背景技术：
技术实现思路
1、在第一方面，本发明涉及借助于使用电解装置产生活性氯来对供水系统中的水消毒的方法，电解装置包括设置有电极的电解池，在电极上施加电压差，其中方法包括：使用交流电(ac)发电机为电解池提供电压差，其中ac发电机使用流经供水系统的水来产生交流电，交流电的交流电频率与供水系统中的水的流速成比例；以及使用转换器将产生的ac转换成直流电(dc)，以便在电极上产生直流电和电压差，其中，控制转换器以基于ac频率来供应电解产生活性氯所需的电压差和直流电。
2、在第二方面，本发明涉及一种借助于产生活性氯来对供水系统中的水消毒的电解装置，包括：电解池，电解池设置有电极，能够在电极上施加电压差；交流电(ac)发电机，交流电发电机被配置成使用流经供水系统的水来产生交流电，交流电具有与供水系统中的水的流速成比例的交流电频率；转换器，转换器被配置成将产生的交流电转换为直流电(dc)，以用于在电解池的电极上施加电压差；以及控制装置，控制装置被配置成控制转换器以基于交流电频率来供应dc，以用于产生电解产生活性氯所需的电压差。
3、在第三方面，本发明涉及一种供水系统，该供水系统包括根据第二方面的电解装置。
4、本发明人已经发现，使用根据本发明的ac发电机允许产生电解所需的电能，而同时由发电机产生的ac的频率可以用于控制有效产生活性氯所需的能量输入。换言之，在给定时间内产生的活性氯的量基于ac频率。在本文中，可以耦合特定的ac频率以产生特定的预先确定量的活性氯。换言之，可以基于预先确定的ac频率在给定的时间内产生预先确定量的活性氯。据此，电解池可以被配置成在给定的时间内基于预先确定的ac频率(使用控制装置的输入)产生预先确定量的活性氯。在本文中，产生特定量的氯的预先确定旨在限定将给定初始品质的水量在给定时间内纯化至所需品质所需的氯量，这与供水系统中的水的流速保持一致。
5、这是因为ac发电机由供水系统中的水流驱动，例如通过使用由供水系统中的水驱动的叶轮，使得ac频率与供水系统中的水的流速成比例。因此，ac频率可以用作在电解池(例如膜电解池)中需要消毒的水量的量度。在给定的时间范围内通过电解池的水的量进而与消毒所需的氯的所需量成比例。此外，在给定时间内产生的氯的量取决于电极之间的电压差和电极之间流动的电流。换言之，在给定时间内需要产生的氯越多，电极之间的电压差和电极之间流动的电流应越高。鉴于这些参数之间的这种比例关系，本发明人已认识到ac频率可根据本发明用作控制有效产生活性氯所需的能量输入的量度，其中给定频率可归因于电极之间所需的电压差和电极之间流动的电流。这对于能量使用是有效的，但本发明还提供非常可靠和有效的方法来控制待产生的氯的量，因为为电解提供能量和其调节是彼此物理相关联的，因为它们均需要ac发电机作为关键部件。
6、本发明在纯化自来水或与自来水品质相当的水、或换言之相对良好品质的水方面是非常有用的。在此方面，优选的是，在本发明的背景下供水系统被配置成供应自来水或与自来水品质相当的水。在本文中，可以基于这些参数有效地控制电解池中所需盐的量以及在一定的水流量和所需的氯含量下处理所需的电压和电流，从而使得本发明成为用于纯化水的简单且有效的系统。
7、进一步关于ac发电机，在优选实施例中，ac发电机容纳在供水系统中、位于用于电解池的供应管道连接到供水系统的位置的下游以及位于用于电解池的排放管道连接到供水系统的位置的上游，即电解池然后将位于主管道的旁路中。由于ac发电机的这种定位，在发电机上将出现轻微的压降，其结果是有可能产生将行进经过电解池的水流。尽管如此，有可能在供水系统中的其他地方容纳发电机。然而，然后将必须采取措施，例如通过在主管道中提供限制阀或调节阀，来确保流动经过电解池的足够的流动。
8、任何电解反应需要供应电能，这意味着需要电压和电流两者。在实践中，需要稍微更大的电压，因为产物的焓(加热)导致稍微更低的效率，这表现为超电势。对于如本发明中的活性氯的生产，需要基本的电压差来引发电解过程。取决于电极材料，这可以例如是大约0.8v。一旦超过该临界电压水平，则电解反应遵循欧姆定律并以主要由电流确定的速率进行。基本上，电流越高，每单位时间反应(电解)的分子越多，并且形成的产物(活性氯)越多。鉴于此，应当理解的是，所需电压差与电解池上的电流之间的关系并不总是线性的。
9、因此，优选校准电解装置，使得控制转换器以基于ac频率来供应dc，以用于产生电解产生活性氯所需的电压差，这包括预先确定流速与相应的产生的ac频率的相关性；和预先确定ac频率与电解产生活性氯所需的相应直流电和电压差值的相关性；以及使用这些相关性控制转换器，使得在电解池中施加电解产生活性氯所需的电压差和直流电。
10、在给定的供水系统中，情况是相对稳定的。即，相同的装备、管道系统、阀和电解池使用更长的时间。因此，可以通过预编程装置的控制器以相对简单的方式来执行在电解池中控制所需的电压和电流。鉴于此，在本发明的装置中优选的是，对控制装置进行编程，以使用由ac发电机产生的ac频率与电解产生活性氯所需的相应dc和/或电压差值之间的预先确定的相关性来控制转换器，使得在电极上施加电解产生活性氯所需的电压差。由于本发明的装置和方法通常可在同一供水系统中使用更长时间，所以这可适当地通过对控制器进行预编程、利用所需参数(诸如ac频率和所需dc电流和电压)以及可选地通过供水系统的流速来将控制器校准到特定ac发电机和电解池来实现。当控制器检测到某一ac频率时，其可通过使转换器产生某一dc电流来作出响应，该dc电流又链接到待在电极上建立的某一电压，这可经由同一控制器或单独的控制器来实现。
11、尽管给定的供水系统中情况相对稳定，但是偏差或不希望的事件可能偶尔发生。例如，在次优盐浓度的情况下，电极上受影响的电压差可能比基于预先确定的相关性的预期高得多，因为在这种情况下电解池中的电导率由于过少量的盐离子而过低。此外，发电机中可能出现缺陷，导致电极上的电压太低。鉴于此类可能的不希望的事件，根据本发明的方法可以包括警报系统。为此目的，可确定电极上的实际电压差，且可基于ac频率与相应dc和电压差值的预先确定的相关性来监测实际电压差是否与预期电压差一致。然后，当实际电压差不与基于预先确定的相关性所预期电压差一致时，可产生警报信号。这样的系统可以在根据本发明的装置中实现，其包括：电压计，电压计被配置为确定电极上的实际电压差；和监测装置，监测装置用于基于ac频率与相应dc和电压差值的预先确定的相关性来监测实际电压差是否与预期电压差一致；以及警报装置，警报装置被配置成当实际电压差与预期电压差不一致时，基于来自监测装置的输入产生警报信号。警报系统可以例如包括被配置成产生警报信号的led指示器。
12、电子电路优选地在一个或多个印刷电路板(pcb)上实现。例如，该控制器和控制装置可以包括在pcb上，任选地具有另外的部件。pcb的使用允许紧凑设计。根据具体需要，根据本发明的装置可基于电子领域的公知常识配备有合适的电路、传感器等。pcb可包含收集和存储关于水流、所处理的水量、电流、电压、盐浓度和转换等的信息的设备，该设备可使用无线连接来远程监视。
13、可以使用任何另外的装备以便根据使用者的意愿来设计根据本发明的装置，诸如管系统、管道系统、阀、盐存储器和/或盐计量装置等。
14、在示例性实施例中，该装置可以被设计成在主管道中包括用于为电解池供应电压差的ac发电机，该ac发电机包括由供水系统中的水驱动的叶轮。这种发电机通常被称为涡轮发电机。在涡轮发电机中，流动的水推动安装在转子轴上的一系列叶片。水作用在叶片上的力使发电机的转子轴急转/旋转。发电机继而将转子的机械(动力)能量转换成电能。
15、根据本发明，(ac)发电机被配置成使用流经供水系统的水来产生ac，该ac具有与供水系统中的水的流速成比例的ac频率。该装置还包括转换器和控制装置，转换器被配置成将所产生的ac转换成直流电(dc)以便将电压施加在电解池的电极上，控制装置被配置成控制转换器以基于ac频率来供应dc，以用于产生电解产生活性氯所需的电压差。该装置可以进一步包括用于电解池的供应管道和用于电解池的排放管道，该用于电解池的供应管道连接至供水系统并且将供水系统中的一部分水流引导至电解池，该用于电解池的排放管道在用于电解池的供应管道连接至供水系统的位置的下游连接至供水系统并且将在电解池中经处理的水排放至供水系统。该装置可以进一步包括：含有能够供应氯离子的化合物的盐计量装置；用于盐计量装置的供应管道，其连接到用于电解池的供应管道，并且将用于电解池的供应管道中的水的至少一部分供应到盐计量装置，以将氯离子供应到电解池中待处理的水；以及用于盐计量装置的排放管道，其在用于盐计量装置的供应管道连接的位置的下游连接到用于电解池的供应管道，并且将含氯离子的水从盐计量装置引导到用于电解池的供应管道。该装置还可以包含用于调节供水系统中的水流、电解池的进料和盐计量装置的进料的比率的设备，该设备可以包括限制阀和/或调节阀，限制阀和/或调节阀容纳在供水系统中、在用于电解池的供应管道连接至供水系统的位置与用于电解池的排放管道连接至供水系统的位置之间、在用于电解池的供应管道中、在用于电解池的排放管道中、在用于盐计量装置的供应管道中和/或在用于盐计量装置的排放管道中，和/或发电机的叶轮容纳在供水系统中、在用于电解池的供应管道连接至供水系统的位置的下游且在用于电解池的排放管道连接至供水系统的位置的上游。
16、本发明特别适合在运输没有加热到足够温度的水的供水系统中对水进行消毒。此类系统的特殊风险是由军团菌形成的。军团菌是能引起气道感染的细菌，称为军团菌或军团菌病。军团菌在温度为20至50摄氏度之间的水中和死水中生长。基于热泵的加热系统(最近鉴于正在进行的能量转变而获得了更多的兴趣)在这些温度范围内操作以加热水，但通常不将水加热至这些温度以上。因此，基于热泵的加热系统通常不提供足够的热量来防止军团菌生长。本发明允许供水系统中的水的消毒，供水系统涉及基于热泵的加热，而不需要额外的外部能量输入。在这方面，根据本发明的方法特别适合于防止最大水温不足以防止军团菌生长的供水系统中的军团菌，诸如包括基于热泵的加热系统的供水系统。鉴于此，本发明还涉及一种供水系统，其包括根据本发明的电解装置，其优选包括基于热泵的加热系统。当与其他消毒方法(诸如使用锅炉的热处理、具有热增强器的缓冲罐或将水暴露于uv-c光)相比，本发明在包括基于热泵的加热系统的供水系统中的实现方式节省了可观的能量和成本。