結合帶電活化液體的清洗系統的製作方法

2023-09-14 12:08:15 1

專利名稱：結合帶電活化液體的清洗系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及清洗系統，如洗衣機、洗碟機以及水槽和龍頭型清洗系統。特別地，本發明涉及結合帶電活化液體的清洗系統。
背景技術：
自動清洗系統技術已經極大地降低了清潔服裝和物件(如衣服、盤碟和家用器皿)的用戶的工作量。洗衣機通常設置為頂部裝載式機器或正面裝載式機器，其指定機器內部桶的方位。這些系統中的每一種例如採用水、清潔劑、攪拌、熱能(如果需要)清潔衣服或其它織物。例如，在頂部裝載系統中，衣服可以與化學清潔劑一起放入滾筒中。當洗衣機運轉時，水從供水管線引入滾筒。當引入足夠量的水時，滾筒以振蕩方式使桶旋轉，以允許化學清潔劑從衣服上去除汙垢、油和其它汙染物。在洗滌周期完成之後，可以進行旋轉周期，以從桶中去除汙水。隨後可以進行漂洗周期，以去除任何殘留汙水，之後進行一個或多個附加旋轉周期，以從桶中排出使用過的水。類似地，在洗碟機中，保持在洗碟機的內部(其也被稱為桶)的盤碟和器皿經受洗滌、漂洗和乾燥周期。洗滌周期通常涉及從供水管線引入熱水，並將盤碟和器皿暴露至清潔劑。隨後，漂洗周期在乾燥之前去除汙水。化學清潔劑用在幾乎所有的商用和家用衣物和盤碟清洗系統中。清潔劑可以包括多種化學藥品，如表面活性劑、酶、漂白劑和磷酸鹽。這種化學藥品會不希望地侵蝕將被清潔的物件，這可能導致清潔過的物件的質量降低(如，褪色和腐蝕的衣服)。而且，這種化學藥品增加了從這種洗衣機排出的廢水的汙染，這增加環境關注。因此，存在對於以減少量的清潔劑和減少體積的水來清潔物件的系統和技術的持續需求。

發明內容
本發明的一個方面涉及一種清洗系統，包括清洗機器桶、構造為以電化學方式激活接收到的液體以產生電化學活化液體的電解槽以及位於電解槽的下遊並構造為與電化學活化液體電接觸以產生帶電電化學活化液體的電極。該清洗系統還包括分配器，位於電解槽的下遊以及電極的下遊或與電極成一體，其中該分配器構造為將帶電電化學活化液體分配到清洗機器桶中。該清洗系統還包括至少一個控制電路，構造為在電解槽中產生電場， 並且還構造為產生通過電極和清洗機器桶之間的被分配液體的交變電場。本發明的另一個方面涉及一種清洗系統，包括清洗機器桶、可操作地連接至流體管線並構造為激活從流體管線接收到的液體以產生活化液體的流體處理部件以及位於流體處理部件的下遊並構造為與活化液體電接觸以產生帶電活化液體的電極。該清洗系統還包括分配器，位於流體處理部件的下遊以及電極的下遊或與電極成一體，其中該分配器構造為將帶電活化液體分配到清洗機器桶中。該清洗系統還包括至少一個控制電路，構造為產生通過電極和清洗機器桶之間的被分配液體的交變電場。
本發明的又一個方面涉及一種操作清洗系統的方法。該方法包括激活液體以產生活化液體，以及將活化液體從清洗系統的分配器分配到清洗系統桶中，以形成通過從分配器到清洗系統桶的活化液體的導電路徑。在分配步驟期間，該方法還包括產生通過從分配器到清洗系統桶的活化液體的交變電場。


圖1為用於採用帶電電化學活化液體進行清洗操作的第一清洗系統的透視圖，其中該清洗系統包括外部電解單元。圖2為用於採用帶電電化學活化液體進行清洗操作的第二清洗系統的透視圖，其中該清洗系統包括一對外部電解單元。圖3為用於採用帶電電化學活化液體進行清洗操作的第一清洗系統的透視圖，其中該清洗系統包括內部電解單元。圖4為圖示清洗系統的第一電解單元的示意圖，該第一電解單元包括電解槽，該電解槽包括具有離子交換膜的雙室配置。圖5為圖示清洗系統的第二電解單元的示意圖，該第二電解單元包括電解槽，該電解槽包括不具有離子交換膜的單室配置。圖6A-6C為施加至根據本發明的示例性方面的清洗系統中的電穿孔電極的電壓起伏圖的波形示意圖的例子。圖7A為圖示為帶電輸出在分配器和表面之間形成的導電路徑的例子的示意圖。圖7B為圖示電穿孔機構的例子的示意圖，其中，懸浮在介質中的槽經受電場。圖7C為圖示具有由電穿孔作用膨脹的微孔的槽隔膜的例子的示意圖。圖8為與水槽配置一起使用的第一水龍頭組件的透視圖，其中水龍頭組件包括外部電解單元。圖9為與水槽配置一起使用的第二水龍頭組件的透視圖，其中水龍頭組件包括一對外部電解單元。圖10為與水槽配置一起使用的第三水龍頭組件的透視圖，其中水龍頭組件包括固定至噴霧器流體管線的外部電解單元。圖11為與水槽配置一起使用的第四水龍頭組件的透視圖，其中水龍頭組件包括集成電解單元。圖12為水龍頭組件的與水龍頭組件的致動器一起使用的示意圖。
具體實施例方式下文被提供為本發明的一個或多個方面的例子的附加描述。下文的詳細描述和上述附圖不應當理解為限制或縮小本發明的如將在產生的權利要求中要求保護的保護範圍。 將會理解，本發明的由一個或多個權利要求涵蓋的其它實施方式可以具有在一個或多個方面與在此討論的附圖和例子不同的結構和功能，並且例如可以實施進行或採用如在權利要求中要求保護的本發明的方法和/或其組合。此外，接下來的描述分成具有一個或多個節標題的多節。提供這些節和標題用於容易理解，且不是要限制本發明的在特定節和/或節標題中關於特定例子和/或實施方式
5討論的一個或多個方面，所述特定例子和/或實施方式結合至、應用於和/或用在在其它節和/或節標題中描述的其它特定例子和/或實施方式中。一個或多個例子的元件、特徵和其它方面可以與本文中描述的一個或多個其它例子的元件、特徵和其它方面結合和/或互換。本發明的方面涉及採用活化液體(如電化學活化(EA)液體和/或化學活化液體)的清洗系統和操作清洗系統的方法，其中活化液體可以包括鹼性液體和酸性液體的混合物，並且其中活化液體還期望包括用於增強的消毒特性的電勢。如下文所討論的那樣，與對應的非活化液體相比，帶電活化液體增加清洗系統的清潔效率。在一個例子中，這允許降低在洗滌周期期間將使用的清潔劑的濃度，或者可以消除清潔劑的使用。清潔劑的減少或消除相對地減少對洗滌過的衣服，盤碟和器皿的化學侵蝕，並且可以降低在殘留廢液中去除的化學藥品的濃度。而且，帶電活化液體的增加的清潔效率還可以降低進行洗滌和/或漂洗循環所要求的液體的總量。帶電活化液體的接下來的討論是參照水(如，帶電活化水)進行的，可理解的是，本發明的帶電活化液體可以從多種不同的液體獲得。衣服和盤碟清洗系統如圖1所示，清洗系統10包括洗衣機12、液體源14和16以及電解單元18。在該非限制性例子中，洗衣機12為用於採用來自液體源14的第一液體(如，熱或冷水)和來自液體源16的第二液體(如，熱或冷水)清洗衣物的洗衣機。洗衣機12包括機殼20、旋轉桶 22、控制面板對、液體進口沈和觀、進口閥單元30、控制器31、流體管線32和分配器；34，它們可以為常規洗衣機的部件。因此，機殼20為洗衣機12的外殼，其保持旋轉桶22和控制面板24。希望旋轉桶22為構造為在清潔過程中容納和保持衣物的單元。在該例子中，旋轉桶22構造為頂部裝載式桶，但可以以其它配置構造，如前端裝載式桶。如下文所討論的那樣，旋轉桶22接收用於在一個或多個洗滌和/或漂洗周期期間使用的帶電EA。液體進口 26和觀為穿過機殼20的開口，用於接收流體管線(如，流體軟管)，從而將接收到的液體引導至進口閥單元30。進口閥單元30為調節單元，其構造為接收和任選地合併來自液體源 14和16的液體流(如，熱水和冷水)。進口閥單元30隨後可以基於從控制器31接收到的信號調節至流體管線32的合併流的流量。控制器31為電子控制器，其構造為管理洗衣機12的系統操作，如旋轉桶22的旋轉和通過進口閥單元30的流量。如圖1所示，進口閥單元30經由通信線路35與控制器31 電通信。合併的液體流可以經由流體管線32傳遞至分配器34，其中分配器34在洗滌和漂洗周期將合併的液體流分配到旋轉桶22中。洗衣機12還可以包括用於操作的多種附件部件(未示出)，如攪拌器/旋轉發動機和滑輪總成、液泵、排水管線、過濾器和其它常規部件。液體源14和16可以為任何合適的液體供給源，如熱水和冷水管線或儲存容器。在示出的實施方式中，液體源12經由流體管線36連接至電解單元18，電解單元18相應地經由流體管線38連接至液體進口 26。在該實施方式中，液體源16可以經由流體管線40直接連接至液體進口觀。電解單元18為電動的、流體處理部件，其可以固定至液體源14和進口管線沈之間的位於洗衣機12上遊的任何適合的位置。如下文所討論的那樣，在可替換實施方式中，一個或多個電解單元(如，電解單元18)可以位於液體進口 26、液體進口 28、進口閥單元 30、流體管線32和分配器34中的一個或多個的上遊或下遊的多個不同位置。如本文中所使用的那樣，術語"上遊"和「下遊」涉及相對於通過本發明的清洗系統(如，清洗系統10) 的液體(如，水)的流動的位置。在圖1中示出的實施方式中，電解單元18為外部單元，其可以集成在洗衣機12和液體源14之間，從而允許電解單元18與常規洗衣機和家用或商用供水管線一起使用。例如，電解單元18可以為可連接至洗衣機12的常規進水管線的獨立單元，並且可以經由電力線路41電連接外部電源(未示出)。電解單元18包括殼體42，控制電子元件44，電解槽46和電極48，其中殼體42可以安裝在洗衣機12和液體源14之間的任何合適的位置處，用於保護控制電子元件44和電解槽46免受外部條件影響。如進一步示出的那樣，流體管線36將水(如，熱或冷水)供給至電解單元18的進口管線，電解單元18的進口管線相應地將接收到的水分成一對分流，並將所述分流引導至電解槽46。在另一個示例中，可以在電解槽46內分開所述分流。控制電子元件44管理電解單元18的操作，並構造為在運行期間將來自電力線路 41的電力(經由電力線路46a)傳遞至電解槽46，並(經由電力線路48a)傳遞至電極48。 例如，在一種實施方式中，控制電子元件44可以與控制器31電通信，使得控制器31可以基於通過進口閥單元30的流量管理控制電子元件44給電解槽46和電極48通電和斷電。在可替換實施方式中，控制電子元件44可以獨立於控制器31運行，如具有獨立的致動器，該致動器控制控制電子元件44給電解槽46和電極48通電和斷電。在其它可替換實施方式中，控制電子元件4可以與固定至液體源14、流體管線36和/或流體管線38的一個或多個流量監測器(未示出)電通信。在這種實施方式中，流量監測器可以控制水何時流過流體管線36和/或流體管線38，從而允許控制電子元件44基於水流量給電解槽46和電極48 通電和斷電。電解槽46為流體處理槽，其適於在至少一個陽極電極和至少一個陰極電極之間的液體上施加電場。適合電解槽46的槽可以具有任何合適數量的電極，以及任何適合數量的用於包含水的室。如下文所討論的那樣，電解槽46可以包括位於陽極電極和陰極電極之間的一個或多個離子交換膜，或者可以構造為不具有離子交換膜。電解槽46可以具有多種不同的結構，如，但不限於在美國專利申請No. 12/639,622和No. 12/639, 628中披露的結構。在可替換實施方式中，電解單元18可以包括多個電解槽46，其以串聯和/或並聯配置運行，以電化學方式激活水。如上所述，水可以通過進口管線供給至電解槽46，該進口管線在進入電解槽46之前分開水流。可替換地，水在進入電解槽46之後可分開。在可替換實施方式中，水可以作為單個流直接從流體管線36進入電解槽46。當水流過電解槽46時，施加在電解槽46中的水上的電場以電化學方式激活水，這通過在電路的一側收集正離子(即，陽離子，H+)和在相對側收集負離子(即，陰離子，OH—)而將水分離。如下文所討論的那樣，具有陽離子的水由此呈現酸性，具有陰離子的水相應地呈現鹼性。電極48為電導體、引線、探針或其它電子元件，其沿著流體管線38定位，以電接觸流過流體管線38的EA水，並在流過流體管線38的EA水中給予、導致或以其它方式形成例如相對於接地的電勢。如果流出分配器34的水例如已經帶有電荷，則這種電勢例如可以為在水輸出中的分離的或額外的電勢。在圖1中示出的例子中，電極48沿著流體管線38定位並構造為與流過流體管線 38的水進行電接觸。在可替換實施方式中，電極48可以位於沿著從電解槽46至分配器34 的水流徑的任何位置處，如電解槽46的下遊、分配器34的上遊或結合在分配器34中。例如，電極48可以為分配器34的整體部件，電力線路48a可以延伸穿過機殼20至電解單元 18中的控制電子元件44。如本文中所使用的那樣，關於電極為分配器34的整體部件，術語"整體部件"包括其中電極包括固定至分配器的一個或多個部件的實施方式，以及其中電極的至少一部分被與分配器一起製成單個部件的實施方式。照這樣，在其中電極為分配器34的整體部件的實施方式中，電極48構造為與流過分配器38的水進行電接觸。而且，希望電隔離電極48下遊的流徑，以降低至帶電EA水從分配器34分配之前接地的程度。在示出的實施方式中，電極48不具有相反極性的對應返回電極。而且，在其它實施方式中，多於一個的電導體、引線或其它電子部件或其組合可以用來給予、導致或以其它方式引起水具有電勢。如下文所討論的那樣，由電極48產生和/或補充的電勢可以施加至正用旋轉桶22 中的分配的水清洗的物件的表面上的微生物。而且，如果電荷供給具有足夠的大小，這種電荷會通過諸如電穿孔和/或電液壓衝擊對微生物引起不可逆轉的損壞、破壞或消除。這在使用期間增強了從分配器34分配的水的消毒特性。因此，在洗滌或漂洗循環期間，經由供給管線36和電解單元18的進口管線將水從液體源14引導至電解槽46。在流過電解槽46時，液體被電化學激活並經由電解單元18的出口管線提供至流體管線38。當進入流體管線38時，EA液體的合成流混合在一起。儘管混合在一起，但酸性水和鹼性水保持它們的離子特性和汽相泡沫足夠的時間，以幫助洗滌和/ 或漂洗周期。電極48隨後可以在流過流體管線38的混合EA水(和/或非電解水)中給予、導致或以其它方式引起電勢。所產生的帶電EA水隨後被引導至進口閥單元30，其中帶電EA 液體可以與來自液體源16和流體管線40的水混合。例如，液體源14和16可以分為冷水和熱水管線，其中冷水在電解單元18中經受電解處理。在可替換實施方式中，液體源14可以為熱水管線，液體源16可以為冷水管線，其中熱水在電解單元18中經受電解處理。進口閥單元30可以基於洗衣機12的循環編程調節傳遞至流體管線32和分配器 34的分離水流的相對量和流量。例如，在冷水洗滌周期中，控制器31可以控制進口閥單元 30以關閉來自液體源16和流體管線40的管線，從而僅允許帶電EA水流至流體管線32和分配器34。隨後在洗滌周期期間可以使用從分配器34分配的帶電EA水，以幫助洗滌保持的衣物。如下文所討論的那樣，帶電EA水的使用增加了清洗效率，從而除了具有消毒特性之外，還允許減少或消除清潔劑。例如，帶電EA水的使用可以減少所要求的洗滌和/或漂洗周期次數。而且，在一種實施方式中，帶電EA水的使用可以消除對漂洗循環的需求。這例如可以允許進行單次洗滌周期，這可以在本質上減少進行洗滌操作所要求的時間和水量。例如，本發明的清洗系統可以用來以單次洗滌循環清洗物件，不需要單獨的漂洗循環。在該實施方式中，可以不採用清潔劑進行清洗操作，其中帶電EA水可以從衣物上捕獲汙垢、油和其它汙染物，如上所述。隨後在旋轉周期內將汙水從旋轉桶22中清除。由於可以不採用清潔劑進行清洗操作，例如，可以不要求單獨的漂洗周期。因此，帶電EA水可以僅需要分配到旋轉桶22中用於單次循環，從而減少清洗衣物所要求的時間和水量。圖2圖示了清洗系統110，其是至清洗系統10(圖1中所示)的第二清洗系統，並且其中對應的附圖標記增加"100"。如圖2所示，清洗系統110還包括電解單元150和流體管線152，其中電解單元150為用於從液體源116的水產生帶電EA水的第二外部電解單元。電解單元150也是電動的、流體處理部件，其可以固定至液體源116和進口管線 128之間的任何適合的位置。例如，電解單元150也可以為可連接至洗衣機112的常規進水管線的獨立單元，並且可以經由電力線路153連接外部電源(未示出)。電解單元150可以以與電解單元18(圖1中示出)相同的方式起作用，並且包括殼體154、控制電子元件156、 電解槽158和電極160，其中殼體IM可以安裝在洗衣機112和液體源116之間的任何合適的位置處，用於保護控制電子元件156和電解槽158免受外部條件影響。如進一步示出的那樣，流體管線140將水供給至電解單元150的進口管線，電解單元150的進口管線相應地將接收到的水分成一對分流，並將所述分流引導至電解槽158。在另一個示例中，可以在電解槽158內分開所述分流。控制電子元件156管理電解單元150的操作，並構造為在運行期間將來自電力線路153的電力(經由電力線路158a)傳遞至電解槽158，並(經由電力線路160a)傳遞至電極160，如上為控制電子元件44(圖1中所示)討論的那樣。電解槽158為流體處理槽，其適於在至少一個陽極電極和至少一個陰極電極之間的液體上施加電場，並且可以以與上文為電解槽46 (圖1中所示)討論的相同的方式起作用。電極160為電導體、引線、探針或其它電接觸件，其沿著流體管線152定位，以電接觸流過流體管線152的EA水，並在流過流體管線38的EA水中給予、導致或以其它方式形成例如相對於接地的電勢，如上文為電極48 (圖1中所示)討論的那樣。在可替換實施方式中，電極160可以位於沿著從電解單元150至分配器134的水流徑的任何位置處。例如， 電極160可以固定至分配器134，電力線路160a可以延伸穿過機殼120至電解單元150中的控制電子元件156。而且，希望電隔離電極160下遊的流徑，以降低至帶電EA水從分配器134分配之前接地的程度。在示出的實施方式中，電極48不具有相反極性的對應返回電極。而且，在其它實施方式中，多於一個的電導體、引線或其它電子部件或其組合可以用來給予、導致或以其它方式引起水具有電勢。在洗滌或漂洗循環期間，來自液體源14的水(如，冷水)可以在電解槽146中經受第一電解處理，以形成第一鹼性流和第一酸性流。第一鹼性流和第一酸性流經由電解單元 118的出口管線被引導至流體管線138。當進入流體管線138時，EA液體的合成流混合在一起，如上所述。電極148隨後可以在流過流體管線138的混合EA水(和/或非電解水) 中給予、導致或以其它方式引起電勢。所產生的帶電EA水隨後被引導至進口閥單元30。類似地，來自液體源16的水(如，熱水)可以在電解槽158中經受第二電解處理， 以形成第二鹼性流和第二酸性流。第二鹼性流和第二酸性流經由電解單元150的出口管線被引導至流體管線152。當進入流體管線152時，EA液體的合成流混合在一起，如上所述。 電極160隨後可以在流過流體管線152的混合EA水中給予、導致或以其它方式引起電勢。 所產生的帶電EA水隨後被引導至進口閥單元130。進口閥單元130隨後可以基於來自控制器131的信號合併第一和第二帶電EA水流，並將合併的帶電EA水傳遞至流體管線132和分配器134，用在洗滌或漂洗循環中。這種配置允許來自液體源114和116的水流選擇性地、彼此獨立地經受電解和充電處理，以產生帶電EA水流。圖3示了清洗系統310，其是至清洗系統10(圖1中所示)的第三清洗系統，其中對應的附圖標記增加"200"。如圖3所示，清洗系統110包括代替(和/或加上)電解單元18、118和150的電解單元沈2。在該實施方式中，電解單元262可以為洗衣機212的內部部件，並且期望位於進口閥單元230的下遊。電解單元262可以以與如上為電解單元 18(圖1中所示)討論相同的方式起作用。與外部電解單元18、118和150相比，電解單元262的位置允許電解單元262從來自進口閥單元230的合併熱/冷流中產生EA水流。這允許熱水和冷水流在單個電解單元中經受電解處理。而且，電解單元沈2的位置降低了 EA水至分配器234的滯留時間。這進一步在足夠多的時間內保持所產生的EA水流的離子特性和氣相泡沫，以幫助洗滌和/或漂洗周期。在可替換實施方式中，可以維持EA水的鹼性和酸性流的分離，直到進入旋轉桶22。在一種實施方式中，電解單元262也可以經由通信線路263與控制器231電通信， 從而允許電解單元沈2的激活與進口閥組件230的操作一致。這種電通信對在進口閥組件 230將水流引導至分配器234時調節電解單元262的操作是有利的。例如，控制器231可以構造為將由線路263將來自洗衣機212的電源(未示出)的電力傳遞至電解單元沈2的電解槽(未示出)，並經由線路傳遞至電解單元沈2的電極(未示出)。在一個例子中， 希望電極儘可能地靠近分配器234或結合在分配器234中。分配器234構造為沿著流過分配器234的水維持導電通路。這種配置允許電解單元沈2的操作與洗滌和漂洗周期的不同階段一致。希望電解單元沈2的電極位於流體管線232處和/或位於分配器234處，從而與其中電極固定至洗衣機212上遊的流體管線(如，如圖1和2所示)的實施方式相比，減小帶電EA水在被分配之前行進的距離。雖然上述清洗系統圖示了用於清洗衣物的洗衣機，但這些系統也可以結合以類似的方式清洗盤碟和器皿的清洗機器。例如，雖然未要求或沒有必要是優選的，帶電EA液體與盤碟清洗系統一起使用可以增加乾燥時間效率、減少熱/能量消耗和/或降低水消耗。如上所述，帶電EA液體(如，帶電EA水)的使用增加了清洗系統的清洗效率，這可以減少或消除清潔劑的使用，並且還可以降低進行洗滌和/或漂洗周期所要求的液體的總量。電解單元圖4為圖示電解單元318的示意圖，電解單元318為適合電解單元18、118和262 的設計，其中對應的附圖標記比圖1中示出的實施方式增加「300」。如圖4所示，電解單元 318包括進口管線36 和364b、出口管線36 和365b。電解槽346還包括隔膜366，隔膜 366將電解槽346分成陽極室368和陰極室370。雖然電解槽346在圖4中圖示為具有單個陽極室和單個陰極室，但可替換地，電解槽346可以包括由一個或多個隔膜366分開的多個陽極室和陰極室。隔膜366為離子交換膜，如陽離子交換膜(即，質子交換膜)或陰離子交換膜。適合隔膜366的陽離子交換膜包括部分和全氟化離聚物、芳烴離聚物及其組合。適合隔膜366 的商用離聚物的例子包括來自Delaware州威爾明頓市的Ε. I. du Pont de Nemours and Company的商標名為〃 NAFI0N"的磺化四氟化乙烯共聚物；來自日本的Asahi Glass有限
10公司的商標為"FLEMI0N"的全氟化羧酸離聚物；來自日本的Asahi化學工業有限公司的商標名為"ACIPLEX"的全氟化羧酸離聚物及其組合。合適的隔膜的其它例子包括從New Jersey 州 Glen Rock 的 Membranes International 公司可買至Ij的那些隔膜，如 CMI—7000S 陽離子交換膜和AMI-7001S陰離子交換膜。陽極室368和陰極室370分別包括陽極電極372和陰極電極374，其中隔膜366設置在陽極電極372和陰極電極374之間。陽極電極372和陰極電極374可以由任何合適的導電材料製成，如由不鏽鋼和/或鈦製成，並且可以塗覆有一種或多種貴金屬(如，鉬)。在一種實施方式中，陽極電極372和/或陰極電極374至少部分地或全部由導電聚合物製成。陽極電極372和陰極電極374每一個都可以展現多種不同的幾何結構和構造，如平板、同軸板(如，用於管狀電解槽)、杆及其組合；並且可以具有實心構造，或者可以具有一個或多個孔(如，金屬網)。雖然陽極室368和陰極室370每一個都被圖示為具有單個陽極電極372和陰極電極374，但陽極室368可以包括多個陽極電極372，陰極室370可以包括多個陰極電極374。陽極電極372和陰極電極374可以電連接至電力線路346a的相對接線端，從而允許陽極電極372和陰極電極374經由電力線路241和控制電子元件344可操作地接收來自電源的電力。電源可以向電解槽346提供恆定直流(DC)輸出電壓、脈衝或以其它方式調製的直流輸出電壓、AC輸出電壓和/或脈衝或以其它方式調製的AC輸出電壓至陽極電極372 和陰極電極374。電源可以具有任何合適的輸出電壓電平、電流電平、工作循環或波形。在一種實施方式中，電源和/或控制電子元件344以相對穩定的狀態施加供給至陽極電極372和陰極電極374的電壓。此外，電源可以包括DC/DC轉換器，其用脈寬調製 (PWM)控制模式控制電壓和電流輸出。也可以使用其它了姓的電源，其可以是脈衝式的或不是脈衝式的，並且處於其它電壓和功率範圍。可以根據特定應用和/或實施方式改變參數。在運行期間，可以將水從進口管線36 和364b供給至電解槽346，進口管線36 和364b為流體管線336的被分開的通路。流過進口管線36 的水流入陽極室368，流過進口管線364b的水流入陰極室370。施加電壓勢，以電化學方式激活流過陽極室368和陰極室370的水。例如，在其中隔膜366為陽離子交換膜的實施方式中，在陽極電極372和陰極電極 374之間施加DC電壓勢時，如施加在約5伏至約28伏的範圍，或者在例如約5伏至約38伏的範圍的電壓勢，最初存在於陽極室368中的陽離子越過隔膜366移向陰極電極374，同時陽極室368中的陰離子移向陽極電極372。然而，存在於陰極室370中的陰離子不能穿過隔膜366，因此保持被限制在陰極室370內。結果，電解槽346可以通過至少部分地利用電解以電化學方式激活水，並且可以產生酸性陽極電解液流(如，通過進口管線365a)和鹼性陰極電解液流(如，通過進口管線 365b)形式的EA水。在一個示例中，陽極電解液流具有至少約+50毫伏(mV)(如，在+50mV至 +1200mV的範圍內)的氧化還原電位(ORP)，陰極電解液流具有至少約_50mV(如，在-50mV 至-IOOOmV的範圍內)的ORP。如果需要，可以通過對電解槽346的結構的修改以彼此不同的比率產生陽極電解液流和陰極電解液流。例如，如果EA水的主要功能是清潔，則電解槽346可以構造為產生比陽極電解液流體積大的陰極電解液流。可替換地，例如，如果EA水的主要功能是消毒，則電解槽346可以構造為產生比陰極電解液流體積大的陽極電解液流。此外，每個電解槽中的活性反應組分的濃度可以變化。例如，電解槽346可以具有陰極電極374對陽極電極372的3 2表面積比，用於產生相對於陽極電解液流大的陰極電解液流體積(如，約60%陰極電解液比約40%陽極電解液)。此外，可以修改施加的電壓的工作循環和/其它電特性，以修改由電解槽346產生的陰極電解液流和陽極電解液流的相對量。通過電解槽346產生大電壓和合適電流的能力對其中普通自來水被供給通過電解槽346以轉化成具有增強的清潔和/或消毒特性的應用會是有好處的。普通自來水在陽極電極372和陰極電極374之間具有相對低的導電性。在一個示例中，控制電子元件344 可以輸出電壓，該電壓被控制以諸如採用直流-直流轉換器實現通過電解槽346的吸引電流，電流在預定電流範圍內。例如，目標吸引電流約為400毫安培。在另一個示例中，目標電流為350毫安培。在可替換實施方式中，可以採用其它電流和範圍。目標吸引電流可以取決於電解槽346的幾何形狀、正被處理的液體的特性、液體的流量以及所產生的電化學反應的目標特性。如在美國專利申請No. 12/639，622和No. 12/639, 628中討論的那樣，在一些實施方式中，控制電子元件344可以施加基本恆定的、相對正電壓至陽極電極372，並施加基本恆定的、相對負電壓至陰極電極374。然而，周期性地，每種電壓可以被暫時脈衝化至相對相反極性，以抑制水垢。在一些例子中，希望限制水垢積聚在電極表面上。在這些例子中，在第一時間周期期間，相對正電壓可以施加至陽極電極372，相對負電壓可以施加至陰極電極 374，且在第二時間周期期間，施加至每個電極的電壓可以反轉。反轉的電壓電平可以具有與非反轉電壓電平相同的幅度，或者如果需要可以具有不同的幅度。每次暫時極性切換的頻率也可以根據需要選擇。當反轉頻率增加時，水垢的量降低。然而，在每次反轉時電極可能會損失少量鉬(在鉬塗覆電極情況中)。當反轉頻率降低時，水垢會增加。在一個示例中，反轉之間的時間周期在約1秒至約600秒的範圍內。也可以採用此範圍之外的其它周期。在另一個示例中，正常極性的時間周期為至少900毫秒。 可以根據需要選擇電壓反轉採用的時間周期。在一個示例中，反轉時間周期在約50毫秒至約100毫秒的範圍內。也可以採用此範圍之外的其它周期。採用這些範圍，例如，陽極室368可以產生基本恆定的陽極電解EA水輸出，陰極室 370可以產生基本恆定的陰極電解EA水輸出，而不要求用閥調節流量。在現有電解系統中， 複雜且昂貴的閥流量調節用來維持通過各個出口的恆定的陽極電解液流和陰極電解液流， 同時仍允許極性反轉，以最小化水垢。如果陽極電極的數量不同於陰極電極的數量，如，比例為3 2，或者如果陽極電極372的表面積不同於陰極電極374的表面積，則可以以上述方式採用施加的電壓起伏圖， 以在所產生的EA水中產生大量的陽極電解液或陰極電解液。已經發現，這種用於去除電極的汙垢的頻繁的、暫時的極性反轉還會具有將經常用於電鍍電極的材料(如鉬)從電極表面剝離的趨勢。因此，在一種實施方式中，陽極電極 372和陰極電極374可以包括無鍍層的電極，如金屬電極或導電塑料電極。例如，電極可以為無鍍層的金屬網電極。在一種示例性實施方式中，控制電子元件344還可以包括開關，其用來選擇性地顛倒施加至電解槽346的波形。例如，該開關可以被設置為，在一個位置產生比陰極電解液多的陽極電解液，在另一個位置產生比陽極電解液多的陰極電解液。控制電子元件344可以監測開關位置並根據開關位置調節施加至電解槽346的電壓。然而，根據電解槽346的特定應用，可以用多種不同的電壓和電流起伏圖驅動電解槽346的電極。在另一個示例中，可以在指定時間周期(如，約5秒)內以一種極性驅動電極，隨後在近似相同的時間周期內以反轉的極性驅動該電極。由於陽極電解液和陰極電解液EA 水在電解槽346的出口處混合，這種過程必然產生一部分陽極電解液EA水比一部分陰極電解液EA水。在又一個例子中，可以採用脈衝式DC電壓波形驅動槽電極，其中施加至電極的極性未被反轉。可以根據需要設置「開/關」時間周期和施加的電壓電平。雖然不是要受理論限制，相信與陽極電極372接觸的水分子在陽極室368中被以電化學方式氧化成氧氣(O2)和氫離子(H+)，同時與陰極電極374接觸的水分子在陰極室 370中被以電化學方式還原為氫氣氫氣(H2)和氫氧根離子(0H_)。陽極室368中的氫離子被允許穿過隔膜366進入陰極室370，在陰極室370中，氫離子被還原成氫氣，同時陽極室 368中的氧氣氧化供給的水，以在進口管線36 中形成陽極電解液流。而且，由於普通自來水通常包括氯化鈉和/或其它氯化物，陽極電極372氧化存在的氯化物，以形成氯氣。結果，可以產生實質量的氯，進口管線36 中的陽極電解液流的pH隨著時間的過去可以逐漸變為酸性。如注意到的那樣，在施加電壓勢時，與陰極電極374接觸的水分子被以電化學方式還原成氫氣和氫氧根離子(0H_)，同時陽極室368中的陽離子穿過隔膜366進入陰極室 370。這些陽離子對於與在陰極電極374處產生的氫氧根離子相關聯的電離度是可用的，同時液體中形成氫氣泡沫。實質量的氫氧根離子可以隨著時間積聚在陰極室370中，並與陽離子反應，以形成鹼性氫氧化物。此外，氫氧化物可以保持被限制至陰極室370，因為隔膜 366(作為陽離子交換膜)不允許帶負電的氫氧根離子通過。因此，實質量的氫氧化物可以在陰極室370中產生，進口管線36 中的陰極電解液流的pH值隨著時間的過去逐漸變為鹼性。電解槽346中的電解處理允許在陽極室368和陰極室370中出現活性反應組分的集中以及亞穩態離子和原子團的形成。電化學激活過程通常通過如電子移開(在陽極電極 372處)或電子引入(在陰極電極374處)產生，這導致改變供給水的生化(包括結構、能量和催化)特性。據信供給水(陽極電解液或陰極電解液)僅靠近電極表面被激活，在電極表面處，電場強度可以達到非常高的水平。這區域可以稱為電偶層(EDL)。當電化學激活過程繼續時，水偶極子通常與電場對齊，因此水分子的氫鍵的一部分斷裂。而且，單鍵連接的氫原子可以在陰極電極374處結合至金屬原子(如，鉬原子)， 單鍵連接的氧原子可以在陽極電極372處結合至金屬原子(如，鉬原子)。這些被結合的原子在對應電極的表面上沿二維方向四處擴散，直到它們參與其它反應。其它原子和多原子團也可以類似地結合至陽極電極372和陰極電極374的表面，並且隨後還可以經受反應。 在所述表面處產生的諸如氧(O2)和氫(H2)之類的分子可以作為氣體進入液相水中的小空腔(如，泡沫)和/或可以由液相水變為溶劑化物。這些氣相泡沫從而分散或懸浮在整個液相水中。氣相泡沫的尺寸可以根據多種因素改變，如施加至供給水的壓力、供給水中的鹽和其它組分的成分以及電化學激活的程度。因此，氣相泡沫可以具有多種不同尺寸，包括但不限於宏觀泡沫、微觀泡沫、納米泡沫和/或其混合物。在包括宏觀泡沫的實施方式中，適合所產生的泡沫的平均泡徑的例子包括範圍從約500微米至約1毫米的直徑。在包括微觀泡沫的實施方式中，適合所產生的泡沫的平均泡徑的例子包括範圍從約1微米至小於約 500微米的直徑。在包括納米泡沫的實施方式中，適合所產生的泡沫的平均泡徑的例子包括小於約1微米的直徑，特別適合的平均泡徑包括小於約500納米的直徑，甚至更特別適合包括小於約100納米的直徑的平均泡徑。氣液界面處的表面張力由被引導離開陽極電極372和陰極電極374的分子之間的吸引產生，因為表面分子更容易被吸引至水中的分子，而不是被吸引至電極表面處的氣體的分子。相反，大量水分子被沿所有方向等同地吸引。因此，為了增加可能的互作用能，表面張力使電極表面處的分子進入大量水中。在其中產生氣相納米泡沫的實施方式中，包含在納米泡沫(S卩，具有小於約1微米的直徑的泡沫)中的氣體也被認為在實質周期內在液相水中是穩定的，而不管它們的小直徑。雖然不希望受理論限制，據信氣體/液體界面處的水的表面張力在泡沫的彎曲表面接近分子尺寸時降低。這降低了納米泡沫消散的自然趨勢。而且，由於施加在隔膜366上的電壓勢，納米泡沫氣體/液體界面帶電。電荷引入與表面張力相反的作用力，這還減慢或防止納米泡沫的消散。所述界面處的相似電荷的存在降低了視表面張力，電荷斥力沿與由表面張力引起的表面最小化相反的方向起作用。任何效應都會由有利於氣體/液體界面的附加帶電材料的存在而增加。氣體/液體界面的自然狀態看起來是負性的。具有低電荷密度和/或高極化性的其它離子(如cr，C10_，HO2-和O2-)也有利於氣體/液體界面，與含水電子一樣。含水基團也優選位於這種表面處。因此，據信存在於陰極電解液(即，流過陰極室370的分流)中的納米泡沫是帶負電的，但陽極電解液(即，流過陽極室368的分流)中的納米泡沫將具有少量電荷(過多的陽離子抵消了自然的負電荷)。因此，陰極電解液納米泡沫在流體管線338 的匯合點處與陽極電解液分流混合時不可能失去它們的電荷。此外，由於陰極電極374上的過多電勢，納米泡沫內的氣體分子會變為帶電(如 O2-)，從而增加納米泡沫的整體電荷。帶電納米泡沫的氣體/液體界面處的表面張力可以相對於不帶電納米泡沫降低，並且它們的尺寸穩定。這可以被定性地理解為表面張力使表面最小化，而帶電的表面趨向於膨脹，以最小化相似電荷之間的斥力。由多於電解要求的功率損失引起的在電極表面處的溫度升高也可以通過降低局部氣體溶解度來增強納米泡沫的形成。由於相似電荷之間的斥力隨著它們隔開距離的平方增加，當泡徑減小時，向外壓力增加。電荷的效果是降低表面張力的影響，表面張力傾向於減小表面，而表面電荷傾向於使所述表面膨脹。因此，當這些相反作用力相等時實現平衡。例如，假設氣泡(半徑r)的內表面的表面電荷密度為Φ (e7米2)，通過解下述Naviei^tokes方程可以得到向外壓力 (〃 Pout")為Pout = Φ2/2D ε 0(方程 1)其中〃 D〃是氣泡的相對介電常數(假設同質)，「ε/是真空介電常數(即， 8.854pF/米)。由氣體上的表面張力引起的向內壓力(〃 Pin")為
Pin = 2g/r Pout(方程 2)其中〃 g〃為表面張力(25°C下為0.07198焦耳/米2)。因此，如果這些壓力相等， 則氣泡的半徑為r = 0. 28792 ε 0/Φ2.(方程 3)因此，對於5納米、10納米、20納米、50納米和100納米的納米氣泡直徑，為零過內壓計算出的電荷密度分別為0. 20,0. 14,0. 10,0. 06和0. 04e7納米2泡沫表面積。這種電荷密度容易採用電解槽346實現。納米氣泡半徑隨著氣泡上的總電荷增加至2/3的功率而增加。但處於平衡的這些情況下，水在納米氣泡表面處的有效表面張力為零，氣泡中的帶電氣體的存在增加了穩定納米氣泡的尺寸。氣泡尺寸的進一步減小將不表示它將引起內壓降低到大氣壓力以下。在電解槽346內的多種情況中，由於表面電荷，納米氣泡可以分成甚至更小的氣泡。例如，假設具有半徑"r"和總電荷"q"的氣泡分成兩個具有相同體積和電荷(半徑 r72 = r/2"3，電荷q1/2 = q/2)的氣泡，並忽略氣泡之間的庫侖作用，由表面張力(AEst)和表面電荷(ΔΕ,)引起的能量的變化的計算給出Δ Est = +2 (4 π y r1/22) ~4 π γ r2 = 4 π γ r2 (21/3~1)(方程 4)和
權利要求
1.一種清洗系統，包括 清洗機器桶；電解槽，構造為以電化學方式激活接收到的液體，以產生電化學活化液體； 電極，位於電解槽的下遊，並構造為與電化學活化液體電接觸以產生帶電電化學活化液體；分配器，位於電解槽的下遊以及電極的下遊或與電極成一體，其中該分配器構造為將帶電電化學活化液體分配到清洗機器桶中；和至少一個控制電路，構造為在電解槽中產生電場，並且還構造為產生通過電極和清洗機器桶之間的被分配液體的交變電場。
2.根據權利要求1所述的清洗系統，其中電解槽包括 室；陽極電極，設置在室內並構造為電連接至所述至少一個控制電路；和陰極電極，設置在室內並構造為電連接至所述至少一個控制電路。
3.根據權利要求2所述的清洗系統，其中電解槽還包括設置在陽極電極和陰極電極之間的離子交換膜。
4.根據權利要求1所述的清洗系統，其中電化學活化液體包括鹼性液體和酸性液體的混合物。
5.根據權利要求1所述的清洗系統，其中所述至少一個控制電路構造為將直流電壓勢施加至電解槽以在電解槽中產生所述電場，並且還構造為將交流電壓勢施加至電極以產生所述交變電場。
6.根據權利要求1所述的清洗系統，其中所述電解槽為第一電解槽，並且該清洗系統還包括位於分配器上遊的第二電解槽，其中所述至少一個電路還構造為在第二電解槽中產生電場。
7.根據權利要求1所述的清洗系統，其中清洗機器桶為從由洗衣機、盤碟清洗機器和水龍頭組件組成的組中選擇的系統的部件。
8.一種清洗系統，包括 清洗機器桶；流體處理部件，可操作地連接至流體管線，並構造為激活從流體管線接收到的液體以產生活化液體；電極，位於流體處理部件的下遊，並構造為與活化液體電接觸以產生帶電活化液體； 分配器，位於流體處理部件的下遊以及電極的下遊或與電極成一體，其中該分配器構造為將帶電活化液體分配到清洗機器桶中；和至少一個控制電路，構造為產生通過電極和清洗機器桶之間的被分配液體的交變電場。
9.根據權利要求8所述的清洗系統，其中流體處理部件包括電解槽，並且其中所述至少一個控制電路還構造為在電解槽中產生電場。
10.根據權利要求9所述的清洗系統，其中電解槽包括 室；陽極電極，設置在室內並構造為電連接至所述至少一個控制電路；和陰極電極，設置在室內並構造為電連接至所述至少一個控制電路。
11.根據權利要求8所述的清洗系統，其中該部件包括介質容器，該介質容器構造為保持構造為激活接收到的液體的介質。
12.根據權利要求11所述的清洗系統，其中所述介質包括從由沸石、離子交換樹脂及其組合組成的組中選擇的至少一種材料。
13.根據權利要求8所述的清洗系統，其中該清洗系統包括單次循環清洗系統。
14.根據權利要求8所述的清洗系統，其中電極為分配器的一體部件。
15.一種操作清洗系統的方法，該方法包括下述步驟激活液體以產生活化液體；將活化液體從清洗系統的分配器分配到清洗系統桶中，以形成通過從分配器到清洗系統桶的活化液體的導電路徑；以及在分配步驟期間，產生通過從分配器到清洗系統桶的活化液體的交變電場。
16.根據權利要求15所述的方法，其中用電極將交變電場施加至活化液體，該電極不具有對應的返回電極。
17.根據權利要求15所述的方法，其中所述液體是第一液體，並且該方法還包括下述步驟激活第二液體以產生第二活化液體；以及將第二活化液體從清洗系統的分配器分配到清洗系統桶中。
18.根據權利要求15所述的方法，激活所述液體包括下述步驟將所述液體引入具有至少一個陰極電極和至少一個陽極電極的電解槽；以及在所述至少一個陰極電極和至少一個陽極電極之間產生電場。
19.根據權利要求18所述的方法，還包括用設置在所述至少一個陰極電極和至少一個陽極電極之間的至少一個離子交換膜來維持被引入的液體的至少兩部分的分離的步驟。
20.根據權利要求15所述的方法，其中所述電極為分配器的一體部件。
全文摘要
本發明公開了清洗系統(10，110，210，510，610，710，810)，並公開了一種方法，該方法包括形成帶電活化液體以及用帶電活化液體操作清洗系統(10，110，210，510，610，710，810)。
文檔編號D06F35/00GK102292491SQ201080005113
公開日2011年12月21日 申請日期2010年1月25日 優先權日2009年1月23日
發明者喬納森·A·齊默曼, 布魯斯·F·菲爾德, 託馬斯·R·丹尼遜 申請人:坦南特公司