專利名稱：手持式噴射瓶電解單元和dc-dc轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開內(nèi)容涉及流體的電化學(xué)活化，尤其涉及電解單元和對(duì)應(yīng)的方法。
背景技術(shù)：
電解單元用于各種不同的應(yīng)用，用于改變流體的一個(gè)或多個(gè)特性。例如，電解單元 已經(jīng)用于清潔/消毒應(yīng)用、醫(yī)學(xué)工業(yè)和半導(dǎo)體制造工藝。電解單元還已經(jīng)用于各種其它應(yīng) 用，并具有不同構(gòu)造。對(duì)于清潔/消毒應(yīng)用，電解單元用于產(chǎn)生陽(yáng)極電解液電化學(xué)活化(EA)液體和陰極 電解液EA液體。已知陽(yáng)極電解液EA液體具有消毒特性，陰極電解液EA液體具有清潔特 性。清潔和/或消毒系統(tǒng)的實(shí)例在菲爾德等人的于2007年8月16日公開的美國(guó)公開出版 物 No. 2007/0186368A1 中被公開。

發(fā)明內(nèi)容
本公開的一方面涉及一種手持式噴射瓶。該噴射瓶包括儲(chǔ)液器、液體出口、電解 單元、電源和DC-至-DC轉(zhuǎn)換器。所述電解單元由所述噴射瓶攜帶并流體地連接在儲(chǔ)液器 和液體出口之間。所述電源由噴射瓶攜帶并具有電壓輸出。所述DC-至-DC轉(zhuǎn)換器連接在 所述電壓輸出和電解單元之間，并且所述DC-至-DC轉(zhuǎn)換器提供比電源的電壓輸出大的增 強(qiáng)電壓，以給電解單元通電。本公開的另一方面涉及一種方法。該方法包括運(yùn)送供給液體到手持式噴射瓶的 儲(chǔ)液器中；從噴射瓶攜帶的電源產(chǎn)生電源電壓；通過噴射瓶攜帶的DC-至-DC轉(zhuǎn)換器將電 源電壓增強(qiáng)到大于電源電壓的通電電壓；使供給液體通過噴射瓶攜帶的電解單元；給電解 單元的電極施加所述通電電壓，以便電化學(xué)地活化通過電解單元的供給液體；和從噴射瓶 分配被電化學(xué)活化的供給液體。提供本發(fā)明內(nèi)容，用于以簡(jiǎn)化的形式來介紹選擇的構(gòu)思，在下面的詳細(xì)描述中會(huì) 進(jìn)一步說明這些構(gòu)思。本發(fā)明內(nèi)容不是用于識(shí)別所要求保護(hù)的主題的主要特征或重要特 征，也不是用于幫助確定所要求保護(hù)的主題的保護(hù)范圍。所要求保護(hù)的主題不局限于解決 背景技術(shù)中提及的任一缺陷或所有缺陷的實(shí)施方式。


圖1是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)例性方面的手持式噴射瓶的簡(jiǎn)化示意圖。圖2顯示具有離子選擇膜的電解單元的實(shí)例。圖3顯示根據(jù)本公開的又一實(shí)例的沒有離子選擇膜的電解單元。圖4A是根據(jù)本公開的一個(gè)方面的、具有多個(gè)直線孔的導(dǎo)電聚合物電極的局部視 圖，該導(dǎo)電聚合物電極的多個(gè)直線孔具有規(guī)則的網(wǎng)格圖案。圖4B是根據(jù)另一實(shí)例的導(dǎo)電聚合物電極的局部視圖，該導(dǎo)電聚合物電極具有多 個(gè)不同尺寸的曲線孔，多個(gè)不同尺寸的曲線孔具有規(guī)則的網(wǎng)格圖案。
圖4C是根據(jù)另一實(shí)例的導(dǎo)電聚合物電極的局部視圖。該導(dǎo)電聚合物電極具有多 個(gè)不規(guī)則和規(guī)則形狀的孔，多個(gè)不規(guī)則和規(guī)則形狀的孔具有多個(gè)不同的形狀和尺寸。圖5顯示根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)例的管狀電解單元的實(shí)例。圖6是顯示根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)例性方面的、施加到陽(yáng)極和陰極的電壓圖的波形 圖。圖7是具有根據(jù)本公開的實(shí)施例的指示器的系統(tǒng)的框圖，例如，其能夠結(jié)合到本 文公開的任一實(shí)施例中。圖8A是噴射瓶的立體圖，該噴射瓶具有指示器燈，該指示器燈照射過瓶中攜帶的 液體。圖8B是根據(jù)本公開的可選實(shí)施例的噴射瓶的立體圖，該噴射瓶具有指示器燈，該 指示器燈照射過瓶中攜帶的液體。圖8C是圖8B顯示的瓶的頭部的后部立體圖。圖9A和9B是左手側(cè)殼體的立體圖，圖9C是圖8B顯示的瓶的右手側(cè)殼體的立體 圖。圖10顯示安裝在左手側(cè)殼體上的各種部件。圖IlA和IlB顯示由圖8B所示的瓶攜帶的液體容器。圖12A顯示安裝在殼體的筒中的泵/單元組件的局部詳細(xì)視圖。圖12B是從殼體中移出的泵/單元組件的立體圖。圖12C是去除了觸發(fā)器的泵/單元組件的底部立體圖。圖13顯示圖12A-12C所示的組件的安裝架的立體分解圖。圖14A和14B是圖8B所示的瓶的觸發(fā)器的立體圖。圖15A和15B是觸發(fā)器靴的立體圖，觸發(fā)器靴蓋在觸發(fā)器上。圖16A更詳細(xì)地顯示半殼體的下部腔室。圖16B顯示安裝在圖16A所示的腔室中的電路板和電池。圖17是移動(dòng)式清潔機(jī)的立體圖，該移動(dòng)式清潔機(jī)采用根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)例的 電解單元。圖18是安裝到根據(jù)另一實(shí)施例的平臺(tái)的電解單元的簡(jiǎn)化框圖。圖19是根據(jù)本公開的另一實(shí)施例的全表面清潔器的立體圖。圖20是顯示控制電路的框圖，該控制電路用于控制根據(jù)本公開的所示實(shí)例的圖 8-16所示的手持式噴射瓶?jī)?nèi)的各種部件。
具體實(shí)施例方式本公開的一個(gè)方面旨在于用于電解液體的方法和設(shè)備。1.手持式噴射瓶電解單元能夠用于各種不同應(yīng)用和容納在各種不同類型的設(shè)備中，這些設(shè)備能夠 是手持式、移動(dòng)式、非移動(dòng)式、壁安裝式、電動(dòng)或非電動(dòng)的清潔/消毒車，例如輪式車。在本 實(shí)例中，電解單元結(jié)合在手持式噴射瓶中。圖1是根據(jù)本公開的實(shí)例性方面的手持式噴射瓶10的簡(jiǎn)化示意圖。噴射瓶10包 括儲(chǔ)液器12，該儲(chǔ)液器12用于包含待處理的液體，然后該液體通過噴嘴14分配。在一個(gè)實(shí)例中，待處理的液體包括含水組成物，例如常規(guī)的自來水。噴射瓶10還包括入口過濾器16、一個(gè)或多個(gè)電解單元18、管20和22、泵24、致動(dòng) 器26、開關(guān)28、電路板和控制電子裝置30以及電池32。盡管在圖1未顯示，管20和22例 如可以分別容納在瓶10的頸部和筒部。帽34圍繞瓶10的頸部密封儲(chǔ)液器12。電池32例 如可以包括一次性電池和/或可充電電池，并且當(dāng)受到電路板和控制電子裝置30的激發(fā)時(shí) 能夠給電解單元18和泵24提供電能。在圖1所示的實(shí)例中，致動(dòng)器26是觸發(fā)器型致動(dòng)器，其在斷開和閉合狀態(tài)之間致 動(dòng)瞬時(shí)開關(guān)28。例如，當(dāng)用戶“按壓”手觸發(fā)器到按壓狀態(tài)時(shí)，觸發(fā)器把開關(guān)致動(dòng)到閉合狀 態(tài)。當(dāng)用戶釋放手觸發(fā)器時(shí)，觸發(fā)器把開關(guān)致動(dòng)到斷開狀態(tài)。然而，致動(dòng)器26在可選實(shí)施 例中能夠具有其它類型，并且可能在另外的實(shí)施例中被去除。在缺少獨(dú)立的致動(dòng)器的實(shí)施 例中，用戶能夠直接致動(dòng)開關(guān)28。當(dāng)開關(guān)28處于斷開的、非導(dǎo)電狀態(tài)時(shí)，控制電子裝置30 使電解單元18和泵24斷電。當(dāng)開關(guān)28處于閉合的、導(dǎo)電狀態(tài)時(shí)，控制電子裝置30使電解 單元18和泵24通電。泵24從儲(chǔ)液器12、經(jīng)過濾器16、電解單元18和管20吸取液體，并 迫使液體從管22和噴嘴14流出。取決于噴射器，噴嘴14可能是可調(diào)節(jié)的或可能是不可調(diào) 節(jié)的，例如，以便在噴出液流、霧化成霧或分配噴射之間進(jìn)行選擇。開關(guān)28自身能夠具有任意合適的致動(dòng)器類型，例如，圖1所示的按鈕開關(guān)、撥動(dòng) 器(toggle)、搖擺器、任何機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)和/或任何非機(jī)械傳感器(例如電容式、電阻式塑 料、熱式、電感式等傳感器)。開關(guān)28能夠具有任何合適的接觸配置，例如瞬時(shí)單極單投 (momenary, single-poles ingle throw)接角蟲配置等。在可選實(shí)施例中，泵24被用機(jī)械泵代替，例如手觸發(fā)式正排量泵，其中致動(dòng)器觸 發(fā)器26通過機(jī)械動(dòng)作直接作用在泵上。在本實(shí)施例中，開關(guān)28能夠與泵24分開致動(dòng)，例 如電源開關(guān)，以便給電解單元18通電。在又一個(gè)實(shí)施例中，電池32被去除，由外部電源給 噴射瓶10輸送電能，例如通過電線、插頭和/或接觸端子。圖1所示的配置僅用作非限制性的實(shí)例。噴射瓶10能夠具有任何其它結(jié)構(gòu)和/ 或功能配置。例如，相對(duì)于從儲(chǔ)液器12向噴嘴14的流體流方向，泵24能夠位于單元18的 下游(如圖1所示)，或者位于單元18的上游。如在下文更詳細(xì)地描述的，噴射瓶包含噴射到待清潔和/或消毒的表面上的液 體。在一個(gè)非限制性的實(shí)例中，在液體被從瓶、作為輸出噴射分配之前，電解單元18把液體 轉(zhuǎn)換成陽(yáng)極電解液EA液體和陰極電解液EA液體。陽(yáng)極電解液和陰極電解液EA液體能夠 作為組合的混合物或作為獨(dú)立的噴射輸出(例如通過獨(dú)立的管和/或噴嘴)被分配。在圖 1所示的實(shí)施例中，陽(yáng)極電解液和陰極電解液EA液體作為組合的混合物被分配。在噴射瓶 提供小的和間歇的輸出流量時(shí)，電解單元18能夠具有小的包裝，并能夠例如通過包裝或噴 射瓶攜帶的電池供電。2.電解單元電解單元包括適用于在至少一個(gè)陽(yáng)極電極和至少一個(gè)陰極電極之間的流體上施 加電場(chǎng)的任何流體處理單元。電解單元能夠具有任何合適數(shù)量的電極、任何合適數(shù)量的用 于包含流體的室、和任何合適數(shù)量的流體輸入和流出輸出裝置。該單元能夠適用于處理任 何流體(例如液體或氣-液組合流體)。該單元能夠包括在陽(yáng)極和陰極之間的一個(gè)或多個(gè) 離子選擇膜，或者能夠構(gòu)造成沒有任何離子選擇膜。這里，具有離子選擇膜的電解單元被稱作“功能發(fā)生器”。電解單元能夠用于各種不同應(yīng)用和能夠具有各種不同的結(jié)構(gòu)，例如但不局限于 參照?qǐng)D1討論的噴射瓶，和/或2007年8月16日公開的菲爾德等人的美國(guó)專利出版物 No. 2007/0186368中所公開的結(jié)構(gòu)。因此，盡管這里相對(duì)于噴射瓶的上下文描述了關(guān)于電解 的各種元件和過程，但是這些元件和過程能夠應(yīng)用于和結(jié)合到其它的、非噴射瓶的應(yīng)用中。3.具有膜的電解單元3. 1單元結(jié)構(gòu)圖2是顯示電解單元50的實(shí)例的示意圖，該電解單元50能夠用于例如圖1所示 的噴射瓶中。電解單元50從液體源52接收待處理的液體。液體源52能夠包括箱或其它 溶液儲(chǔ)液器，例如圖1中的儲(chǔ)液器12，或者能夠包括用于從外部源接收液體的配件或其它 入口。單元50具有一個(gè)或多個(gè)陽(yáng)極室54和一個(gè)或多個(gè)陰極室56 (已知作為反應(yīng)室)， 陽(yáng)極室54和陰極室56被離子交換膜58分隔開，例如陽(yáng)離子或陰離子交換膜。一個(gè)或多個(gè) 陽(yáng)極電極60和陰極電極62 (所示每個(gè)電極中的一個(gè))被分別設(shè)置在每個(gè)陽(yáng)極室54和每個(gè) 陰極室56中。陽(yáng)極和陰極電極60，62能夠由任何合適的材料制成，例如導(dǎo)電聚合物、鈦和 /或鍍覆有貴金屬(例如鉬)的鈦，或任何其它合適的電極材料。在一個(gè)實(shí)例中，陽(yáng)極或陰 極中的至少一個(gè)至少部分地或全部地由導(dǎo)電聚合物制成。電極和各自的室能夠具有任何合 適的形狀和結(jié)構(gòu)。例如，電極能夠是平板、同軸板、棒或它們的組合。每個(gè)電極能夠具有例 如實(shí)心結(jié)構(gòu)或能夠具有一個(gè)或多個(gè)孔。在一個(gè)實(shí)例中，每個(gè)電極形成為網(wǎng)孔。此外，例如， 多個(gè)單元50能夠彼此串聯(lián)或并聯(lián)。電極60、62電連接到傳統(tǒng)電源(未圖示)的相對(duì)的端子。離子交換膜58位于電 極60和62之間。電源能夠給陽(yáng)極和陰極電極提供恒定的DC輸出電壓、脈沖的或被以其它 方式調(diào)制的DC輸出電壓、和/或脈沖的或被以其它方式調(diào)制的AC輸出電壓。電源能夠具 有任何合適的輸出電壓電平、電流電平、占空度或波形。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，電源以相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)施加供給到板的電壓。電源(和/或 控制電子裝置)包括DC/DC轉(zhuǎn)換器，該DC/DC轉(zhuǎn)換器使用脈寬調(diào)制(PWM)控制方案，以便控 制電壓和電流輸出。也可以使用其它類型的電源，這些電源能夠是脈沖的或非脈沖的，并且 在其它電壓和功率范圍。參數(shù)是特定應(yīng)用的(application-specific)。在操作期間，供給水(或待處理的其它液體)從源52供應(yīng)到陽(yáng)極室54和陰極室 56。在陽(yáng)離子交換膜的情況中，一旦橫跨陽(yáng)極60和陰極62施加DC電壓電勢(shì)，例如在大約5 伏(V)至大約28伏(V)的范圍內(nèi)的電壓，最初存在于陽(yáng)極室54中的陽(yáng)離子穿過離子交換 膜58向陰極62移動(dòng)，同時(shí)陽(yáng)極室54中的陰離子向陽(yáng)極60移動(dòng)。然而，存在于陰極室56 中的陰離子不能穿過陽(yáng)離子交換膜，因此仍限制在陰極室56中。結(jié)果，單元50通過至少部分地利用電解電化學(xué)地活化供給水，并產(chǎn)生酸性陽(yáng)極電 解液組成物70和堿性陰極電解液組成物72形式的電化學(xué)活化水。如果需要，例如，通過對(duì)電解單元的結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，能夠產(chǎn)生彼此不同比率的陽(yáng)極電 解液和陰極電解液。例如，如果EA水的基本功能是清潔，單元能夠構(gòu)造成產(chǎn)生比陽(yáng)極電解 液的量多的陰極電解液?？蛇x地，例如，如果EA水的基本功能是消毒，單元能夠構(gòu)造成產(chǎn)生 比陰極電解液的量多的陽(yáng)極電解液。此外，每個(gè)中的活性組分的濃度能夠變化。
例如，單元的陰極板與陽(yáng)極板的比例能夠?yàn)? 2，用于產(chǎn)生比陽(yáng)極電解液的量多 的陰極電解液。每個(gè)陰極板通過相應(yīng)的離子交換膜與各個(gè)陽(yáng)極板分隔開。因此，對(duì)于兩個(gè) 陽(yáng)極室，具有三個(gè)陰極室。該構(gòu)造產(chǎn)生大約60%的陰極電解液對(duì)40%的陽(yáng)極電解液。還能 夠使用其它比率。3. 2實(shí)例反應(yīng)此外，與陽(yáng)極60接觸的水分子在陽(yáng)極室54中電化學(xué)地氧化成氧氣(O2)和氫離 子(H+)，同時(shí)與陰極62接觸的水分子在陰極室56中電化學(xué)地還原成氫氣(H2)和羥基離子 (0H_)。陽(yáng)極室54中的氫離子被允許穿過陽(yáng)離子交換膜58進(jìn)入陰極室56，在陰極室56中 氫離子被還原成氫氣；同時(shí)，陽(yáng)極室54中的氧氣被供給水氧化以形成陽(yáng)極電解液70。此外， 由于日常的自來水典型地包括氯化鈉和/或其它氯化物，因此陽(yáng)極60氧化存在的氯化物， 以形成氯氣。結(jié)果，產(chǎn)生了大量的氯，并且陽(yáng)極電解液組成物70的PH隨時(shí)間逐漸變成酸性。如上所述，當(dāng)施加電壓電勢(shì)時(shí)，與陰極62接觸的水分子被電化學(xué)地還原成氫氣和 羥基離子(0H_)，同時(shí)陽(yáng)極室54中的陽(yáng)離子穿過陽(yáng)離子交換膜58進(jìn)入陰極室56中。這些陽(yáng) 離子可用于與陰極62處產(chǎn)生的羥基離子電離子性地關(guān)聯(lián)，同時(shí)氫氣氣泡在液體中形成。大 量的羥基離子隨時(shí)間在陰極室56中聚集，并且與陽(yáng)離子反應(yīng)以形成堿性氫氧化物。此外， 氫氧化物保持成被限制在陰極室56，這是因?yàn)殛?yáng)離子交換膜不允許帶負(fù)電的羥基離子穿過 陽(yáng)離子交換膜。結(jié)果，在陰極室56中產(chǎn)生大量的氫氧化物，并且陰極電解液組成物72的PH 隨時(shí)間逐漸變成堿性。功能發(fā)生器50中的電解過程允許在陽(yáng)極室54和陰極室56中聚集活性組分 (reactive species)以及形成亞1急離子和基(radical)。電化學(xué)活化過程典型地通過(在陽(yáng)極60處)電子撤離或(在陰極62處)電子引 入而發(fā)生，其導(dǎo)致供給水的物理化學(xué)(包括結(jié)構(gòu)、活性和催化)特性的變化。相信供給水 (陽(yáng)極電解液或陰極電解液)在電極表面的緊臨區(qū)域中獲得活化，在該區(qū)域電場(chǎng)強(qiáng)度能夠 達(dá)到非常高的水平。該區(qū)域能夠稱作雙電層(EDL)。在繼續(xù)電化學(xué)活化過程時(shí)，水偶極子(water dipoles)與該場(chǎng)大致對(duì)齊，并且水分 子的一部分氫鍵因此斷裂。此外，單鍵連接的氫原子在陰極電極62處鍵合到金屬原子(例 如，鉬原子)，并且單鍵連接的氧原子在陽(yáng)極電極60處鍵合到金屬原子(例如，鉬原子)。這 些鍵合的原子在相應(yīng)電極的表面上在兩維上向周圍擴(kuò)散，直至它們參與另外的反應(yīng)為止。 其它原子和多原子組也可以類似地鍵合到陽(yáng)極電極60和陰極電極62的表面上，并且隨后 也可以進(jìn)行反應(yīng)。在表面處產(chǎn)生的分子(例如氧(O2)和氫(H2)),可以作為氣體進(jìn)入液相 水的小空穴(例如氣泡)中和/或可以被液相水溶解。這些氣相氣泡因此擴(kuò)散，或以其它 方式懸浮在整個(gè)液相的供給水中。氣相氣泡的尺寸可以根據(jù)各種因素而變化，例如施加給供給水的壓力、供給水中 的鹽和其它化合物的構(gòu)成、和電化學(xué)活化的程度。因此，氣相氣泡可以具有各種不同的尺 寸，包括但不局限于大氣泡(macrobubbles)、微氣泡、納米氣泡、和它們的混合物。在包括 大氣泡的實(shí)施例中，對(duì)于產(chǎn)生的氣泡，合適的平均氣泡直徑的實(shí)例包括從大約500微米到 大約1毫米的范圍的直徑。在包括微氣泡的實(shí)施例中，對(duì)于產(chǎn)生的氣泡，合適的平均氣泡直 徑的實(shí)例包括從大約1微米到小于大約500微米的范圍的直徑。在包括納米氣泡的實(shí)施 例中，對(duì)于產(chǎn)生的氣泡，合適的平均氣泡直徑的實(shí)例包括小于大約1微米的直徑，特別合適的平均氣泡直徑包括小于大約500納米的直徑，更尤其合適的平均氣泡直徑包括小于大約 100納米的直徑。通過分子之間的、朝離開陽(yáng)極電極60和陰極電極62的表面引導(dǎo)的吸引力，在 氣-液界面處產(chǎn)生表面張力，這是因?yàn)榕c它們被吸引至電極表面處的氣體分子相比，表面 分子被更多地吸引到水中的分子。相比，大量的水的分子在所有方向上被同等地吸引。因 此，為了增加可能的相互作用能，表面張力導(dǎo)致電極表面處的分子進(jìn)入大量的液體中。在產(chǎn)生氣相納米氣泡的實(shí)施例中，包含在納米氣泡(即，直徑小于大約1微米的 氣泡)中的氣體被認(rèn)為在供給水的相當(dāng)大的時(shí)間段是穩(wěn)定的，盡管它們有小的直徑。雖然 不希望受到理論的束縛，但是認(rèn)為，當(dāng)氣體氣泡的彎曲表面接近分子尺寸時(shí)，在氣/液界面 處，水的表面張力下降。這降低了納米氣泡消散的自然趨勢(shì)。此外，由于橫跨膜58施加電壓電勢(shì)，因此納米氣泡氣/液界面被充電。電荷引入 與表面張力相反的力，這也減慢或防止納米氣泡的消散。利用沿與由于表面張力而導(dǎo)致的 表面最小化相反的方向作用的電荷斥力，在界面處的同類電荷的出現(xiàn)降低了明顯的表面張 力。通過提供有利于氣/液界面的額外帶電材料，可以增加任何作用。氣/液界面的自然狀態(tài)看上去是負(fù)的。具有低表面電荷密度和/或高極化度的其 它離子(例如cr，C10_，HO2-,和O2-)也有利于氣/液界面，如同水合電子。含水基團(tuán)/根也 更喜歡駐留在該界面處。因此，相信在陰極電解液(即，流過陰極室56的水)中出現(xiàn)的納 米氣泡帶負(fù)電，但是陽(yáng)極電解液(即，流過陽(yáng)極室54的水)中的納米氣泡將具有很少的電 荷(過量的陽(yáng)離子抵消了自然負(fù)電荷)。因此，當(dāng)與陽(yáng)極電解液混合時(shí)，陰極電解液納米氣 泡不可能失去它們的電荷。此外，由于陰極上的過電勢(shì)，納米氣泡中的氣體分子可以帶電(例如02_)，因此增 加了納米氣泡的整個(gè)電荷量?？梢韵鄬?duì)于不帶電的納米氣泡減小帶電的納米氣泡的氣/液 界面處的表面張力，并且使得它們的尺寸穩(wěn)定。可以定性地理解為表面張力導(dǎo)致表面最小 化，而帶電表面趨向于擴(kuò)大，以便使類似電荷之間的排斥力最小。由于超過電解所需的過量 功率損耗，在電極表面處的升高的溫度，也可以通過減小局部氣體溶解度增加納米氣泡的 形成。由于同類電荷之間的排斥力以它們相隔距離的平方而倒數(shù)地增加，因此隨著氣泡 直徑的減小朝外的壓力增加。電荷的作用是減小表面張力的作用，表面張力趨向于減小表 面，而表面電荷趨向于擴(kuò)大表面。因此，當(dāng)這些相反力相等時(shí)就達(dá)到平衡。例如，假設(shè)氣泡 (半徑r)的內(nèi)部表面上的表面電荷密度是Φ (e7米2)，通過求解下面的納維_斯托克斯 (NavierStokes)公式，可以獲得朝外壓力("Pout")Pout = Φ2/2 ε 0(公式 1)其中D是氣泡的相對(duì)介電常數(shù)(假設(shè)為一)，“ ε Q”是真空的電容率(即8. 854pF/ 米)。由氣體上的表面張力引起的朝內(nèi)壓力(“Pin”)為Pin = 2g/r Pout(公式 2)其中“g”是表面張力(在25°C時(shí)為0.07198焦耳/米2)。因此，如果這些壓力相 等，氣泡的半徑為r = 0. 28792 ε 0/Φ2(公式 3)因此，對(duì)于5納米、10納米、20納米、50納米和100納米的納米氣泡直徑，對(duì)于零的過量?jī)?nèi)部壓力所計(jì)算的電荷密度分別為0. 20,0. 14,0. 10,0. 06和0. 04e7納米2氣泡表面 面積。通過使用電解單元(例如電解單元18)能夠容易實(shí)現(xiàn)這種電荷密度。當(dāng)氣泡上的總 電荷增加到功率的2/3時(shí)，納米氣泡半徑增加。在平衡的情況下，納米氣泡表面處的供料或 燃料(fuel)的有效表面張力為零，氣泡中帶電氣體的存在增加了穩(wěn)定的納米氣泡的尺寸。 將不要求進(jìn)一步減小氣泡尺寸，這是因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部壓力減小到低于大氣壓。在電解單元(S卩，電解單元18)中的各種情況中，由于表面電荷，納米氣泡可以分 成甚至更小的氣泡。例如，假設(shè)半徑為“r”和總電荷為“q”的氣泡分成兩個(gè)平分體積和電 荷的氣泡(半徑rl/2 = r/21/3和電荷q1/2 = q/2)，并且忽略氣泡之間的庫(kù)侖相互作用，那 么由于表面張力(AEst)和表面電荷(ΔΕ,)引起的能量變化的計(jì)算如下
權(quán)利要求
1.一種手持式噴射瓶，包括儲(chǔ)液器；液體出口 ；電解單元，所述電解單元由所述瓶攜帶并流體地連接在儲(chǔ)液器和液體出口之間；電源，所述電源由噴射瓶攜帶并具有電壓輸出；和DC-至-DC轉(zhuǎn)換器，所述DC-至-DC轉(zhuǎn)換器連接在所述電壓輸出和電解單元之間，所述 DC-至-DC轉(zhuǎn)換器提供比電源的電壓輸出大的增強(qiáng)電壓，以給電解單元通電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式噴射瓶，其中所述電源的電壓輸出具有IOV至12. 5V的范圍；并且所述增強(qiáng)電壓為至少24V。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式噴射瓶，其中所述電源包括至少一個(gè)電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的手持式噴射瓶，其中所述至少一個(gè)電池包括至少一個(gè)可再充 電的電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式噴射瓶，還包括控制器，所述控制器控制所述DC-至-DC轉(zhuǎn)換器，從而使得所述增強(qiáng)電壓的電平根據(jù)通 過電解單元所獲取的檢測(cè)電流而改變。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的手持式噴射瓶，其中所述控制器構(gòu)造成控制所述增強(qiáng)電壓， 以便將通過電解單元所獲取的電流保持在預(yù)定范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式噴射瓶，還包括由瓶攜帶的泵，其中泵被連接以從儲(chǔ)液器將液體泵送經(jīng)電解電池到液體出口。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式噴射瓶，其中所述電解單元包括設(shè)置在陽(yáng)極電極和陰 極電極之間的離子選擇膜，所述離子選擇膜限定相應(yīng)的陽(yáng)極室和陰極室。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的手持式噴射瓶，還包括從電解單元到液體輸出裝置的流路， 其中所述流路使從陽(yáng)極室產(chǎn)生的陽(yáng)極電解液的液體流和從陰極室產(chǎn)生的陰極電解液的液 體流組合，以形成混合的陽(yáng)極電解液和陰極電解液的液體，該混合的陽(yáng)極電解液和陰極電 解液的液體由液體輸出裝置分配。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的手持式噴射瓶，其中所述流路被構(gòu)造成在電解單元產(chǎn)生陽(yáng) 極電解液和陰極電解液的液體之時(shí)的3秒內(nèi)，從液體輸出裝置分配混合的陽(yáng)極電解液和陰 極電解液的液體。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的手持式噴射瓶，還包括從電解單元到液體輸出裝置的流路， 所述流路構(gòu)造成通過噴射輸出裝置獨(dú)立地分配從陽(yáng)極室產(chǎn)生的陽(yáng)極電解液的液體流和從 陰極室產(chǎn)生的陰極電解液的液體流。
12.一種方法，包括運(yùn)送供給液體到手持式噴射瓶的儲(chǔ)液器中；由噴射瓶攜帶的電源產(chǎn)生電源電壓；通過噴射瓶攜帶的DC-至-DC轉(zhuǎn)換器將電源電壓增強(qiáng)到大于電源電壓的通電電壓；使供給液體通過噴射瓶攜帶的電解單元；給電解單元的電極施加所述通電電壓，以便電化學(xué)地活化通過電解單元的供給液體；從噴射瓶分配被電化學(xué)活化的供給液體。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中 所述電源電壓具有IOV至12. 5V的范圍；并且 所述通電電壓為至少24V。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述電源包括至少一個(gè)電池。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述至少一個(gè)電池包括至少一個(gè)可再充電的電池。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括利用控制器控制所述DC-至-DC轉(zhuǎn)換器，從而使得所述通電電壓的電平根據(jù)通過電解 單元所獲取的檢測(cè)電流而改變。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述控制器控制通電電壓，以便將電解單元所 獲取的電流保持在預(yù)定范圍內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中分配步驟包括給泵通電，該泵由噴射瓶攜帶并從儲(chǔ)液器泵送液體，經(jīng)電解單元且從噴 嘴出去，所述泵由所述電源通電。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中使供給液體通過電解單元的步驟包括利用設(shè) 置在至少一個(gè)陰極電極和至少一個(gè)陽(yáng)極電極之間的至少一個(gè)離子交換膜，使所述供給液體 的至少兩個(gè)部分保持分隔開。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括使從電解單元的陽(yáng)極室產(chǎn)生的陽(yáng)極電解液的液體流和從電解單元的陰極室產(chǎn)生的陰 極電解液的液體流組合，以形成混合的陽(yáng)極電解液和陰極電解液的液體，該混合的陽(yáng)極電 解液和陰極電解液的液體被從噴射瓶分配。
全文摘要
提供一種手持式噴射瓶(10，400，500，500’)，包括儲(chǔ)液器(12，52，88，510)，液體出口(14，74，89，508)，電解單元(18，50，80，406，552，708，804)，電源(32，402，542)和DC-至-DC轉(zhuǎn)換器(1004)。所述電解單元(18，50，80，406，552，708，804)由所述噴射瓶(10，400，500，500’)攜帶并流體地連接在儲(chǔ)液器(12，52，88，510)和液體出口(14，74，89，508)之間。所述電源(32，402，542)由噴射瓶(10，400，500，500’)攜帶并具有電壓輸出。所述DC-至-DC轉(zhuǎn)換器(1004)連接在所述電壓輸出和電解單元(18，50，80，406，552，708，804)之間，所述DC-至-DC轉(zhuǎn)換器提供比電源(32，402，542)的電壓輸出大的增強(qiáng)電壓，以給電解單元(18，50，80，406，552，708，804)通電。
文檔編號(hào)C02F1/461GK102112403SQ200980130797
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月19日
發(fā)明者布魯斯·F·菲爾德 申請(qǐng)人:坦南特公司