微型去离子EDI超纯水装置及其控制方法与流程

微型去离子edi超纯水装置及其控制方法
技术领域
[0001]
本发明涉及一种微型去离子edi超纯水装置及其控制方法，属于超纯水机技术领域。


背景技术：

[0002]
edi(electrodeionization，电去离子技术)，是一种将离子交换技术、离子交换膜技术和离子电迁移技术相结合的纯水制造技术。edi主要运用于净水器中，净水器经edi除盐可生产出电阻率高达成15m.cm以上的超纯水。
[0003]
国产和进口的edi模块均对有水水质有严格要求。通常情况下，要求进水水质小于15us/cm；特殊情况下，例如美国懿华的edi模块可以宽限至小于60us/cm。原因是edi模块处于开环状态，无法跟随进水水质要求动态调节工作电流，当超过进水水质指标时，出水水质会不达标。edi模块一旦效需要联系售后现场调试再生，即将工作电流提高一倍等几个小时后，再手动调回正常工作电流。因此，现有的edi模块存在如下问题：(1)厂家不知道edi模块失效，导致长期出水水质不达标，发现的售后再去再生；甚至有的粗心的客户长时间不看出水水质，也不知道水质不达标；(2)edi模块再生需要手工调节电流，需要专业设备，不太容易掌握，容易出错；(3)非集成恒流电流源：大尺寸的edi模块均不自带内置电源，超小型(5-15l)的edi模块则更无法实现跟配套电源的集成，给实现超纯水的净水器超小型化带来了困难；(4)非集成电极：既没有集成入水水质检测的电极，也没有集成出水水质检测的电极，都是通过外围配套的设备实现检测，功能过于依赖外围设备；(5)非反馈控制：开环控制的edi模块，工作电流采用固定数值，不会根据进水水质的不同动态调节工作电流的大小，且长时间采用高数值的工作电流，edi模块的使用寿命有限。


技术实现要素：

[0004]
针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种微型去离子edi超纯水装置及其控制方法。
[0005]
本发明所述的微型去离子edi超纯水装置，包括超纯水机内置的edi模块，edi模块包括正极板和负极板，edi模块还包括以下部件：
[0006]
外壳体，呈微型立式长方体设置，其一侧上方设置有进水口，一侧下方设置有出水口和废水口，正面设置有显示屏、按键和通信接口；
[0007]
进水电导电极，位于外壳体的进水口，用于检测进水电导率；
[0008]
出水电导电极，位于外壳体的出水口，用于检测出水电导率；
[0009]
恒流电流源，位于外壳体的内部，用于为正极板和负极板提供恒定可调的电流；
[0010]
主控器，位于外壳体内部，主控器的输入端口分别与进水电导电极、出水电导电极的采集电路相连，主控器的输出端口与调节工作电流的恒流电流源相连；
[0011]
主控器接收进水电导电极、出水电导电极采集到的电导率，并控制恒流电流源调节正极板与负极板之间的工作电流，构成闭环控制系统。
[0012]
优选地，所述外壳体的尺寸范围为：长8-12cm、宽5-8cm、高30-40cm；外壳体的尺寸远小于超纯水机的尺寸，因此可以放置于桌面超纯水机的内部。
[0013]
优选地，所述外壳体上的通信接口与外部设备相连，通信接口将主控器检测到的电导率、调节后的工作电流信息传递到外部设备进行存储和显示。
[0014]
优选地，所述恒流电流源采用恒流模式供电，工作电流范围为：0-500ma，电压最高可达直流110v，工作电流的大小通过主控器根据出水水质进行动态调整。
[0015]
优选地，所述恒流电流源与外接的30-90v变压器相连，恒流电流源串接于edi模块的回路中。
[0016]
优选地，所述主控器设置有电极采集电路，主控器将pwm脉冲信号传递到电极采集电路，电极采集电路将触发进水电导电极、出水电导电极采集水质的电导率，并通过电极采集电路将模拟信号通过a/d转换成数字供主控器处理。
[0017]
优选地，所述微型去离子edi超纯水装置的控制方法，包括如下步骤：
[0018]
步骤一：智能检测：进水电导电极检测进水口的进水电导率、出水电导电极检测出水口的进水电导率；
[0019]
步骤二：水质判断：主控器根据瞬时出水电导率判断是否需要调节工作电流，包括如下两种情况：
[0020]
情况一：如果出水电导率的数值高于设定值，说明出水水质中离子含量过高，则进入步骤三；
[0021]
情况二：如果出水电导率的数值低于设定值，说明出水水质中离子含量正常，则进入步骤四；
[0022]
步骤三：瞬时调节：主控器通过瞬时调节恒流电流源的工作电流，恒流电流源供给进水电导电极的电流发生变化，包括如下两种情况：
[0023]
情况一：如果主控器检测出水电导率的数值高于设定值，则继续调大工作电流,提高出水水质；
[0024]
情况二：如果主控器检测出水电导率的数值低于设定值，则调节工作电流至正常数值或者减小电流值以增加edi模块寿命；
[0025]
步骤四：再生判断：主控器通过记录不合格出水电导率的累积时间，如果累积时间超过规定上限，则判断edi模块失效；
[0026]
步骤四：再生调节：主控器通过将恒流电流源提高一倍自动进行edi模块再生。
[0027]
优选地，所述主控器将出水电导率的数值与设定值进行比较，经pid数字算法及时调整数字信号值，进而调整恒流电流源的工作电流值，最终使出水电导率数值与设定值相同。
[0028]
本发明的有益效果是：(1)新增进水电导电极、出水电导电极，通过实时监测出水指标的，如果水质不达标，给用户发出报警指示；(2)新增主控器、恒流电流源，出现edi模块失效时，通过块内部自动完成edi模块的再生，用户只需要一键操作即可；(3)内置电源：edi组件紧凑且内置集成恒流电流源，无需再购置电源自己配置；(4)集成电极：为了精准控制edi组件的水质，增加进水电导电极和出水电导电极，将检测的位置从全部外部检测转变到部分内部检测，从而由间接水质检测变成直接水质检测，更加可靠；(5)体积小巧：在实现电源、电极内置的基础上，将edi模块小型化、微型化，为edi模块放置于超纯水机内部提供可
能；(6)闭环控制：水质良好时，节省电能，增加使用寿命；水质不良时，根据水质动态调节电流改善水质，如果长期(15-30天)水质不良时，自动报警并自动控制edi模块再生，从而改善水质。
附图说明
[0029]
图1是edi模块的立体图。
[0030]
图2是edi模块的侧视图。
[0031]
图3是edi模块的背视图。
[0032]
图4是超纯水机的拆解图。
[0033]
图5是edi模块的结构示意图。
[0034]
图6是主控器的电路图。
[0035]
图7是恒流电流源的电路图。
[0036]
图8是进水电导电极采集电路图。
[0037]
图9是出水电导电极采集电路图。
[0038]
图10是通信接口的电路图。
[0039]
图11是显示屏接口电路图。
[0040]
图12是按键输入电路图。
[0041]
图中：1、外壳体；2、显示屏；3、按键；4、通信接口；5、进水电导电极；6、出水电导电极；7、正极板；8、负极板；9、进水口；10、出水口；11、废水口；12、超纯水机。
具体实施方式
[0042]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043]
实施例1：
[0044]
如图1至图3所示，本发明所述的微型去离子edi超纯水装置，体积小巧，相对于市销的edi装置来讲，外壳体1的尺寸范围为：长8-12cm、宽5-8cm、高30-40cm；外壳体1的尺寸远小于超纯水机12的尺寸，完全可以实现edi模块内置。
[0045]
edi模块的外壳体1，呈微型立式长方体设置，其一侧上方设置有进水口9，一侧下方设置有出水口10和废水口11，正面设置有显示屏2、按键3和通信接口4，如图10至图12所示。所述外壳体1上的通信接口4与外部设备相连，通信接口4将主控器检测到的电导率、调节后的工作电流信息传递到外部设备进行存储和显示。
[0046]
结合图4和图5所示，超纯水机12内置的edi模块，edi模块包括正极板7和负极板8，edi模块还内置有进水电导电极5、出水电导电极6、恒流电流源、主控器。正极板7和负极板8位于外壳体1两侧，中间设置有若干高分子隔膜。
[0047]
其中，如图6所示，主控器采用stm32f103vc型号单片机，位于外壳体1内部，主控器的输入端口分别与进水电导电极5、出水电导电极6的采集电路相连，主控器的输出端口与调节工作电流的恒流电流源相连。主控器接收进水电导电极5、出水电导电极6采集到的电
导率，并控制恒流电流源调节正极板7与负极板8之间的工作电流，构成闭环控制系统。所述主控器设置有电极采集电路，主控器将pwm脉冲信号传递到电极采集电路，电极采集电路将触发进水电导电极5、出水电导电极6采集水质的电导率，并通过电极采集电路将模拟信号通过a/d转换成数字供主控器处理。
[0048]
主控器根据外壳体1内置的进水电导电极5、出水电导电极6测量的进水和出水电导率，动态调节内置电源工作电压，从而调节edi模块的工作电流。edi模块产水的水质跟进水水质和工作电流有关系，进水水质差可以通过提高工作电流来改善出水水质，进水水质好，可以降低工作电流来维持出水水质。长时间工作在高工作电流会影响edi的寿命，如果进水水质比较好的话，降低工作电流可以增加edi的使用寿命。
[0049]
如图7所示，恒流电流源，位于外壳体1的内部，用于为正极板7和负极板8提供恒定可调的电流；其恒流输出端连接正负极，采用的是lm358恒流源电路，内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用。所述恒流电流源与外接的30-90v变压器相连，恒流电流源串接于edi模块的回路中。所述恒流电流源采用恒流模式供电，工作电流范围为：0-500ma，工作电流的大小通过主控器进行动态调整。
[0050]
模块内置恒流电流源的电源输入30-90v的交流，产生30-100v直流电压给edi模块，但是电压是变化的，因为edi模块是恒流驱动，保持恒流的情况下如果edi内阻产生变化，要调节电源的电压值来保持恒流。
[0051]
如图8所示，进水电极采集电路中，进水电导电极5位于外壳体1的进水口9，用于检测进水电导率。
[0052]
如图9所示，出水电极采集电路中，出水电导电极6位于外壳体1的出水口10，用于检测出水电导率。
[0053]
实施例2：
[0054]
本发明所述微型去离子edi超纯水装置的控制方法，包括如下步骤：
[0055]
步骤一：智能检测：进水电导电极5检测进水口9的进水电导率、出水电导电极6检测出水口10的进水电导率；
[0056]
步骤二：水质判断：主控器根据瞬时出水电导率判断是否需要调节工作电流，包括如下两种情况：
[0057]
情况一：如果出水电导率的数值高于设定值，说明出水水质中离子含量过高，则进入步骤三；
[0058]
情况二：如果出水电导率的数值低于设定值，说明出水水质中离子含量正常，则进入步骤四；
[0059]
步骤三：主控器通过调节恒流电流源的工作电流，恒流电流源供给进水电导电极5的电流发生变化，包括如下两种情况：
[0060]
情况一：如果主控器检测出水电导率的数值高于设定值，则继续调大工作电流，来提高出水水质；
[0061]
情况二：如果主控器检测出水电导率的数值低于设定值，则调节工作电流至正常数值或者减小电流值以增加edi模块寿命。
[0062]
步骤四：再生判断：主控器通过记录不合格出水电导率的累积时间，如果累积时间
超过规定上限，则判断edi模块失效；
[0063]
步骤四：再生调节：主控器通过将恒流电流源提高一倍自动进行edi模块再生。
[0064]
所述主控器将出水电导率的数值与设定值进行比较，经pid数字算法及时调整数进而调整恒流电流源的工作电流值，最终使出水电导率数值与设定值相同。
[0065]
本发明的有益效果是：(1)新增进水电导电极、出水电导电极，通过实时监测出水指标的，如果水质不达标，给用户发出报警指示；(2)新增主控器、恒流电流源，出现edi模块失效时，通过块内部自动完成edi模块的再生，用户只需要一键操作即可；(3)内置电源：edi组件紧凑且内置集成恒流电流源，无需再购置电源自己配置；(4)集成电极：为了精准控制edi组件的水质，增加进水电导电极5和出水电导电极6，将检测的位置从全部外部检测转变到部分内部检测，从而由间接水质检测变成直接水质检测，更加可靠；(5)体积小巧：在实现电源、电极内置的基础上，将edi模块小型化、微型化，为edi模块放置于超纯水机12内部提供可能；(6)闭环控制：水质良好时，节省电能，增加使用寿命；水质不良时，根据水质动态调节电流改善水质，如果长期(15-30天)水质不良时，自动报警并自动控制edi模块再生，从而改善水质。
[0066]
本发明可广泛运用于超纯水机场合。
[0067]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0068]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。