TWI802019B - 多層電極套管之高壓水臭氧產生裝置與臭氧泡澡系統 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種多層電極套管之高壓水臭氧產生裝置，以及一種藉由此裝置所組成之臭氧泡澡系統，主要利用一種多層電極套管方式，將傳統平板形狀之電解電極，以圓筒形導電套管一層套上一層方式直接取代，因為圓周面積增加的關係，有效擴大電解電極之接觸面積，使得臭氧水的濃度與出水速度可以增加許多；另外藉由高壓水艙的電解槽設計，將電解水的環境，從常壓下改變成高水壓下直接產出氣體微泡，導致這些水中氣體微泡被壓縮得更細小且更溶入水中，因此變成非常穩定，不易從水中飄散至空氣中。最後，本發明更利用一個螺旋高壓管，將加壓產生的臭氧氣體微泡水，加長其高壓力行程，使得水中臭氧微泡變成更能鎖定在水中，在泡澡時不會讓人或動物吸到臭氧，減少許多危險，形成一種高品質的臭氧泡澡水。

Description

多層電極套管之高壓水臭氧產生裝置與臭氧泡澡系統

本發明係有關於一種利用圓筒形的多疊層導電套管，取代平面電極，做為電解式臭氧產生器的一種新穎裝置，特別是該中空套管可以在外層管包覆內層管的狀態下，一層套上一層，且每外層與內層，均連接不同的電力極性，而最外層本身也是一個帶負電的電解電極，並以此多層之電極套管做為高壓水艙，在高壓的自來水打入之後，即可流出帶有高濃度臭氧微泡之臭氧水，並可做為人類或動物的泡澡之用。

由於一般的電解式臭氧產生器，大都需要一個電解槽，並以兩片平面的電極板，浸入在一個電解液之中，藉由在陰、陽電極中，連結負、正電之後，利用電解作用產出臭氧，而由於這些臭氧是從水中產生出來的，因此這些含有臭氧氣泡的水，就是所謂的臭氧水，可以用來殺菌消毒。

然而，這些方法都是在常壓之下進行的，因此所產生出來的水中臭氧氣泡通常較大，這樣的臭氧水在使用時，它的臭氧氣體很容易就會從水中散逸到空氣中。另外，傳統方式利用平面電極板的結構，當遇到需要快速產生臭氧的應用時，通常會加大電解作用之極板面積，因此將會 非常地佔用空間，而且這些電解槽的外殼，除了做為外殼包覆作用之外，並沒有其他用途，因此整體來說，傳統電解臭氧的方式，其效能還是有很大的改善空間，如何使臭氧氣泡變得更小、更溶入水中、且能更快產出、更提高臭氧的濃度、或更節省裝置的整體空間等問題，即成為本領域專家所欲解決的問題。

根據研究報告，臭氧的性質活潑，是強力的氧化劑。臭氧的標準還原電位2.07比次氯酸1.49更高，而且臭氧不會產生致癌的三鹵甲烷類消毒副產物。臭氧不會殘留，會自動回復成氧氣，是優良的消毒劑，工作時很有效率，離開時也不拖泥帶水，收拾的乾乾淨淨，沒有殘留副產物。臭氧比氯及其他化學藥劑的優點更多，大致上的優點如下：1.臭氧可以殺死的微生物總類比氯還要多，特別是抗氯力強的病毒或細菌，只有使用臭氧才能殺死。2.殺菌速率比氯快，因而可以降低接觸時間，減少反應槽體積，增大處理量。3.臭氧在完成氧化、消毒後，臭氧會自行還原成氣。而氯仍會殘留於水中，需要後續處理才能消除之。4.臭氧不會產生有致癌風險的消毒副產物。而氯消毒會產生氯胺類、三鹵甲烷類之消毒副產物。而法規對於自來水、廢水的消毒副產物管制將越趨嚴格，臭氧將會取代大部分的氯。5.臭氧無法儲存，必須現場製造立刻使用。因此不像氯氣有發生運輸洩漏的風險，也沒有儲存問題。6.臭氧水氣泡機只要一個，就可以持續製造臭氧水。而加氯系統，則需要持續購買氯氣。臭氧的殺菌力為氯的3000倍，消毒力為甲酚原液的30倍。我們知道，細菌是以蛋白質、RNA、DNA為主要成分的，大都由多醣類、蛋白質、脂質等構成。而病毒則是由蛋白質、RNA、 DNA所構成。要使細菌或病毒死亡以及不活性化，必須損傷其成分或加以破壞、分解。臭氧能滲透到細菌或病毒中，使其變成酵素。而RNA、溶黴菌等物質會被分解，DNA則於受損後擊潰。

在水的所有汙染物中，包括腸細菌、病菌、與原蟲袍囊等自然發生的致病源裡，相比於其他重金屬的汙染源來說，生物性的致病率及惡性效果要來得更嚴重，因為微生物所引起的有關疾病，較容易以感染的方式傳播開來，因此對於消滅或過濾供水中的生物汙染物，就變成十分重要。常用於水中的殺菌消毒技術有4種，亦即氯氣化、臭氧化、超微過濾、以及紫外線等。在水中，臭氧比氯氣有效150倍以上，更重要的是臭氧使用後所留下的殘餘物為氧氣，因此，臭氧實際上已成為全球最重要的殺菌劑。另外，以電解法製造臭氧已經問世160年以上，電解時，是在電解槽的陽極上施加直流低電壓與高電流密度方式，來產生臭氧，雖然電解法比電暈放電法消耗更多的能量(約6：1)，但電解法具有更高的電流效率(電解法能超過50%，而電暈放電法只有2%)，且電解法可以直接在水中產出臭氧微氣泡，因此不像電暈放電法，仍需要將臭氧氣體再想辦法打入水中或溶入水中，總結來說，臭氧在水中是一種強烈但環保的氧化劑，它的功能可以：殺菌、氧化、微聚凝化、脫色除臭，高級氧化、抑制微生物等，所以幾乎居家環境中的任何東西，都可以使用臭氧水來做為清洗劑的，而由於臭氧水屬於氣體溶膠狀態下的水，這樣的水質用來做為沐浴時，可以很有效的清除皮膚上的各種病毒、細菌、或微生物等，同時也可以將老化的皮膚角質層很容易地軟化或去除掉，因此可成為一種非常好用的泡澡水。

本發明的一個目的，在於提供一種直接於高壓水艙中產生臭 氧微泡的新穎電解法，並藉由螺旋式的加長加壓管道，讓水中臭氧微泡能變得更微小，在此架構下，可以避免傳統常壓下電解法產生出來的臭氧氣體，因為氣泡較大而不容易溶於水的問題，而也正因為本發明產出的臭氧水，其臭氧氣體很難從水中散逸至空氣中，因此可直接使用於泡澡上面，不會有吸入太多臭氧毒性的問題。

本發明的另一個目的，即在利用一種多層電極的圓筒套管，可以在節省空間之下，擴大電解電極的相互接觸面積，並且可以利用套接更多內管方式，增加更多同時工作的電解電極。

為實現上述目的，本發明提供一種利用多層式的圓筒型電極套管，藉由注入高壓水來產出更細緻臭氧水的裝置，首先在其內可設有至少三層的圓筒型電極套管，並由外、中、內三層，一層套上一層，構成一個高壓水艙，且分別連結負、正、負之三個電解電極，當其內部充滿高壓水體時，就直接對各層圓筒電極送電，進行電解，因此在高水壓之下，能擠壓出更為細小、且更溶於水的臭氧微泡水，且由於電極套管把傳統的平板電極方式，改變成圓筒管壁方式，讓正負電極之間的接觸面積變大很多，因此能更快速產出臭氧，再加上最外層管雖做為外殼，但同時也是進行電解的一個電極之下，將可以大量提升電解的效能，在有效應用疊層套管之結構下，也大大地縮小了佔用空間，另外更藉由一個螺旋式的高壓管，來加長這個加壓氣體微泡的過程，一舉解決了長久以來的這些問題，因此本發明所提出之這個革命性的新架構，預期將會帶給臭氧水機的產業領域，一個前所未有的大改變。

為讓本發明的各部技術特徵和優點能更明顯易懂，以下透過 實施方式與實施例，並配合所附圖式作詳細之說明。

1:外層管

2:中層管

3:內層管

4:高壓水艙

5:螺旋高壓管

6:加壓水進水口

7:臭氧微泡出水口

8:回流接管

9:氣體微泡

11:外層電極

12:中層電極

13:內層電極

14:絕緣底座

15:電源

16:氣體過濾模組

20:臭氧產生裝置

21:壓力表

22:調壓閥

23:臭氧泡澡水

24:加壓泵浦

25:電磁閥

26:手動閥

27:自來水進水口

28:臭氧泡澡桶

29:臭氧濃度檢測器

50:多層電極套管

60:電極組

第1圖係本發明主要模組之剖面示意圖；

第2圖係本發明多層電極套管之立體示意圖；

第3圖係本發明螺旋高壓管連結路徑之立體示意圖；

第4圖係本發明臭氧泡澡之系統架構圖；

第5圖係本發明具有臭氧濃度檢測器之實施例圖。

請參閱第1至第3圖所示，本發明為一種多層電極套管之高壓水臭氧產生裝置及利用此裝置組成之一種臭氧泡澡系統，其中，該多層電極套管之高壓水臭氧產生裝置中，包含有一多層電極套管50、一螺旋高壓管5、一電極組60、一加壓水進水口6、及一臭氧微泡出水口7所組成，其中該多層電極套管50之最外層管1也是一個外殼管，其內包覆有一中層管2，該中層管2內又包覆有一內層管3，該外、中、內所組成之至少三層電極套管，皆可由中空圓筒之導電材料所構成，一層包覆一層之下，其管壁之間相互靠近但不相碰觸，其中該中層管2與該內層管3之頂端皆設有至少一開口，可由平切圓方式，或在頂端打上許多洞口的方式，讓水可以從頂端之管口流出；該外層管1與該中層管2之底端皆封閉，並與一絕緣底座14相結合，可使用習知水管螺旋式密閉接頭來固定並達成完全防水，因此在高水壓下也能做到不漏水，而該內層管3之底端，也與該絕緣底座14相結合，然而在底端的中心不做封閉，且另設置一個加壓水進水口6，可利用加壓馬達來將水加壓後送入該內層管3，並隨即充滿各層管子，之後通過該外層管1 頂端所連結之一回流接管8，引導高壓水流順勢流入至該螺旋高壓管5內，因此在該外層管1所包覆之空間內，包含該多層電極套管50之各層套管的管壁之間，以及該螺旋高壓管5之內，都將充滿高壓的水體，並共同形成一高壓水艙4。

其中，該螺旋高壓管5可為中空之多層螺旋管狀，其螺旋結構之環繞直徑略大於該外層管1之直徑，因此可完整地環抱捲繞於該外層管1之外圍上，由於其一端連結於該回流接管8，另一端連結至一臭氧微泡出水口7，因此該內層管3底端之加壓水進水口6所流入之加壓水，即可透過該回流接管8流入該螺旋高壓管5內，且於該螺旋高壓管5仍保持高水壓狀態下，經過一個多層螺旋的迴路，在持續保持壓力下的一段加長行程之後，才得以從該臭氧微泡出水口7流出。

該電極組60分別將電源15不同的正負電力極性，或可說是陽極與陰極，連接至該多層電極套管50內之各層套管上，採相鄰兩層不同電力極性方式，且最外層管1為陰極方式，依序向內反置其極性連結供電，例如，該外層電極11之一端連接至電源之陰極，另一端連接至該外層管1，該中層電極12之一端連接至電源之陽極，另一端連接至該中層管2，該內層電極13之一端連接至電源之陰極，另一端連接至該內層管3，以此方式達成各相鄰的兩個電極，一個是正極或陽極，另一個就是負極或陰極，反之亦然，在這樣的配置之下，最外層管1之電極可設置為陰極接地，因此就不會讓外界有觸電的問題，且在任兩個電極之間，都能產生電解所需要的電壓差，這個電壓差可以使用直流低電壓的方式，來對自來水或電解液等進行電解，在一個實施例中，電源15可以採用24伏特(V)的電壓，即可進行高效率 的電解。

因此，當電源15開啟之後，在該高壓水艙4內的水中，透過該多層電極套管50圓筒管壁之間的陰、陽極電解作用，將可產出電解水之後的氫氣、氧氣、與臭氧等氣體微泡9，由於本裝置巧妙藉由圓筒管壁之圓周方式，擴大了許多電極接觸之面積，以及在該外層管1之內的有限空間下，同時可疊層多個內部套管來增加更多電極方式，因此可以大量提升電解反應之效率，快速產出高濃度之氣體微泡水，且能節省臭氧產生裝置的整體使用空間，另外，在高水壓狀態下，各電解電極所產生出來氣泡，從原本的無壓力下較大的體積，會被周遭環境的水壓給壓縮的變成較小，且很快脫離電極板向周圍擴散開，這個過程類似深海的氣泡浮上海面時會變大的原理是一樣的，另外在高水壓下，電解氣泡逐漸成型到脫離獨立，其樣態張力及黏滯力的臨界點會降低，也就造成產生的氣泡變成更為細小，尤其是經過該螺旋高壓管5之加長高壓行程下，最終使得於該臭氧微泡出水口7產出之氣體微泡9，因為長時間壓力及迴旋擠壓的效應，將可變成更多、更為細小、且更溶於水中，對比於其他傳統常壓下之電解氣泡水方式，因為其在水中之氣泡較大，很容易就會飄散至空氣中，因此在本發明結構下，這些高壓氣體微泡水，在正常接觸空氣的使用之下，其水中氣體微泡9不易消散至空氣中，因此使用本裝置，將可輕易快速產出一種高品質的臭氧水。

其中該外層管1、或中層管2、或內層管3，可直接由白鐵或不鏽鋼之導電金屬管所構成，或由電鍍一層內外導電薄膜之管子所構成，該管子將不限於使用圓管，因此該管子之橫截面可為多邊形、三角形、圓形、橢圓形、方形、或長方形；而該三層套管之底部，亦可連結一個由不 導電之絕緣體所製成的防水密閉之絕緣底座14，來做為固定之用。

其中該外、中、內所組成之三層套管，可依此包覆方式套上更多層次之導電電極套管，來做為電解電極，其兩兩相鄰管壁之間的距離，例如該外層管1之內壁與該中層管2之外壁之間，或該中層管2之內壁與該內層管3之外壁之間，可依照所設之輸入電壓大小，利用各外、內管子之內、外徑，設定其適當距離，形成一個多層套管式的管柱形電解槽，其中在一個24伏特(V)的電解電壓之實施例中，其適當距離可以在1mm~5mm之間，而且這個管柱形電解槽，在大眾熟知常用的習慣上，更可以是一種圓柱形電解槽、或圓筒型電解槽。

其中該氣體微泡9中，由於包含了氫氣、氧氣、與臭氧等屬於氣體溶膠狀態下的水，這樣的水質用來做為沐浴時，可以很有效的清除皮膚上的各種病毒、細菌、或微生物等，同時也可以將皮膚老化的角質層很容易地軟化或去除，因此可成為一種非常好用的泡澡水。另外，如果需要將臭氧以外的氣體微泡9濾除，僅留下含臭氧氣體的水，也可以利用在該回流接管8內設置有一氣體過濾模組16，藉由薄膜或是自動氣體閥方式，可讓氣體微泡9中的臭氧通過進入該螺旋高壓管5內，並將其他氣體從該回流接管8直接排放出去。

本發明另一個技術特點，請參閱第4及第5圖所示，同時參考第1至第3圖，即是利用上述裝置組成了一種臭氧泡澡系統，其中包括有一臭氧產生裝置20、一加壓泵浦24、一調壓閥22、及一臭氧泡澡桶28等，構成此一新穎之系統，其中該臭氧產生裝置20之結構，即如該多層電極套管之高壓水臭氧產生裝置所述，其內可設有至少三層的多層電極套管50，並 由外、中、內三層分別連結陰、陽、陰(或負、正、負)之該電極組60，成為三個電解電極，在該高壓水艙4內部充滿高壓水體之下進行電解，將可產出更溶於水中且不易散逸至空氣中之臭氧氣體微泡9。

其中，該加壓泵浦24之一端可連結於該加壓水進水口6，一端接上自來水進水口27，可將自來水加壓送入該加壓水進水口6之內，該調壓閥22連接於該臭氧微泡出水口7，經適當調整該調壓閥22，或加大該加壓幫浦24之壓力，可將該高壓水艙內之水體加壓成高水壓狀態，該臭氧泡澡桶28則可置於該調壓閥22之後來接收所製成之臭氧水。例如，調整該調壓閥22減少出水量之後，同時調高該加壓幫浦24，可將該高壓水艙4內之水體加壓成高水壓狀態，由於此時該高壓水艙4內之電解槽仍持續產出氣體微泡9，而在高水壓狀態下之氣體微泡9，將被擠壓成更細小的氣泡，因此氣泡將更溶於水中，且流出之水體中，其內之氣體將更不易散逸至空氣中，其中，原本常態下較難溶於水中的臭氧氣體，在此壓力及螺旋循環的結構下，也將可以更大量地溶於水中，快速產出臭氧水，且久久不易自水中飄散至空氣中。

於該臭氧產生裝置20流出臭氧泡澡水之後，人體或動物可以進行泡澡，由於水中充滿臭氧氣體微泡9，因此可以具有消毒殺菌之功效，且由於高壓下所製成之臭氧氣體微泡9不易散逸至空氣中，人或動物在泡澡時將可大大減少吸入太多臭氧之危險。

其中該臭氧微泡出水口7與該調壓閥22之間，可設有一壓力表21，使得用戶可以得知目前該高壓水艙4內的水壓狀態或數值，該加壓泵浦24與該自來水進水口27之間，亦可設有一電磁閥25或一手動閥26，可以 控制自來水進水的開啟或關閉。另外，在該臭氧泡澡桶28之內或水面上，則可設有一臭氧濃度檢測器29，當泡澡水中之臭氧濃度太高或太低時可發出警訊，或可自動調整該調壓閥22，減少或增加一些出水的速度，好讓電解產生出來的臭氧含量能保持一定的安全濃度。

由上述具體實施說明可知，本發明與現有技術相較之下，本發明具有以下之技術效果：

1.本發明提出一種多層電極套管50方式，將傳統上各種平板形狀之電解電極，以外殼管及各內層管採一層套上一層方式取代，各層管皆可使用水管密閉接頭螺旋鎖定，結構雖簡單，卻可堅固耐用。

2.本發明的各層電極套管50之間，因為圓周面積增加的關係，其有效電解之接觸面積，比起傳統平板式電極之面積，大上許多，且在相同電解槽體積下，利用疊套的多層電極，其內外層自然構成之電壓差，可以大量提升電解的效率，因此使得臭氧水濃度和製造速度可以增加許多。

3.本發明首次揭露一種高壓水艙的電解槽設計，將電解水的環境，從常壓下改變成一種在高水壓狀態下，直接電解產出氣體微泡，在高水壓下，這些水中氣體微泡被壓縮得更細小更溶入水中，因此變成非常穩定，不易從水中飄散至空氣中。

4.本發明利用一個螺旋高壓管，將加壓產生的臭氧氣體微泡水，經過這個螺旋高壓管的加長高壓行程下，使得於水中臭氧微泡因為長時間壓力及迴旋擠壓的效應，變成更能鎖定在水中，在泡澡時不會讓人或動物吸入太多臭氧，減少許多危險，也形成一種高品質的臭氧泡澡水。

綜上所述，本發明之多層電極套管之高壓水臭氧產生裝置與 臭氧泡澡系統，確實能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明未曾公開於申請前，誠以完全符合發明專利之申請要件，爰依法提出申請，盼 審委早日賜准本發明，倘若 鈞局審委有任何稽疑，請不吝來函指示，發明人定當竭力配合，實感德便。

1:外層管

2:中層管

3:內層管

4:高壓水艙

5:螺旋高壓管

6:加壓水進水口

7:臭氧微泡出水口

8:回流接管

9:氣體微泡

11:外層電極

12:中層電極

13:內層電極

14:絕緣底座

50:多層電極套管

Claims (8)

1. 種多層電極套管之高壓水臭氧產生裝置，包含：一多層電極套管，該多層電極套管之外層管內，包覆有一中層管，該中層管內又包覆有一內層管，該外層管、中層管、及內層管所組成之多層電極套管，皆由中空之導電材料所構成，其管壁之間相互靠近但不相碰觸，在該中層管與該內層管之頂端皆設有至少一開口，該外層管與該中層管之底端皆封閉，該內層管之底端連結有一加壓水進水口，使得經過加壓之水可流入該內層管，並通過該外層管頂端所連結之一回流接管流出，因此在該外層管所包覆之空間內，包含各層電極套管之管壁之間，都將充滿水體，以使該多層電極套管形成一高壓水艙；一螺旋高壓管，其為中空之多層螺旋管狀，環繞於該外層管，其一端連結於該回流接管，另一端連結至一臭氧微泡出水口，以使該內層管底端所流入之加壓水，透過該回流接管流入該螺旋高壓管內，並經過一個多層螺旋的迴路，在持續保持高壓狀態下的加長行程之後，從該臭氧微泡出水口流出；一電極組，分別將電源之不同的電力極性，連接至該多層電極套管內之各層套管上，採相鄰兩層不同電力極性方式，且外層管為陰極方式，依序向內反置其極性連結供電；當電源開啟之後，該高壓水艙內的水體中，透過該多層電極套管的管壁之間的陰、陽極電解作用，將產出氫氣、氧氣、與臭氧之氣泡，並在高水壓及經過該螺旋高壓管之加長行程之下，該臭氧微泡出水口流出氣體微泡水。
2. 如請求項1所述之多層電極套管之高壓水臭氧產生裝置，其中 該多層電極套管之各層管，直接由白鐵或不鏽鋼之導電金屬管所構成，或由電鍍一層導電薄膜之管子所構成，該管子之橫截面為三角形、圓形、橢圓形、方形、或長方形；該多層電極套管之底部，連結一個由不導電之絕緣體所製成的防水密閉之絕緣底座。
3. 如請求項1所述之多層電極套管之高壓水臭氧產生裝置，其中該多層電極套管係具有三層以上電極套管之多層式的圓柱形電解槽。
4. 如請求項1所述之多層電極套管之高壓水臭氧產生裝置，其中該回流接管內設有至少一氣體過濾模組，藉由薄膜方式，讓臭氧微泡通過進入該螺旋高壓管內，並將其他氣體排放出去。
5. 一種臭氧泡澡系統，其包括：一臭氧產生裝置，其結構係如請求項1所述之多層電極套管之高壓水臭氧產生裝置，並且該臭氧微泡出水口流出臭氧泡澡水；一加壓泵浦，其一端連結於該加壓水進水口，另一端接上自來水進水口，以將自來水加壓送入該加壓水進水口；一調壓閥，連接於該臭氧微泡出水口，經適當調整該調壓閥，可將該高壓水艙內之水體加壓成高水壓狀態；一臭氧泡澡桶，置於該調壓閥之後，以供該臭氧泡澡水流入。
6. 如請求項5所述之臭氧泡澡系統，其中該臭氧微泡出水口與該調壓閥之間，設有一壓力表。
7. 如請求項5所述之臭氧泡澡系統，其中該加壓泵浦與該自來水進水口之間，設有一電磁閥或一手動閥。
8. 如請求項5所述之臭氧泡澡系統，其中於該臭氧泡澡桶之內或水面上，設有一臭氧濃度檢測器，當臭氧泡澡水中之臭氧濃度太高或太低時會發出警訊，或自動調整該調壓閥，以增加或減少一些出水的 速度，使得電解產生出來的臭氧含量能保持一定的安全濃度。

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