臭氧发生系统及便携式臭氧发生器的制作方法

本发明属于臭氧发生技术领域，尤其涉及一种臭氧发生系统及便携式臭氧发生器。

背景技术：

目前，传统的三种常用臭氧气的产生方法，包括：

1、电晕放电法：在干燥空气/纯氧气环境中，5～25kvac条件下放电，其技术成熟，臭氧发生量大；缺点是不可避免的nox副产物，需要干燥剂，氧气机或是纯氧源，需要定期清洗，产生氮氧化物，且受空气湿度影响，总体来说成本高，而且有害副产物。

2、紫外线照射法：在干燥空气/纯氧气环境中，185纳米uv灯照射，其容易清洗，环境洁净度要求低，无氮氧化物，不受湿度影响；缺点是在185纳米uv灯照射下最高臭氧浓度只有0.2％，能耗大。总体来说成本高，效率低。

3、电解纯水法：在纯水的环境中，直流电压下电解纯水；其使用直流低压供电，无需提供气源，无氮氧化物产生，不受湿度影响，臭氧纯度高(>20％)，缺点是适宜的臭氧含量不可控，同时发生器的寿命低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种臭氧发生系统及便携式臭氧发生器，旨在解决传统的技术发明中存在的适宜的臭氧含量不可控的问题。

一种臭氧发生系统，包括：

一容器，具有水容置腔；

臭氧发生单元，设置在所述容置腔内，包括第一电极组件、第二电极组件和设置于所述第一电极组件和所述第二电极组件之间的贵金属聚合物，所述贵金属聚合物包括全氟磺酸质子交换膜；

供电控制单元，与所述第一电极组件和所述第二电极组件连接，所述供电控制单元用于为所述臭氧发生单元提供预设时间的恒流电源。

进一步地，以所述贵金属聚合物重量份计包括：

全氟磺酸质子交换膜0.1～0.5份、聚乙烯2.5～4.0份、钛10.0～12.0份、碳0.001～0.015份、铂0.005～0.015份、二氧化铅0.1～0.5份、及二氧化锡0.05～0.15份。

进一步地，所述供电控制单元具体用于为所述臭氧发生单元提供第一预设时长的恒流信号，以及在所述第一预设时长结束后，还提供第二预设时长的供电信号；

其中，所述恒流信号用于使所述臭氧发生单元工作在催化物状态，所述供电信号用于使所述臭氧发生单元工作在恢复状态。

进一步地，所述供电控制单元包括供电接口电路、电池、充电电路、上电电路、第一驱动电路、升压恒流电路、第二驱动电路、主控芯片及与所述臭氧发生单元连接的输出端口，其中：

所述供电接口电路用于接入充电电源，所述充电电路连接在所述供电接口电路和所述电池之间，所述上电电路、第一驱动电路、升压恒流电路和所述输出端口依次串联，所述第二驱动电路连接在所述第一驱动电路和所述输出端口之间，所述上电电路、第一驱动电路、第二驱动电路均与所述主控芯片连接；

所述主控芯片控制所述上电电路将所述电池的电池电压转换在输出端输出供电电压；所述主控芯片控制所述第一驱动电路将所述供电电压接入所述升压恒流电路所述第一预设时长，所述升压恒流电路用于将所述供电电压转换成恒流信号从所述输出端口输出；所述主控芯片控制所述第二驱动电路将所述供电电压接入所述输出端口所述第二预设时长，以直接在所述输出端口输出供电信号。

进一步地，所述供电控制单元还包括按钮开关，所述按钮开关连接在所述电池和所述主控芯片的电源引脚之间，所述按钮开关用于输出触发所述主控芯片上电的开启信号。

进一步地，还包括设于所述水容置腔中与所述主控芯片连接的倾倒开关，所述倾倒开关用于控制所述主控芯片的复位或使各个引脚置位。

进一步地，所述倾倒开关包括第一触点和与所述第一触点相对并间隔设置的第二触点，所述第一触点与所述主控芯片的置位引脚和所述上电电路的输出端连接，所述第二触点接地。

进一步地，所述供电接口电路包括用于无线充电的感应线圈，及连接在所述感应线圈和所述充电电路的电压变换芯片。

进一步地，所述供电接口电路还包括与所述充电电路的连接的充电接口。

此外，还提供了一种便携式臭氧发生器，包括上述的臭氧发生系统，所述便携式臭氧发生器还包括作为所述容器的壳体、与所述壳体的开口盖合的杯盖以及设于所述壳体底部的底座，所述杯盖开设有排气孔，所述供电控制单元设于所述底座，所述第一电极组件和所述第二电极组件分别通过第一电极插针和第二电极插针与所述供电控制单元连接。

上述的臭氧发生系统及便携式臭氧发生器通过利用包括全氟磺酸质子交换膜的贵金属聚合物作为电解纯水法产生臭氧的催化物，接入在预设时间的恒流电源的状态下可以产生适宜的臭氧含量，使得臭氧含量可控，实用性好。

附图说明

图1为本发明较佳实施例提供的便携式臭氧发生器的结构示意图；

图2为图1所示的便携式臭氧发生器中供电控制单元的结构示意图；

图3为图2所示的供电控制单元中的主控芯片的示例电路原理图；

图4为图2所示的供电控制单元中的供电接口电路、充电电路的示例电路原理图；

图5为图2所示的供电控制单元中的上电电路的示例电路原理图；

图6为图2所示的供电控制单元中的第一驱动电路的示例电路原理图；

图7为图2所示的供电控制单元中的升压恒流电路的示例电路原理图；

图8为图2所示的供电控制单元中的第二驱动电路的示例电路原理图；

图9为图2所示的供电控制单元中的按钮开关的示例电路原理图；

图10为图2所示的供电控制单元中的第一、二指示电路的示例电路原理图；

图11为图1所示的便携式臭氧发生器中的倾倒开关的示例电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术发明及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明较佳实施例臭氧发生系统包括一容器10、臭氧发生单元20和供电控制单元30。

容器10具有水容置腔；臭氧发生单元20设置在所述容置腔内，包括第一电极组件21、第二电极组件22和设置于所述第一电极组件21和所述第二电极组件22之间的贵金属聚合物23，所述贵金属聚合物23包括全氟磺酸质子交换膜；供电控制单元30与所述第一电极组件21和所述第二电极组件22连接，供电控制单元30用于为所述臭氧发生单元20提供预设时间的恒流电源。

以所述贵金属聚合物23重量份计包括：全氟磺酸质子交换膜0.1～0.5份、聚乙烯2.5～4.0份、钛10.0～12.0份、碳0.001～0.015份、铂0.005～0.015份、二氧化铅0.1～0.5份、及二氧化锡0.05～0.15份。在根据具体的实施方式中，贵金属聚合物23还包括微量锑、微量聚四氟、微量铁及微量铝。贵金属聚合物23重量份计的各个物质的份量可以根据容器10的大小(待电解的水量)、恒流电源的电参数调整。

优选的实施方式中，所述供电控制单元30具体用于为所述臭氧发生单元20提供第一预设时长的恒流信号，以及在所述第一预设时长结束后，还提供第二预设时长的供电信号；其中，所述恒流信号用于使所述臭氧发生单元20工作在催化物状态，以产生适宜浓度的臭氧水。所述供电信号用于使所述臭氧发生单元20工作在恢复状态，如此，恢复和保护臭氧发生器，使臭氧发生器恢复到工作前状态，使臭氧发生器寿命更长。第一预设时长为30秒～2分钟，第二预设时长为1分钟～5分钟，恒流信号为300ma～1a，供电信号1ma～10ma，其中供电信号可以是恒流也可以不是恒流。

在一个更具体的实施例中，臭氧发生系统对约250ml(容器10的容量)的纯水进行电解产生臭氧，贵金属聚合物23重量份计包括全氟磺酸质子交换膜0.2～0.3份、聚乙烯3.0～3.7份、钛10.8～11.5份、碳0.005～0.01份、铂0.008～0.012份、二氧化铅0.22～0.28份、及二氧化锡0.07～0.12份，第一预设时长约为1分钟，第二预设时长约为3分钟。恒流信号为500ma(3～5v)，供电信号为2ma(约1.8v)。如此，臭氧发生系统的产生的臭氧水浓度控制在0.1-0.3ppm，符合使用安全的标准。可以理解的是，第一预设时长和第二预设时长、恒流信号、供电信号可以根据容器10的大小(待电解的水量)、贵金属聚合物23的大小、各种物质的重量份计调整。

具体地，请参阅图1和图2，供电控制单元30包括供电接口电路31、电池bat、充电电路33、上电电路34、第一驱动电路35、升压恒流电路36、第二驱动电路37、主控芯片u1及与所述臭氧发生单元20连接的输出端口32。所述供电接口电路31用于接入充电电源，所述充电电路33连接在所述供电接口电路31和所述电池bat之间，所述上电电路34、第一驱动电路35、升压恒流电路36和所述输出端口32依次串联，所述第二驱动电路37连接在所述第一驱动电路35和所述输出端口32之间，所述上电电路34、第一驱动电路35、第二驱动电路37均与所述主控芯片u1连接；

所述主控芯片u1控制所述上电电路34将所述电池bat的电池电压转换在输出端输出供电电压vdd；所述主控芯片u1控制所述第一驱动电路35将所述供电电压vdd接入所述升压恒流电路36第一预设时长，所述升压恒流电路36用于将所述供电电压vdd转换成恒流信号从所述输出端口32输出；所述主控芯片u1控制所述第二驱动电路37将所述供电电压vdd接入所述输出端口32第二预设时长，以直接在所述输出端口32输出供电信号。

本实施例中，请参阅图3，主控芯片u1为单片机，其包括：工作指示引脚work、恢复状态引脚finish、电源引脚vcc、第一控制引脚open、第二控制引脚out1、第三控制引脚out2、触发引脚sw1及置位引脚sw2。

请参阅图2和图4，供电接口电路31包括用于无线充电的感应线圈311，及连接在所述感应线圈311和所述充电电路33的电压变换芯片u3。如此，可以使用无线充电功能，无需接插口连接线。

另外，供电接口电路31包括与所述充电电路33的连接的充电接口dc_jack。充电接口dc_jack可以在不能进行无线充电的情况下，提供另一种充电方式。

充电电路33包括充电芯片u2及其外围电路，充电芯片u2连接在电池bat和供电接口电路31之间。

具体地，请参阅图2和图5，上电电路34包括第一开关管q6和第二开关管q2，所述第一开关管q6的控制端通过电阻r14与所述主控芯片u1的第一控制引脚open连接，所述第一开关管q6的低电位端接地，所述第一开关管q6的高电位端通过电阻r16接所述电池bat的正极bat+和通过电阻r18接所述第二开关管q2的控制端，所述第二开关管q2的高电位端接所述电池bat的正极，所述第二开关管q2的低电位端作为所述上电电路34的输出端。本实施例中，第一开关管q6为npn型三极管，第二开关管q2为n沟道mos管。

具体地，请参阅图2和图6，第一驱动电路35包括第三开关管q1和第四开关管q5，所述第三开关管q1的控制端通过电阻r2与所述主控芯片u1的第二控制引脚out1连接，且通过电容c2接地，所述第三开关管q1的低电位端接地，所述第三开关管q1的高电位端通过电阻r10接所述上电电路34的输出端(供电电压vdd)和通过电阻r1所述第四开关管q5的控制端，所述第四开关管q5的高电位端接所述上电电路34的输出端(供电电压vdd)，所述第四开关管q5的低电位端作为所述第一驱动电路35的输出端vcc接所述升压恒流电路36。本实施例中，第三开关管q1为npn型三极管，第四开关管q5为n沟道mos管。

请参阅图2和图7，升压恒流电路36为升压变换电路(boost电路)。其包括主要包括恒流控制芯片u5、电感器l1、功率开关管q3、整流管d1和滤波电容c8。恒流控制芯片u5的电源端口vcc和电感器l1接入供电电压vdd。升压恒流电路36用于给臭氧发生单元20提供恒流信号。

具体地，请参阅图2和图8，第二驱动电路37包括第五开关管q8，所述第五开关管q8的控制端通过电阻r26接所述主控芯片u1的第三控制引脚out2以及通过电阻r17其高电位端，且通过电容c3接地，所述第五开关管q8的高电位端接所述上电电路34的输出端(供电电压vdd)，所述第五开关管q8的低电位端1min接所述输出端口32。

请参阅图2、图5和图9，供电控制单元30还包括按钮开关s1，所述按钮开关s1连接在所述电池bat的正极bat+、上电电路34的输出端(供电电压vdd)和主控芯片u1触发引脚sw1、之间，所述按钮开关s1用于输出触发所述主控芯片u1上电的开启信号。主控芯片u1上电之后定义各个引脚的信号，使得第一控制引脚open控制上电电路34导通输出供电电压vdd至电源引脚vcc持续供电。本实施例中，主控芯片u1复位之前，第一控制引脚open的有效电平约为第一、二预设时长过后约5分钟后关断，停止供电电压vdd的输出以节省电能。

请参阅图2、和图10，供电控制单元30还包括连接在所述主控芯片u1的工作指示引脚work和所述上电电路34的输出端之间，用于指示所述臭氧发生单元20工作在电解状态的第一指示电路38。第一指示电路38包括串联在工作指示引脚work和上电电路34的输出端之间的第一指示灯led2。

供电控制单元30还包括连接在所述主控芯片u1的恢复状态引脚finish和所述上电电路34的输出端之间，用于指示所述臭氧发生单元20工作在恢复状态的第二指示电路39。第二指示电路39包括串联在恢复状态引脚finish和上电电路34的输出端之间的第二指示灯led4。

请参阅图1、图2和图11，臭氧发生系统还包括设于所述水容置腔中与所述主控芯片u1的置位引脚sw2连接的倾倒开关40，所述倾倒开关40用于控制所述主控芯片u1的复位或使各个引脚置位。具体地，倾倒开关40包括第一触点和与所述第一触点s2_a相对并间隔设置的第二触点s2_b，所述第一触点s2_a与所述主控芯片u1的置位引脚和所述上电电路34的输出端连接，所述第二触点s2_b接地。如此，如果容器10倾倒，水被倒出，主控芯片u1的控制上电电路34断开，停止输出供电电压vdd；同时，按按钮开关臭氧发生系统不工作，以防止误触发；在制作臭氧水完成后，要倒水后才能继续使用(倒水倾倒开关40才有动作)，防止个别用户同一杯水按按钮开关s1键很多次使臭氧浓度过高，还可防止用户正放在提包中被误按压工作等。

此外，请参阅图1，还提供了一种便携式臭氧发生器100，包括上述的臭氧发生系统，便携式臭氧发生器100还包括作为所述容器10的壳体110、与所述壳体110的开口盖合的盖体120以及设于所述壳体110底部的底座130，所述盖体120开设有排气孔121，所述供电控制单元30设于所述底座130，所述第一电极组件21和所述第二电极组件22分别通过第一电极插针141和第二电极插针142与所述供电控制单元30连接。

便携式臭氧发生器100可以是便携水杯的形式。方便使用，体积小易携带，方便日常生活对口腔、面部卫生的护理，蔬果清洗等。便携式臭氧发生器100还可以是，或者说臭氧发生系统可以应用在智能洗牙器、电烫斗、洗脚盆、洁面仪等。

便携式臭氧发生器100当按一下按钮开关s1，第一指示灯led2灯亮，机器启动臭氧发生器，电路对臭氧发生器恒流控制，同时机器进入倒计时，此时可以在窗口清晰看见水在冒泡，当到达设定时间，机器自动关闭臭氧发生器，指示灯熄灭，用户就可以使用臭氧水了。

上述的臭氧发生系统及便携式臭氧发生器通过利用包括全氟磺酸质子交换膜的贵金属聚合物23作为电解纯水法产生臭氧的催化物，接入在预设时间的恒流电源的状态下可以产生适宜的臭氧含量，使得臭氧含量可控，实用性好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。