔膜自身固有的，第二通孔则是另外单独制作的。

在某些用水场合希望水中生成的氧化因子中，过氧化氢的成分能多一些，则可选用碳质材料膜（例如具有一定导电性的活性炭纤维布)。此时碳质隔膜等效于一个中间电极，靠阳极侧等效于中间阴极（而碳质隔膜与阴极间则等效于一个活性炭阳极-金属阴极对），基于活性炭阴极Fenton反应生成较多的H₂O₂；进一步地，我们可以通过两层以上不同性状隔离膜的优化组合，控制水中氧化因子的生成情况，即可以有效调节和控制氧化因子生成量。因此，上述本实用新型技术方案完善一是：所述透水性隔膜是单层透水性隔膜或者是多层透水性隔膜。其中透水性隔膜的一种具体材料是：所述单层透水性隔膜是超滤膜或采用碳质材料制成的单层透水性隔膜。

上述本实用新型技术方案的完善一是：所述电解电源是高电平窄脉宽的直流或交变脉冲电源。

上述本实用新型技术方案的完善二是：所述洗衣机筒体内设有波轮，所述电解单元沿洗衣机筒体内的波轮周圈均匀布置。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的超量氢气杀菌洗衣机作进一步说明。

图1是本实用新型实施例一的超量氢气杀菌洗衣机的内部局部结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1的电解单元的结构示意图。

图4是图3的爆炸图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的超量氢气杀菌洗衣机，参见图1和图2，包括洗衣机筒体10和电解电源。洗衣机筒体10内设置有至少一个电解单元20。本实施例的洗衣机筒体10内设置有四个的电解单元20，本实施例的洗衣机筒体10内设有波轮11，电解单元20沿洗衣机筒体10内的波轮11周圈均匀布置。

如图3和图4所示，电解单元20包括至少一对阴电极2和阳电极3。电解电源用于对阴电极2和阳电极3供电。成对的阴电极2和阳电极3之间设有透水性隔膜4。

本实施例的透水性隔膜4采用平均透水孔径0.03微米的单层PVDF超滤膜（聚偏二氟乙烯膜）；当然本实施例的超滤膜也可以采用其他材质的超滤膜，平均透水孔径在小于等于2毫米且大于等于1纳米之间均可。

透水性隔膜4与阴、阳电极的间距都是1mm，而且透水性隔膜4两端分别超出阴、阳电极一小段。

本实施例的阴电极2和阳电极3均采用钛基覆涂铂族氧化物（涂层厚度为0.8毫米）制成的惰性电极，阴电极2呈具有圆弧缺口的长方形片状，阳电极3呈具有圆弧缺口的长方形片状。阴电极和阳电极的表面均不开孔。

本实施例的透水性隔膜4是非导电性的透水性隔膜。

本实施例的电解电源采用高电平窄脉宽稳压30伏的直流脉冲电源，也可以采用交变脉冲电源。

本实施例的阴电极2和阳电极3在电解单元20内平行放置，阴电极2位于阳电极3的上方。

一、实验1

采用本实施例的电解单元20进行水电解实验，洗衣机为一台市售小鸭牌迷你洗衣机，电解单元20共4组，均布在洗衣机内底部。源水是源水为市供自来水，TDS=178mg/L，向洗衣机内注水约30升，电解时间为30分钟，每5分钟取水样测定一次。

以下实验中，水中气泡量（强度）以及水中氧化因子多少采用定性观测方法

①水中气泡量（强度）的目测分级：

从水中气泡为零～实验中相对气泡含量最大，分为0～5级；

②水中氧化因子的测定

如前所述，由于氧化因子在水中存留时间极为短暂，现有的检测方法（例如化学反应法和捕获法）的分析选择性和可信度还难以令人满意。同时考虑到本实用新型的电解单元20系专用于超量氢气杀菌洗衣机，侧重关心的是氧化因子的变化趋势级宏观作用。因此为简化重复实验工作量，专门研发了定性了解水中氧化因子总量的滴定液。通过自制滴定液滴定到水中后，观察水体颜色的变黄程度，分为5级，定性判定水中氧化因子含量：

无色——对应水中氧化因子基本为零，设为0级；

颜色最黄——对应水中氧化因子相对最多，设为5级；

从无色到颜色最黄中间颜色变化的程度不同分设为1、2、3和4级。

实验1结果如下表1：

表1

实验结果分析

随电解时间的增加，水中氧化因子量均呈正比例增长。

二、实验2

测验阴电极与透水性隔膜之间间距范围变化对装置工作特性的影响

将本实施例的阴电极2与透水性隔膜4之间的间距δ₂分别调整为：δ₂=10、7、4、1、0毫米五种情况。其他实验条件与上述实验1相同，实验1结果示于表2。

表2

实施例二

本实施例的超量氢气杀菌洗衣机与实施例一基本相同，与实施例一不同的变化是：1）透水性隔膜4同时紧贴在阴电极2和阳电极3上，透水性隔膜4与阴阳极的间距为0；2）透水性隔膜4两端分别超出阴、阳电极更长的一段。

实施例三

本实施例的超量氢气杀菌洗衣机与实施例一基本相同，与实施例一不同的变化是：1）阳电极3是采用石墨、活性炭等碳质材料制成的惰性电极；2）透水性隔膜4是采用石墨、活性炭等碳质材料制成的单层透水性隔膜；3）透水性隔膜4与阳电极3的间距δ₁是0.5mm；4）透水性隔膜4与阴电极2的间距δ₂是8mm。

实施例四

本实施例的超量氢气杀菌洗衣机与实施例二基本相同，与实施例二不同的变化是：1）在阴电极2上开有第一通孔21，通孔孔径取1mm；2）透水性隔膜4与阴电极2、阳电极3同长；3）透水性隔膜4紧贴阳电极3但与阴电极2分离，透水性隔膜4与阴电极2的间距δ₂是2mm。

实施例五

本实施例的超量氢气杀菌洗衣机与实施例四基本相同，与实施例四的变化是：1）透水性隔膜4开有直径φ2.1mm的第二通孔41，第二通孔41与第一通孔21数量相同且基本同心对齐；2）透水性隔膜4与阴电极2的间距δ₂是3mm。

实施例六

本实施例的超量氢气杀菌洗衣机，是实施例三基础上的变化，与实施例三不同的是：1）阴电极2和阳电极3均为圆片钛基涂覆铂族氧化物平面电极，尺寸均为直径48毫米，厚度1毫米；2）阴电极2均布开有梳状第一通孔21；3）透水性隔膜4有以下三种选择和设置：

①单层PVDF超滤膜，平均透水孔径0.03微米，厚度为0.5mm，不开孔，紧贴阴阳电极。

②两层膜叠加组合：第一层采用PVDF超滤膜，平均透水孔径0.03微米，厚度为0.5mm，不开孔，紧贴阳电极；第二层采用平均透水孔径0.05微米PVDF超滤膜片，厚度0.5mm，剪切成与阴电极2相同尺寸并开有梳状第二通孔41的圆片膜，紧贴阴电极；梳状第二通孔41与梳状第一通孔21位置方向相垂直。

③三层膜叠加组合：第一层采用活性炭纤维布，比表面积1200m²/g，浸水紧压后厚度约1.8毫米紧贴阳电极；第二层（中间层）采用PVDF超滤膜，平均透水孔径0.03微米，厚度为0.5mm，不开孔；第三层采用平均透水孔径0.05微米PVDF超滤膜片，厚度0.5mm，剪切成与阴电极2相同尺寸并开有梳状第二通孔41的圆片膜，紧贴阴电极；梳状第二通孔41与梳状第一通孔21位置方向相垂直。

检验透水性隔膜单层或多层组合对本实施例装置工作特性的影响的实验

本实施例的超量氢气杀菌洗衣机分别选择不同透水性隔膜4进行水电解实验如下：

1、实验条件

实验条件和检测方法与实施例一相同。分别以上述单层隔离膜及组合隔离膜，各电解15分钟，实验结果示于表3。

表3

本实用新型洗衣机，分别在广西玉林市、深圳市、上海市、山东淄博市、北京市，以当地市供自来水进行了考核实验，结果如下：

1、参照GBT4288-2003家用电动洗衣机附录A洗涤性能试验方法，分别以墨汁、牛奶、咖啡、果汁、红葡萄酒、食用橄榄油为污染液，制取样布，然后以另一台未改造的市售小鸭XPB30-B型MINI洗衣机为对比参照机，在相同的洗涤条件下进行了洗涤效果的定性比对试验。

1）在不另加洗衣粉的情况下，本实用新型样机的洗净度明显好于参比机；

2）本实用新型样机不加洗衣粉，参比机加洗衣粉，两者的洗净度相当；

3）本实用新型样机加入少量小苏打粉（约20克），参比机加洗衣粉，则本实用新型样机洗净度优于参比机。

2、将深圳、上海、淄博、北京所住旅店的浴巾和毛巾丢入本实用新型样机，只以当地市供自来水源水（无任何添加剂），洗涤5分钟后，洗衣机中的水均表现为黏黏滑滑且泛出大量泡沫，且闻到刺鼻漂白粉味道，说明其洗涤剂残留十分严重。

3、将广西梅雨季节所收藏发霉衣物尤其是毛绒织物投入本实用新型样机漂洗处理后，霉斑彻底去除。用干衣机风干后再入柜放置，至下一梅雨集取出观察，凡经本实用新型样机漂洗处理的，均无再发霉现象。而用常规洗衣机洗净，同样用干衣机风干后再入柜放置的又出现有发霉乃至霉斑现象。

4、本实用新型样机已历经一年多的连续使用考核，一直工作正常，原来担心的透水性隔膜长期处在重度污染下会否失效、阻塞、乃至短路，实际并未发生，说明其性能是稳定可靠的。

5、实验还发现，同样是添加洗涤剂的情况下，本实用新型样机所排废水中的阴离子表面活性剂（LAS）含量要比参比洗衣机的LAS残留量少。

6、经本实用新型样机洗涤的衣物还有一个特点，就是脱色现象大大减轻，所洗衣物的蓬松度较之用普通洗衣机加洗衣粉洗后结板情况形成鲜明对比。

本实用新型的超量氢气杀菌洗衣机不局限于上述实施例所述的具体技术方案，比如：1）透水性隔膜4可以是由活性炭纤维膜（毡）和超滤膜叠加复合而成的二层透水性隔膜，活性炭纤维膜靠近阳电极3（朝向阳电极3）并且包覆阳电极3的全部表面，朝向阴电极2（背离阳电极3）的超滤膜包覆阳电极3的部分表面（阳电极朝向阴电极2一侧的全部表面）或包覆阳电极3的全部表面，并且超滤膜的两端略微超出阳电极；2）阳电极3与阴电极2均采用钛基覆涂铂族氧化物（涂层厚度为0.8毫米）制成的惰性电极，均呈圆形片状；3）阴电极2上开有的第一通孔21的孔径可以是1.5、2mm等；4）透水性隔膜4开有第二通孔41的孔径可以是2.5、3mm等；5）阴电极2和阳电极3的间距大于等于透水性隔膜4的厚度且小于等于20毫米；6）本实用新型的上述各个实施例的技术方案彼此可以交叉组合形成新的技术方案，等等。凡采用等同替换形成的技术方案均为本实用新型要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种超量氢气杀菌洗衣机，包括洗衣机筒体和电解电源，其特征在于：所述洗衣机筒体内设置有至少一个电解单元，所述电解单元包括至少一对阴电极和阳电极，所述电解电源用于对所述阴电极和阳电极供电；成对的阴电极和阳电极之间设有透水性隔膜，所述透水性隔膜的透水孔径小于等于2毫米且大于等于1纳米。

2.根据权利要求1所述超量氢气杀菌洗衣机，其特征在于：所述阴电极和阳电极的间距大于等于所述透水性隔膜的厚度且小于等于20毫米。

3.根据权利要求1或2所述超量氢气杀菌洗衣机，其特征在于：所述透水性隔膜是非导电性的透水性隔膜。

4.根据权利要求3所述超量氢气杀菌洗衣机，其特征在于：所述阴电极上开有第一通孔，所述第一通孔的孔径大于等于1毫米。

5.根据权利要求3所述超量氢气杀菌洗衣机，其特征在于：所述透水性隔膜开有第二通孔，所述第二通孔的孔径大于2毫米。

6.根据权利要求3所述超量氢气杀菌洗衣机，其特征在于：所述透水性隔膜是单层透水性隔膜。

7.根据权利要求6所述超量氢气杀菌洗衣机，其特征在于：所述单层透水性隔膜是超滤膜或采用碳质材料制成的单层透水性隔膜。

8.根据权利要求3所述超量氢气杀菌洗衣机，其特征在于：所述透水性隔膜是多层透水性隔膜。

9.根据权利要求3所述超量氢气杀菌洗衣机，其特征在于：所述电解电源是高电平窄脉宽的直流或交变脉冲电源。

10.根据权利要求1或2所述超量氢气杀菌洗衣机，其特征在于：所述洗衣机筒体内设有波轮，所述电解单元沿洗衣机筒体内的波轮周圈均匀布置。