有产生氯气的功能又有抑菌功能的水净化系统 本发明涉及一种净化原水，比如自来水和地下水，来提供民用或商用饮用水的水净化系统。
在这种类型的水净化系统中，原水的消毒以各种方式进行。作为最近的技术趋势，已经广泛使用中空纤维膜组件(能大批供应)，来消灭微生物和细菌，由此而抑制其生长或传播。也使用一个进行电解原水的单元和/或另一个产生适量氯气的单元。
通常，原水，比如自来水和地下水，含有多种污染物，即，余氯比如次氯酸(HCLO-)、霉烂的气味、三氯甲烷、氯化有机物、颜料等等。在作为一个水处理系统的水净化系统中，原水流经一个吸附剂部分〔典型地，活性碳)，以吸附物质的形式吸附并去除上面提到的污染物。因此，原水经过吸附剂部分被净化，可作为净化水供应。在本说明书中，将把这种操种模式称作是净化模式。
在这个净化模式中，根据龙头打开时产生的供水需求信号供应净化水。当没有供水需求信号，净化水供应停止时，因为原水的流动被中断，在吸附剂部分可能会生长各种各样的微生物和细菌。为了抑制微生物和细菌的生长，这种净化模式包括一个把微弱的直流电压施加于吸附剂部分的杀菌操作。
随着时间的推移，吸附剂部分将聚集吸附物质以及微生物和细菌产物。为了去除吸附物质以及微生物和细菌，在这种净化模式后再加上一个再生模式，在再生模式中，把一个交流电压施加于吸附剂部分，来解吸吸附的物质，消灭并解吸微生物和细菌。
在上述常用水净化系统中，一般用作原水的自来水流经吸附剂部分而被净化。然而，自来水在吸附剂部分中被净化地同时，自来水中含有的有效氯成份也被去除。这很容易导致水净化系统下游管道中滋生微生物和细菌。在这种情况下，微生物和细菌被混入来自水净化系统的净化过的水中。
为了避免上面提到的问题，在水净化系统的下游安装一个氯气发生器。氯气发生器是用来产生氯气来补充被吸附剂部分去除的有效氯成份。
然而，除水净化系统之外另外使用氯气发生器，不仅需要额外的安装空间，而且需要额外的费用。
因此，本发明的目的在于提供一种具有产生氯气的功能又具有抑菌功能的水净化系统。
随着描述的进行，本发明的其它目的将会变得很清楚。
本发明适用的一个水净化系统是用来净化原水。水净化系统包括一个放在原水水流中的导电吸附剂部分，一个在原水水流中的导电吸附剂部分对面且其间留有特定的空间的初级电极，与导电吸附剂部分和初级电极相连接的第一电压施加部件，用于在导电吸附剂部分和初级电极之间施加第一直流电压，以使导电吸附剂部分和初级电极分别作为阳极和阴极，使导电吸附剂部分净化原水的第一直流电压，和与导电吸附剂部分和初级电极相连接的第二电压施加部件，用于在导电吸附剂部分和初级电极之间施加第二直流电压，第二直流电压高于第一直流电压而加速原水中氯气的产生。
图1是本发明第一实施例的水净化系统的剖视图
图2是图1所示的水净化系统控制部分的方框图。
图3是描述图1所示的水净化系统的控制操作流程图。
图4是描述图3所示的控制操作时间图。
图5是一个表示相对于作为原水的自来水中不同的氯离子浓度所产生的氯气浓度的曲线图。
图6是描述本发明第二实施例的水净化系统的控制操作流程图。
图7是描述图6所示的控制操作时间图。
图8是本发明第三实施例的水净化系统的剖视图。
图9是表示图8所示的水净化系统中电极组装的分解透视图。
图10是描述图8所示的水净化系统的的控制操作流程图。
图11是描述图10所示的控制操作时间图。
图12是本发明第四实施例的水净化系统剖视图。
现在，参照附图就本发明的几个最佳实施例进行描述。
首先参照图1，本发明第一实施例的水净化系统用来净化原水，它包括一个用于储存原水的圆柱形水罐10。水罐10有相应地被上盖11和下盖12封闭的上端和下端。水罐10、上盖11和下盖12都是用绝缘材料制成，比如，聚丙烯树脂。上盖11有一个与龙头(未示出〕相连接的出口11a，它按照本技术领域中众所周知的方式供应净化水。下盖12有一个把原水引入水罐10的入口12a。入口12a连接到带有供水阀13a、预过滤器13B以及单向阀13C的供水管13上。供水阀13a用于允许和阻止原水通过。单向阀13C用于防止水从水罐10中回流。入口12a也连接到带有排放阀14a的排放管14上。
另一方面，出口11a连接到带有空气导入阀15a的空气导入管15上。当排放阀14a和空气导入阀15a关闭，供水阀13a打开时，原水供应到水罐10内。相反，当排放阀14a和空气导入阀15a打开而供水阀13a关闭时，原水就从水罐10中排放出去。
水净化系统包括一个由具有导电性能的活性碳纤维制成的圆柱形吸附剂部分20。圆柱形吸附剂部分20放在水罐10中。吸附剂部分20有一个被上盖11通过扁平形状的第一电极21夹住的上轴端，以及一个被电极夹23通过扁平形状的第二电极22夹住的下轴端。吸附剂部分20的下轴端被认为是一个特殊的部分。
电极夹23用绝缘材料制成，比如，聚丙烯树脂。在吸附剂部分20的外表面和水罐10的内表面之间形成环形通道24，它与入口12a连通。在水罐10内，经入口12a引入的原水，通过通道24流入吸附剂部分20。一个导电的螺旋弹簧25插放在吸附剂部分20的下端和下盖12之间。螺旋弹簧25用来向上盖方向推动吸附剂部分20，因此吸附剂部分20就固定地夹在水罐10中。吸附剂部分20设置有用于探测吸附剂部分20温度的温度传感器26。
在上述结构的吸附剂部分20中，出水管27离吸附剂部分20的内圆周表面有预定的间隙或空间，并沿垂直方向延伸。在这种情况下，吸附剂部分20的内圆周表面被看作是特殊的部分。
出水管27有许多流水孔，用于使净化水流过吸附剂部分20到达出口11a。出水管27由导电材料做成，在下文中称它为被认为是初级电极的第三电极。第三电极27的导电材料由钛极组成，钛极上有选择地涂上选自铂、铂铱合金、碳、混碳树脂中的一种材料，第三电极27的导电材料有一个小的氯超电压。
如上所述，图1的水净化系统有第一、第二和第三电极21、22和27。在随后将要描述的净化模式中的抑菌操作中，把一个直流电压通过第二和第三电极22和27施加于注入原水的吸附剂部分20，来抑制微生物和细菌的生长。另一方面，在净化模式之后的再生模式中，把一个交流电压通过第一和第二电极21和22施加于吸附剂部分20，以解吸包括三氯甲烷和各种有机物的吸附物质，并消灭微生物和细菌。净化模式和再生模式以预先设定的时间间隔交替进行。
下面参照图2，描述水净化系统的控制部分。在随后的描述中，净化模式中的抑菌操作将作为本发明的特征部分进行描述。
本实施例的水净化系统还包括一个由微机执行的控制单元30，水净化系统是自动运行的。控制单元30包括一个中央处理单元(CPU)31和一个存储控制程序的存储器32。控制单元30有输入/输出口33和34，用于输入来自供水信号产生单元35和计时器36的信号，以及用于把信号输出到供水阀13a、电压调整电路38、和极性转换电路39。供水信号产生单元35随着供水阀13a的打开而产生一个开阀信号或供水信号。计时器36产生各种时间信号。根据开阀信号和时间信号，控制单元30控制电压调整电路38和极性转换电路39。电压调整电路38和极性转换电路39与一个直流电源40相连接，以使直流电源40产生选定水平和选定极性的直流电压。另外，控制单元30按照本技术领域众所周知的方式控制供水阀13a。
计时器36与控制单元30相连接，当原水水流中断时，计时器36在一个特定的持续时间内确定第一和第二持续时间。更具体地说，计时器36给净化模式〔包括抑菌操作〕和再生模式设定间隔时间，给通过极性转换电路39和直流电源40转换第二和第三电极22和27的极性，设定极性转换时间(如预选的标准极性电压施加时间或第一持续时间和预选的相反极性电压施加时间或第二持续时间)。
电压调整电路38与控制单元30相连接，它用来在两个不同的水平上设定第一直流电压EA1和第二直流电压EA2。第一直流电压EA1具有足够捕集微生物和细菌的低电压，比如3V。另一方面，第二直流电压EA2具有能够电解原水以产生氯气的较高的电压，比如12V。
极性转换电路39与控制单元30相连接，它用来转换第二和第三电极22和27分别作为阳极和阴极的标准极性，与第二和第三电极22和27分别作为阴极和阳极的相反极性之间的直流电压的极性。
直流电源40与第二和第三电极22和27相连接，它用来提供第二和第三电极22和27之间的直流电压。
现在，描述抑菌操作中的控制部分的操作。参照图3和图4，假定水净化系统处在净化模式。控制原水的供应，以图4所示最低线所标的方式交替地处在连续状态和中断状态。
在SA1步骤，控制单元30参照有无开阀信号判断供水阀13a是否关闭。当供水阀13a关闭时，供水信号产生单元35产生一个供水信号或特别信号。控制单元30根据特别信号控制电压调整电路38和直流电源40的操作。在这种情况下，供水信号产生单元35认为是一个信号产生装置。控制单元30可根据特别信号控制极性转换电路39的操作。
在任何情况下，当供水阀13a关闭时，水净化系统启动抑菌操作。从步骤SA1进行到步骤SA2。在步骤SA2，把预选的标准极性电压施加时间Ts设定在计时器36中。步骤SA2后是步骤SA3，在这一步骤中，控制单元30通过电压调整电路38激发直流电源40。结果，第一直流电压EA1施加在第二和第三电极22和27之间，因此，第二和第三电极22和27就分别作为阳极和阴极。这样，带有微弱负离子的微生物和细菌就被捕集到吸附剂部分20中。另外，吸附剂部分20上的微生物和细菌的生长也受到抑制。在这种情况下，电压调整电路38和直流电源40的组合称作第一电压施加装置。在进行SA3步骤的过程中，控制单元30称作是第一激发装置。
在步骤SA3后的步骤SA4，判断预选的标准极性电压施加时间Ts是否已经过去。当预选的标准极性电压施加时间已经过去，步骤SA4就进行到步骤。SA5在SA5步骤，极性转换电路39确定第二直流电压EA2的极性，因此第二电极22和第三电极27分别作为阴极和阳极。另外，把预选的相反极性电压施加时间Tr设定在计时器36中。步骤SA5后是步骤SA6，在这一步骤，控制电路40通过电压调整电路38激发直流电源40。结果，第二直流电压EA2施加在第二和第三电极22和27之间，因此第二和第三电极22和27分别作为阴极和阳极。在这种情况下，电压调整电路38和直流电源40的组合称作第二电压施加装置。在进行步骤SA5的过程中，控制电路30称作第二激发装置。第一和第二激发装置的组和称作激发装置。
通过施加相反极性的第二直流电压EA2，在第三电极27侧，由原水中的氯离子产生氯气(次氯酸(HCLO-))，以提高氯气的浓度。由于第三电极27是由以上所述的具有小氯超电压的材料制成，所以由氯离子可高效地产生氯气。
在S步骤A6后是步骤SA7，在这一步骤，判断预选的相反极性电压施加时间Tr是否已经过去。当预选的相反极性电压施加时间Tr已经过去步骤就，SA7返回到步骤SA1。
翻到图5，描述氯浓度的变化。这里假定原水中氯离子的浓度是15ppm，并且电压施加时间等于30秒。在这种情况下，可得到约1.0ppm的氯气浓度。从图上可以理解，当原水中氯离子浓度高达30ppm时，约1.0ppm的氯气浓度可以在更短的电压施加时间内得到。相反，当原水中氯离子浓度低到10ppm时，就需要更长的电压施加时间。因此，预选的相反极性电压施加时间Tr根据原水的水质(氯离子浓度)来确定。
在这个实施例的水净化系统中，在供水阀13a关闭时，通过第二和第三电极22和27，施加标准极性的第一直流电压EA1和相反极性的第二直流电压EA2。因此，除了现有技术中的抑菌功能外，还具有产生氯气的功能来提高氯气的浓度。因此，不再另外需要氯气发生器。
尽管控制第二直流电压EA2有一个恒定的高电压值，比如，本实施例中为12V，把它施加在第一和第三电极21和27之间仍可产一个恒定的电流值，比如0.4A。
参照图6和图7，描述本发明第二实施例的水净化系统。该水净化系统具有与图1和图2所示的水净化系统相似的结构。因此，在下面的描述中，主要针对水净化系统的操作进行描述。
在第一步骤SB1，判断净化模式中的供水阀13a是否关闭。如果供水阀13a关闭，步骤SB1进行到步骤SB2，把标准极性的第一电压EA1施加到第一和第二电极22和27上。如果供水阀13a是开着的，也就是如果产生净化水并供应给水龙头，1步骤SB进行到步骤SB3，以施加相反极性的第二电压EA2。
在第二实施例中，当原水的供应分别中断和继续时，分别呈现出杀菌功能和产生氯气的功能。其它的操作与第一实施例中描述的内容相似。
参照图8，描述本发明第三实施例的水净化系统。相同的部分用相同的参考标号标出，并不再描述。
从图8清楚地看出，吸附剂部分20有一个在两个轴端之间延伸的圆柱形内表面，它在垂直方向延伸形成一个中空空间。第一和第二电极21和22分别放在吸附剂部分20的轴端。第三电极27作为初级电极放在吸附剂部分20的中空空间内，在它们之间留有一定的空间。
在第三实施例水净化系统中，吸附剂部分20包括一个活性碳纤维部分20a和第四电极29。活性碳纤维部分20a由具有导电性的活性碳纤维制成圆柱形，它具有相对的轴端，还具有在轴端之间延伸形成中空空间的圆柱形内表面。第四电极29位于活性碳纤维部分20a的中空空间内，它与活性碳纤维部分20a的圆柱形内表面紧密接触。第四电极29与第一电极21的内表面连接成一个整体，插放在活性碳纤维部分20a的中空空间内，对着第三电极27，其中留有一个空间。因此，第四电极29位于活性碳纤维部分20a的内表面和第三电极27之间。
另外参照图9，第四电极29在其圆周边壁上有许多流水孔29a。流经活性碳纤维部分20a的净化水流过第四电极29的流水孔29a，流向第三电极27。第四电极29看作是一个辅助电极。
象第一、第二和第三电极21、22和27一样，第四电极29是由导电材料制成的，导电材料由有选择地涂有铂、铂铱合金、碳、混碳树脂其中一种材料的钛极组成，第四电极有一个小的氯超电压。
在净化模式中的抑菌操作中，把一个直流电压通过第一电极21(和第四电极29)和第三电极27施加于注入原水的吸附剂部分20，来抑制微生物和细菌的生长，这一点随后将作详细描述。另一方面，在净化模式之后的再生模式中，把一个交流电压通过第一电极21(和第四电极29)和第二电极22施加于吸附剂部分20，以解吸包括三氯甲烷和各种有机物的吸附物质，以消灭微生物和细菌。如第一实施例中所述，净化模式和再生模式以预先设定的时间间隔交替进行。
第三实施例的水净化系统与连同第一实施例的图2所示的水净化系统有着相似结构的控制部分30。在下面的描述中，净化模式中的抑菌操作和产生氯气的操作将作为特征部分来描述。
计时器36除了设定净化模式和再生模式交替运行的间隔时间外，还设定预选电压施加时间Tv和产生氯气的时间间隔Tc。按照以后将会清楚的方式，在第三实施例的水净化系统中，在产生氯气的时间间隔Tc内可加速氯气的产生。
电压调整电路38通过直流电源40在第一和第三电极21和27之间设定第一直流电压EA1、第二直流电压EA2和第三直流电压EA3。第一直流电压EA1具有足够捕集微生物和细菌的低电压，比如3V。另一方面，第二和第三直流电压EA2和EA3分别具有能电解原水以产生氯气的相对较高的电压，比如12V。第一和第三直流电压EA1和EA3是标准极性。第二直流电压EA2是相反极性。
供水信号产生单元35是用来在供水阀13a打开时产生开阀信号。供水信号传送到控制单元30。CPU31计算出产生氯气操作的次数。
参照图10和图11以及图2，描述抑菌操作中控制部分的操作。在原水供应的连续状态下，施加的第一、第二和第三电压EA1、EA2和EA3都被中断。假定水净化系统运行在净化模式中。在步骤SC1，参照有无开阀信号来判断供水阀13a是否关闭。当供水阀13a关闭，步骤SC1就进行步骤SC2。在步骤SC2，判断产生氯气的时间间隔Tc从净化模式的操作开始计算是否已经过去。如果产生氯气的时间间隔Tc还没有过去，步骤SC2就进行到步骤SC3，在这一步骤，把标准极性的第一直流电压EA1施加到第一和第三电极21和27之间。这里注意，标准极性指的是第一和第三电极21和27分别作为阳极和阴极。因此，带有微弱负离子的微生物和细菌就被捕集到吸附剂部分20中。而且，吸附剂部分20中的微生物和细菌的生长也受到抑制。因此，抑菌操作就进行了。在进行步骤SC3时，电压调整电路38、极性转换电路39和直流电源40的组合称作是第一电压施加装置。
在净化模式中的操作开始后，当产生氯气的时间间隔Tc已经过去时，步骤SC2就进行到步骤SC4。在步骤SC4中，在计时器36上设定预选电压施加时间Tv。在步骤SC4后是步骤SC5，在这一步骤中，巴相反极性的第二直流电压EA2施加在第二和第三电极22和27之间。相反极性的第二直流电压EA2的施加持续达到预选电压施加时间Tv。在步骤SC5之后的步骤SC6，判断预选电压施加时间Tv从施加第二直流电压EA2开始计算是否已经过去。这里注意，相反极性指的是通过第一电极21作为阴极的第四电极29与作为阳极的第三电极27的极性。通过施加第二直流电压EA2，比如12V，加速由第四电极29那侧的氯离子产生氯气(次氯酸(HCLO-))，以增加氯气浓度。这样，产生氯气的操作就有效地进行了。在进行步骤SC5时，电压调整电路38、极性转换电路39与直流电源40的组合称为第二电压施加装置。
这里，氯气浓度的变化与参照图5连同第一实施例描述的内容相似。
如果在相反极性中产生氯气的操作重复进行，比如10次，在作为阴极的第四电极29处就会累积锈皮。因此，在步骤SC6之后的步骤SC7中，计算出第二直流电压EA2施加的次数N1。在步骤SC7之后的步骤SC8中，判断次数N1是否等于10。如果次数N1等于10，步骤SC8就进行到步骤SC9。在步骤SC9中，判断供水阀13a是否关闭。如果供水阀13a关闭，步骤SC9就进行步骤SC10，在这一步骤中，判断产生氯气的时间间隔Tc是否已经过去。如果产生氯气的时间间隔Tc还没有过去，步骤SC10就进行到步骤SC11，在这一步骤中，施加标准极性的第一直流电压EA1。另一方面，如果产生氯气的时间间隔Tc已经过去，步骤SC10就进行到步骤SC12，在这一步骤中，施加标准极性的第三直流电压EA3。尤其是，极性转换电路39把第二直流电压EA2变成第三直流电压EA3。在进行步骤SC12时，电压调整电路38、极性转换电路39和直流电源40的组合作为第二电压施加装置，它用来在第四电极29和第三电极27之间施加第三直流电压EA3，因此第四电极和第三电极29和27就分别作为阳极和阴极。
步骤SC12之后是步骤SC13，在这一步骤中，判断预选电压施加时间Tv是从施加第三电压EA3开始计算是否已经过去。如果预选电压施加时间Tv已经过去，步骤SC13就进行到步骤SC14，在这一步骤中，计算出标准极性的第三直流电压EA3施加的次数N2。步骤SC14之后是步骤SC15。在步骤SC15中，判断次数N2是否等于5，比如。如果次数N2等于5，步骤SC15就返回到步骤SC9。这样，积累在第四电极29上的讨厌的锈皮就去除了。
在以上所述的第三实施例中，相反极性的第二直流电压EA2施加的次数N1和标准极性的第三直流电压EA3施加的次数N2分别等于10和5。因此，第二直流电压EA2的次数N1要比第三直流电压EA3的次数N2大。这是因为通过施加标准极性的第一直流电压EA1的抑菌操作中，将锈皮粘并累积到第三电极27上。考虑到这一点，就要增加第二直流电压EA2的次数N1，来有效地从第三电极27上去除讨厌的锈皮。尽管控制第二和第三直流电压EA2和EA3有较高的恒定电压值，但是在第一和第三电极21和27之间还要施加保持恒定的可控制的电流值，比如0.4A。
按照以上所述的第三实施例，在每一个相反极性和标准极性中都能产生氯气。因此能可靠地去除第三和第四电极27和29上的锈皮，确保长期稳定的抑菌和氯气产生功能。
第四电极29位于吸附剂部分20的里边，在第三和第四电极27和29之间产生氯气。采用这种结构，能够防止活性碳的吸附剂部分20受到产生氯气的不利影响。这样，可防止活性碳部分20受到损坏。
参照图12，根据本发明的第四实施例描述水净化系统。相同的部件采用相同的参考标号表示。
在第四实施例的水净化系统中，第四电极29是圆柱形的，并与活性碳纤维部分20a的内圆周表面分离开，在它们之间留有一个环形空间28。第四电极29的每一个流水孔29a制成的位置与第三电极27的每一个流水孔27a沿吸附剂部分20的径向方向制成的位置不一致。
到这里为止，已经连带几个实施例已经对本发明作了描述，对本技术领域的技术人员来说，很容易按照其它各种方式实施本发明。例如，第三和第四电极可由两个半圆柱形电极结合组成。流水孔可以是除图9所示的圆形孔以外的任何形状。对置于终端(水龙头)的阀门(末标出)可使用不同的开阀信号。如果水净化系统安装在一个自动售货机中，可使用来自自动售货机中的饮料售货开关的饮料售货信号。另外，可把流量传感器放在水净化系统的下游，来检测净化水的流量。在这种情况下，可使用来自流量传感器的流量检测信号。同样，可把压力传感器放在水净化系统的下游，来检测净化水的水流压力。在这种情况下，可使用来自压力传感器的压力检测信号。