CN1501891A - 一种产生和使用臭氧处理水的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对水进行臭氧处理并将经臭氧处理的水施加到物体表面上进行清洁的装置和方法。本发明使用户能够方便和快速地将水转变成具有更强清洁特性的液体。本发明包括清洁设备，带有装水的储液器(64)和循环流道，用户能够方便地操作所述储液器来分配水，所述循环流道与所述储液器和所述装置连通，使储液器中的至少一部分水能够从储液器流至所述装置和返回储液器。

Description

一种产生和使用臭氧处理水的装置和方法

相关申请

本专利申请要求具有2001年1月12日提交的临时专利申请No.60/261,534、2000年12月12日提交的临时专利申请No.60/254,820和2001年1月10提交的临时专利申请No.60/261,101的优先权和其他利益，这些专利的全部内容都在本说明书中引用参考。

技术领域

本发明涉及产生和使用清洁液体如臭氧处理水的系统和装置。总体地，本发明涉及对第一液体进行改性处理形成具有增强清洁特性的第二液体的装置。更具体地，本发明涉及利用臭氧对水进行处理的装置，臭氧处理水可清洁和/或消毒食物或物体表面。

背景技术

臭氧处理水的益处以及用来产生臭氧处理水的工艺在本技术领域中是已知的。市政供水公司多年来已经使用臭氧技术来处理大量的水，因为臭氧净化和改善水质非常有效。已经发现臭氧技术通过多种方式来处理水：通过接触比其它大多数常规处理方法更快地杀死细菌；通过接触杀死病毒；杀死藻类孢子、真菌、霉菌和酵母孢子；通过称作微凝聚的方法去除过量的铁、锰和硫，从而不用化学添加剂就可以自然调节水质；以及去除颜色和气味。

使用臭氧处理水不会留下残余物；可促进植物生长和提高植物寿命(由于臭氧处理水中含氧量高)；可用作更为有效的清洁剂以生产更加清洁的衣物；比自来水有更好的味道和气味；用臭氧处理水处理过的蔬菜更加清洁并具有更长的贮藏期限。

大部分已知的家庭用臭氧处理系统都包括复杂的臭氧发生器而且必须接入家庭供水系统中。这类系统十分昂贵，必须中断家庭供水很长时间，而且需要花费相当长的时间进行安装。而且，这类系统是不可移动的，因而如果要从家庭中拆除以用于别的地方，就必须花费相当多的费用来拆除系统和重新安装系统。为了将现行的臭氧处理系统中的臭氧处理水用于家务如清洁物体表面或食物，一般来说用户必须将水转移到容器如喷洒瓶或玻璃水瓶中。由于臭氧化的水平随时间快速降低，所以将臭氧处理水转移会降低其总体清洁效果。

需要有这样一种生产臭氧处理水的系统，其不但便宜而且易于安装(即，不需要有管道工也不中断供水)。需要有这样一种生产臭氧处理水的系统，其十分轻便能方便地移动而用于许多位置。需要有这样一种臭氧处理系统，其能够对随时可用的容器，如喷洒瓶或玻璃水瓶，中的水进行臭氧处理，从而提高臭氧处理水的总体清洁效果。需要有一种可在台面上工作的臭氧处理系统，其包括可方便地进行更换的部件。

考虑到这些需要而开发了本发明。

发明内容

本发明涉及一种对水进行臭氧处理并将臭氧处理水应用到物体表面上进行清洁的装置和方法。一般来说，其它液体介质也可以进行类似的改性以形成具有增强氧化性的液体介质。其他可考虑的应用包括将酸改性为过酸，比如将乙酸改性为过乙酸。取决于所选液体介质的特性，可以对产生增加氧化性的反应电池作相应修改或者不作修改。本发明使使用者能够方便和快速地将水或其它液体如醋转变成具有更强清洁特性的液体。与水中的臭氧相比，这些其它的液体具有保持更长时间氧化性的能力，从而提高其用途。

本发明提供了一种清洁设备，其包括装有液体的储液器，用户能够方便地操作该储液器来分配液体；增加所述液体氧化性的装置；以及与所述储液器和所述装置连通的循环流道，使储液器中至少一部分液体能够从储液器流至所述装置并返回储液器。

根据本发明的另一个方面，所述液体是水；且所述装置是将臭氧分配到流至该装置的水中的臭氧电池。

在本发明的另一个方面，所述装置放置在底座上；且所述储液器可选择地连接到所述底座和所述循环流道。

本发明的还有一个方面中，所述循环流道包括再循环流道和处理流道，其中处理流道将水从再循环流道引导到所述装置然后返回再循环流道。

本发明的还有另一个方面是，所述处理流道包括位于所述装置上游且在所述处理流道与所述再循环流道分岔处下游的去离子预处理区。

本发明的还有一个方面是，所述处理流道包括位于所述装置下游和所述处理流道与所述再循环流道重新汇合处上游的后处理区。

在本发明的另一个实施例中，提供了一种家用清洁设备，包括：带有臭氧发生器的底座；装水并使用户能够选择性地分配水的储液器，该储液器可选择地安装在底座上并与底座液体相通；设在储液器和底座之间的循环流道，使储液器与臭氧发生器至少部分液体相通；其中，至少一部分水流入储液器和臭氧发生器之间的循环流道并返回储液器中，所述臭氧发生器将臭氧分配到水中。

本发明的还有一个方面是，循环流道包括再循环流道和处理流道，再循环流道在储液器和底座之间延伸并返回到储液器，而处理流道从再循环流道延伸到臭氧发生器然后返回再循环流道；其中，臭氧发生器将臭氧分配到处理流道中的水。

本发明的另一个方面是，处理流道包括设置在臭氧发生器上游的去离子过滤介质。

本发明的还有一个方面是，去离子过滤介质放置在底座中。

本发明的还有另一个方面是，设备包括可选择地连接到底座并与底座液体相通的盒子，该盒子构成处理流道的一部分；其中，去离子过滤介质放置在该盒子中。

本发明的另一个方面是，包括连接在处理流道和再循环流道之间的混合装置如文丘里管，混合装置帮助将处理流道中的已处理水与再循环流道中的未处理水混合。

根据本发明的另一个方面，水泵布置在循环流道中以帮助水沿循环流道移动。

本发明的另一个实施例包括：底面上带有阀门装置的储液器；容纳该储液器的底座，底座中包括对水进行臭氧处理的臭氧发生器；水泵，用来将水从储液器抽入底座并通过臭氧发生器，然后泵回到储液器中；和用来去离子化从储液器抽取水的装置。底座还包括用来将储液器中的水转移到臭氧发生器，然后返回到储液器的装置。

通过下面对附图中所示本发明实施例的更加具体的介绍，将使本发明各实施例中的其它特征、用途和优点变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明的流道回路及其相关部件的示意图；

图2是本发明的透视图，包括底座、喷洒瓶和盒子；

图3是图2所示本发明装置的分解图；

图4是沿图2中4-4剖面的本发明装置的剖视图；

图5是本发明采用的蒸发介质的透视图；

图6是可取下的盒子的前视图；

图7是可取下的盒子的底视图，示出了可与设在底座的循环路径互相连接的端口；

图8是可取下的盒子的后视图；

图9是沿图8中9-9剖面的可取下的盒子的剖视图，包括盖子、过滤器、去离子树脂、螺旋形区域、扩散板和入口板；

图10A和10B是盒子的分解图；

图11是喷洒瓶式储液器的透视图；

图12是图11所示喷洒瓶的分解图；

图13是沿图11中13-13剖面的局部剖视图，示出了放置在底座的瓶子底部的阀门组件，所示阀门组件处于打开状态；

图14是与图13类似的局部剖视图，其中的阀门组件是关闭的；

图15示出了玻璃水瓶式储液器；

图16示出了图15玻璃水瓶式储液器的分解图，所示阀门组件与图13中的阀门组件类似；

图17是分流器的透视图，包含一部分循环路径、水泵和电动机、以及臭氧发生器；

图18是沿图17中18-18剖面的分流器的剖视图，示出了至储液器的出入端口、混合装置(文丘里管)以及分流器的顶部和底部；

图19是分流器顶部的底视图，示出了密封槽、一部分循环路径、混合装置(文丘里管)以及各种端口；

图20是分流器顶部的顶视图；

图21A和21B是分流器的分解图，示出了密封件、水泵、臭氧发生器和电池；

图22A是沿图18中22-22剖面的剖视图，示出了包括处于非接合状态电池的臭氧发生器，电池处于压力增大到足以移动所述活塞之前的位置；

图22B是类似于图22A的剖视图，其中所述活塞已经由所述水压力驱动而使所述电池处于接合状态；

图23示出了控制面板表面；

图24-28示出了用来控制本发明装置的控制单元所采用的操作步骤的方框图，对应于图23中所示的控制面板；

图29示出了另一种控制面板表面；

图30-34示出了用来控制本发明装置的控制单元中所采用的操作步骤的方框图，对应于图29所示的控制面板；

图35是控制系统的功能方框图；

图36是具有液压致动模式的电化学装置的示意性侧视图；

图37是电化学装置的示意性侧视图，该电化学装置带有用来容纳处理水的储液器和将所处理的水输送到电化学电池以及整体式液压致动装置的水泵；

图38是与图37中类似的电化学装置的示意性侧视图，带有改放在水泵入口处的碳过滤器和去离子床；

图39是电化学装置的示意性侧视图，带有与阳极液体相通的独立的去离子水储液器。

具体实施方式

本发明的臭氧处理装置是一种紧凑和轻便的系统，用来将臭氧加入水中并提供了使用臭氧处理水的一种方便的方法。简单地，本发明能够以简单、方便和高效的方式对可携带储液器中的水进行臭氧处理。臭氧处理水后来可应用于各种物体表面而达到清洁和/或消毒的目的。装置60包括底座62、储液器64和过滤盒66。储液器64装有水并放置在底座62上。储液器64中的水通过底座62和过滤盒66循环而被臭氧化，然后流回到储液器64中。在“充气”步骤完成后，可以把储液器从底座62上取下从而能够以所需要的任何一种方式使用臭氧处理水。过滤盒66是独立的部件，因为当过滤性能减小时必须进行定期更换。但也可以与底座整体制成。底座62包括控制单元，利用软件来控制臭氧化作用的操作过程。比如，控制单元控制臭氧“充气”到水中、打开和关闭臭氧发生器、检测工作性能(过滤盒的有效性)以及控制许多其它特性，使系统正常工作。

在本发明的一个实施例中，本发明的装置包括底座62、储液器64和盒子66。一般由喷洒瓶或玻璃水瓶构成的储液器64可取下地容纳在底座62的主壳体顶面70上的凹进部分68中。此外，装有去离子介质和除铅介质的水处理盒可取下地容纳在主壳体顶面上的另一个凹进部分72中。臭氧发生器也容纳在主壳体62中。最后，在储液器、臭氧发生器、以及水处理盒66之间形成循环流道。

操作时，用户在储液器64中装满水并放置到主壳体62的顶面70上的对应凹进部分68中。设在储液器64底部的自动阀门74构成循环路径的一部分并与设在主壳体62表面中的阀门组件78相连，从而与臭氧发生器液体连通。在装置60的工作过程中，自动阀门74充当循环路径的一部分使水能够从储液器64流至臭氧发生器，然后返回到储液器64中。用户接着通过控制单元启动装置60，使装置中的水泵和臭氧发生器都开始工作。一般来说，在预定的时间内，水从储液器64循环到臭氧发生器(而且通过去离子介质和除铅介质)然后返回到储液器64。储液器中水的臭氧水平随时间增长。在循环结束后，用户只须将储液器64从底座上取下便可随意使用。在储液器64是由喷洒瓶构成的实施例中，用户可以使用臭氧处理水来清洗蔬菜或清洁工作台面。

图1是示出本发明一个实施例中的水流回路的方框图。使用本发明的系统，用户在储液器64中装满自来水并将其安装到主壳体62上，在本例中储液器64用喷洒瓶来表示。瓶子64和主壳体62之间的接合部位包含两个单向阀74(一个用于从瓶子流出到主壳体，一个用于从主壳体流入到瓶子)，当把喷洒瓶64安装到主壳体62时，这两个阀门协同动作自动打开，从而使水能够在底座主壳体62和喷洒瓶64之间流动。

用户接下来触动底座主壳体上控制单元的启动开关，但系统也可以自动启动。开关启动了水泵，将自来水从喷洒瓶抽入容纳在主壳体的臭氧发生器中。在本发明的一个实施例中，水泵的输出包括三个支路：再循环水流道，其通向文丘里混合器然后流回到瓶中；第二流道，其通向去离子树脂床然后流向臭氧电池；和第三流道，通向机械系统以启动臭氧发生器(从而启动臭氧电池)。穿过再循环支路的水流经文丘里管，然后流回到瓶中。流到第二流道的水被引向去离子树脂然后通过臭氧电池，接着返回文丘里管与再循环路径中的水重新混合而流回到瓶中。第三流道中的水对臭氧发生器中的活塞组件加压，使臭氧电池中的一个部件朝另一个部件移动而接通电池，于是开始产生臭氧加入第二流道的水中。下面将参考图1更加详细地介绍循环路径。

按照设计要求，臭氧电池必须输入去离子水以防止自来水中通常存在的离子“污染”电池而使电池寿命缩短。臭氧电池输入去离子水并把从中流过的一部分去离子水分解成臭氧(O₃)、氧气(O₂)和氢气(H₂)。氢气作为废物散逸到空气中。离开臭氧电池的去离子水中含有氧气和臭氧，而且还可以含有从电池中作为催化剂的氧化铅电镀层上溶解出来的微量铅。电池产生可溶入水中的臭氧微气泡。离开臭氧电池的水(含有氧气和臭氧)流经除铅介质以除去任何微量铅。在离开铅过滤器之后，经臭氧处理的去离子水和臭氧通过文丘里管送回到再循环水管道中。文丘里管有助于臭氧溶解到水中。水然后流回到瓶中。

这种循环持续预定的时间，在此期间喷洒瓶中的臭氧浓度增大到所要求的水平。时间周期可以根据进行臭氧处理的储液器的大小而变化。比如，大储液器可能要用大约15分钟，而小容器可能只需大约10分钟。喷洒瓶或玻璃水瓶中的臭氧浓度最好为大约2.0ppm。在时间周期结束时，控制单元指令水泵和臭氧电池关闭。当水泵关闭时，活塞上的使电池保持工作状态的压力释放，于是偏置力，如弹簧力，使电池的可动部件离开电池的其余部分，从而停止臭氧的产生。用户接着可取下储液器，用臭氧处理水来清洁和/或消毒食物或物体表面。

参见图1，图中示出了本发明的循环路径80。所述循环路径一般是在储液器64和臭氧发生器122之间延伸的回路，使储液器64中的水能够充气即进行臭氧处理。具体参考图1，作为一个参考点，循环路径80开始并结束于储液器64。循环路径的第一部分82从储液器64流到水泵124。水泵124由电动机286和齿轮泵288构成。由于重力以及水泵产生的吸力水流至并通过水泵124。在水泵之后，循环路径分叉成三个不同的路径。其中第一路径84是再循环路径，其通过文丘里管308流回到储液器64。第二路径86流向臭氧发生器122并在臭氧电池154进行处理，而第三路径88流向臭氧发生器122以启动臭氧电池154。

第一路径(再循环路径)84流经文丘里管308，能够与第二路径86中流动的经臭氧发生器122处理过的水混合。第一路径84和第二路径86中的水流在文丘里管308处重新混合后流回储液器64。

第二路径(处理路径)86在分流器90(如开口)处与第一路径84上分叉，将水引导到臭氧发生器122，供臭氧电池154进行处理。在所介绍的实施例中，第二路径86在从第一路径84上分叉之后通向去离子树脂床92，以便在臭氧电池154对水进行处理之前除去水中的离子。水流经去离子床92后，经第二路径86流到臭氧电池154进行处理。如下面所要介绍的，臭氧电池154对水进行臭氧处理。在臭氧电池154之后，第二路径86通向除铅过滤器94以除去任何残留的铅，这些残留铅是在臭氧电池154加入水流。在经过除铅过滤器94后，第二路径86通向文丘里管308与第一路径(再循环路径)84重新汇合，再通到储液器64。

由水泵后面的循环路径80构成的第三路径88通向臭氧发生器122以启动臭氧电池154。此为启动路径。臭氧发生器122包括臭氧电池154和相关的机构，可使臭氧电池154处于两种状态中的一种：1)是臭氧电池154不工作的未接合状态，和2)是臭氧电池154工作的接合状态。第三路径88驱动该机构，使臭氧电池154从未接合的第一状态变到接合的第二状态。在此介绍的实施例中，第三路径88是盲管，可在活塞350上产生压力(该压力由水泵产生)使臭氧电池154进入工作的第二状态。

图1中示出的循环路径只代表了一种循环路径。其中重要的路径是从储液器64流到臭氧电池154然后返回储液器的路径。而经过去离子树脂床或除铅过滤器的路径并不一定是必需的。而且，对于不同的电池结构，当臭氧电池不需要驱动机构时，通向驱动机构以接合臭氧电池的路径也不是必需的。

在图2-4中示出了根据本发明一个实施例的喷洒瓶64、底座62、去离子和除铅过滤盒66(盒单元)。虽然在图2所示的实施例中示出了喷洒瓶64，但是玻璃水瓶或其它容器也可用于该系统，只要包括可与系统底座62中的阀门组件78一起工作的阀门组件74，两个阀门组件都作为对储液器64(喷洒瓶或玻璃水瓶)中的流体加入臭氧的循环路径的一部分。

如图3所示，喷洒瓶64和盒子66都可以从系统60的底座62上取下。一般来说，在对水进行臭氧处理之后，用户便可将喷洒瓶64取下，而随意地喷洒臭氧处理水。盒单元66通常保持在底座62上。不过，当盒单元66中的过滤介质用尽时，可以将盒单元66拆卸下来并换上新的盒单元66。

底座62是一壳体，里面装有：臭氧发生器122；水泵124和阀门组件126，用来使处理过的水和未处理的水沿循环流道移动；控制单元128，用来控制处理过程；和循环路径80的主要部分。如图4所示，上面所提到的臭氧发生器122和水泵124封闭在底座壳体62中。有关喷洒瓶64、盒单元66和底座62的其它细节在下面给出。

如图2、3和4所示，底座壳体62中包含臭氧发生器122、水泵124、和使已处理水和未处理水移动的阀门组件126。在底座壳体62的一个实施例中，底座62的横向尺寸基本是椭圆形的。然而，底座壳体62可以采用任何形状，只要底座壳体的结构能够提供支承喷洒瓶64和盒单元66的稳定性，以及能够容纳下面所要介绍的臭氧发生器122。如图3所示，在底座壳体62的上表面有两个凹进部分68、72。前面较大的凹进部分68用来容纳储液器64的下部76。在本说明书中，引用参考的是喷洒瓶，但应当认识到，可以使用玻璃水瓶或其它类型的储液器。后面较小的凹进部分72用来容纳盒单元66。

如图3所示，前凹进部分的底面上包括阀门组件78，可对应连接喷洒瓶64底面的阀门组件74。用于盒单元66的凹进部分72的底壁上形成若干个孔，对应于盒单元底壁上的孔。这些孔属于循环路径的一部分。图2和3中同样还示出了用户将喷洒瓶64放置在底座62上表面70前端的较大凹进部分68中。用户将盒单元66放置在底座62的后凹进部分72中。喷洒瓶凹进部分68和盒单元凹进部分72分别设计成能稳固地支承喷洒瓶64和盒单元66。如图3所示，较大的凹进部分68或喷洒瓶凹进部分的底面上带有凸起部分132。底座62上用于喷洒瓶64的阀门组件78位于凸起部分132。储液器的底部76形成具有侧壁和内顶面(储液器底壁的一部分)的凹进部分134。喷洒瓶64的阀门组件74位于凹进部分134的内顶面中。凸起部分132具有与凹进部分134大体相同的形状，因此当喷洒瓶64位于主壳体的凹进部分68时可具有更高的稳定性。此外，凸起表面132的形状对用户将喷洒瓶64在主壳体62的凹进部分68中适当定位十分关键。

在图2和3中示出的底座的下前部分136构成搁架138。在本发明的一个实施例中，搁架138带有启动装置的控制单元128的接口。除了喷洒瓶64和盒单元66的尺寸之外，影响底座62尺寸的其它参数还包括系统所要求的水流量、为满足所要求流量臭氧发生器122需要有的尺寸、电源、印刷线路板、以及其它的部件。

盒子壳体背面的悬臂偏转肋部142与相应的盒凹进部分72背部的卡钩144配合，可拆卸地将盒子壳体66固定在主壳体的盒凹进部分72中。参见图3和4，沿主壳体62的一个侧面上设有电源开关，当把电源开关打开时可向控制单元128、水泵124和臭氧发生器122供应电力。底座是用常规的110v供电线路来供电的，但也可以用蓄电池来供电。

后壁148带有通风孔，可使发生器电动机冷却和蒸发介质干燥更加容易。图4中示出了两个通风孔，其中第一通风区150位于电动机下面，而较小的第二通气区152位于电池室154下面。

在臭氧发生器的电池室154(见图4)下面，蒸发介质156(见图5)位于较小的通气区152附近。参见图5，蒸发介质156是用海绵状的吸收性材料制成的。蒸发介质设计成可收集从臭氧发生器122渗漏的任何湿气。下壳体部分中的通气底面152和上壳体部分62的后壁148的通气侧壁150有助于使蒸发介质156干燥。

图6到10B示出了盒单元66。盒子包含盒子壳体158，其具有平直前表面160和弧形后表面162。盒子壳体158包含分成若干独立又相互连接的腔室172的去离子树脂过滤器和螺旋形布置的除铅区域。图6示出了设在盒子底部的四个孔。从左至右来看，孔164是去离子室的入口。孔166是去离子室的出口。孔168是除铅区域的入口，而孔170是除铅区域的出口。图7示出了从底面看到的孔。图8示出了帮助盒子66保持在凹进部分72中的肋部142。图9是示出一对去离子室172、下管、装配顶盖、以及螺旋形除铅区域178的剖视图。这些将在下面更详细地介绍。

图10A和10B是从前面看的盒单元66的立体分解图。在图6、10A和10B所示的实施例中，盒单元66将介质180和除铅过滤器178封装起来，其中介质180在水进入臭氧发生器122之前除去水中的离子，除铅过滤器178在水通过臭氧发生器122之后除去水中的微量铅。在本发明的一个实施例中，盒单元66分成两个区域，其中一个用于去离子水处理，而另一个用于除铅处理。在优选实施例中，上室182包含去离子介质180，而下室184中包含铅过滤器，参见图9。虽然在图10A和10B所示实施例中的盒单元66大体上是矩形的，但是能够将去离子介质180和铅过滤器178封装起来的任何形状都可以采用，只要与系统60的底座62的凹进部分72对应并带有适当的孔164、166、168、170。两个室182、184也可以并排布置或以任何不同的方式布置。

如上所述，盒子壳体158的背面162上还带有可与装置底座62上的卡钩144配对接合的肋部142。卡钩144与盒子66上的突肋142配合，在装置60的工作过程中使盒子66保持在适当的位置。

如图6和7所示，盒单元66的底面上带有孔164、166、168、170，用来使水能够进入和离开去离子室182和铅过滤室184。这些孔可以是能够与盒子66的凹进部分72底部中的对应接头紧密配合的不渗水接头。可以使用O型圈186或类似零件将接头紧密地密封起来，同时形成了可更换的接头。孔164、166、168、170还可以类似于储液器64底部和循环路径之间的那些阀门，当接合时开启而当未接合时关闭。阀门变型将在下面更详细地介绍。

因为盒子66并不经常拆卸和更换，所以不带阀门的装配结构比较合适。盒子66的凹进部分72底部上的接头或阀门都是循环路径的一部分，要么从循环路径通向去离子水处理区域、要么从去离子水处理区域通向臭氧发生器122、或从臭氧发生器122通向除铅区域、或从除铅区域通向文丘里管，使加了臭氧的水与再循环路径中的水混合。

比如，在图7所示的盒单元66的一个实施例中，在盒单元底面左侧示出的圆圈代表使水进入和离开去离子介质的入口164和出口166。在盒单元底面右侧示出的圆圈代表使水进入和离开盒单元66中的除铅过滤器178的入口168和出口170。本发明盒单元的一个实施例中的阀门组件可与系统60的底座62中相应盒子凹进部分中的阀门组件协同工作。盒单元中的阀门组件基本上与用于喷洒瓶64和喷洒瓶凹进部分68的阀门组件类似(将在下面介绍)。当把盒单元66从底座62上拆下时，盒子66上的阀门组件自动关闭以密封盒单元66。相应地，当把盒单元66放置到底座的凹进部分72中时，安装在盒子66底部的阀门自动打开，使水能够进入和离开盒单元66。如上所述，在本发明系统的一个实施例中，在将水引入臭氧电池之前，先使未经处理的水的通过盒单元中的去离子介质180。在臭氧化处理之后，将进行了去离子并臭氧处理的水输送至盒子中的除铅过滤器178，然后离开底座62并再次进入喷洒瓶64中。

盒子壳体158的用于去离子过滤的上室182(见图9)分成四个象限。如图10A和10B所示，象限一188位于左上角，而其余象限依次以顺时针方向编号。每个象限构成沿上室182长度方向延伸的分室。每一象限带有沿分室长度方向延伸的管道174，该管道作为下流管道。每一分室中装有去离子(DI)材料以除去装置60的自来水中的离子。多孔过滤器196布置在每个分室的顶部以收集水中的去离子微粒，使之不会阻塞文丘里管。每个分室中的多孔过滤器196构成装配在下流管道上面的孔198。下流管道的上端200延伸到过滤器上面或是与过滤器的顶面齐平。过滤器196可以是单件的，如图10A和10B所示，整个安装在去离子室的顶部上。盖子202安装在盒子顶部开口上并以不透水的密封方式固定。在盖子和过滤器之间存在空间，水能够在其间流动(见图9)。

盒子底部包括三块板，形成两个中间层。底部或入口板204设有四个从中穿过的孔164、166、168、170(如上面所介绍的)，使水能够流入和流出去离子区域以及除铅区域。入口板的顶面形成一螺旋形迷宫状的连续通道。该通道从除铅区域的入口(入口板上的孔)通向除铅区域178的出口(入口板上的孔)。

第二板206或迷宫板的底面上带有与入口板顶面上结构相同的迷宫设计。这两块板沿通道的公共壁(焊接在一起)和第二板的外缘208连接在一起。于是在两块板之间形成迷宫路径。第二板中带有与入口板中两个孔相配合和对准的两个孔210、212，入口板中的这两个孔与分室的入口164和出口166相连。第二板206的顶面分成四个象限224、226、228、230以配合和密封设在分配板的四个象限之间的密封条214，如下面所要介绍的。这些象限还对应于去离子室的象限188、190、192、194。第二板206的左上象限或第一象密封到对应室的底部。去离子入口孔164被分配板中的第一象限壁的周边包围，因此水流入第一象限并向上通过在第一去离子室中的去离子材料。有关水的流道的更多细节将在下面介绍。

第二板顶面上的其它象限也与分配板中的对应象限密封起来，以形成若干个串联的去离子室172。每个象限的周边形成突起218以包围下流管道174和将水引入下一个腔室中，或者使水能够进入第一个腔室或离开最后一个腔室而继续循环。

分配板216位于第二板206的上面。分配板216的顶面和底面也分成四个象限。分配板216底面的象限形状与第二板顶面上的象限形状相配，使水能够从其中一个去离子象限正确地流动到另一个去离子象限。分配板中的每一个象限都有小孔220穿过，以便将水比较均匀地分配到在特定室中的去离子材料180的横截面上。这有助于使通道减到最少并提高去离子过滤处理的效果和使用寿命。每个象限中还设有与第二板206顶面的象限周边中的突起218相配的大孔222。孔222中的每一个都与下流管道174的底部密封起来，以便将水引导到下一个象限中，如下面所要更详细介绍的。分配板216的顶面与主体158的象限壁密封起来。

水通过去离子室的流道起始于设在入口板204的入口孔164。水经过入口孔164向上流，并向上流经第二板206中的入口孔210。水通过多孔板216的第一象限部分的孔220被分配，然后向上流经第一象限室188中的去离子材料180。接着水流经在第一象限188上面的顶部过滤器196而进入第一下流管道174，并向下流到管道的底部，然后离开管道进入将水引导到第二象限226中的突起218之内。水接着向上流经多孔板216的第二象限部分的孔，然后向上流经第二象限室中的去离子材料。接着水流经第二象限190上面的顶部过滤器196而进入第二下流管道200，并向下流到管道的底部，然后离开管道进入将水引导到第三象限228的突起218之内。接着水向上流经多孔板的第三象限部分228的孔220，然后向上流经第三象限室192中的去离子材料180。接着水流经第三象限192上面的顶部过滤器196而进入第三下流管道174，并向下流到管道的底部，然后离开管道进入将水引导到第四象限230的突起218之内。接着水向上流经多孔板216的第四象限部分230的孔220，然后向上流经第四象限室194中的去离子材料180。接着水流经第四象限194上面的顶部过滤器196进入第四下流管道174，并向下流到管道的底部，然后从分配板中的出口孔流出，所述出口孔与第二板中的出口孔212相连，从而与入口板204中的出口孔166相连。接着水继续沿循环路径流动到臭氧发生器122。

通过去离子树脂材料180的流道设计成能使水在去离子材料180中的驻留时间达到最长。这也可以通过在盒子66里面形成其它几何形状的流道来完成，如果循环路径设计在主壳体内的话，这种流道也可以设在底座壳体62内。去离子材料流道的入口164和出口166与相应的循环流道结构密封接合(比如用O型圈密封使能够可拆卸地接合)。

如上所述，在去离子处理之后，水流经扩大端口166而流入臭氧发生器的电池室154中。去离子水用来防止自来水中的离子“污染”臭氧发生电池而使电池寿命缩短。还可以使用蒸馏水来代替去离子水以防止臭氧发生电池被自来水中的离子污染。在实际应用中，如果不是必须使用蒸馏水，对自来水进行去离子处理是一种节约成本的方法。

在臭氧发生器122对水进行臭氧处理之后，把水泵入盒子壳体158的下室184以及除铅部分178中以除去水中可能存在的任何微量的铅。臭氧处理水通过除铅入口孔168进入盒子壳体中。如上面所介绍的那样，臭氧处理水进入由迷宫板的底面和入口板构成的迷宫路径通道中。臭氧处理水流经位于迷宫路径通道232中的除铅树脂。迷宫路径通道232由含有除铅材料的小通道构成，这些通道用来使气/液混合物保持足够高的速度以输送气体通过除铅树脂，从而防止气体被捕获在盒子壳体中。在本发明的一个实施例中，迷宫通道232的尺寸是0.125英寸乘0.100英寸。如果臭氧处理水中含有来自阳极上二氧化铅的微量铅，那么除铅树脂可基本上除去任何微量的铅。优选的除铅树脂是活性氧化铝。典型的活性氧化铝珠的直径是0.06到0.09英寸。不过，也可以使用其它除铅树脂(如涂复ATS的氧化铝)。在流过迷宫232之后，臭氧处理水通过除铅出口孔170离开盒子壳体158。水从第四端口流重新进入臭氧发生器122，并流入通向文丘里管的通道以重新加入循环水流中。如果臭氧处理水中的铅含量很少，除铅介质并不是必需的。在除铅介质不是必需的情况下，可以简单地将除铅材料从盒子的除铅区域中除去，或者可以完全改变流道使水直接从臭氧电池流到文丘里管。

去离子树脂180一般在大约300次臭氧化循环之后失去其有效性。下面介绍的液流控制软件带有一计数器，可对过滤器中的臭氧化循环进行计数。如下面所要详细介绍的，当需要更换去离子树脂时，发出警报和信号来通知用户。在其它实施例中，可以用颜色指示树脂来指示去离子树脂的状态，或是通过根据去离子树脂180的导电率测量结果而启动警报器或指示器来指示去离子树脂的状态。

关于去离子树脂室172的几何形状，长圆筒形去离子树脂室被认为比较有效。四象限的圆筒形腔室一般来说通过将四个长度较短的腔室连接起来而成为优选的几何形状。这种结构主要是能够提供较低的外形。关于去离子树脂180的种类，在本发明的一个实施例中使用的是混合床去离子树脂。在混合床树脂中，树脂由阴离子交换树脂和阳离子交换树脂组成，树脂可以是人造的或天然的(如沸石)。其它适当的去离子树脂包括RESINTECH公司的产品号为MBD-10-NS的阴/阳离子交换树脂组合物或类似材料。

盒子壳体158及相关部件通常是用RM No.20000839(纯的)白色ABS树脂制成。可以替代的材料包括但并不限于RM No.20000840(25％混合)白色重磨ABS树脂。

图11和12示出了可用作本发明一部分的喷洒瓶64。喷洒瓶64使用户能够将臭氧处理水喷洒到物体表面、食物、蔬菜和衣服上。本发明的喷洒瓶64中包含手动喷嘴234，带有延伸到瓶子64底部的管子236，如本技术领域所共知的；本发明的喷嘴最好是可调的，因而可以形成较细的喷洒流或较宽的喷洒流。

喷嘴可拆卸地安装在透明的喷洒瓶238上。当要往喷洒瓶238中装水时可以将喷嘴234从喷洒瓶上拆下。喷洒瓶部分在本技术领域中一般来说是众所周知的。然而，在本发明中，喷洒瓶包括在其底面76的阀门组件74。如图11所示，喷洒瓶的底面76包括向上扩展到喷洒瓶中形成凹进部分134的部分。凹进部分134设计成能容纳设在底座62的喷洒瓶凹进部分68底面上的凸起部分132。

如图11和12所示，喷洒瓶64的底面76设有阀门组件74，可用来连接位于底座中的喷洒瓶凹进部分68底面的阀门组件78。当把喷洒瓶64从底座的凹进部分68上取下时，喷洒瓶底面上的阀门组件74可自动关闭，从而有效地密封喷洒瓶64的底面76。与此相反，当把喷洒瓶64放置到底座62的喷洒瓶凹进部分68中时，喷洒瓶64底面76上的阀门组件74自动打开并与喷洒瓶凹进部分68底面上的阀门组件78协同动作，使水能够流入和流出喷洒瓶64和底座62。

如图13和14所示，喷洒瓶底部的阀门组件74与位于主壳体62的瓶子凹进部分68的底部开孔中的对应阀门组件78一起工作。主壳体凹进部分68中的前孔78A使水能够从瓶子64流入主壳体62和臭氧发生器122，而后孔188使水能够从主壳体62(已经由臭氧发生器和文丘里管进行处理)流回到喷洒瓶64中。喷洒瓶64以及入口阀门74A和出口阀门74B属于循环路径的一部分。通过对主壳体内部的循环路径结构进行适当的改变可以将前入口74A和后出口74B掉转或重新布置。

还是参见图13和14，在瓶子底部的阀门组件74A、74B各包括：构成孔的套管240A、240B；向下延伸到孔中的销242A、242B；可滑动地设置在销242上的插塞244A、244B；偏压插塞244到下闭合位置的弹簧机构246A、246B；以及覆盖套管240顶部开口的筛子248A、248B。套管240略微呈锥形(底下直径较小)，使得锥形插塞244在低位时能够固定在套管240上形成不透水的密封。弹簧246使塞子244保持在底部固定位置。通过施加足够的外力可使插塞244沿销子242向上滑动到离开底座或未密封的位置。当外力除去时，插塞244由弹簧246偏压回到底部固定位置。

在主壳体62的凹进部分底部中的阀门组件78A、78B各包括形成主壳体62的孔的外凸缘250A、250B。每个凸缘250还形成围绕立管254A、254B的环形槽252A、252B，以接受套管240的底端。立管254从位于凸缘250中心的槽252向上延伸。立管254延伸至环形槽252底部上面足够高的位置，使得当喷洒瓶64放置到凹进部分68中且对应的两个阀门组件74、78接合时，立管254向上推动插塞244足够距离，而使插塞244在套管240中移动到离开底座的位置(见图13)。使得水能够通过特定的阀门组件74A流出瓶子64，或是通过另一个阀门组件74B流入瓶子。

再参见图11和12，喷洒机构234是一般可以在本技术领域中发现的典型技术。然而，本发明喷洒装置234中的喷嘴256设计成在喷洒时不会雾化混合剂。本发明的喷洒装置可减少在喷洒混合剂时所产生的细雾数量。其设计成能喷射出混合剂细流，这有助于将臭氧保持在液体中。喷射流的水流尺寸基本上比普通流体的要大，以避免在喷洒时水流产生雾化。这种喷嘴包含六个孔：三个内孔258和三个外孔260。在本发明的一个实施例中，喷嘴提供至少两种喷洒模式：1)当喷嘴完全打开或拧开时，所有六股水流258、260组合形成喷射流；2)当喷孔完全拧紧时，外面的三股水流260被阻塞而只有三个较小的孔258组合形成喷射流。喷嘴256还可以处于完全封闭状态，防止流体或气体从喷洒瓶中逸出。在本发明的一个实施例中，喷嘴中全部孔的直径皆为0.04英寸。在正常工作下，每一次喷洒大约有2.5毫升混合剂从喷洒器中喷出。通过避免混合剂雾化，每次喷洒的臭氧损失限制在20-30％。喷洒装置234设计成可拆卸地安装在喷洒瓶部分的敞开顶部。带槽套管262可拆卸地安装到喷洒瓶238的带有螺纹的敞开顶部264上。通过扣动扳机可以将容纳在喷洒瓶64中的液体和气体抽入喷洒装置主体并从喷嘴中喷出。

如图11和12所示，喷洒器瓶子部分是用典型的聚合物材料制成的并通常由两件构成：主体部分268和底部76。这两个部分通常是用超声波焊焊接在一起。在本发明的一个实施例中，瓶子部分基本上是透明的，使得用户能够看到瓶子64中的容纳物。此外，主体部分的顶部通常带有螺纹，使得能够与喷洒装置上的套管配合。在本发明中，主体部分底部的形状设计成能连接并装配到设在主壳体的上壳体部分顶面中的储液器凹进部分。瓶子的底部带有阀门组件。

另一种可供选择的储液器也可以用于本发明中。这种储液器的一个实例是玻璃水瓶270。参见图15和16。图中示出了储液器，包括：玻璃水瓶主体272，盖子274，带有阀门组件74A、74B(与阀门组件126相同)的底部276。盖子274卡到玻璃水瓶主体272上，而且在使用时可以打开。主体272带有用来在倾倒液体时引导液体的V形倾倒槽278。

玻璃水瓶容器270使得用户能够将数量不确切的处理过的水施加到选定区域或表面上。这类用途的实例包括将处理过的水倒在植物、水果和蔬菜上，以及倒到饮水容器中。玻璃水瓶容器270带有与上述喷洒瓶相同的阀门组件。其它类型的容器也可以用于本发明中，只要带有可与主壳体中阀门组件协同工作的阀门组件。

上壳体部分的前搁架部分138的表面带有控制面板。控制面板可连接到控制单元128的电路板(稍后介绍)。控制面板设计成带有供用户操作装置各项功能的按钮。下面将更加详细地加以介绍。

如图17所示，分流器固定在主壳体62的上壳体部分。分流器带有上壳体部分282和下壳体部分284，下壳体部分的一端有向下悬垂的臭氧发生器122。电动机286在另一端从下分流器284向下悬垂。电动机用来驱动齿轮泵288，如下面要更详细介绍的。

如图17和18所示，下分流器284构成分流器280的底面290。上分流器282构成分流器280的顶面。齿轮泵电动机286位于分流器下面并与齿轮泵288相连，齿轮泵288位于设在上分流器282中的齿轮泵壳体294内。臭氧发生器122悬挂于分流器的右侧，如图18所示。水流入和流出臭氧发生器122的液流端口位于设在分流器右侧的臭氧发生器122的上方。最左边的立管296构成可使水从储液器64流入分流器280的端口297。靠右的立管298使水能够在处理之后从分流器280中流出返回到储液器64中。设在上分流器的其它孔部使水可以流入和流出盒子66。

图18示出了分流器中的循环路径80的各部分。在所示第一区域304中，水通过与最左边孔或端口297相连的阀门组件126从储液器64进入分流器280。由电动机286驱动的齿轮泵288将水抽出储液器64(在重力的帮助下)并产生足够的压力推动水穿过循环路径80的其余部分。电动机驱动与第二个自由浮动齿轮302啮合的齿轮300，因而齿轮泵288产生足够的压力推动水穿过循环路径80。所示第二区域306是文丘里管308，从分流器280回到储液器64。在第二区域306中，文丘里管308从再循环路径342和臭氧发生器122取水并使两股水流混合在一起。接着混合后的水通过与最右边孔或端口299相连的阀门组件126流回到储液器64中。图18中还示出下分流器部分284的顶面相对较平，通过固定在下分流器和上分流器之间适当位置的密封条310而形成流道。这将在后面更加详细地介绍。

图19和20示出了本发明臭氧发生器系统的其它细节。图19清楚示出了臭氧发生器系统中水的流道。图19示出了上分流器部分282的底面312。上分流器282的底面312上带有连接片314、螺丝孔316和各种凹槽318。上分流器282的整体形状设计成可装配在本发明装置的底座壳体62中，并能精密地与下分流器部分284配合。

如前面所提到的，上分流器带有连接片314。连接片用来将分流器装配在装置的底座壳体内。在图19中示出了四个连接片314。然而，在其它实施例中，可以使用更多或更少的连接片。如图19所示，上分流器282还带有多个螺丝孔316。螺丝孔316用来将上分流器282固定到下分流器284。除了螺丝孔316和螺丝317之外，还可以使用其它的机构来固定上下分流器。其它机构包括定位构件或铆钉或类似的构件。

上分流器282的底面312还带有一系列凹槽318。其中凹槽318A用来容纳上下分流器之间的密封条310，而另一凹槽318B构成分流器280中的循环路径80部分的实际通道。最外面的凹槽318A是容纳壳体密封条310的凹槽。在上分流器282的底面中，壳体密封条凹槽318A通常位于其它凹槽的外面。壳体密封条凹槽318A和密封条310共同形成围绕上下分流器之间所有水流通道和端口的密封部分。密封条310通常是用橡胶、塑料或类似材料制成的，并安装在密封槽318A中，当夹紧上下分流器时可在其间形成不透水的密封。下面更详细地介绍水流通道和端口。壳体密封条310容纳在壳体密封条凹槽318A中并夹在上分流器282和下分流器284之间。壳体密封条310用来防止任何流体从循环路径和分流器中泄漏。在本发明的一个实施例(未在附图中示出)中，下分流器上可以设有外凹槽(在壳体密封条的外面)。外凹槽用来将任何透过壳体密封条渗漏的水(在发生器以外)引导到蒸发介质(在下面介绍)中。

如上面所提到的，上分流器282的底面312上还带有构成分流器280中的循环路径80部分的通道320。在上分流器底面中的水流通道318B通常是易于制造的U形开口槽。然而，任何形状的通道截面如圆筒形通道都可用于其它实施例中(上下分流器相连以构成圆筒形的通道)。在本发明的一个实施例中，矩形通道是0.02英寸宽、0.02英寸深。

图20示出了上分流器282的顶视图。上分流器282还设有连接片314和螺丝孔316。此外，在图20中还示出了将储液器64连接到分流器280和盒子66的立管296、298、322、324、326、328。在上分流器282顶面最左端的是可使水从储液器64流到分流器280中的端口297。在其右侧的立管298使水可以从分流器280流回到储液器64中。立管还可以带有多孔塑料网或其它类似的机构以防止碎屑阻塞文丘里管308。

在这两个立管之间的是代表齿轮泵壳体封罩294顶面的椭圆形表面。在上分流器右端有四个端口330、332、334、336。四个端口能容纳盒子壳体66底部上的四个孔164、166、168、170。在图20中最上面的端口330使水可以离开分流器280而流向位于盒子壳体66的去离子树脂。在去离子树脂端口330下面的第二端口332比较大。较大的端口332使水可以从去离子树脂流回到臭氧发生器122并进入臭氧反应室或电池154内。第三端口334使水可以从臭氧反应室或电池154流入含有除铅树脂的迷宫中。迷宫和除铅树脂位于盒子壳体66的底部。最下面的端口或第四端口336使水可以从盒子壳体66中的除铅树脂流回到分流器280并流向文丘里管308。

进入分流器的水通过一阀门管从储液器64流入立管296中，如图20所示，然后流入齿轮泵壳体294上游侧的接收通道中。齿轮泵的上游侧是最靠近端口297的一侧，在那里水从储液器64进入流体回路。如图19和20所示，水进入位于上分流器底面312左侧的发生器中。通过位于齿轮泵壳体294凹进部分中的齿轮泵288，水泵向图19所示的分流器280右侧。齿轮泵288从储液器64(如喷洒瓶或玻璃水瓶)中抽水并经过齿轮泵壳体294的凹进部分，然后沿循环路径80将水泵入分流器280中。齿轮泵288位于臭氧发生器122的外面。水沿循环通道被泵至第一接合点340处(见图1或19)。

在第一接合点340处，通道分成再循环通道路径342和至去离子树脂的第二路径(去离子水路径)344。通向去离子树脂的水流通道344又进一步分成盲管路径346，盲管路径346使得臭氧发生器的活塞350的上游侧349产生压力(系统启动路径)，如这里所要略加介绍的，下面将更加详细地介绍。活塞350上的压力驱动隔膜/阳极支柱组件。当隔膜/阳极支柱组件被驱动时，臭氧发生电池和循环启动(系统启动)。流向去离子树脂室的第二路径通道344还流向盲管通道346以驱动活塞350。流向去离子树脂室的水通过孔330向上流出分流器280，而用来对活塞加压而驱动活塞的水向下流入臭氧发生器122。

在图20中还示出，流向去离子树脂的水离开在上分流器顶面中的端口330而进入设在盒子壳体(上面介绍的)66中的去离子树脂室182内。水在进入臭氧发生电池之前去除离子以防止电池被自来水中的离子“污染”。在储液器64中使用去离子水可省去去离子树脂。在去离子树脂中进行循环之后，去离子水进入臭氧发生器122内。去离子水通过较大的端口332进入臭氧发生器(如图20所示)。接着去离子水流入并通过臭氧电池154。在臭氧电池154中，去离子水进行臭氧处理。臭氧电池154的阳极356以及其它一些部件可能镀有二氧化铅。二氧化铅用来增强产生臭氧的电化学反应。

经臭氧处理的水现在是氢、臭氧、氧气和水的混合物。经臭氧处理的混合物接着离开臭氧发生器122并重新进入盒子壳体66。离开臭氧电池154的水接着穿过除铅介质(如上面所介绍的那样)以除去臭氧处理水中可能存在的任何微量铅。臭氧处理水在充满除铅树脂的迷宫中循环，然后重新进入臭氧发生器122。离开除铅迷宫的臭氧处理水通过最下面的端口336(如图20中所示)重新进入臭氧发生器。

臭氧处理水接着沿设在上分流器282底面中的通道352流动并流向文丘里管308。在文丘里管308处，臭氧处理水与流入再循环路径342的水混合。臭氧处理水和再循环水的混合物接着流入出口通道354中。臭氧处理混合物通过立管298和阀门组件(如上面所介绍的那样)从出口通道354离开分流器280并进入储液器64中。举例来说，再循环水流一般以300毫升/分钟的流量流动，而流经去离子树脂和臭氧发生器的水流一般以20毫升/分钟的流量流动。在其它实施例中，水速可以变化(比如，再循环水流的流量为200-400毫升/分钟)。

文丘里管308通过以下方式来提高臭氧在水中的溶解度：形成可增加臭氧与水接触时间的湍流区；和将臭氧气泡破碎成较小的气泡以增大臭氧在水中的总表面积。文丘里管的几何形状会影响通过文丘里管的压力损失。在本发明的一个实施例中，文丘里管的入口角是20°而出口角是7°。为了便于制造，本发明中的文丘里管是由矩形通道318B构成的(上分流器底面中的U形通道被下分流器的平直表面覆盖而形成矩形通道)。在其它实施例中，也可以使用圆筒形通道(例如由上下分流器的表面形成)。在本发明的一个实施例中，矩形通道的横截面是0.020英寸乘0.020英寸。文丘里管通道的几何形状(通道渐渐变狭而相交)通常可以提高水在流经狭窄通道时的速度(速度＝流量/面积)。被加速的水基本上在相交处碰撞从而增强进入文丘里管的两个水流的混合。所得到的混合流进入第三通道中。第三通道的直径增大而有助于降低水流的速度。

虽然文丘里管308通过将臭氧混合到再循环路径的水中而有益于水的臭氧化，但是任何混合装置或机构都可以使用，只是可能并非这么有效。事实上，本发明在没有文丘里管308或任何类型的混合装置的情况下也可以工作。其它类型的混合装置包括收缩流道(不管是锐角、钝角，还是直角的)、多孔板筛、机械混合器、或其它任何类型的结构或系统，只要这种结构或系统可使臭氧处理的水流入未处理水流中并能将两者混合在一起。

齿轮泵288将水从储液器64抽入流体回路中。大部分水流入通向文丘里管308的再循环路径342中。其余的水流入通向去离子树脂的去离子路径344中。流入去离子路径的水还流到构成系统启动路径348的盲管346中。系统启动路径在活塞350的上游侧终止。流入系统启动路径348的水在活塞350的上游侧形成20-30磅/平方英寸的压力，从而使活塞向前移动。通过向前移动，活塞使隔膜/阳极支柱组件移动阳极356与质子交换膜358接触，从而启动臭氧发生器。流入去离子树脂的水在去离子树脂中循环，然后进入臭氧发生电池154中。臭氧处理水再进入盒子壳体并流经在盒子壳体66底部的除铅迷宫。经臭氧处理并除去铅的水再进入流体回路并流向文丘里管308。再循环路径342和臭氧处理水路径352混合在一起并在文丘里管的相交处309结合。经臭氧处理的混合物接着进入返回路径354并流入储液器中。

参见图21A、21B、22A和22B，图中示出了构成臭氧源的臭氧发生器122，臭氧可加到水中。臭氧发生器122通常包括臭氧电池154和壳体366、用来启动臭氧电池的机构、以及使水通过臭氧电池的流道。2001年1月10日提交的美国专利申请No.60/261,101中对臭氧电池154作了详细介绍，本文较早处已引用参考了该专利申请。但下面还是要对臭氧发生器122作一些介绍。

臭氧发生器122包括带有三个开口的壳体366。一个开口360构成盲管通道346的一部分，用来对活塞350加压并启动臭氧电池154。另一个开口362使来自去离子室的水可以进入臭氧电池并帮助进行反应以产生臭氧和对水进行臭氧处理。第三个开口364通向除铅室，以除去在臭氧处理过程中可能迁移到水中的任何铅。壳体366中还形成具有第一直径的圆筒形活塞腔368，在其末端形成具有第二直径并朝向活塞腔368的圆筒形固定器腔370(在它们之间形成环状弹簧凸肩)，另外还形成具有较小第三直径并朝向固定器腔370的隔膜凹进腔372(在固定器腔壁376的末端形成一环状密封壁374)。具有最小第四直径的圆筒形阳极孔378从隔膜凹进腔372延伸出来。这些腔室中的每一个都具有共同的中心轴线。

盖帽380密封安装在活塞腔368的开口端上。杆件382沿相互连接腔室的中心轴线延伸并充当活塞杆。在活塞杆的右端固定连接有活塞350，通过O型圈384这样的装置与活塞腔368的侧壁密封接合。活塞的轴向移动(杆件也如此)由活塞在一端(下死点)与盖帽的接合以及在另一端(上死点)与环状弹簧凸肩388的接合来限定。弹簧垫圈390布置在活塞350和弹簧凸肩388之间，用来将活塞偏压到靠盖帽380的下死点位置。活塞的受压侧在活塞和盖帽之间。上面所提到的第一开口360使水可以流入增压室，从而使活塞从下死点(图22A)移动到上死点(图22B)。这就是盲管通道346，因为在活塞移动到上死点之后，除了为保持压力之外，进入该段的水流基本上停止。如上面所介绍的那样，压力由水泵288产生。

在杆件长度方向的大约中点位置设有隔膜392。隔膜392是挠性的，呈大致圆形并带有圆周皱褶393。杆件382从隔膜392的中心穿过，并固定密封地连接到其上。隔膜392布置在隔膜凹进腔372中，且隔膜392的圆周边缘由固定器394固定在环状密封壁374上。固定器394中设有沿其半径方向的孔396，所在位置可使任何通过活塞350的渗出物能够从壳体366漏出到蒸发介质156上。

当活塞350从下死点移动到上死点时，隔膜392拉伸，圆周皱褶393延伸而使杆件382可以在不受限制的情况下移动，同时还能保持固定器腔370和隔膜凹进腔372之间的不透气和不透水密封。

当活塞350从下死点移动到上死点时，隔膜392拉伸，圆周皱褶393延伸而使杆件382可以在不受限制的情况下移动，同时还能保持固定器腔370和隔膜凹进腔372之间的不透气和不透水密封。这可以防止任何可能被铅污染的水在没有经过除铅区域的情况下从系统迁移到循环路径中。

阳极356(电极)固定在杆件382的端部。阳极356是圆形的能与阳极腔378的内孔紧密配合。然而，在这里并不需要密封接合。上述第二个孔166(从盒子的去离子室部分)设置成通往隔膜凹进腔372中，使水可以流入臭氧电池。

阳极支柱382压配合到活塞350中而形成活塞/隔膜/阳极支柱/阳极组件(其中活塞350朝向电池的外侧，而阳极356靠近电池的中心)。活塞的下游侧351处于大气压力下。

进入盒子除铅区域的端口334也通向隔膜凹进腔372，使臭氧处理水在加了臭氧之后可以流到那里。除铅端口334是水从臭氧电池154离开的出口通道。臭氧电池154工作使得靠近阳极356腔室中形成氧和臭氧，当该腔室中充满水时，臭氧被加入到水中并一起向上流动(在水泵288的作用下)到出口334进入除铅室中。氢迁移到阴极398上并从阴极398散逸到空气中。

阴极398由圆筒形固定器400固定在阳极腔378端部的位置。阴极398带有固定在暴露于阳极356的表面的薄膜358(质子交换膜)。当活塞350移动到上死点位置时，阳极356接触薄膜358。阳极支柱通过连接到那里的金属冲压件402形成电接触，金属冲压件402又通过控制单元与电源相连。阴极398通过连接到那里(夹在固定器和阴极之间)的金属冲压件404形成电接触，金属冲压件404又通过控制单元与电源相连。当阳极356接触薄膜358时，控制单元适当地给电池供电而开始生产臭氧。

如上所述，齿轮泵288使水流动到活塞350的上游侧349，从而在活塞的上游侧形成压力。活塞350的上游侧349上的压力使活塞以及与活塞相连的阳极支柱组件朝上死点移动。于是推动固定在支柱组件端部上的阳极356与质子交换膜358接触。质子交换膜358连接在阴极398上。阳极支柱和阳极最好是用钛制成，以防止在臭氧环境中被氧化。阳极356是用多孔钛制造，使得通过臭氧电池154的工作而产生的臭氧和氧能够流经阳极356。隔膜392是用耐臭氧材料(如硅橡胶)制成。隔膜392在电池中形成压力密封。在隔膜的上游侧(活塞端)，工作压力达到20-30磅/平方英寸。在活塞350的下游侧351(阳极端)，压力始终保持在大气压力下。由于下游侧351的压力保持在大气压力下，所以反应室154中始终(在工作和不工作时)充满了水，并能减小水流经臭氧发生电池的速度。因为与处在压力状态下相比，水能够以较慢的速率通过臭氧发生电池，所以水有较长时间与所产生的臭氧接触，从而能更加有效地进行臭氧处理。阳极356上镀有二氧化铅(二氧化铅在臭氧发生电池用作催化剂)。

当阳极356接触质子交换膜358时，电路接通而启动臭氧电池154(根据控制单元)，开始生产臭氧。当水流经在电极之间产生的电流时，水分解成氢、氧和臭氧。当电动机286关闭而使齿轮泵288停止时，隔膜392上的压力降低为零。此时，活塞弹簧390使活塞350和阳极356恢复到预置位置，阳极356不再与质子交换膜358接触。使得电路不接通，于是臭氧发生停止。

在臭氧发生电池的阴极侧，质子交换膜358被阴极密封到臭氧发生电池的内壁。负电冲压件404与阴极398电连接。负电冲压件404包括从臭氧发生电池侧延伸出来而与电源相连的支臂。通过拧入阴极塞固定器400可使质子交换膜358、阴极398和负电冲压件404固定在臭氧发生电池室154中。

当系统启动时，电流分别从负电冲压件和正电冲压件流向阴极398和阳极356。由于阴极398与质子交换膜358相互接触，所以电流被输送到质子交换膜358上。当阳极356与质子交换膜358相互接触时(当电池启动时，见图22B)，电路被接通而开始产生臭氧。负冲压件404还起到锁紧垫圈的作用，有助于确保阴极塞400能够保持固定在电池室154中。

施加在活塞350上与活塞弹簧相对侧的水压力(由上述水泵产生)迫使活塞/隔膜/阳极支柱/阳极组合件移动直至其接触到质子交换膜358(PEM)。在本发明的一个实施例中，在活塞350的上游侧349形成20-30磅/平方英寸的压力，并使活塞移动大约0.07至0.08英寸以接触质子交换膜。在一个实施例中，活塞弹簧390是一个3圈螺旋形垫圈。阳极356与质子交换膜的接触使电路接通，从而开始臭氧的电化学生产过程。从下分流器284的电池室中通过的水流将臭氧传输到水流回路的其余部分(将在下面作进一步介绍)。

图21B中还示出，电动机286连接在下分流器284上与臭氧发生器122相反的一端。电动机286与齿轮配合工作形成齿轮泵288。电动机轴406向上延伸到接收套管408和圆孔410中。圆孔410能使转轴406容纳在其中一个齿轮300的对应圆孔中，所述齿轮保持在齿轮泵壳体294中，参见图21A。电动机轴406工作转动齿轮300。第一齿轮300上的轮齿与自由转动的第二齿轮302上的轮齿相互啮合，从而使所述第二齿轮302也转动。图21A示出了齿轮的啮合状态。所形成的齿轮泵288能够在低流量的情况下产生压力。还可以使用其它水泵组件，只要它们也能够在低流量的情况下增大通道中的压力。轴密封装置412装配在电动机轴406的周围以及电动机286的顶面414和接收套管408的内表面之间。轴密封装置412可防止任何水从上分流器282的齿轮泵壳体294中迁移到接收套管408内，从而防止这一区域的渗漏。

虽然本发明是作为放置在台面上的单元来介绍的，但是可以考虑将底座设在某种设备如洗衣机、干衣机、洗碗机、电冰箱、橱柜或水槽中。底座可以设在台面中，或是永久装配在橱柜下或碗柜中。

一般来说，本发明的装置是这样构成的，即把线路板和臭氧发生器连接到上壳体部分的底面，把电源和电源导线连接到臭氧发生器(正负冲压件)和电动机上，然后将上壳体部分放置在下壳体部分上。上下壳体部分可以利用定位结构、电热焊、环氧树脂或类似的方法相互连接。接着将控制面板固定在上壳体部分的前搁架部分上(控制面板可拆卸地连接到线路板上)。

控制面板上带有一些按钮，用户可通过按压按钮来选择所要求的工作方式。控制面板可拆卸地连接到线路板上。线路板上带有存储器，可贮存装置的工作流程软件、对液流进行计时的时钟、以及其它必要的控制指令。这些特征在本技术领域中一般来说是众所周知的，但也属于在此使用的独特组合的一部分。控制面板、线路板、和装置工作流程软件的组合可拆卸地连接装置的部件，用来控制本发明装置的工作。

在使用喷洒瓶并与图23中所示控制面板对应的第一个实施例中，控制面板包含以下按钮和发光二极管(LED)：过滤器状态发光二极管；复位按钮；启动/停止按钮；通电和2分钟定时器发光二极管；以及臭氧处理水定时器发光二极管。在本发明的一个实施例中，过滤器状态发光二极管和臭氧处理水定时器发光二极管都是单色的(过滤器状态发光二极管是红色的，臭氧处理水定时器发光二极管是绿色的)，而通电和2分钟定时器发光二极管是双色的(橙色/绿色)。其它实施例中也可以使用不同颜色的发光二极管。

图24-28示出了第一个实施例的工作流程，对应于图23中的控制面板。在第一个实施例中，用户在操作本发明的装置时首先将装置插入一插座中(或者用电池来提供所需要的电力)，然后将电源按钮或开关转到接通位置(某些实施例中可以不带电源按钮或开关，而是保持持续的接通状态，或是会在其它一些情况下通电，比如当储液器装满或放置到底座上时)。接着用户必须将水加入相应的储液器(即喷洒瓶或玻璃水瓶)内，然后将储液器放置到主壳体底座上的凹进部分中，用户可以通过查看控制面板上按钮或发光二极管的颜色来检查装置的工作状态。现在参见图24，绿色闪烁的电源发光二极管表示电池电压太高或太低，于是装置不会对用户的输入作出反应，在这种情况下应当将装置送回制造商进行维修。不过，如果电源发光二极管是橙色的，那就表示过滤器已经设置为在下一次循环之前进行起动注液，装置已准备好工作。

在启动装置时，装置的工作流程软件还将检查过滤器状态。如果过滤器的使用已经达到预定的累积使用期限(通常按小时计算)，会发出声音警报且过滤器状态发光二极管的一半发红色光。用户需要更换过滤器，然后按下复位按钮并保持2秒钟以重置过滤器。在更换并重置过滤器之后，过滤器状态发光二极管将恢复到不发光的状态，过滤器使用计时器将重置为零，且过滤器设置为在下一次臭氧化过程时进行起动注液。此时，电源发光二极管应是橙色的，表示装置已准备好工作。

如果过滤器的使用已经超过预定累积时限达到某一预定量(X+Y小时)，会发出声音警报且整个过滤器状态发光二极管发红色光。举例来说，如果过滤器的预定累积时限是10小时，X+Y警报器可以设计成在超过预定时限百分之二十(2小时)时启动，因此使警报器在12小时时启动。整个发光的过滤器状态发光二极管将使复位按钮和启动铵钮都不起作用。为了重置发光二极管和使用计时器，用户可同时按下复位按钮和启动/停止按钮。单独按下复位按钮不会以任何方式影响装置的工作。在正常工作中，用户应更换过滤器，然后按下复位按钮并保持2秒钟以重置过滤器。在更换并重置过滤器之后，会发出声音警报且过滤器状态发光二极管将恢复到不发光的状态，过滤器使用计时器将重置为零，且过滤器将被设置为在下一次臭氧化过程时进行起动注液。此时，电源发光二极管应是橙色的，表示装置已准备好工作。

不过，用户须在同时按下复位按钮和启动/停止按钮之后按下复位按钮并保持2秒钟以重置过滤器(而不是在两次按下之间更换过滤器)，就可以继续使用该装置而不用更换过滤器。过滤器状态发光二极管将恢复到不发光的状态，过滤器使用计时器将重置为零，且过滤器将被设置为在下一次臭氧化过程时进行起动注液。此时，电源发光二极管应是橙色的，表示装置已准备好工作。

如果电源发光二极管不是橙色的，用户可以做两个动作中的一个。用户可以按下启动铵钮看看装置是否能够工作，而不顾及电源发光二极管的颜色；或者用户可以同时按下复位和启动铵钮，然后再按下复位按钮并保持2秒钟。在后一种情况下，电源发光二极管应发橙色光，表示装置已准备好工作。

不管电源发光二极管是否是橙色，当用户按下启动铵钮时，本发明的装置根据来自装置工作流程软件程序的指令工作。这些指令的开始部分可以在图25中看到。在按下启动铵钮之后，装置会检查是否设置了起动注液标记。如果设置了起动注液标记，则启动起动注液循环，控制面板按钮上显示出起动注液循环的启动。如果没有设置起动注液标记，装置将检查过滤器活动计数器，看看自上一次使用装置以来是否已经超过了X天。如果自上一次使用以来已经超过X天，将启动起动注液循环并在控制面板按钮上显示出来。

如果自上一次使用以来还不到X天或者在起动注液循环结束之后，电池启动，水泵启动，并且将2分钟加到过滤器使用计数器上，如图26所示。此时，电源发光二极管是绿色的。在两分钟之后，水泵停止，电池停止，且活动计数器被重置。在图27中，装置接着会检查过滤器的使用是否超过预定时限。如果过滤器的使用超过预定时限，会发出声音警报且过滤器状态发光二极管的一半发红色光，表示需要更换过滤器。如果过滤器的使用没有超过预定时限，会发出声音警报表示装置已准备好开始臭氧处理循环。

在任何一种情况下(不管过滤器的使用是否超过预定的使用期限)，此时已准备好对水进行臭氧处理，且臭氧化循环计时器开始计时，如图28所示。当循环计时器开始计时后，电源发光二极管熄灭且臭氧处理水计时器发光二极管发绿色光。在13分钟之后，发出声音警报且臭氧处理水计时器发光二极管变成闪烁的绿色。再过2分钟之后，发出声音警报且臭氧处理水计时器发光二极管熄灭，表示臭氧化循环已经完成。当循环结束之后，所有控制逻辑设置都被复原到其初始设定值。此时，电源发光二极管发橙色光，表示装置已准备好开始另一次臭氧化循环。储液器中的水现在可供使用。

如果用户在按下启动铵钮之后，但在臭氧化循环开始之前按下停止按钮，那么水泵停止工作，电池停止工作，且装置的活动计数器被重置。接着，控制单元会检查是否已经超过预定的过滤器使用期限。如果过滤器的使用超过预定时限，会发出声音警报且过滤器状态发光二极管的一半发红色光，表示需要更换过滤器。不管过滤器的使用是否超过预定时限，电源发光二极管接着发橙色光，表示装置已准备好开始另一次臭氧化循环。这一循环在图25-27中示出。如果用户在臭氧化循环期间按下启动/停止按钮，那么装置回到臭氧化过程的起点，如上面所介绍的那样。

图24和25示出了用户在单独按下启动铵钮之前同时按下复位+启动/停止按钮至少两秒钟的效果。具体地说，会发出声音警报，过滤器状态发光二极管变成不发光，过滤器使用计时器被重置，过滤器将被设置为在下一次臭氧处理循环时进行起动注液，且电源发光二极管发橙色光。如果用户在单独按下启动铵钮之后同时按下复位+启动/停止按钮，则不会发生任何事，如图25中所示。

在可使用喷洒瓶和玻璃水瓶并对应于图29所示控制面板的第二个实施例中，控制面板上带有以下按钮和发光二极管：过滤器状态发光二极管；选择按钮；启动/停止按钮；少量选择和2分钟计时器发光二极管；多量选择和8分钟计时器发光二极管；以及臭氧处理水计时器发光二极管。在此实施例中，过滤器状态发光二极管和臭氧处理水计时器发光二极管都是单色的(过滤器状态是红色的，臭氧处理水计时器是绿色的)，而少量选择/2分钟计时器发光二极管和多量选择/8分钟计时器发光二极管是橙/绿双色的。别的颜色也可以用于任何一种发光二极管，只要不违背本发明的精神或范围。

图30-34示出了用于第二个实施例的工作流程，并对应于图29中的控制面板。在第二个实施例中，用户首先将本发明的装置插入标准的120伏特交流电源插座中并打开电源开关。用户可将水加入相应的储液器(即喷洒瓶或玻璃水瓶)内，然后将储液器放置到主壳体底座上的凹进部分中。用户可以通过查看控制面板上按钮或发光二极管的颜色来检查装置的工作状态。如果少量选择和多量选择发光二极管都是稳定的橙色，那么就表示电池电压太高或太低，装置不会对用户的输入作出反应，应当将装置送回制造商处进行维修。不过，如果少量选择发光二极管是橙色的，那就表示过滤器已经设置为在下一次循环之前进行起动注液，装置已准备好工作。

如果少量选择发光二极管是橙色的，那就表示装置已准备好与喷洒瓶一起工作。如果用户想在装置中使用玻璃水瓶，可以按下选择按钮。按下选择按钮将使少量发光二极管熄灭而多量发光二极管发橙色光，表示装置已准备好与玻璃水瓶一起工作。用户可以改变决定并只须再次按下选择按钮就能切换到喷洒瓶。

在装置启动时，装置的工作流程软件也将检查过滤器状态，如图30所示。如果过滤器的使用已经达到预定的累积时限(X小时)，会发出声音警报且过滤器状态发光二极管的一半发红色光。用户需要更换过滤器，然后按下选择按钮并保持2秒钟以重置过滤器。在更换并重置过滤器之后，会发出准备好的信号且过滤器状态发光二极管将恢复到不发光的状态，过滤器使用计时器将重置为零，且过滤器将被设置为在下一次臭氧化过程时进行起动注液。此时，少量发光二极管将是橙色的，表示装置已准备好与喷洒瓶一起工作。

如果过滤器的使用超过预定的累积时限已经达到某一预定量(X+Y小时)，就会发出声音警报且过滤器状态发光二极管整个发红色光。整个发光的过滤器状态发光二极管将使启动铵钮和选择铵钮都不起作用。为了重置发光二极管和计时器，用户可以同时按下选择按钮和启动/停止按钮。在按下启动铵钮之前单独按下选择按钮将使装置在少量和多量(喷洒瓶和玻璃水瓶)计时循环之间切换。在按下启动铵钮之后按下选择按钮不会以任何方式影响装置的工作。在正常工作中，用户应更换过滤器，然后按下选择按钮并保持2秒钟以重置过滤器。在更换并重置过滤器之后，会发出声音报警且过滤器状态发光二极管将恢复到不发光的状态，过滤器使用计时器将重置为零，且过滤器将被设置为在下一次臭氧化过程时进行起动注液。此时，少量发光二极管应是橙色的，表示装置已准备好与喷洒瓶一起工作。如果多量发光二极管发光，那就表示装置已准备好与玻璃水瓶一起工作。

然而，用户只须在同时按下选择按钮和启动/停止按钮之后按下选择按钮并保持2秒钟以重置过滤器(其间不更换过滤器)，就可以在不更换过滤器的情况下继续使用装置。过滤器状态发光二极管将恢复到不发光的状态，过滤器使用计时器将重置为零，且过滤器将被设置为在下一次臭氧化过程时进行起动注液。此时，少量发光二极管将是橙色的，表示装置已准备好与喷洒瓶一起工作。如果多量发光二极管发光，那就表示装置已准备好与玻璃水瓶一起工作。

如果少量发光二极管不是橙色的，用户可以做两个动作中的一个。用户可以按下启动铵钮看看装置是否可以工作，不顾及少量发光二极管的颜色如何；或者用户可以同时按下选择+启动铵钮，然后按下选择按钮并保持2秒钟。在后一种情况下，少量发光二极管应发橙色光，表示装置已准备好与喷洒瓶一起工作。如果多量发光二极管发光，那就表示装置已准备好与玻璃水瓶一起工作。

不管少量或多量发光二极管是否发橙色光，当用户按下启动铵钮时，本发明的装置根据来自装置工作流程软件程序的指令工作。这一过程的开始部分在图31中示出。在按下启动铵钮之后，装置会检查是否设置了起动注液标记。如果设置了起动注液标记，则启动起动注液循环，且在控制面板按钮上显示出起动注液循环的启动。如果没有设置起动注液标记，装置将检查过滤器活动计数器，看看自上一次使用装置以来是否已经超过了X天。如果自上一次使用以来已经超过X天，将启动起动注液循环并在控制面板按钮上显示出。

现在参见图32，如果自上一次使用以来还不到X天或者在起动注液循环结束之后，电池启动，水泵启动，并将时间加到过滤器使用计数器上。如果选择了喷洒瓶(少量发光二极管)，那么有2分钟被加到过滤器使用计数器中。如果选择了玻璃水瓶(多量发光二极管)，那么就有8分钟被加到过滤器使用计数器中。此时，少量发光二极管或多量发光二极管是稳定的绿色。在2分钟或8分钟之后(取决于是选择了少量循环还是多量循环)，水泵停止工作，电池停止工作，且活动计数器被重置。接着装置检查过滤器的使用是否超过预定时限，如图33所示。如果过滤器的使用超过预定时限，会发出声音警报且过滤器状态发光二极管的一半发红色光，表示需要更换过滤器。如果过滤器的使用没有超过预定时限，会发出声音警报表示装置已准备好开始臭氧化循环。储液器中的水现在可供使用。

在任何一种情况下(不管过滤器的使用是否超过预定的使用期限)，此时已准备好对水进行臭氧处理，且臭氧化循环计时器开始计时。这一过程在图34中示出。当循环计时器开始计时后，循环体积(少量或多量)发光二极管熄灭且臭氧处理水计时器发光二极管发绿色光。在13分钟之后，发出声音警报且臭氧处理水计时器发光二极管变成闪烁的绿色。再过2分钟之后，发出声音警报且臭氧处理水计时器发光二极管熄灭，表示臭氧化循环已经完成。接着所有控制逻辑设置恢复到其预置状态。此时，最初选定的循环体积发光二极管(少量或多量)发橙色光，表示装置已准备好开始另一次臭氧化循环。

如果用户在按下启动铵钮之后但在臭氧化循环开始之前按下停止按钮，那么水泵停止工作，电池停止工作，且装置的活动计数器被重置，如图31和32所示。接着，装置会照图33中那样检查是否已经超过预定的过滤器使用期限。如果过滤器的使用超过预定时限，会发出声音警报且过滤器状态发光二极管的一半发红色光，表示需要更换过滤器。不管过滤器的使用是否超过预定时限，最初选定的循环体积发光二极管(少量或多量)发橙色光，表示装置已准备好开始另一次臭氧化循环。如果用户在臭氧化循环期间按下启动/停止按钮，那么装置回到臭氧化过程的起点，如上面所介绍的那样。

如果用户在单独按下启动铵钮之前同时按下选择+启动/停止按钮至少2秒钟，则会发出声音警报，过滤器状态发光二极管变成不发光，过滤器使用计时器被重置，过滤器被设置为在下一次臭氧处理循环时进行起动注液，且少量发光二极管发橙色光。这一过程在图30和31中详细示出。如果用户在单独按下启动铵钮之后同时按下选择+启动/停止按钮，则不会发生任何事。

如果用户需要进行起动注液循环，可将注液瓶(通常由制造商提供)中的溶液注入在装置主体后部的盒子壳体凹进部分的端口中。注入的溶液可润湿质子交换膜(PEM)和阴极。质子交换膜和阴极应当润湿后才能工作。本发明的装置在首次使用之前或长期闲置之后应进行起动注液。

在图35中示出了与系统底座连接的喷洒瓶/玻璃水瓶的电路实施例。该电路由12伏特4安培的电源驱动，而该电源又由120伏特60赫兹的标准电源供电。系统由微控制器如中国的耐用金属制品公司(Durable Metals of China)制造的PIC 16CE 625微控制器控制。当然，在其它实施例中也可以使用不同的微控制器或微处理器。所有13个输入/输出线用来控制各种外围设备的功能。电池的电流控制可以是一种伺服型的结构，能够精确地控制输送到电池中的电流大小。这一功能是通过微控制器的基准电压(Vref)功能来控制的。这使得在100毫安电流台阶中可以有16个单独台阶。如果电池电压超过5伏特直流电压或低于1.8伏特直流电压，电池电压监控器通过逻辑电平线路报告给微控制器。电动机的驱动装置由逻辑电平控制的晶体管如金属氧化物半导体场效应晶体管构成，可用作使电动机接通和断开的开关。启动/停止开关只是一个接地开关，当按下时会引起中断。在按下启动/停止开关时将根据装置当前的工作状态来采取适当的动作。选择开关的工作与启动/停止开关相同，不过是用来选择瓶子的。过滤器状态发光二极管是一种标准的超亮红色发光二极管，用来在系统过滤器的使用寿命到期时通知用户。玻璃水瓶发光二极管用来指示当前所选择的瓶子是玻璃水瓶。喷洒瓶发光二极管用来指示当前所选择的瓶子是喷洒瓶。压电蜂鸣器是一种由来自微控制器的脉宽调制(PWM)信号驱动的标准蜂鸣器。蜂鸣器用来通知用户装置功能的各位置已经达到或结束。水发光二极管用来通知用户臭氧处理水还能使用多长时间。系统测试开关在加电时压下，使系统进入可测试发光二极管和开关的状态。

概括地说，在两个实施例(喷洒瓶和玻璃水瓶/喷洒瓶)中，至少有以下计数器和/或计时器：用来记录过滤器总的累积使用时间的过滤器使用计数器；用来记录过滤器自上次使用以来已过去时间的活动计数器；以及用来对过程循环计时的活动计时器。

下面介绍一下本发明的可选择的实施例。在本发明的一个可选择的实施例中，系统不包括去离子装置。代之以将去离子水或蒸馏水注入储液器中，然后直接泵入臭氧发生器，而不用去离子装置对自来水进行预处理。接着对水进行臭氧处理并使其穿过除铅装置。

在还有另一个实施例中，装置中不包括水泵或文丘里管。而代之以使臭氧通过疏水性薄膜从臭氧发生电池充气到储液器中。由于在这一实施例中没有水泵，所以可以使用凸轮/杠杆机构这样的致动机构来启动臭氧电池。储液器中的水进行臭氧处理预定时间之后，可以关掉臭氧发生器。在这种系统中不需要有活塞，因为系统是用机械方法启动而不是通过提高流体压力来启动的。

在还有另一个实施例中，系统可以包括通过臭氧发生器抽水的水泵和用来启动臭氧电池的独立装置。在这种系统中，不需要有活塞组件。作为替代，可以采用启动臭氧电池的独立装置。这类装置通常是机械式的。然而，可启动臭氧电池的非机械式也不包含活塞组件的替代装置一般都可以接受，只要能与系统水泵配合工作。

任何臭氧发生器都可以用于本发明的装置对所介绍的流体回路中的水进行臭氧处理。其它适当的臭氧发生器结合了电晕放电和紫外线装置来产生臭氧。然而，上述生成臭氧的方法是比较可取的，因为其通常能提供比其它臭氧发生方法更高的臭氧与氧的重量百分比(大约为5-10％)，而所需要的能量却较少。

虽然已经就水的臭氧改性对本发明实施例作了介绍，但是其它液体介质如醋也可以进行类似的改性以产生具有较强氧化性的液体介质。其它可考虑的应用包括将酸改性为过酸，如乙酸改性为过乙酸。取决于所选择液体介质的特性，可以对产生较高氧化性的反应电池装置进行相应改进，也可以不作改进。

本发明的装置提供了一种既便宜又易于安装的臭氧处理水系统(即，不需要管工，也不会中断供水)。生产臭氧处理水的本发明装置十分轻便，而且能方便地移动，可用于许多地方。本发明的装置能够对随时可使用的容器如喷洒瓶或玻璃水瓶中的水进行臭氧处理，从而提高了臭氧处理水的总体清洁效果。

本发明提供了支持周期性、非稳定态或间歇工作的电化学装置和方法，不会造成材料包括电催化剂的降解，也不会引起效率损失。所述装置和方法不要求操作人员注意正负电极之间的电势，也可称作电池电压，是否持续施加在电池上。所述装置和方法支持大量的以各种持续时间和频率进行工作和待机的重复开/关循环。

电化学装置的基本结构是电化学电池。因此，电化学装置可以由单个电化学电池或若干个电化学电池构成，这些电化学电池可以叠放或串联成双极压滤结构形式，或者也可以串联叠放并电连接成单极形式。电化学电池的结构元件包包括由离子传导电解质隔开的阳极和阴极，或正极和负极。如果电解质是一种液体，还可以将微孔隔离物放置在阳极和阴极之间。正负电极保持相互隔开并与电解质一起容纳在容器中，容器器壁起支承和容纳的作用。容器中还可以带有若干个输入和输出口，用来将反应物供应到容器的阳极区和阴极区中，以及从容器的阳极区和阴极区中排出生成物。

阳极和阴极可以由涂有适当电催化剂层的基片材料构成。不过，基片材料本身也可以作为电催化剂。对于许多电化学过程来说，导电的阳极和阴极基片最好是多孔的，使得液态或气态反应物能够到达电催化剂/电解质的分界面，或者使液态或气态生成物能够从电催化剂/电解质的分界面排出。

能够经受高正极电势、腐蚀性电解质(浓缩含水无机酸和无机碱)、以及高度氧化环境(放出臭氧)的适当阳极基片包括多孔钛、多孔钛的低氧化物(比如Altraverda有限公司生产的产品，商标为“EBONEX”)、多孔钽、多孔铪、多孔铌、多孔锆、以及它们的组合物。多孔阳极基片的形式可以是烧结粉末或颗粒、压缩和烧结的或只是压缩的无规定向纤维、纺织或非纺织的布或网状物、滤网、毡料、多孔的金属片、带有微蚀孔的金属片。在有电化学臭氧放出的情况下，适当的阳极电催化剂层包括α-铅、β-二氧化铅、掺硼金刚石、铂钨合金或混合物、玻璃化碳、氟化石墨、以及铂。

适当的阴极基片包括不锈钢(尤其是，304不锈钢和316不锈钢)、镍、镍铬合金、铜、钛、钛的低氧化物、钽、铪、铌、锆。这些阴极基片还应当是多孔的，能够将液态或气态反应物输送到阴极的电催化剂/电解质分界面上，或者使液态或气态生成物能够从阴极的电催化剂/电解质分界面上排出。适当的多孔阴极基片包括烧结粉末或颗粒、压缩和烧结的或只是压缩的无规定向纤维、纺织或非纺织的布或网状物、滤网、毡料、多孔的金属片、带有微蚀孔的金属片。在有电化学臭氧放出的情况下，比较适当的阴极基片是用多孔不锈钢材料制成的。优选的阴极电催化剂层包括铂、钯、镍、热解碳支撑钴酞菁、石墨或碳、氧化钌、氧化铟、氧化钌/铱、氧化钌/铱/钛。

或者，阴极可以是一种气体扩散阴极，比如包括设置在疏水性气体扩散层上聚四氟乙烯粘结的半疏水性催化剂层。在本发明的一个实施例中，催化剂层由质子交换聚合物、聚四氟乙烯聚合物和电催化剂构成。气体扩散层中带有加入了细碳粉烧结颗粒和聚四氟乙烯乳胶的碳布或碳纸纤维。这种气体扩散阴极以及其它的气体扩散阴极适合于阴极的空气去极化，尤其是对开顶阴极。

特别适用于电化学电池的电解质包括无机物酸的水溶液、碱的水溶液、盐的水溶液、以及盐与酸或碱结合的水溶液。对于电解电池中臭氧的电化学产生来说，最好使用由水和酸或盐构成的溶有氟离子的电解质。氟离子电解质能够产生大量的臭氧。应优先选用氟离子尤其是六氟阴离子。

适用于本发明的特殊种类的电解质可以是许多个离子交换聚合物，包括带有阳离子交换基团的聚合物，这些阳离子交换基团最好是从磺酸盐、羧酸盐、膦酸盐、酰亚胺、磺酰亚胺、磺酰胺基团中挑选。可以使用各种已知的阳离子交换聚合物，包括三氟乙烯、四氟乙烯、苯乙烯二乙烯基苯、α-、β₁-、β₂-三氟苯乙烯等的聚合物和共聚物，其中已加入了阳离子交换基团。用于本发明的聚合物电解质最好是高度氟化的带有磺酸盐离子交换基团的离子交换聚合物。“高度氟化”指的是聚合物中单价原子总数的至少90％是氟原子。这种聚合物最好是单氟化磺酸。基于单氟化阳离子交换聚合物的固相聚合物电解质最适合于电化学臭氧的放出。这是因为只需要将不含溶解的离子物或悬浮的无机或有机物质的水加入电化学电池中。这可以防止电化学电池部件被放出的气态臭氧中的腐蚀性电解质和液体电解质雾沫破坏。

对于使用基于阳离子交换聚合物的含水电解质或固相聚合物电解质的电化学臭氧放出来说，特别适用的阳极基片和阳极电催化剂是覆盖着一层β-二氧化铅的多孔钛。为了增强多孔钛基片上β-二氧化铅层的附着力，在将金属铂薄层或薄镀层沉积到多孔钛基片之前应对多孔钛基片进行适当的清洁和化学腐蚀，然后立即进行β-二氧化铅电催化剂层的电沉积。不过，本发明人在试验中发现，当基于阳离子交换聚合物薄膜的固相聚合物电解质如单氟磺酸被用作电解质时，多孔钛基片的性质对电化学臭氧发生效率和臭氧放出电化学电池的使用寿命有显著影响。

本发明提供了一种使一个或多个电极与电解质接触的机构以及将一个或多个电极缩回而不与电解质接触的机构。在单电池装置中，最好只有一个可动电极，即可进入和缩回的电极；和一个固定电极。

用于定位的机构和用于缩回的机构可以是同一装置或是不同的装置。用于定位/缩回的装置最好设计成能在给定的停机条件下缩回，如施加在第一和第二电极之间的电压小于1伏特、时限到期、臭氧浓度大于给定值、接触压力小于5磅/平方英寸等情况。另外，用于定位/缩回的装置最好设计成能在给定的生产条件将一个或多个电极放入而与电解质接触，如施加在第一和第二电极之间的电压大于1伏特、到某个时间期限、臭氧浓度小于给定值、接触压力大于5磅/平方英寸等情况下。

在使用二氧化铅作为阳极电催化剂的情况下，防止二氧化铅在电势消失时接触电解质的酸性环境是极其重要的。具体地说，在取消外加电势之前必须缩回阳极，且在阳极接触电解质之前必须施加适当的电势。应当认识所施加的电势可以保持在“通”的状态，其中阳极的接触和缩回可以作为使电流“通”和“断”的开关。

虽然用于定位的装置和用于缩回的装置可以是主动的、被动的或主动与被动的组合，但用于缩回的装置最好是被动的而用于定位的装置是主动的。在此使用的术语“主动的”指的是，必须有持续作用的外力(电动的、液压的、气动的、压电的)来保证元件的状态或位置。举例来说，电动螺线管是一种主动元件，因为与螺线管相连的顶杆只有当电能保持在螺线管中时才被推至所要求的状态。在此使用的术语“被动的”指的是，除非受外力作用，元件的状态或位置将保持不变。举例来说，波纹状弹簧即螺旋弹簧是一种被动元件，因为除非弹簧力被相反外力克服，与弹簧相连的顶杆一直保持在所要求的状态下。在此使用的术语“自动防故障装置(fail-safe)”指的是，在某特定故障如停电时装置所在的状态或位置。

在本发明的一个优选实施例中，用于缩回的装置是被动的。被动缩回是通过提供一种机械储能元件来实现的，这种机械储能元件朝缩回状态或位置偏压电极，因此当释放作用力时缩回自动发生。机械储能元件可以是弹簧、加压流体容器、重物及其组合。通过这种方式，电化学装置的故障或停机会使电极缩回。

虽然一个或多个电极的定位和缩回通常是由导向件控制的完全相反的运动，但是一个或多个电极也可以沿不同的路径移动。虽然优选路径是导向件使一个或多个电极只能作直线移动的直线路径，但是也可以使用弧形路径，导向件使一个或多个电极只能靠铰链移动。不论路径的确切方向或所包含导向件的类型如何，重要的是一个或多个电极的位置能使电池的整个活动区域都保持工作，即保持电极与质子交换膜全面接触，且一般地离开任何相对电极的活动区域。

可以各种形式提供一个或多个导向件，包括引导顶杆的导向件和引导电极本身的导向件。而且，导向件可以穿过或围绕电极或顶杆布置，或者只是由与定位装置的刚性连接构成。除了使电极与质子交换膜对齐之外，导向件最好还能限制电极相对于质子交换膜表面的旋转运动和横向运动。旋转运动和横向运动是不希望有的，这不仅因为有可能造成对质子交换膜或电催化剂的物理损伤，而且还因为在从一个工作循环到下一个工作循环时必须对电催化剂和质子交换膜进行重新对齐，以使电催化剂和质子交换膜表面中的任何物理变化都能互相适应，如同在电催化剂和质子交换膜持续受压的传统电池中那样。根据本发明，当从一个工作循环到下一个工作循环时，最好对涂有电催化剂的基片和质子交换膜进行重新对齐。

用于本发明电化学装置中的电解质可以是液体电解质或固体电解质(或称作离子交换膜)，比如质子交换膜。应优先选用离子交换膜，因为必须使液体电解质与所处理的水保持隔开。虽然只须使电极接触薄膜电化学电池就可以工作，但薄膜最好支承在其中一个电极上。这种支承包括将薄膜固定而相对于其中一个电极静止不动，或者直接将薄膜粘结或浇注到其中一个电极上。一种适当的粘合方法的实例是在高达300磅/平方英寸的压力下将预氟化磺酸聚合物薄膜加热到大约160℃，且最好持续大约90秒钟。当使用二氧化铅阳极电催化剂时，离子交换膜固定在阴极上。

虽然在本发明的介绍和附图中主要涉及单电池，但是本发明也包括多电池的布置方式，包括层叠的电池和并排的电池组。应当认识到取决于导电体和绝缘体的布置方式，可以用并联或串联电路使层叠和并排的电池电连接起来。不过，若干个并排电池的结构形式包括在同一个平面上的若干个电池、若干个电池在两个或更多个平行平面上、以及若干个电池沿一曲面布置。

电解电池可以产生任意浓度的气体，但是按臭氧在氧气中的重量来计算，气体浓度最好在大约1％至大约18％之间。产生臭氧的完全被动式的电解电池最好用在小型装置中，比如小型的水处理装置中，或是需要臭氧来进行杀菌、消毒、去污、冲洗等设备中。有限数量的活动部件可以降低装置的生产成本，而且还能减少可能发生的故障和对装置的维护要求。

图36是另一种带有液压致动阳极的电化学装置1300的示意性侧视图，其中动力流体可以是所处理的水或是另一种流体。阳极1200连接在推杆4800上，推杆4800的另一端带有活塞1320。活塞1320由进入活塞顶端空间1340中的流体驱动以压缩复位弹簧1360，从而使阳极压紧到质子交换膜1600上。装置中带有固定在推杆4800周围的可选隔膜1380，使所处理的水与动力流体保持隔离，其中所处理的水经过通道1400进入并带着产生的气体经过通道1420离开。

阴极1800是不动的，质子交换膜1600固定在阴极上。可以注意到，阴极周围没有阴极室或储液槽，而是敞开通到空气中，因而可以被称作“干式的”。敞开或暴露的阴极适合于空气去极化以及对电渗透水和任何生成水进行蒸发处理。因此，没有水直接流到阴极上。

图37是另一种电化学装置1500的示意性侧视图，这种电化学装置1500带有用来储存所处理水的储液器1520和将所处理水输送到电化学电池(阳极基片1200、质子交换膜1600、阴极基片1800)以及整体式液压致动装置中的水泵1540。除了活塞1320是用所处理的水1530驱动之外，该液压致动装置与图36中的类似。装置中还包括：过滤器1540，最好是碳过滤器，以除去微粒、溶解的有机物和重金属(会起到臭氧破坏催化剂的作用)；流量控制器1560(如流量限制孔)；去离子树脂床1580，用来从所处理的水1530中除去溶解的离子；除铅单元1600(如柱沸石、氧化铝、硅石或其它材料，可束缚或吸收铅离子和粒状或胶状的铅物质)；文丘里管1620；以及背压控制节流孔1640。应当认识到过滤器1540、流量控制器1560和去离子树脂床1580的顺序并没有限制。

在工作时，来自储液器1520的水1530通过储液器排出管1650输送到水泵1540的入口。水泵排出管1660中形成的高压水输送到活塞动力流体室1340中或是通过文丘里管1620和背压控制节流口1640返回到储液器1520中。高压处理水驱动活塞，如图36中所示，但另一方面所处理的水还经过碳过滤器、流量控制器和去离子树脂床而到达阳极室。去离子水支持在阳极1200处的电解作用和通过质子交换膜1600到阴极1800的质子传导性。电渗透到阴极1800的水可以再循环或排放掉(即，泵入排水管或是使其蒸发掉)。然而，未在阳极使用的水被臭氧处理并与臭氧/氧气流一起通过排出管1670离开阳极室，然后穿过除铅单元1600。在除铅单元1600的下游侧，臭氧处理水和臭氧/氧气流被抽入文丘里管并返回到储液器1520中，使储液器1520中的臭氧浓度增大。

电化学装置，如图37中的装置1500，可以通过各种方式来启动，但最好包括：(1)将所要处理的水加入储水器中，(2)在第一和第二电极之间施加电压，(3)打开水泵，和(4)放入可移动电极与电解质接触，而且最好是按照所述顺序进行的。

图38是图37中电化学装置1500的示意性侧视图，但其中的碳过滤器1540和去离子床1580改放到储液器排出管1650处。另外，流量控制器孔1560留在动力流体室1340和阳极室之间，以维持或增加作用在活塞1320上的压差。图中还示出复位弹簧1360可以处于拉伸状态。

图39是电化学装置的示意性侧视图，它使用来自储液器9100的去离子水而不是使用来自储液器1520的待处理水。如图所示，使用预包装去离子水9100可以防止污染阳极和质子交换膜，因此这种装置中不需要过滤器和去离子元件。在这里，用水泵1540对所处理的水加压并输送到活塞1320的背面以驱动可动电极，以及通过文丘里管1620而将臭氧吸入所处理的水中。阳极室最好装有水管9300，使得去离子水的水平面保持臭氧出口1690之下。而且阳极室最好具有足够的顶部空间，使得臭氧/氧气能够与水产生相分离，因此只有气相通过端口1690抽入文丘里管1620中。在推杆4800周围设有密封圈或隔膜以防止作用在活塞上的加压流体进入阳极室。如图所示，隔膜1710确定了阳极室的上限尺寸。

虽然已经对本发明作了比较详细的介绍，但是应当知道本发明是通过示例来说明的，因而在不违背所附权利要求确定的本发明精神的情况下可以对细节或具体结构进行修改。

Claims (21)

1.一种清洁设备，包括：

装有液体的储液器，用户能够方便地操作所述储液器来分配所述液体；

增强所述液体氧化性水平的装置；

与所述储液器和所述装置连通的循环流道，使得所述储液器中所述流体的至少一部分能够从所述储液器流至所述装置并返回所述储液器。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述液体是水，所述装置是臭氧电池，可将臭氧分配到流至所述装置的所述水中。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述储液器是喷洒瓶。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述储液器是玻璃水瓶。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述装置设置在底座中，且所述储液器可选择地连接到所述底座和所述循环流道。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述循环流道包括再循环流道和处理流道，其中所述处理流道将水从所述再循环流道引导到所述装置然后返回所述再循环流道。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述处理流道包括位于所述装置上游和所述处理流道与所述再循环流道分岔处下游的预处理区。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述预处理区是去离子树脂床。

9.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述处理流道包括位于所述装置下游和所述处理流道与所述再循环流道重新汇合处上游的后处理区。

10.  根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述后处理区是除铅过滤器。

11.一种家用清洁设备，包括：

带有臭氧发生器的底座；

装水并使用户能够选择性地分配水的储液器，所述储液器可选择地安装在所述底座上并与所述底座液体相通；

设在所述储液器和所述底座之间的循环流道，使所述储液器与所述臭氧发生器至少部分液体相通；

其中，所述水的至少一部分流入位于所述储液器和所述臭氧发生器之间的所述循环流道并返回所述储液器，所述臭氧发生器将臭氧分配到所述水中。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述循环流道包括再循环流道和处理流道，所述再循环流道在所述储液器和所述底座之间延伸并返回到所述储液器，而所述处理流道从所述再循环流道延伸到所述臭氧发生器然后返回所述再循环流道；且

所述臭氧发生器将臭氧分配到所述处理流道的所述水中。

13.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述处理流道包括设置在所述臭氧发生器上游的去离子过滤介质。

14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述去离子过滤介质放置在所述底座中。

15.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述设备还包括可选择地连接到所述底座并与所述底座液体相通的盒子，所述盒子构成所述处理流道的一部分；其中，所述去离子过滤介质放置在所述盒子中。

16.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述设备还包括连接在所述处理流道和所述再循环流道之间的混合装置，所述混合装置可将所述处理流道中的已处理水与所述再循环流道中的未处理水混合。

17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，所述混合装置是文丘里管。

18.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，水泵布置在所述循环流道中以帮助所述水沿所述循环流道移动。

19.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述底座可放置在支承面上。

20.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述底座可设置在家用电器上。

21.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述储液器是喷洒瓶。

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