專利名稱：一種臭氧水浸洗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及臭氧水發(fā)生以及浸洗消毒裝置，特別是用于食品和器具的浸洗消毒，以 及醫(yī)療保健方面，包括有水箱和臭氧發(fā)生器，被處理的東西浸泡在水中，臭氧持續(xù)地加入水 中。
背景技術：
臭氧是一種特性非常優(yōu)秀的化學制劑，不僅能瞬間殺死各種細菌病毒，還能分解處理有 害的化學污染物。由于臭氧短時間還原為氧氣，無任何殘留物，不造成二次污染，因而臭氧 被稱為最安全的"綠色"消毒劑，在工業(yè)水處理設備中已得到廣泛的應用。在家庭民用，以 及醫(yī)療保健方面，人們進行了不少嘗試。有一種產(chǎn)品，類似養(yǎng)魚缸加氧一樣，在氣泵和曝氣 頭(或板)之間的管道中串接一臭氧發(fā)生器，曝氣頭在水箱底部，該產(chǎn)品技術原理源于工業(yè) 水處理中的曝氣加氧(加臭氧)工藝。
在曝氣工藝中，水中氣泡直徑非常大，這是因為氣泡要克服水的表面張力從曝氣頭(或 板)上脫離，靠的是氣泡的浮力，表面張力與氣泡的直徑的一次方成正比，浮力與氣泡直徑 的三次方成正比，無論曝氣孔的孔徑有多小，氣泡必須長到一定的尺度才能從曝氣頭上脫離， 成為自由上浮的氣泡。臭氧溶解于水中的效率和氣泡與水的接觸時間及接觸面積成正比，接 觸面積與氣泡的直徑成反比，氣泡越小，比表面積越大，曝氣工藝不能增加比表面積，只能 通過增加接觸時間來提高臭氧的溶解效率。在工業(yè)應用中，曝氣池深達數(shù)米、數(shù)十米都有， 使得氣泡從池底上浮到水面有數(shù)分鐘的時間，即氣泡在水中的停留時間達數(shù)分鐘，這樣可實 現(xiàn)臭氧溶解效率達到70 80%。但上述家用產(chǎn)品中，水箱的深度最多才30厘米，在這樣淺 的水中采用曝氣方法，臭氧溶解效率極低，百分之九十多的臭氧都釋放到了空氣中?？諝庵?臭氧濃度過高，對人體有害，國家有相關的臭氧環(huán)境濃度標準。因而在家用小型產(chǎn)品中，采 用曝氣方法將臭氧加入水中，是一種技術原理就不合理的方法，這也就是該種產(chǎn)品一直沒有 推廣普及的主要原因，另外，該產(chǎn)品在使用方面及產(chǎn)品的性能可靠穩(wěn)定方面還有許多問題。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型針對上述該產(chǎn)品的問題，提出一種全新結構的產(chǎn)品，采用高速轉動的葉輪驅 動水，產(chǎn)生強烈的湍流漩渦，依靠強烈的湍流漩渦將水中的氣泡拉扯撕碎成更多更細小的氣 泡，得到更高的氣水接觸面積，從而實現(xiàn)高的臭氧溶解效率。采用水箱和底座可便捷拆裝的 結構，使用戶操作方便，而且安全可靠。
本實用新型的技術方案是主要部件包括有水箱、底座、葉輪、電機、臭氧發(fā)生器，還有 電源電器部件。被處理的東西浸泡在水箱內(nèi)的水中，電機驅動葉輪轉動，葉輪上的葉片驅動 水運動，產(chǎn)生強烈的湍流漩渦，將混入水中的含臭氧的氣泡拉扯撕碎成更多更細小的氣泡， 得到高的氣水接觸面積，實現(xiàn)高的臭氧溶解效率，本實用新型的特征是電機在底座內(nèi)，葉 輪在水箱內(nèi)，葉輪配有泵殼，構成水泵結構；水箱放置在底座上，水箱可便捷地從底座上取 下和放置上；葉輪和電機之間的驅動連接采用了聯(lián)軸器有軸驅動連接，或非接觸磁力驅動連 接。
所謂漩渦，就是在運動的流體的速度場中各點的速度不一致，有速度(矢量)梯度，湍 流漩渦強度高，就是速度梯度高，在有氣泡存在下，氣泡表面各點的速度和流體(水)在該 點的速度一致，但各點流體(水)速度不一致，其結果是球形氣泡被拉扯變長、變薄，在湍 流脈動的作用下， 一個氣泡被這樣撕碎成兩個或更多個氣泡，也就是說克服水的表面張力， 將水中氣泡撕碎的力量是漩渦(速度梯度)，速度梯度越大，即漩渦越強烈，撕扯力也就越大， 則能撕扯成更小的氣泡，水中氣泡越小、數(shù)量越多，氣和水接觸的面積就越大，臭氧氣體溶 解到水中的效率越高。葉輪和泵殼構成水泵結構，轉動的葉輪驅動水運動時，能產(chǎn)生湍流漩渦，葉輪轉速越高， 泵的流量越低，湍流漩渦強度越強。葉輪式泵有三種結構形式， 一是軸流式，二是離心式， 三是渦流式。軸流式產(chǎn)生的漩渦強度最低，從結構布局來說，也不適用于本實用新型中。離 心式和渦流式結構布局適用于本實用新型，兩者相比，在渦流式泵中，湍流漩渦強度最強。 工業(yè)應用中的氣液混合泵采用的就是渦流式泵結構，水中氣泡直徑小到20 30剛，臭氧溶解 效率可達98%。
和曝氣方法相比，本實用新型采用的方法，可以通過提高葉輪轉速，降低泵的流量，采 用渦流式泵結構，能得到足夠強烈的湍流漩渦，使混合于水的氣泡足夠小，可實現(xiàn)適用于家 庭民用以及醫(yī)療保健方面，在水深不足30厘米的水箱內(nèi)，得到足夠高的、可滿足要求的臭氧 溶解效率。
在本實用新型中，將葉輪設置在水箱內(nèi)，水就在水箱內(nèi)循環(huán)流動，省去了泵殼、水管接 頭等的密封防漏問題，可靠性高，避免由于漏水而導致的用電安全性問題。水箱可以便捷地 從底座上取下和放置上，使內(nèi)裝有電器并帶有外接電源插接線的底座可以固定不動，用戶只 需搬動水箱，取水、倒水和清洗水箱，不僅操作十分方便，又可防止搬動底座時，特別是清 洗水箱時，水流入底座內(nèi)，引起內(nèi)部電器漏電、短路等不安全的問題。
電機在底座內(nèi)，葉輪在水箱內(nèi)，要實現(xiàn)水箱和底座可便捷拆裝，必須解決電機和葉輪之 間的驅動連接問題。本實用新型中采用了通過聯(lián)軸器的有軸驅動和通過磁力的非接觸無軸驅 動。聯(lián)軸器可分成兩部分， 一部分固定在葉輪的軸上，另一部分固定在電機的軸上，通過聯(lián) 軸器，電機的扭矩傳遞到葉輪上，并且還可補償電機和葉輪兩軸的相對偏移和錯位。非接觸 磁力驅動更為優(yōu)越，不存在有軸驅動時軸的密封防漏問題，允許電機和葉輪兩軸有更大的相 對偏移和錯位，結構更簡單，可靠性更高，可實現(xiàn)所有的轉動件隱藏在機殼內(nèi)，便于葉輪更 換和清洗。以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。


圖1是葉輪采用有軸驅動的本實用新型的剖面特征結構示意圖。 圖2、 4是葉輪采用磁力驅動的本實用新型的特征結構示意圖。 圖3是渦流式混合泵的特征結構示意圖。
圖中，1、水箱，2、底座，3、臭氧發(fā)生器，4、聯(lián)軸器，5、電機，6、泵殼，7、葉片， 8、箭頭一表示水流方向，9、葉輪，10、永磁體A， U、永磁體B， 12、空氣干燥裝置，13、 臭氧尾氣毀滅裝置，14、尾氣導管，15、箱蓋，16、緩沖腔，17、臭氧導管，18、 N極，19、 S極。
具體實施方式
圖1所示的本實用新型中，葉輪(9)和泵殼(6)構成的泵為離心式結構，離心式泵的 主要特征是進水口在軸中心，軸向進入，箭頭(8)表示水進出泵的方向，葉片(7)在葉 輪(9)的盤面上；如圖中所示。水箱(1)的底殼一部分直接為葉輪(9)的泵殼(6)的下 側，上側的泵殼(6)夾在下側的泵殼內(nèi)，由于水在水箱內(nèi)循環(huán)，上下側的泵殼之間的密封 要求就可降低，因而結構就簡單了；圖中示出葉輪(9)和電機(5)的驅動連接是通過聯(lián)軸 器(4)的有軸驅動。聯(lián)軸器的結構有許多種可選用，但必須考慮到可以便捷分合，比如采 用環(huán)狀齒形聯(lián)軸器，齒的一面與軸線平行，該面為傳力面，這種聯(lián)軸器在一些家用電器產(chǎn)品 中已有應用，如豆?jié){機、果汁機等；圖中示出，臭氧發(fā)生器(3)設置在底座(2)內(nèi)，本實 用新型所采用的臭氧發(fā)生器選用電暈放電法，在底座(2)內(nèi)還必須有驅動臭氧發(fā)生器的電 源，通常采用18KHz以上的高頻交流電；水箱(1)底周邊伸出，扣在底座(2)上，水箱 (1)與底座(2)之間的定位配合也就靠該結構保證；為了防止誤操作，如水箱(1)沒放置在底座(2)上，或水箱(1)在底座(2)上沒有放置到位，電機(5)和臭氧發(fā)生器(3) 可能被啟動工作的誤操作，可以在底座(2)上設置開關，水箱(1)底端相對應位置設置有 能啟動該開關的裝置，比如采用不帶鎖的的按鍵開關、磁力開關(如干簧片，磁鐵設置在水 箱底)，只有在水箱(1)放置在底座(2)上到位后，才能啟動電機(5)和臭氧發(fā)生器(3) 工作。
圖2所示的本實用新型中，電機(5)與葉輪(9)的驅動連接采用非接觸磁力驅動連接。 具體的結構為葉輪(9)上設置有永磁體A，在與電機的轉子相連的裝置(比如轉盤)上設 置有永磁體B，與永磁體A相對應。當電機轉動時，永磁體B轉動，利用磁體同性相斥、異 性相吸的特性，永磁體B通過磁力驅動永磁體A轉動，即葉輪轉動，這樣就實現(xiàn)電機非接觸 無軸驅動葉輪。
圖2中，葉輪(9)和泵殼(6)構成的水泵為渦流式結構，葉片(7)在葉輪(9)的外 圓，進水口在泵的外園，如圖3所示。圖3所示的葉片(7)在葉輪(9)的外圓周，呈放射 形排列。葉輪(9)轉動時，葉片(7)沿圓周推動水運動，水不斷地被加速，水的動能和勢 能(壓力)不斷提高。在渦流式的泵中，水被葉片(7)驅動，產(chǎn)生的湍流漩渦比離心式泵更 為強烈，雖然渦流式泵中葉輪的機械能(動能)轉換成水的機械能(動能和壓力勢能)的效 率比離心式泵要低，但由于其湍流漩渦強度更高，因而其氣水混合溶解效率也就更高，通常 優(yōu)先采用渦流式結構作氣水混合泵。
圖2中示出了本實用新型中的一重要特征，從臭氧發(fā)生器(3)通向葉輪(9)和泵殼(6) 構成的水泵(氣水混合泵)的管路中設置有緩沖腔(16)，并設置在水箱(1)的高位，緩沖 腔(16)的進氣口在上端，與臭氧發(fā)生器(3)連通，緩沖腔(16)的出氣口在下端，緩沖 腔(16)的流通面積大于進出氣管的截面積， 一般要兩倍以上。緩沖腔(16)的作用是防止 水返流進入臭氧發(fā)生器(3)。緩沖腔(16)設置在水箱(1)的高位，是采用自然方法，這 是最可靠的方法，阻止靜止狀態(tài)(葉輪停轉)時，水箱(1)中的水倒流進入臭氧發(fā)生器(3); 緩沖腔(16)容積大，進氣口在上，出氣口在下，防止非正常情況，如水箱加水、倒水時少 許的水倒流，葉輪開啟或停止的瞬間，產(chǎn)生瞬間反壓，少許的水就存留在緩沖腔(16)內(nèi)， 一旦葉輪(9)轉動，產(chǎn)生負壓，就會把這些存留在緩沖腔(16)里的水抽去。
圖2中示出臭氧發(fā)生器(3)配有空氣干燥裝置(12)，并且都在底座(2)內(nèi)。設置空 氣干燥裝置(12)的目的是提高臭氧濃度及產(chǎn)量，因為空氣中的水份對電暈放電法產(chǎn)生臭氧 的影響非常大，空氣越干燥，臭氧產(chǎn)量越高。空氣干燥可采用吸附干燥法，如采用硅膠，采 用硅膠這類吸附劑干燥空氣，有一問題硅膠吸附飽和后必須更換、再生。為解決用戶這一 操作麻煩，可以在硅膠筒內(nèi)配裝加熱再生裝置，如果采用兩個配有加熱再生裝置的硅膠筒， 交替工作，使用就更方便了。還可以采用制冷干燥方法，采用半導體電子制冷技術，結構簡 單，體積小，非常適合在本實用新型中應用。
圖2所示的本實用新型，配有箱蓋(15)，在底座(2)內(nèi)設置有臭氧尾氣毀滅裝置(13)， 水箱(1)上有一根尾氣導管(14)， 一頭在水箱的高位，另一頭插入底座(2)與臭氧尾氣 毀滅裝置(13)連通。由于不容易百分之百地將臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧溶解于水，為消除或 減小臭氧釋放到空氣中，則增設臭氧尾氣毀滅裝置，水箱(1)上加蓋有箱蓋(15)，使水箱 (1)內(nèi)溢出的尾氣從尾氣導管(14)排出，在釋放到空氣中之前，通過臭氧尾氣毀滅裝置 (13)。毀滅臭氧的方法有 一、加熱分解，臭氧遇高溫(270°C)，瞬時分解為氧氣；二、 催化分解，采用催化劑，如Mn02/CuO，臭氧在催化劑的作用下加速分解；三、吸附過濾， 如采用活性炭，臭氧經(jīng)過活性炭過濾器，臭氧被吸附并分解。
在圖4所示的本實用新型中，水箱(1)也配有箱蓋(15)，并把臭氧尾氣毀滅裝置(13)設置在箱蓋(15)上，這樣結構更簡單，省去了尾氣導管(14)以及與底座(2)上的臭氧 尾氣毀滅裝置(13)接插密封問題，也可以將臭氧尾氣毀滅裝置(13)設置在水箱(1)上， 但這兩種方案不宜采用加熱分解毀滅臭氧的方法。圖中有一顯著的特征，臭氧發(fā)生器(3) 設置在水箱(1)的側壁上，這樣的結構優(yōu)點是省去水箱上的臭氧導管與底座(2)內(nèi)的臭 氧發(fā)生器(3)的接插密封問題，可將緩沖腔(16)與臭氧發(fā)生器設計制造成一體部件；由
于臭氧發(fā)生器是發(fā)熱器件，必須有效地散熱冷卻，將臭氧發(fā)生器設置在水箱(側壁或箱底) 上，可以利用水箱中的水來冷卻散熱，散熱效果更好。對于這種結構布局，應選用扁平形臭
氧發(fā)生器，平行板式氣隙放電結構的臭氧發(fā)生器比較適合。在圖中，轉動部件永磁體B (1)
在底座(2)的殼內(nèi)，沒有外露的轉動件，只有磁力驅動才能實現(xiàn)這種結構，其優(yōu)點是安
全可靠，底座的外觀整潔。
臭氧氣體可以在進入泵之前就加入水中(預混合)，也可以將臭氧導管(17)直接插入泵 中，通常插入的位置在進水口，如圖3所示。泵后的出水口以某角度朝上，具有一定速度的 水沖擊被處理的物品，使其在水箱內(nèi)翻巻，這樣的效果會更好。設計時盡可能將永磁體A和 B靠外緣，以增加永磁體A和B的半徑位置，這樣就提高了力臂長度，在同等的轉動扭矩情 況下，就可減小磁驅動力，如圖2、 3、 4所示。在圖2中，電機(5)中的轉子通過軸與固定 永磁體B (11)的裝置相連接，驅動永磁體B (11)轉動。圖4所示出的電機(5)是一種無 刷直流電機，電機(5)的轉子是一環(huán)形磁體，在其外園，繞有線圈的定子在環(huán)形轉子內(nèi)。轉 子通過一圓盤與中心的軸連接固定，把永磁體B (11)設置在該圓盤上，這樣總體上更加簡 單、緊湊。無刷直流電機不僅效率高、壽命長，而且安全可靠，因而在家用電器中應該是首 選。
為了充分利用磁體之間的吸力，產(chǎn)生有效驅動葉輪轉動的力矩，永磁體A和永磁體B上 的N-S極方向為(電機和葉輪的)軸向，如圖4所示。這樣設置，永磁體A和永磁體B之間 的磁力線距離最近，則兩磁體之間的吸力最大。永磁體B驅動永磁體A轉動時，由于葉輪負 載的作用，兩相對應的永磁體A和B要錯位，利用磁體同性相斥、異性相吸的特性，葉輪(9) 上的永磁體A的布置采用相鄰近的兩永磁體極性方向相反，如圖3所示。兩相對應的永磁體 A和B是極性相反，則相吸，永磁體B和對應的永磁體A所鄰近的永磁體A則是極性相同， 產(chǎn)生推力。由于兩對應的永磁體A和B有錯位，永磁體B和葉輪上兩相鄰近的永磁體A都 有作用力， 一是吸力，另一是推力，這樣磁力得到更充分的利用。永磁體有許多種，其中釹 鐵硼永磁體，從成本和磁力強度綜合來講，更優(yōu)秀，本實用新型中永磁體首選釹鐵硼。
應用本實用新型，在家用方面，可設計制造出餐具、蔬菜水果清洗消毒機；在醫(yī)用方面， 可設計制造出醫(yī)療器械的清洗消毒設備。
權利要求1、一種臭氧水浸洗裝置，包括有水箱(1)、底座(2)、葉輪(9)、電機(5)、臭氧發(fā)生器(3)；電機(5)驅動葉輪(9)轉動，葉輪(9)上的葉片(7)驅動水運動，其特征在于電機(5)在底座(2)內(nèi)，葉輪(9)在水箱(1)內(nèi)，葉輪(9)配有泵殼(6)；水箱(1)放置在底座(2)上，水箱(1)可便捷地從底座(2)上取下和放置上；葉輪(9)和電機(5)之間的驅動連接采用了聯(lián)軸器(4)有軸驅動連接，或非接觸磁力驅動連接。
2、 根據(jù)權利要求1所述的臭氧水浸洗裝置，其特征在于葉輪(9)和泵殼(6)構成 的水泵采用了渦流式泵結構。
3、 根據(jù)權利要求l所述的臭氧水浸洗裝置，其特征在于非接觸磁力驅動連接的結構 是在葉輪(9)上設置有永磁體A (10)，在與電機(5)的轉子相連的裝置上設置有永磁 體B (11)，并與永磁體A (10)相對應。
4、 根據(jù)權利要求3所述的臭氧水浸洗裝置，其特征在于永磁體A (10)和永磁體B (11)的極性N-S方向為軸向。
5、 根據(jù)權利要求4所述的臭氧水浸洗裝置，其特征在于葉輪(9)上的兩相鄰近的 永磁體A (10)的極性相反。
6、 根據(jù)權利要求1所述的臭氧水浸洗裝置，其特征在于在水箱(1)上高位處設置 有緩沖腔(16)，緩沖腔(16)的進氣口在上端，與臭氧發(fā)生器(3)連通，緩沖腔(16) 的出氣口在下端。
7、 根據(jù)權利要求1所述的臭氧水浸洗裝置，其特征在于臭氧發(fā)生器(3)設置在水 箱(1)上。
8、 根據(jù)權利要求1所述的臭氧水浸洗裝置，其特征在于在底座(2)內(nèi)設置有空氣 干燥裝置(12)。
9、 根據(jù)權利要求1所述的臭氧水浸洗裝置，其特征在于在底座(2)內(nèi)、或水箱(1) 上、或水箱蓋(15)上設置有臭氧尾氣毀滅裝置(13)。
10、 根據(jù)權利要求1所述的臭氧水浸洗裝置，其特征在于在底座(2)上設置有開關, 水箱(1)底下相對應的位置設置有啟動該開關的裝置。
專利摘要本實用新型提出了一種應用臭氧水對物品浸洗消毒的裝置。被處理的物品浸在水箱(1)的水中，采用葉輪轉動產(chǎn)生強烈的湍流漩渦，將臭氧發(fā)生器(3)產(chǎn)生的臭氧有效地混溶于水中，葉輪(9)設置在水箱(1)內(nèi)，電機(3)在底座(2)內(nèi)，采用聯(lián)軸器(4)或磁力驅動的方法，使水箱(1)可便捷地從底座(2)上取下和放置上，用戶使用安全方便；設置高位緩沖腔(16)，防止水倒流到臭氧發(fā)生器(3)內(nèi)，提高臭氧發(fā)生器性能的穩(wěn)定性；增設臭氧尾氣毀滅裝置(13)，減少臭氧釋放到空氣中；臭氧發(fā)生器(3)設置在水箱(1)上，冷卻散熱效果更好，結構更簡單。
文檔編號A61L2/18GK201131937SQ20072017244
公開日2008年10月15日 申請日期2007年10月16日 優(yōu)先權日2007年10月16日
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