包括流量傳感器的臭氧型消毒設備的製作方法

2023-05-15 20:58:31

包括流量傳感器的臭氧型消毒設備的製作方法
【專利摘要】提供了包括混合器的臭氧型消毒設備，所述混合器具有大致中空主體，以及用於壓力下的水的水入口；噴霧噴嘴，其用於產生通過所述水入口引入的水的大致圓錐形噴霧；接觸室，其與用於富含臭氧氣體的氣體入口連通；和接觸室出口孔，所述出口孔與所述噴霧噴嘴同軸並與其間隔開。電子流動感測設備根據水流過所述混合器的所引起的振動感測水通過所述噴霧噴嘴的流動程度。電子流動感測設備優選位於混合器的袋形構造內且優選包含被至少包埋在可固化材料中其外圍周圍的壓電傳感器。還描述了優選的混合器結構。
【專利說明】包括流量傳感器的臭氧型消毒設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及一般性質的臭氧型消毒設備，其中在使用時該設備產生具有包埋在其中的有效和合適數量的臭氧的水噴霧。更特別地，本發明涉及適用於與食品相關的臭氧型消毒設備，但是其可用於許多其他應用。
[0002]仍更特別地，本發明涉及我們較早公開的國際專利申請W02010/001279中所述的
一般性質的消毒設備。
【背景技術】
[0003]在食品加工行業和消費者之間主要關注微生物產物。在食物上存在病原微生物可潛在導致食源性疾病爆發。
[0004]在過去氯基化學品例如次氯酸鈉、次氯酸鈣、二氯異氰尿酸鈉和季銨化合物已經用於消毒食物。然而，氯在6至8的pH下最有效，在該pH範圍外的效應變得較低。而且，氯可產生有害於人類健康的毒性副產物，例如氯胺和三滷甲烷。
[0005]因此，如EU指令2092/91所指定的，歐洲聯盟已強行禁止利用氯化合物消毒食物。因而已經協調努力以提高利用用於食物處理的非氯基產品以進行消毒的技術。其已經在臭氧消毒特性中引起增加的興趣。使用臭氧消毒食品已由美國食品和藥物管理局(FDA)批准。
[0006]值得注意，據報導臭氧具有約1.5倍的氯氧化電位，臭氧的抗微生物作用的接觸時間比氯的少通常四至五倍。
[0007]臭氧已示出是高活性的氧化劑，能夠殺死微生物例如細菌，以及與其他的化學品反應，例如殺蟲劑和除草劑。當然，臭氧的主要優點是其自然分解成氧，因此由於其分解成非毒性氣體，其在消毒食物中的使用非常有益。因此不會發出臭氣或汙染食物以及沒有剩餘化合物或毒性殘餘物留下。衝洗水可在無需額外處理和去汙的情況下排放到環境中或用於其它應用。
[0008]在現有技術中， 申請人:已知的利用臭氧、文丘裡噴射系統和氣泡擴散器的消毒過程已用於將臭氧與水混合。在文丘裡噴射器的情況下，水被強制通過會聚性的錐形體，引發系統入口和出口之間的壓力差。這在噴射器的主體內部產生真空，從而啟動富含臭氧的空氣流通過進氣口。
[0009]至於氣泡擴散器，富含臭氧的空氣在水表面下發射成氣泡。不管下面確認的進一步問題，氣泡擴散器具有內在缺點，由於擴散器孔往往隨著時間過去而變得汙穢，從而降低了系統效率。
[0010]在兩種情況下，將通常來自富含臭氧空氣的臭氧溶解於水中，且可利用臭氧的可感知比例的殺菌能力為水本身消毒。這減少了可用於有效消毒例如可以是新鮮產品的最終目標的臭氧的量。 [0011]此外，這些現有技術系統顯現出在相比規定標準所許可的更高濃度下允許游離的氣態臭氧被釋放至大氣中。值得注意，當空氣中游離的臭氧超過預定濃度時，空氣中的游離的臭氧是有害的。[0012]在這方面，值得注意的是，在歐洲聯盟中，臭氧濃度的當前目標值據報導為120yg/m3，為約eOnmol/mol。雖然沒有數據設定使其正式成為要求，但是根據指令2008/50/EC,該目標適用於所有的成員國，並且其被處理為長期目標。在美國，在2008年5月，環境保護機構(EPA)將其臭氧標準從80nmol/mol降低至75nmol/mol。儘管事實上該機構自己的科學家和顧問委員會曾建議將標準降低為60nmol/mol。EPA已制定空氣品質指數，以幫助向公眾解釋空氣汙染水平並且目前現行標準將85至104nmOl/mOl的八小時平均臭氧摩爾分數 描述為「對敏感群組不健康」;將105nmOl/mOl至124nmol/mol描述為「不健康」;且將125nmol/mol至404nmol/mol描述為「非常不健康」。世界衛生組織建議51nmol/mo I ο
[0013]因此，在空氣中多餘的臭氧是非常不期望的，並且重要地，利用臭氧作為其活性消毒介質的任何消毒設備不應該將任何可感知量的臭氧釋放至大氣中，同時提供有效濃度以破壞目標細菌等。
[0014]在上述確定的我們較早的國際專利申請中，用於感測通過混合器的水流的建議是，當水在壓力下被應用至混合器時，監測混合器中的壓力增加。這種權宜之計沒有有效操作且需要調查備選控制。

【發明內容】

[0015]根據本發明，提供了包括混合器的臭氧型消毒設備，所述混合器具有大致中空主體，以及用於壓力下的水的水入口 ；噴霧噴嘴，其用於產生通過水入口引入的水的大致圓錐形噴霧；接觸室，其與用於富含臭氧氣體的氣體入口連通；接觸室出口孔，所述出口孔與所述噴霧噴嘴同軸並與其間隔開，以及流動感測設備，其用於感測水通過噴霧噴嘴的流動程度，臭氧型消毒設備的特徵在於:流動感測設備是用於感測由水通過混合器的流動所引起的振動的電子流動感測設備。
[0016]本發明的進一步特徵提供了位於混合器主體的袋形構造(pocket)中的電子流動感測設備；包括用於產生指示水通過混合器的流動速度的信號的壓電傳感器和合適相關電路的電子流動感測設備；以及包埋在可固化材料中並具有大致圓盤形狀的壓電傳感器，其具有薄的較小直徑的可壓縮圓盤且同軸粘附至該傳感器圓盤的兩個表面，壓電傳感器的外徑牢固地包埋在可固化材料中，且其中一個圓盤中心中的小孔提供可固化材料，以便在其一側上中心區域中接觸壓電傳感器。
[0017]本發明的仍進一步特徵提供在容納在混合器主體內的印刷電路板上裝載的相關電路；容納在混合器主體的袋形構造中的印刷電路板；被布置為致動和停動被可操作地連接至用於富含臭氧氣體的氣體入口的臭氧發生器的流動感測設備和相關聯的電路；由被可操作地致動和停動向臭氧發生器供給空氣的風扇的流動感測設備和相關聯電路輸出的信號，在臭氧發生器的致動發生之前實現風扇致動以及在臭氧發生器的停動發生之後實現風扇停動；以及能夠根據水通過噴霧噴嘴的流速在不同速度下運行的風扇。
[0018]本發明的額外特徵提供了出口孔直徑基本上對應於在該位置上圓錐形噴霧的直徑，以便在使用時，在圓錐形噴霧的外部和出口外圍之間基本上無自由空間存在；接觸室，其本身具有比出口孔直徑更大的橫截面尺寸；以及用於富含臭氧氣體的氣體入口，其具有軸平行於但橫向偏離水入口的軸，氣體入口室與接觸室橫向合併。[0019]混合器主體優選由第一部分和第二部分組成，所述第一部分為限定出口孔的護罩形式，在與出口孔相對的開口端接收限定水入口、氣體入口和袋形構造的第二部分，所述袋形結構用於接收感測水通過噴霧噴嘴的流動程度的電子流動感測設備，主體的第二部分以塞狀方式被接收在主體罩部的開口端中。
[0020]水入口優選地被配置為螺紋插座，用於直接應用至水龍頭(tap)或其它管狀水分配物的互補螺紋管(spout)。
[0021]根據本發明的第二個方面，提供了臭氧型消毒設備，其包括如上所定義的混合器；可操作地連接至用於混合器中的富含臭氧氣體的氣體入口的臭氧發生器；以及連接至流動感測設備和任何相關電路的控制電路，其中控制電路被配置為:一旦從流動感測設備和任何相關電路接收到對應於從接觸室產生(develop)佔據出口孔的合適的水噴射圓錐所要求的水通過混合器的最小流速的信號，則致動臭氧發生器，並且一旦接收的信號對應於小於所述的最小流速，則停動臭氧發生器。
[0022]應該注意，本發明的實踐導致富含臭氧氣體夾帶有眾多的噴射水滴，並且據信在沒有任何可感知比例的臭氧溶解於水中的情況下，臭氧以一些方式，可能電磁或靜電地將其本身粘附至水滴表面。該理論解釋了迄今為止表明更多的臭氧由水攜帶而不是通常溶於水的實際測量結果。迄今為止所進行的試驗也披露，在消毒噴霧周圍的空氣中基本上沒有游離的臭氧且在用過的水中含有很少或沒有臭氧殘留。本發明的實踐顯然達到臭氧的最佳利用並使其能夠在其殺菌行為中高度有效。
[0023]儘管臭氧分子對噴霧的水滴的粘附或其他方式的機制尚未完全明了或在技術上進行充分研究，但是迄今為止所進行的測試表明，通過噴霧產生的液滴尺寸優選在10至50微米之間且水噴霧圓錐優選具有35°和45°之間的圓錐角。另外，由風扇產生的流動和由出口孔外的圓錐形噴霧的流動產生的壓力降低導致在接觸室內保持水的10毫米級別(100帕)的略微負壓力。在該方 面，進一步測試將涉及確定完全去除風扇是否是實際的，這將在很大程度上取決於接觸室內產生的負壓和通過臭氧發生器至混合器的流動路徑的性質。
[0024]為了使本發明的上述和其它特徵可變得更加顯而易見，現參照附圖描述包括本發明所有不同方面的一個實施方式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]在圖中:
[0026]圖1是根據本發明的臭氧型消毒設備的各種部件的示意圖；
[0027]圖2是除去其蓋子的圖1所示的設備中使用的臭氧發生器的圖示；
[0028]圖3是為了揭示其他部件而除去某些部件的臭氧發生器的類似圖；
[0029]圖4是圖1中所示的混合器的分解透視圖；
[0030]圖5是在圖1和圖4中所示出的混合器的剖視圖；
[0031]圖6是混合器的平面圖；
[0032]圖7是壓電檢測電路的電路的方框電路圖；以及
[0033]圖8是顯示來自壓電傳感器和相關電路的輸出以及水壓力對通過混合器的流速的變化的圖示。【具體實施方式】
[0034]在附圖所示的本發明實施方式中，臭氧型消毒設備包括混合器(2)，混合器(2)具有大致中空主體和帶螺紋插座(3)作為在壓力下水的水入口，插座適合於直接連接至來自供水水龍頭(4)或具有管狀出口的一些其他供水設備的螺紋出口。
[0035]富含臭氧氣體的氣體入口(5)的軸平行於但橫向偏離氣體入口室(6)的水入口的軸，氣體入口室(6 )與包圍水入口的另外大致圓柱形接觸室(7 )橫向合併。該混合器具有包括旋流器(9)的噴霧噴嘴(8)(參見圖4)，用於使通過水入口引入的水產生大致圓錐形噴霧
(11)(參見圖5)，使得圓錐形噴霧直接進入接觸室並朝向與其相隔的同軸減小直徑的出口孔(12)。接觸室本身具有比所述出口孔的直徑更大的橫截面尺寸。噴霧噴嘴與水入口同軸且噴嘴本身一般位於接觸室中央。
[0036]出口孔的直徑基本上對應於在離噴嘴的該距離上的圓錐形噴霧的外徑，以使在圓錐形噴霧的外部和出口外圍之間基本上無自由空間存在。實際上，在使用中，可通過出口孔外圍略微中斷(cut off)圓錐形噴霧的外周邊，但是應該注意該程度應該不會造成較大的液滴聚結在出口周邊。
[0037]至於混合器主體結構，其方便地由第一部分(15)和第二部分(16)組成，所述第一部分為限定出口孔的護罩形式，在與出口孔相對的開口端接收限定水入口、氣體入口以及水入口和氣體入口之間的袋形構造(17)的第二部分(16)。在該情況下，氣體入口室和接觸室的橫向合併發生在袋形構造的側面和下方。
[0038]如從附圖的圖4中最顯而易見的，該主體的第二部分以塞狀方式接收在主體的罩部開口端中。混合器主體的第一和第二部分可由合適的抗臭氧材料注射澆鑄或壓鑄且該兩部分可以任何合適的方式永久地密封一起，包括超聲波焊接、溶劑焊接和粘接劑。袋形構造的開口可通過如圖4所示的具有`其自身的柔性繩套環(19)的合適封閉件(18)封閉。
[0039]混合器包括壓電傳感器(21)形式的流動感測設備，其被以電子信號生成印刷電路板(electronic signal generating printed circuit board) (22)的形式連接至相關電路，電子信號生成印刷電路板(22)用於放大由壓電傳感器產生的信號並提供合適用於操作下面進一步描述的控制電路的輸出。
[0040]為了確保該壓電傳感器由水通過混合器所創造的振動而充分致動，壓電傳感器本身以及以印刷電路板(22)形式的其相關電路被接收在混合器主體的袋形構造(17)內且袋形構造內的剩餘空間由合適的可固化材料填充。因此，可固化材料將確保所產生的振動被正確地傳送至壓電傳感器。
[0041]在壓電傳感器的一個成功布置中，其具有圓盤形狀，薄的較小直徑的可壓縮——在該例子中為泡沫材料(foam)—圓盤(23)被同軸地附著至傳感器的兩個表面上。泡沫材料圓盤的較小外徑能夠使壓電傳感器的外周牢固地嵌入可固化材料。在較靠近插座的泡沫材料圓盤中心中的小孔(24)(見圖4)允許可固化材料在其一個側面上的中央區域中接觸壓電傳感器。效果在於，由於泡沫材料允許壓電傳感器增強振動並相應從其增強輸出的事實，在其周邊被牢固地保持和由佔據小孔(24)的可固化材料的小柱(圖5中由數字(24A)表示)激發的壓電傳感器表現出增強的運動。
[0042]當然，由於其通過噴嘴，壓電傳感器對由水引起的振動敏感，且振動會隨著水的流動速度通常在頻率上發生變化。圖8是說明流速隨著壓力以及壓電傳感器和相關電路的輸出的變化的圖示。
[0043]微處理器(41)優選地被包括在印刷電路板上且其使得其它的智能電子傳感器併入在混合器電路中，例如用於打開噴嘴以及用於連接至電磁鐵控制的水閥一在該例子中它可打開水流本身一的紅外接近傳感器(42)。因此，傳感器可用於例如在小便池中打開臭氧衝洗水。
[0044]僅僅為了完整起見，將電子電路的示例以圖7中的方框圖形式示出。可以注意到，來自壓電傳感器的輸出首先通過低通濾波器(43)並隨後通過放大器(44)。經放大的信號通過高通濾波器(45)，隨後通過整流器(46)且之後通過低通濾波器(47)。當然，電子電路可包括發光二極體(LED) (48)，以指示振動傳感器何時激發。同樣混合器中的LED的附加功能，或另外的LED可向用戶通信其他信息，如通過每隔15秒閃爍顯示時間間隔，從而協助正確地給洗滌物加劑量。它還可以通過閃爍紅色(相對於綠色或藍色)光的序列顯示錯誤或單元故障。在下文中進一步描述了印刷電路板可提供有連接至臭氧發生器的通信連接器(49)。 [0045]一般已知結構的和電暈放電類型的單獨臭氧發生器(25)通過合適的管(26)可操作地連接至用於富含臭氧氣體至混合器(5)的氣體入口。然而，臭氧發生器被改進以根據本發明操作並在臭氧發生器殼體內在印刷電路板(27)(見圖3)上容納控制電路。
[0046]臭氧發生器還通過通信電纜(28)連接至混合器，其用於在具有低DC電壓的電能的混合器內的袋形構造中供應印刷電路板(22)和壓電傳感器(21)並響應於壓電傳感器轉換所產生的信號至臭氧發生器殼體中的控制電路。
[0047]該控制電路併入合適的變壓器和整流器，用於通過合適的電纜(31)連接至電力網電供應出口。控制電路被配置為一旦從混合器接收到對應於將相應於產生佔據接觸室的出口孔的水噴霧圓錐的水通過混合器的最小預定流速的信號，就致動電暈放電臭氧發生器單元(32)。一旦從混合器接收的信號對應於小於所述的最小流速，控制電路類似地停動臭氧發生器單元。可以理解，以這種方式可避免在缺乏水通過混合器的充分流動的情況下產生臭氧，並且因此臭氧不能被釋放至大氣中。
[0048]在本發明的該實施方式中，臭氧發生器還包括可變速離心式風扇(33)，用於吹動空氣通過臭氧發生器並之後進入混合器的接觸室。離心式風扇具有由可變速DC電動機
(35)驅動的基本上常規的離心葉輪(34)。響應於從壓電傳感器接收到的信號，由控制電路控制可變速電動馬達，使得在臭氧發生器的致動發生之前致動風扇且在臭氧發生器的停動發生之後停動風扇。
[0049]在使用中隨著噴霧通過接觸室並從出口孔噴出，產生攜帶臭氧作為活性消毒劑的消毒水噴霧，使得攜帶臭氧隨著噴霧離開出口，如上所述。
[0050]通過打開水龍頭啟動消毒設備運行，致使水流過混合器且一旦流速達到其最低水平，在該例子中每分鐘約1.3升，且優選地在每分鐘1.6和2升之間，控制電路將首先啟動DC發動機一其驅動風扇以在電暈放電單元(32)上產生氣流，且隨後不久，該電暈放電單元的高電壓電路被通電以開始產生臭氧。進行該程序以確保所產生的全部臭氧被攜帶通至混合器。該控制電路還可啟動指示燈，例如藍色LED，以指示空氣正流動且正在產生臭氧。
[0051]當進一步打開水龍頭，噴嘴中的壓電傳感器導致增加的流動信號被發送至控制電路一其調整風扇速度以便響應於增加的水流而增加氣流。因此，消毒設備具有感測水流速並當水流速增加時向混合器供給增加量的臭氧的能力。
[0052]混合的臭氧與水以細滴/噴霧形式離開噴嘴並命中在清洗處於水噴霧中放置或處理的目標。
[0053]因此，以根據從壓電傳感器及其相關電路接收到的信號而變化的速度，由風扇吹動空氣通過電暈放電單元。在這方面，應當注意，壓電傳感器感測由水通過旋流器和混合器噴嘴的路徑所產生的振動，並且振動特性將隨水通過混合器的流速而變化。
[0054]僅以舉例方式，在採用的測試設備中，下面的壓力導致水和風扇速度的所述(stated)流速以及水的所述臭氧含量:
[0055]
【權利要求】
1.一種包括混合器的臭氧型消毒設備，所述混合器具有大致中空主體，以及用於壓力下的水的水入口 ；噴霧噴嘴，其用於產生通過所述水入口引入的水的大致圓錐形噴霧；接觸室，其與用於富含臭氧氣體的氣體入口連通；接觸室出口孔，所述出口孔與所述噴霧噴嘴同軸並與其間隔開，以及流動感測設備，其用於感測水通過所述噴霧噴嘴的流動程度，其中所述流動感測設備是用於感測由水通過所述混合器的流動所引起的振動的電子流動感測設備。
2.如權利要求1中所要求的臭氧型消毒設備，其中所述電子流動感測設備位於被提供在所述混合器主體中的袋形構造中。
3.如權利要求1或2中任一項所要求的臭氧型消毒設備，其中所述電子流動感測設備包括用於產生指示水通過所述混合器的流速的信號的壓電傳感器和合適的相關電路。
4.如權利要求3中所要求的臭氧型消毒設備，其中所述壓電傳感器被包埋在可固化材料中並具有大致圓盤形狀，其具有薄的較小直徑的可壓縮圓盤同軸粘附至該傳感器圓盤的兩個表面，所述壓電傳感器的外徑牢固地包埋在可固化材料中，且其中一個圓盤中心中的小孔用於提供可固化材料，以便在其一側上中心區域中接觸所述壓電傳感器。
5.如權利要求3或4中任一項所要求的臭氧型消毒設備，其中所述相關電路裝載在所述混合器主體內容納的印刷電路板上。
6.如權利要求5中所要求的臭氧型消毒設備，其中所述印刷電路板被容納在所述混合器主體的袋形構造內。
7.如上述權利要求中任一項所要求的臭氧型消毒設備，其中所述流動感測設備和相關電路被布置為致動和停動被可操作地連接至用於富含臭氧氣體的所述氣體入口的臭氧發生器。
8.如上述權利要求中任 一項所要求的臭氧型消毒設備，其中由所述流動感測設備和相關電路所輸出的信號可操作地致 動和停動向所述臭氧發生器供應空氣的風扇，在所述臭氧發生器的致動發生之前實現所述風扇致動，並且在所述臭氧發生器的停動發生之後實現所述風扇停動。
9.如權利要求8中所要求的臭氧型消毒設備，其中所述風扇能夠根據水通過所述噴霧噴嘴的流速在不同速度下運行。
10.
11.如上述權利要求中任一項所要求的臭氧型消毒設備，其中所述出口孔的所述直徑基本上對應於在該位置上所述圓錐形噴霧的直徑，使得在使用時在所述圓錐形噴霧的外部和所述出口的外圍之間基本上無自由空間存在。
12.如上述權利要求中任一項所要求的臭氧型消毒設備，其中其所述接觸室本身具有比所述出口孔的直徑更大的橫截面尺寸。
13.如上述權利要求中任一項所要求的臭氧型消毒設備，其中用於富含臭氧氣體的所述氣體入口的軸平行於但橫向偏離所述水入口的軸，氣體入口室與所述接觸室橫向合併。
14.如上述權利要求中任一項所要求的臭氧型消毒設備，其中所述混合器主體由第一部分、第二部分組成，所述第一部分為限定所述出口孔的護罩形式，在與所述出口孔相對的開口端接收限定所述水入口、氣體入口和袋形構造的第二部分，所述袋形結構用於接收感測水通過所述噴霧噴嘴的流動程度的所述電子流動感測設備，所述主體的第二部分以塞狀方式被接收在所述主體的罩部的開口端中。
15.如權利要求14中所要求的臭氧型消毒設備，其中所述水入口被配置為螺紋插座，用於直接應用至水龍頭 或其它管狀水分配物的互補螺紋管。
【文檔編號】C02F1/78GK103702948SQ201280034088
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年5月11日 優先權日:2011年5月12日
【發明者】C·M·拉塞爾, M·G·馬歇爾, C·L·福斯特, D·H·羅爾斯 申請人:阿克華公司