光催化氧化洗衣装置

背景技术

衣物洗涤通常包括使用经加热的水、洗涤剂、漂白剂和特别的清洁溶液。这些清洁剂通常包含大量的磷酸盐。磷酸盐是一种重大的水污染物。漂白剂成分中的氯也会造成水污染。此外，使用经加热的水需要能量消耗，并且经加热的水可能加剧与织物缩水相关的问题。使用洗涤剂和经加热的水也可能升高对织物的损坏率并降低衣物的使用寿命。

此外，一些人可能对标准洗涤剂配方过敏，并且必须使用不过敏的配方，这些配方通常更贵和/或效果更差。此外，虽然典型的洗衣机具有漂洗周期，但洗涤剂残留物可能会残留。残留的洗涤剂会对过敏或皮肤敏感的人造成刺激、可能使织物颜色变暗并可能在衣服上留下粘粘的表面。

因此，存在对用于改善衣物洗涤而没有与常规热水和洗涤剂使用相关的限制的系统、装置和方法的长期且持续的需求。

发明内容

本公开涉及利用光催化氧化产生通过氧化剂增强的衣物洗涤水的水处理装置以及相关的系统和方法。在一种实施例中，水处理装置构造为串联在供水源和洗衣机之间。该装置包括入口和出口。在使用中，来自供水源的洗涤水流过入口流入装置并在流出出口之前流入装置内的导管。

水处理装置还包括光催化组件，该光催化组件包括反应室、至少部分布置在所述反应室内的紫外灯和所述反应室内的催化剂电池。当暴露于来自灯的紫外光时，催化剂电池产生氧化剂。水处理装置还包括注射器(例如文丘里注射器)，其连接到反应室和导管，以使反应室中产生的氧化剂能够通过以进入导管并在通往连接的洗衣机的途中与流过导管的洗涤水混合。

在一些实施例中，水处理装置还包括流量传感器(例如霍尔效应传感器)，该流量传感器联接到导管并构造为感测流过导管的洗涤水的流量。控制器通信地联接(例如，有线电联接)到光催化组件和流量传感器。所述控制器包括存储器、一个或多个处理器和/或其它逻辑部件，其使得控制器能够从流量传感器接收流量状态信号并根据探测到的流量来启动或停用光催化组件的紫外灯。以此方式，水处理装置能够结合连接的洗衣机的实际水需求来操作。

附加的特征和优点将在下面的描述中部分阐述。应当理解的是，前面的概述和下面的详细描述都仅是示例性和解释性的，并且不应被理解为将本公开限制于任何特定的实施例集合。

附图说明

更具体的描述将通过附图中所示的实施例提出。应当理解的是，这些附图仅描绘了本公开的示例性实施例，并且因此不应被认为对其范围的限制。附图中：

图1A至1C分别示出了示例性水处理装置的俯视图、正视图和侧视图；

图2示出了图1的水处理装置的视图，其中盖子被移除以更好地示出装置的内部元件部分；

图3示出了移除了光催化组件的水处理装置的附加视图；

图4示出了水处理装置的光催化组件；

图5示出了图4的光催化组件，其中移除了部分室壁以示出内部紫外灯和催化剂电池；

图6示出了串联在供水源和洗衣机之间的水处理装置；

图7A至7C是功效测试的照片，其示出了通过来自本文所述的水处理装置的活化水衣物洗涤的效力。

具体实施方式

图1A至1C分别示出了示例性水处理装置100的俯视图、正视图和侧视图。示出的水处理装置100包括入口102和出口104，该入口和出口分别具有用于联接到软管、管道或其它流体传输装置的连接器。如下面进一步详细解释的，水处理装置100构造为串联在供水源和洗衣机之间。来自供水源的洗涤水流入入口102、流过水处理装置100，并且然后流出出口104流向洗衣机。

如图所示，水处理装置100可以包括用于防护所述装置的内部部件的框架108和盖子110。盖子110可以是可移除的以允许接近内部部件。水处理装置100还可以包括用于显示装置或灯的操作状态、错误指示、用水量度量、装置设置等中的一个或多个的显示器106。

如下文更详细解释的，水处理装置100形成为有利地平衡(1)具有易于安装、紧凑的尺寸的装置与(2)具有足够的光催化活性以有效地活化洗涤水的抵触设计考虑。换句话说，提供足够的氧化剂产生的期望倾向于驱使装置的尺寸向上；然而，如果该装置的尺寸太大，它可能变得笨重和/或不可能安装在典型洗衣房的有限空间中。

本文所述的某些实施例能够产生足以有效清洁的氧化剂量，同时保持紧凑的整体尺寸，即使在空间有限的情况下也允许容易安装。在一些实施例中，例如，水处理装置100可以具有大约17英寸(例如，大约12至24英寸)的长度、大约4英寸(例如，大约2至8英寸)的宽度以及大约5英寸(例如，大约3至10英寸)的高度。具有在这些范围内的尺寸的装置有利地提供了有效的操作，同时也易于安装。

图2示出了移除了盖子的水处理装置100，以更好地示出装置的内部部件。入口102连接到导管112，该导管延伸穿过装置并连接到出口(在该视图中不完全可见)。装置100还包括光催化组件，该光催化组件包括反应室120和镇流器122。如下文更详细解释的，镇流器122为容纳在反应室120内的灯供电。灯构造为在启动时发射紫外光。反应室120内还包括催化剂电池。当暴露于来自灯的紫外光时，催化剂电池能够在反应室120内的环境大气中产生一种或多种氧化剂。

在图示的实施例中，注射器116作为导管112的一部分串联定位。连接导管118将反应室120联接到注射器116并允许反应室120中产生的氧化剂进入导管112。例如，注射器116可以构造为差压式文丘里注射器，例如以商品名MAZZEI出售的那些注射器中的一种。注射器可以通过使用由流过导管112的流体流产生的压差来操作，以将空气从反应室120引入导管112。在操作中，注入的空气包括反应室120内产生的氧化剂。

图示的水处理装置100还包括控制器124，该控制器通信地联接到镇流器122，以控制紫外灯的供电和断电。控制器124还联接到泄漏探测器117。一旦泄漏探测器117探测到过多的湿气，控制器124就可以操作以触发音频或视觉警报、错误显示等。当探测到泄漏时，控制器124可以附加地或替代地防止光催化组件的启动。控制器124还通信地联接到流量传感器114，该流量传感器联接到导管112。流量传感器114构造为感测流过导管112的洗涤水的流量。流量传感器114可以构造为例如霍尔效应流量传感器。在其它实施例中，可以包括本领域已知的附加的或替代的流量传感器，例如孔板、文丘里管、转子流量计、皮托管组件、量热式流量计、涡轮流量计、旋涡流量计、电磁流量计、超声波多普勒流量计、正排量流量计、热流量计或科里奥利流量计。

在操作中，当流量传感器114确定洗涤水正流过导管112时，控制器124接收相应的流量状态信号并操作以为反应室120内的灯供电。这确保了当水正流过导管112时，光催化组件运行以产生用于注入流过的水中的氧化剂。当流量传感器114感测到水流量已经停止时，发送到控制器124的流量状态信号引起控制器124关闭紫外灯。这确保了当水不流过该装置时，光催化组件不浪费功率或不必要地产生氧化剂。

图3是水处理装置100的另一视图，其中光催化组件的部分被移除，以更好地示出导管112的其它部分。如图所示，导管112可以包括位于注射器116下游的混合器区段126。混合器区段126用于破碎由注射器116引入的气泡，以允许更有效地使用引入的氧化剂并促进更好的清洁。混合器区段126可以构造为静态混合器，包括内部挡板和/或用于破碎携带的气泡的其它混合部件。

图4示出了从装置的剩余部分脱离的光催化组件，图5示出为移除了反应室120的壁的一部分，以示出紫外灯128。如附图标记130所指示的，反应室120的壁的至少一部分涂覆有或以其它方式包括催化剂电池，该催化剂电池构造为在暴露于来自灯的紫外光时产生一种或多种氧化剂。氧化剂可以包括例如过氧化氢、氢氧化物、游离氧分子和超氧化离子。

光催化组件优选构造为使得当紫外灯启动时，臭氧从产生的氧化剂中排除。虽然臭氧是一种强有力的氧化剂，但是已经发现它对于洗衣清洁应用来说过于严酷。例如，随着时间的推移，臭氧可能增加织物变质率并且甚至可能引起对洗衣机的垫圈和其它部件的损坏。已经惊讶地发现，通过定制光催化组件以产生前述列出的氧化剂、除了臭氧，保持有效的清洁力，而不会引入与臭氧相关的有害影响。

虽然所示的催化剂电池130被示出在特定位置，但是应当理解的是，可以使用多个催化剂电池和/或在其它位置的电池，只要它们被定位为接收由灯128发射的紫外光。

催化剂电池130可以包括金属氧化物例如氧化钛，并且可以可选地包括一种或多种过渡金属和/或过渡金属合金。可以利用的附加或替代光催化材料的示例包括石墨烯氧化物、金属有机骨架化合物(MOFs)、其它半导体材料、量子点、钽铁矿、其它氧化物(例如锌、铜、铁、镉、锡、锆或氧化镓)、硫化物(例如硫化锌)、二氧化硅及其组合。

灯128的尺寸和催化剂电池130的表面积一起确定了在光催化组件启动时氧化剂产成的水平。例如，如果灯128的尺寸相对于催化剂电池130太小，那么可能没有足够的紫外光来充分使用可用的催化能力。另一方面，如果灯128相对于催化剂电池130太大，则在产生过量的紫外光时会不必要地浪费功率。

对于典型的约5至30瓦特和1/2英寸直径的紫外灯，长度优选为约4英寸至约12英寸、或更优选为约6英寸至约9英寸。相应的催化剂电池130优选具有至少约8平方英寸(50cm

图6示出了水处理系统，其中水处理装置100串联在供水源60和洗衣机50之间。如图所示，第一软管62可以在一端连接到供水源60(通常连接到冷水供应源)，在另一端连接到入口102。热水供应源可以被切断或者可选地直接连接到洗衣机50。第二软管64从水处理装置100的出口104延伸到洗衣机50的入口。水处理装置100和洗衣机50通过电线72和74连接到电源插座70。

有益的是，洗衣机50不需要以任何方式电连接到水处理装置100。其它洗衣水处理装置通常要求洗衣机与处理装置电连接。然后，常规的处理装置基于测量的建议洗衣机的不同洗涤周期的电负载操作。为了确保该装置在填充周期期间是启动的，这种装置必须针对特定的洗衣机型号进行定制和/或校准，因为洗衣机型号通常在与不同洗涤周期相关的电负载方式上不同。这种通用性的缺乏可能使这种装置的设置和使用变得繁琐。

相反，本文描述的水处理装置实施例不依赖于与洗衣机50的电连接，并且能够为各种连接的洗衣机提供有效的操作。因为装置100的操作由流过该装置的水流量决定，并且因为该装置串联在供水源60和洗衣机50之间，所以该装置构造为，当洗衣机50实际上充满洗涤水时操作并将氧化剂注入洗涤水中。

此外，装置100内的优选的注射器基于压差操作，这意味着基于文丘里注射器的气/液比，流过装置100的较高流率将从反应室接收更多的活化空气供应。这有助于在不同的操作情况下、例如在不同的洗衣机型号和/或不同的水压设置下保持注入洗涤水中的氧化剂水平的一致性。

在一些实施例中，水处理装置构造为向洗涤水提供约1ppm(例如约0.5ppm至约2ppm、或约0.75ppm至约1.5ppm)的氧化剂浓度。如本文所用，这些值是使用本领域已知的标准水质测试方法以过氧化氢测量的氧化剂浓度的量度。

在优选实施例中，除了在反应室中产生并通过注射器注射的氧化剂之外，水处理装置不向流过的洗涤水中添加任何消毒剂(例如银离子、洗涤剂等)。本文所述的水处理装置实施例有益地能够提供有效的清洁和/或消毒力，而不需要使用这些添加剂。这使得使用者可以节省这些试剂的成本并减少将这些试剂引入到环境中。

本文使用的诸如“大致”、“大约”和“基本上”的术语表示接近所阐述的量或条件的量或条件，其仍然执行期望的功能或实现期望的结果。例如，术语“大致”、“大约”和“基本上”可以指与所述的量或条件偏离小于10％、或小于5％、或小于1％、或小于0.1％、或小于0.01％的量或条件。

涉及本文所述的任何特定实施例描述的特定元件或部件可以替代或结合涉及本文所述的任何其它实施例描述的元件。

示例

一个实验室技术人员穿了2天新T恤。穿了两天后，脱下该T恤并且使用无菌拭子在左臂下来回摩擦尖端以收集样本，如图7A所示。然后将拭子放置在营养液体培养基中，以促进任何收集的细菌的生长。然后按照标准微生物学方案将溶液倒入培养皿中，并且将该培养皿培养36小时。然后在洗衣机中使用由本文所述的水处理装置活化的冷水洗涤该T恤。洗涤后，使用相同的取样方案，并填充另一个培养皿，培养36小时。培养周期后的结果如图7B和7C所示。尽管在洗涤前T恤上存在细菌，但是在洗涤后提取的样本中没有观察到细菌生长。