全文摘要
本发明公开了水管线内直接生成臭氧水消毒系统及产生臭氧水的方法，发生器包括n片发生器阳极和n+1片发生器阴极，n为≥1的自然数，其中发生器阳极为涂层钛阳极，发生器阴极为钛阴极或不锈钢阴极；顶座包括基座、阻尼阀、流量开关、进出水口、插口、发生器控制板等，阳极和阴极浸入电导率大于30µs\/cm的水中，然后恒流电流供电，供电电压范围为3.5～12V，在电场的作用下水被电解，氧离子在阳极催化剂的作用下生成臭氧微气泡。臭氧微气泡迅速溶到水中直接生成臭氧水，可用于管壁生物膜清除及管道水的杀菌消毒。本发明环保，产生臭氧效率高，成本低廉，工艺操作简单，易于规模化生产；发生器易于更换，方便使用，结构简单，成本低。
主设计要求
1.水管线内直接生成臭氧水消毒系统，包括臭氧水发生器（1）及与其活动连接的顶座（2），其特征在于所述的臭氧水发生器（1）包括n片发生器阳极（1-4）和n+1片发生器阴极（1-3），n为≥1的自然数，其中发生器阳极（1-4）为涂层钛阳极，构成发生器阴极（1-3）的材质为金属钛或不锈钢；顶座（2）包括基座（2-1），基座（2-1）设有基座进水口（2-1-2）、基座出水口（2-1-3）、发生器连接口（2-1-4），基座（2-1）内设有有阻尼阀（2-2），基座（2-1）上方设有流量开关（2-3），流量开关（2-3）的进水口通过管路与基座进水口（2-1-2）相连，流量开关（2-3）的出水口通过管路与基座出水口（2-1-3）相连，基座（2-1）上方连接的控制盒盖上设有发生器连线插口（2-5）和电源进线插口（2-6），控制盒盖内设有发生器控制板（2-7）；发生器控制板（2-7）连接流量开关（2-3），发生器控制板（2-7）通过电源进线插口（2-6）连接外部电源，发生器控制板（2-7）通过发生器连线插口（2-5）与发生器阳极（1-4）及发生器阴极（1-3）相连。
设计方案
1.水管线内直接生成臭氧水消毒系统，包括臭氧水发生器（1）及与其活动连接的顶座（2），其特征在于所述的臭氧水发生器（1）包括n片发生器阳极（1-4）和n+1片发生器阴极（1-3），n为≥1的自然数，其中发生器阳极（1-4）为涂层钛阳极，构成发生器阴极（1-3）的材质为金属钛或不锈钢；顶座（2）包括基座（2-1），基座（2-1）设有基座进水口（2-1-2）、基座出水口（2-1-3）、发生器连接口（2-1-4），基座（2-1）内设有有阻尼阀（2-2），基座（2-1）上方设有流量开关（2-3），流量开关（2-3）的进水口通过管路与基座进水口（2-1-2）相连，流量开关（2-3）的出水口通过管路与基座出水口（2-1-3）相连，基座（2-1）上方连接的控制盒盖上设有发生器连线插口（2-5）和电源进线插口（2-6），控制盒盖内设有发生器控制板（2-7）；发生器控制板（2-7）连接流量开关（2-3），发生器控制板（2-7）通过电源进线插口（2-6）连接外部电源，发生器控制板（2-7）通过发生器连线插口（2-5）与发生器阳极（1-4）及发生器阴极（1-3）相连。
2.根据权利要求1所述的水管线内直接生成臭氧水消毒系统，其特征在于所述的发生器阳极（1-4）与发生器阴极（1-3）交叉排列，每片发生器阳极（1-4）的底部电气相连，每片发生器阴极（1-3）的底部电气相连；发生器阳极（1-4）与发生器阴极（1-3）均固定在发生器外壳容器桶（1-5）上，发生器底盖（1-7）设在发生器外壳容器桶（1-5）的底部；发生器阳极（1-4）与发生器阴极（1-3）的顶部设有隔板（1-2），外壳（1-5）的顶部设有上盖（1-1），上盖（1-1）上设有发生器进水口（1-1-1）和发生器出水口（1-1-2）；发生器外壳容器桶（1-5）内设有与发生器连线插口（2-5）相连的阳极导电螺柱（1-9）、阴极导电螺柱（1-8），发生器阳极（1-4）及发生器阴极（1-3）通过阳极导电螺柱（1-9）、阴极导电螺柱（1-8）与发生器连线插口（2-5）相连。
3.根据权利要求2所述的水管线内直接生成臭氧水消毒系统，其特征在于所述的臭氧水发生器（1）的上盖（1-1）与基座（2-1）的发生器连接口（2-1-4）插接，发生器进水口（1-1-1）、发生器出水口（1-1-2）与顶座（2）上的发生器连接口（2-1-4）连通；上盖（1-1）上设有卡扣（1-1-3），基座（2-1）下设有卡扣（2-1-1），卡扣（1-1-3）和卡扣（2-1-1）卡接。
4.根据权利要求1所述的水管线内直接生成臭氧水消毒系统，其特征在于所述的控制盒盖由控制盒下盖（2-8）和控制盒上盖（2-4）构成，控制盒上盖（2-4）的两侧分别装有发生器连线插口（2-5）和电源进线插口（2-6），发生器控制板（2-7）设在控制盒上盖（2-4）内。
5.根据权利要求1所述的水管线内直接生成臭氧水消毒系统，其特征在于所述的涂层钛阳极包括钛基材和掺钌、镍的二氧化锡涂层，其中所述的掺钌、镍的二氧化锡涂层中，锡、钌原子比为6:1～10:1,钌、镍原子比为3:1～10:1。
6.根据权利要求5所述的水管线内直接生成臭氧水消毒系统，其特征在于所述的涂层钛阳极按如下步骤制备：
a、将钛基材表面喷砂糙化；
b、将喷砂糙化的钛基材放入体积百分比浓度为10～30%的盐酸水溶液中刻蚀；
c、将刻蚀后的钛基材用纯水冲洗并置于体积百分比浓度为1～3%的盐酸水溶液中存放待用；
d、然后将钛基材烘干后将掺钌、镍的二氧化锡涂液均匀涂抹于钛基材上；
e、然后置于红外烘箱中在90～130℃温度下烘干3～10分钟；
f、然后置于400℃～450℃温度的高温炉中8～15分钟热分解涂层材料；
g、重复上述步骤5～12次d～f步骤，最后一次将炉温调至480～520℃，保持1～3小时后取出。
7.根据权利要求6所述的水管线内直接生成臭氧水消毒系统，其特征在于所述的掺钌、镍的二氧化锡涂液按如下步骤制备：
量取体积百分比浓度为1～3%的硝酸溶入乙醇溶液中制成硝酸乙醇溶液，量取体积百分比浓度为3～10%的钛酸丁酯溶入上述硝酸乙醇溶液中，制成钛酸丁酯硝酸乙醇溶液，分别称取氯化锡、氯化钌、氯化镍，溶入钛酸丁酯硝酸乙醇溶液中，所述溶液中锡、钌原子比为6:1～10:1, 钌、镍原子比为3:1～10:1。
8.权利要求1所述的水管线内直接生成臭氧水消毒系统产生臭氧水的方法，其特征在于其包括如下步骤：
首先将涂层钛阳极构成的臭氧水发生器的阳极及阴极浸入电导率大于30µs\/cm的水中；然后为阳极及阴极恒流电流供电，供电电压范围为3.5～12V，在电场的作用下水被电解，氧离子在阳极催化剂的作用下生成臭氧微气泡；9. 臭氧微气泡迅速溶到水中直接生成臭氧水。
9.根据权利要求8所述的水管线内直接生成臭氧水消毒系统产生臭氧水的方法，其特征在于所述的电导率大于30µs\/cm的水通过基座进水口（2-1-2）分两路，一路通过流量开关（2-3）直接进入基座出水口（2-1-3），另一路通过阻尼阀（2-2）并通过发生器进水口（1-1-1）进入发生器内部，流量开关（2-3）的信号传给发生器控制板（2-7），发生器控制板（2-7）通过发生器连线插口（2-5）并通过阴极导电螺柱（1-8）和阳极导电螺柱（1-9）为臭氧水发生器提供恒流电流供电，供电电压范围为3.5～12V启动发生器工作；在电场的作用下水被电解，氧离子在阳极催化剂的作用下生成臭氧和氧气微气泡；臭氧微气泡迅速溶到水中直接生成臭氧水；臭氧水通过发生器出水口（1-1-2）汇入基座出水口（2-1-3）流出用于管壁生物膜清除及管道水的杀菌消毒；当管路中的水停止流动时，发生器控制板（2-7）得到停水信号停止为臭氧水发生器（1）供电。
10.根据权利要求9所述的水管线内直接生成臭氧水消毒系统产生臭氧水的方法，其特征在于所述的发生器控制板（2-7）得到停水信号后继续为臭氧水发生器（1）供电10秒钟，再停止为臭氧水发生器（1）供电。
设计说明书
技术领域：
本发明涉及水管线内直接生成臭氧水消毒系统及产生臭氧水的方法，属于电解臭氧水发生器技术领域。
背景技术：目前，臭氧水生成方法一般是以臭氧气与水混合的方式生成，臭氧气一般采用高压放电法和低压电解法制造，而低压电解法即以电解水产生臭氧的臭氧水发生器，其阳极材料多采用二氧化铅，由于二氧化铅极易中毒使催化活性下降，因此也不能直接利用自来水作为电解用水，也需要电解纯水产生臭氧气，再与水混合，因此臭氧水设备必须具有纯水装置及混合装置，这增大了设备的复杂性，增大了设备体积、增加了设备成本。因此有必要寻找一种直接利用自来水作为电解用水的臭氧水生成方案。
发明内容：
本发明的目的在于克服已有技术的不足而提供水管线内直接生成臭氧水消毒系统及产生臭氧水的方法。
本发明提供的技术方案如下：水管线内直接生成臭氧水消毒系统，包括臭氧水发生器及与其活动连接的顶座，其特征在于所述的臭氧水发生器包括n片发生器阳极和n+1片发生器阴极，n为≥1的自然数，其中发生器阳极为涂层钛阳极，构成发生器阴极的材质为金属钛或不锈钢；顶座包括基座，基座设有基座进水口、基座出水口、发生器连接口，基座内设有有阻尼阀，基座上方设有流量开关，流量开关的进水口通过管路与基座进水口相连，流量开关的出水口通过管路与基座出水口相连，基座上方连接的控制盒盖上设有发生器连线插口和电源进线插口，控制盒盖内设有发生器控制板；发生器控制板连接流量开关，发生器控制板通过电源进线插口连接外部电源，发生器控制板通过发生器连线插口与发生器阳极及发生器阴极相连。
进一步地，所述的发生器阳极与发生器阴极交叉排列，每片发生器阳极的底部电气相连，每片发生器阴极的底部电气相连；发生器阳极与发生器阴极均固定在发生器外壳容器桶上，发生器底盖设在发生器外壳容器桶的底部；发生器阳极与发生器阴极的顶部设有隔板，外壳的顶部设有上盖，上盖上设有发生器进水口和发生器出水口；发生器外壳容器桶内设有与发生器连线插口相连的阳极导电螺柱、阴极导电螺柱，发生器阳极及发生器阴极通过阳极导电螺柱、阴极导电螺柱与发生器连线插口相连。
进一步地，所述的臭氧水发生器的上盖与基座的发生器连接口插接，发生器进水口、发生器出水口与顶座上的发生器连接口连通；上盖上设有卡扣，基座下设有卡扣，卡扣和卡扣卡接。
进一步地，所述的控制盒盖由控制盒下盖和控制盒上盖构成，控制盒上盖的两侧分别装有发生器连线插口和电源进线插口，发生器控制板设在控制盒上盖内。
进一步地，所述的涂层钛阳极包括钛基材和掺钌、镍的二氧化锡涂层，其中所述的掺钌、镍的二氧化锡涂层中，锡、钌原子比为6:1～10:1,钌、镍原子比为3:1～10:1。
进一步地，所述的涂层钛阳极按如下步骤制备：
a、将钛基材表面喷砂糙化；
b、将喷砂糙化的钛基材放入体积百分比浓度为10～30%的盐酸水溶液中刻蚀；
c、将刻蚀后的钛基材用纯水冲洗并置于体积百分比浓度为1～3%的盐酸水溶液中存放待用；
d、然后将钛基材烘干后将掺钌、镍的二氧化锡涂液均匀涂抹于钛基材上；
e、然后置于红外烘箱中在90～130℃温度下烘干3～10分钟；
f、然后置于400℃～450℃温度的高温炉中8～15分钟热分解涂层材料；
g、 重复上述步骤5～12次d～f步骤，最后一次将炉温调至480～520℃，保持1～3小时后取出。
进一步地，所述的掺钌、镍的二氧化锡涂液按如下步骤制备：
量取体积百分比浓度为1～3%的硝酸溶入乙醇溶液中制成硝酸乙醇溶液，量取体积百分比浓度为3～10%的钛酸丁酯溶入上述硝酸乙醇溶液中，制成钛酸丁酯硝酸乙醇溶液，分别称取氯化锡、氯化钌、氯化镍，溶入钛酸丁酯硝酸乙醇溶液中，所述溶液中锡、钌原子比为6:1～10:1, 钌、镍原子比为3:1～10:1。
水管线内直接生成臭氧水消毒系统产生臭氧水的方法，其特征在于其包括如下步骤：
首先将涂层钛阳极构成的臭氧水发生器的阳极及阴极浸入电导率大于30µs\/cm的水中；然后为阳极及阴极恒流电流供电，供电电压范围为3.5～12V，在电场的作用下水被电解，氧离子在阳极催化剂的作用下生成臭氧微气泡；臭氧微气泡迅速溶到水中直接生成臭氧水。
进一步地，所述的电导率大于30µs\/cm的水通过基座进水口分两路，一路通过流量开关直接进入基座出水口，另一路通过阻尼阀并通过发生器进水口进入发生器内部，流量开关的信号传给发生器控制板，发生器控制板通过发生器连线插口并通过阴极导电螺柱和阳极导电螺柱为臭氧水发生器提供恒流电流供电，供电电压范围为3.5～12V启动发生器工作；在电场的作用下水被电解，氧离子在阳极催化剂的作用下生成臭氧和氧气微气泡；臭氧微气泡迅速溶到水中直接生成臭氧水；臭氧水通过发生器出水口汇入基座出水口流出用于管壁生物膜清除及管道水的杀菌消毒；当管路中的水停止流动时，发生器控制板得到停水信号停止为臭氧水发生器供电。
进一步地，所述的发生器控制板得到停水信号后继续为臭氧水发生器供电10秒钟，再停止为臭氧水发生器供电。
本发明的有益效果是：本发明直接利用自来水作为电解用水，直接产生臭氧水；解决了二氧化铅催化剂易中毒失去催化活性的问题和铅的环境污染问题，且成本低廉；快装与快卸式设计使得发生器易于更换，方便操作，且涂层钛阳极制作工艺操作简单，易于规模化生产。其具有：
1、本发明的臭氧水发生器直接使用自来水，发生器通入恒流直流电，在电场的作用下水被电解，氧离子在阳极催化剂的作用下生成臭氧微气泡。臭氧微气泡迅速溶到水中直接生成臭氧水。省掉了目前普遍采用的产生臭氧气体再与水混合生成臭氧水的环节，本发明构成的产品结构简单，成本低。
2、本发明采用二氧化锡涂层作为阳极，工艺操作简单，易于规模化生产。解决了二氧化铅催化剂易中毒失去催化活性的问题和铅的环境污染问题，且二氧化锡涂层成本低廉。
3、本发明采用快装与快卸式设计使得发生器易于更换，方便操作。
4、采用流量开关，感知水流变化，根据需要直接生成臭氧水。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的臭氧水发生器的结构示意图；
图3为图1的顶座的结构示意图；
图4为本发明的原理示意框图。
具体实施方式：下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明：
如图1-图4所示，水管线内直接生成臭氧水消毒系统，其包括臭氧水发生器1及与其活动连接的顶座2，臭氧水发生器1包括n片发生器阳极1-4和n+1片发生器阴极1-3，n为≥1的自然数，发生器阳极1-4与发生器阴极1-3交叉排列，以保证最大的有效作用面积；其中发生器阳极1-4为涂层钛阳极，至少1片，构成发生器阴极1-3的材质为金属钛或不锈钢，优选金属钛；每片发生器阳极1-4底部电气相连；每片发生器阴极1-3底部电气相连；发生器阳极1-4与发生器阴极1-3均固定在发生器外壳容器桶1-5上，并通过阳极导电螺柱1-9、阴极导电螺柱1-8分别与发生器供电的正负极相连，发生器底盖1-7设在发生器外壳容器桶 1-5的底部，以保护带电部件。发生器阳极1-4与发生器阴极1-3的顶部设有隔板1-2，避免阴阳极短路。外壳1-5的顶部设有上盖1-1，上盖1-1上设有发生器进水口1-1-1、发生器出水口1-1-2；发生器外壳容器桶1-5内设有与发生器连线插口2-5相连的阳极导电螺柱1-9、阴极导电螺柱1-8，发生器阳极1-4与发生器阴极1-3通过阳极导电螺柱1-9、阴极导电螺柱1-8与发生器连线插口2-5相连。上盖1-1上设有卡扣1-1-3。顶座2包括基座2-1，基座2-1下连接卡扣2-1-1，基座2-1的两端分别设有基座进水口2-1-2、基座出水口2-1-3，基座2-1中部下端设有发生器连接口2-1-4，基座2-1内装有阻尼阀2-2，基座2-1上方装有流量开关2-3，流量开关2-3的进水口通过管路与基座进水口2-1-2相连，流量开关2-3的出水口通过管路与基座出水口2-1-3相连，基座2-1上方连接控制盒下盖2-8和控制盒上盖2-4，控制盒上盖2-4的两侧分别装有发生器连线插口2-5和电源进线插口2-6，控制盒上盖2-4的内部装有发生器控制板2-7。发生器控制板2-7连接流量开关2-3，发生器控制板2-7通过电源进线插口2-6连接外部电源，发生器控制板2-7通过发生器连线插口2-5与阴极导电螺柱1-8和阳极导电螺柱1-9相连。
将臭氧水发生器1插入顶座2，即臭氧水发生器1的上盖1-1插入基座2-1的发生器连接口2-1-4中，然后旋转臭氧水发生器1通过其卡扣1-1-3和基座2-1的卡扣2-1-1扣紧，通过臭氧水发生器1上盖进出水口位置上的O型密封圈1-6密封；并使发生器进水口1-1-1、发生器出水口1-1-2与顶座2上的发生器连接口2-1-4连通。
将涂层钛阳极构成的臭氧水发生器的发生器阳极和发生器阴极浸入电导率大于30µs\/cm的水中；然后为发生器阳极和发生器阴极恒流电流供电，供电电压范围为3.5～12V。在电场的作用下水被电解，氧离子在阳极催化剂的作用下生成臭氧微气泡。臭氧微气泡迅速溶到水中直接生成臭氧水。
使用时先通水通电，当管路有水流动时，电导率大于30µs\/cm的水通过基座进水口2-1-2分两路，一路通过流量开关2-3直接进入基座出水口2-1-3，另一路通过阻尼阀2-2并通过发生器进水口1-1-1进入发生器内部，阻尼阀2-2的作用是保证流量开关2-3分得足够的水流量，使得流量开关2-3更敏感，流量开关2-3的信号传给发生器控制板2-7，发生器控制板2-7通过发生器连线插口2-5并通过阴极导电螺柱1-8和阳极导电螺柱1-9为发生器提供恒流电流供电，供电电压范围为3.5～12V启动发生器工作。在电场的作用下水被电解，氧离子在阳极催化剂的作用下生成臭氧和氧气微气泡。臭氧微气泡迅速溶到水中直接生成臭氧水。臭氧水通过发生器出水口1-1-2汇入基座出水口2-1-3流出用于管壁生物膜清除及管道水的杀菌消毒。当管路中的水停止流动时，发生器控制板2-7得到停水信号可以立即停止为臭氧水发生器1供电；如果希望下一个使用周期得到更高浓度的臭氧水，通过设置发生器控制板2-7可继续为臭氧水发生器1供电一段时间再停止供电，优选延时10秒钟，这样臭氧水发生器1内部就储存了高浓度的臭氧水，在下一个使用周期将瞬间提供高浓度臭氧水以满足某些应用领域。
所述的涂层钛阳极通过如下方式制备：
实施例1：取1mm厚冲孔钛板1000cm2<\/sup>，孔径3mm，孔密度为每平方厘米1个，将冲孔钛板表面喷砂糙化，然后将喷砂糙化的冲孔钛板放入体积百分比浓度为30%的盐酸水溶液中加热至90℃刻蚀5分钟，将刻蚀后的冲孔钛板用纯水冲洗并置于体积百分比浓度为3%的盐酸水溶液中存放待用。
称取五水氯化锡30克、含钌37%的氯化钌3.9克、六水氯化镍1.13克，溶入含有30.9毫升钛酸丁酯、9毫升硝酸和300毫升乙醇溶液中，制成掺钌、镍的二氧化锡涂液。
将冲孔钛板取出烘干。
将上述掺钌、镍的二氧化锡涂液均匀涂抹于冲孔钛板上，置于红外烘箱中在120℃温度下烘干6分钟，置于420℃温度的高温炉中10分钟热分解涂层材料，重复8次涂抹、烘干及高温热分解步骤，最后一次将炉温调至500℃，保持2小时后取出。二氧化锡涂层钛阳极制作完成待用。
实施例2：取0.6mm厚钛板1000cm2<\/sup>，将钛板表面喷砂糙化，然后将喷砂糙化的钛板放入体积百分比浓度为20%的盐酸水溶液中加热至90℃刻蚀8分钟，将钛板用纯水冲洗并置于体积百分比浓度为2%的盐酸水溶液中存放待用。
称取五水氯化锡30克、含钌37%的氯化钌3克、六水氯化镍0.5克，溶入含有20毫升钛酸丁酯、5毫升硝酸和300毫升乙醇溶液中。
将钛板取出烘干。
将上述掺钌、镍的二氧化锡涂液均匀涂抹于钛板上，置于红外烘箱中在130℃温度下烘干3分钟，置于400℃温度的高温炉中15分钟热分解涂层材料，重复12次涂抹、烘干及高温热分解步骤，最后一次将炉温调至480℃，保持3小时后取出。二氧化锡涂层钛阳极制作完成待用。
实施例3：取经压平处理的4×6mm拉伸钛网板1000cm2<\/sup>，首先将钛网板表面喷砂糙化，然后喷砂糙化的钛网板放入体积百分比浓度为10%盐酸水溶液中加热至90℃刻蚀8分钟，将钛网板用纯水冲洗并置于体积百分比浓度为1%的盐酸水溶液中存放待用。
称取五水氯化锡30克、含钌37%的氯化钌2.34克、六水氯化镍0.204克，溶入含有9.09毫升钛酸丁酯、3毫升硝酸和300毫升乙醇溶液中。
将钛网板取出烘干。
将上述掺钌、镍的二氧化锡涂液均匀涂抹于钛板上，置于红外烘箱中在90℃温度下烘干10分钟，置于450℃温度的高温炉中8分钟热分解涂层材料，重复5次涂抹、烘干及高温热分解步骤，最后一次将炉温调至520℃，保持1小时后取出。二氧化锡涂层钛阳极制作完成待用。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分都属于现有技术。以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201910593473.X
申请日:2019-07-03
公开号:CN110255673A
公开日:2019-09-20
国家:CN
国家/省市:37(山东)
授权编号:授权时间:主分类号:C02F 1/461
专利分类号:C02F1/461;C02F1/50;C02F1/78;B01F3/04;C25B1/13;C25B15/02;A01N59/00;A61L2/18
范畴分类:41B;
申请人:百特环保科技（烟台）有限公司
第一申请人:百特环保科技（烟台）有限公司
申请人地址:264006 山东省烟台市开发区五指山路1号烟台智能制造产业园4楼
发明人:徐名勇
第一发明人:徐名勇
当前权利人:百特环保科技（烟台）有限公司
代理人:王娟
代理机构:37225
代理机构编号:烟台双联专利事务所（普通合伙）
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计