CN101993135B - 用于游泳池的2合1氯铜/溴铜消毒器 - Google Patents

用于游泳池的2合1氯铜/溴铜消毒器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于游泳池的2合1氯铜/溴铜消毒器的控制方法，在释放铜时，周期倒极铜块的正、负极，同时使钛板/石墨极板的正、负极处于悬空状态；在释放氯/溴时，周期倒极钛板/石墨极板的正、负极，同时将铜块的正、负极短接，再与钛板/石墨极板的负极连接，或施加低于钛板/石墨极板负极电压的电压。此方法通过将不工作时的铜块短接钛板/石墨极板的负极或比该负极更低的电压，使得铜离子的释放量可控，缩小消毒器的体积，且铜块正负极之间的腐蚀均衡。本发明还公开一种用于游泳池的2合1氯铜/溴铜消毒器。

Description

用于游泳池的2合1氯铜/溴铜消毒器
技术领域
本发明涉及复合消毒器，特别涉及一种可有效控制释放到水中的铜离子的量的2合1消毒器系统及其控制方法。 
背景技术
人们在使用游泳池时，越来越注重泳池中池水的卫生状况，为了提高泳池中水的水质，通常都要使用到消毒器，以氯铜消毒器为例，其一般包括主管路10、次氯酸钠发生装置30和铜离子发生装置40，参考图1所示，主管路10安装在泳池的循环管路上，次氯酸钠发生装置30设置在主管路10的中游，其由阳极与阴极组成，电极采用钛板301，用于产生氯，铜离子发生装置40设置在主管路10的下游，也由阳极与阴极组成，且两极均采用铜块401，用于产生铜离子；工作时，次氯酸钠发生装置30和铜离子发生装置40的阳极和阴极均通有直流电，进行电解反应，池水中的NaCl经过次氯酸钠发生装置30时电解产生Cl2并迅速溶解到水中生成HClO和ClO-，它能够破坏菌体细胞壁、细胞膜，进而透过细胞膜破坏DNA，达到杀菌的作用；池水继续流入铜离子发生装置40，此时阳极铜块401失去电子成为铜离子，被均匀释放到水中，铜离子与菌体酶的硫氢基结合而使酶失去活性，有效形成除藻药剂，并且可以抑制藻类的生长，从而对池水进行有效的杀菌消毒作用。 
然而，在实际使用中，释放到水中的铜离子的量不易控制，致使池水中铜离子的含量过高，同时含量过高的铜离子与水中氢氧根离子反应，生成绿色的氢氧化铜微粒，使得池水颜色变绿，特别是当使用者游泳上岸后，氢氧化铜附着在头发上，使头发着色，影响使用效果；特别是发现在使用一段时间后，铜块401的端面腐蚀不均，靠近钛板301的铜块401端面腐蚀远比其余端面严重，为了消除这种状况，一种方法是将铜块401与钛板301之间的距离设计得足够远，然而受使用场地及使用环境的限制，消毒器的体积不可能无限大，造成铜离子的释放量大于设计释放量。以下从消毒器的电路控制方面解释造成该现象的原因。 
现有氯铜消毒器在工作时，是采用对钛板301持续通电，而间断为铜块401供电的方式，具体工作过程为：假设客户设定每天消毒工作n小时(n为正整数)，那么消毒器每天产氯n小时，期间以1小时为大周期，时续时断以恒定电流方式产铜，每个大周期中，头20分钟以恒定电流给铜块401供电，后40分钟断电。在每个头20分钟内，以4分钟为一个小周期，在每个4分钟内，头117秒以恒流175mA给铜块401供电，接着断电3秒，再接着以恒流-175mA(倒极)给铜块401供电，接着断电3秒，这样周而复始工作直到满足每小时的头20分钟的工作时间。 
首先参考图2所示(此处以由上到下依次排列的3块钛板A、B、C为例，且铜块由上到下依次编号为D、E)，当断开给铜块供电而给钛板正负极供电时，即电解盐水但铜块不工作时，3块钛板A、B、C会对铜块D、E形成电流回路，电势从高到低依次为钛板A、铜块D、铜块E、钛板C(一个具体例子：9.89V、4.77V、4.19V、0V)，从铜块D到铜块E的电势会使铜块D释放铜离子，从铜块D到钛板C的电 势会使铜块D释放铜离子，从铜块E到钛板C的电势会使铜块E释放铜离子，这三者释放是设计之外的释放，造成水池中铜离子浓度超高。 
当给铜块供电同时给钛板正负极供电时，即电解盐水且铜块同时进行工作时，当铜块D的电势高于铜块E时，示意图与图2相同。从铜块D到铜块E的电势会使铜块D释放铜离子，从铜块D到钛板C的电势会使铜块D释放铜离子和从铜块E到钛板C的电势会使铜块E释放铜离子，后两者的释放是设计之外的释放，造成水池中铜离子浓度超高；再请参考图3所示，当铜块D的电势低于铜块E时，电势从高到低依次是：钛板A、铜块E、铜块D、钛板C。从铜块E到铜块D的电势会使铜块E释放铜离子，从铜块E到钛板C的电势会使铜块E释放铜离子和从铜块D到钛板C的电势会使铜块D释放铜离子，后两者的释放是设计之外的释放，造成水池中铜离子浓度超高。 
前述设计之外的铜离子的释放由于无法恒流，所以无法进行有效控制，因此是有害释放，必须加以消除；同时，这种有害释放使得靠近钛板的铜块端面的溶解腐蚀比其它的铜块端面严重，也必须加以消除。因此，本发明人致力于研究控制消毒器中铜离子的含量，本案由此产生。 
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种用于游泳池的2合1氯铜/溴铜消毒器及其控制方法，其使得铜离子的释放量可控，缩小消毒器的体积，且铜块正负极之间的腐蚀均衡。 
为了达成上述目的，本发明的解决方案是： 
一种用于游泳池的2合1氯铜/溴铜消毒器的控制方法，在释放 铜时，周期倒极铜块的正、负极，同时使钛板/石墨极板的正、负极处于悬空状态；在释放氯/溴时，周期倒极钛板/石墨极板的正、负极，同时将铜块的正、负极短接，再与钛板/石墨极板的负极连接，或施加低于钛板/石墨极板负极电压的电压。 
上述释放铜时，为铜块供应恒定电流。 
上述释放铜时，为铜块供应锯齿波或正弦波半波，并计算溶解定量铜块对应的电量的所需时间。 
上述释放铜时，等间隔采样铜块的电流并计算每一个间隔内的电量绝对值和计算总累计值的电量，从而计算出溶解定量铜块对应的电量的所需时间。 
上述释放铜时，以流过铜块的电量的绝对值的电容积分形式算出溶解定量铜块对应的电量的所需时间。 
用于游泳池的2合1氯铜/溴铜消毒器，包括盐水管路、一电解槽和一电气系统；电解槽中设有一组具有铂族氧化物涂层的钛板/石墨极板和一组铜块，该钛板/石墨极板和铜块的接出端均具有数个正极和负极，钛板/石墨极板和铜块之间的距离为5毫米到400毫米，该电解槽还具有一个管路入口和一个管路出口；盐水管路贯通电解槽的管路入口和管路出口，其中的氯化钠/溴化钠溶液流经钛板/石墨极板表面和铜块表面；电气系统包括MCU、电子开关和电源，电源分别与MCU、电子开关连接，电子开关还在MCU的控制下为铜块及钛板/石墨极板供电。 
上述钛板/石墨极板和铜块之间的距离为5毫米到200毫米。 
上述铜块为纯铜或铜锌合金。 
上述电子开关为继电器或MOS电子器件。 
上述MCU还连接有流速检测装置的由流速开关产生的输入通/断 信号的电路，流速检测装置和流速开关均设置在盐水管路的管路入口。 
采用上述方案后，本发明具有以下改进： 
(1)当钛板/石墨极板通电而铜块不工作时，使铜块的两极短接至钛板/石墨极板的负极或比该负极更低的电压，使得此时铜块的电势等于或低于钛板/石墨极板负极，不能产生铜离子，从而避免设计之外的铜离子的释放，使铜离子的释放量可控，确保池水的质量； 
(2)在电子开关的控制下，MCU控制给铜块供电，使铜块的正负极可间隔切换，实现倒极，使铜块的两极均匀释放铜离子，腐蚀程度均衡，即使钛板/石墨极板与铜块之间的距离较小，也不会造成腐蚀程度的不同，因而可有效缩小消毒器的占用体积。 
附图说明
图1是现有消毒器的结构示意图； 
图2是不给铜块D、E供电时的电势分析示意图； 
图3是给铜块供电且铜块D的电势低于铜块E的电势时的电势分析示意图； 
图4是本发明的总控制图； 
图5是图4中主控部分的放大示意图； 
图6是本发明的结构示意图； 
图7是铜块和钛板均未通电时的电路图； 
图8是钛板通电而铜块未通电时的电路图； 
图9是钛板倒极通电而铜块未通电时的电路图； 
图10是钛板未通电而铜块通电时的电路图； 
图11是钛板未通电而铜块倒极通电时的电路图； 
图12是本发明中所使用的CMD4115的内部框图； 
图13是本发明应用于游泳池的整体架构图。 
具体实施方式
首先参考图6及图13所示，本发明是一种应用于游泳池消毒的2合1氯铜消毒器的控制方法，其主要改进在于当消毒器释放铜时，为铜块2供应恒定电流，并周期倒极铜块2的正、负极，同时使钛板1的正、负极处于悬空状态；在释放氯时，为钛板1提供电解电压，周期倒极钛板1的正、负极，同时将铜块2的正、负极短接，再与钛板1的负极连接，或施加低于钛板1负极电压的电压。 
此外，在释放铜时，为了便于控制铜的电解量，可以为铜供应恒定电流，也可提供锯齿波或正弦波半波的电流，并计算溶解定量铜块所对应的电量所需的时间；还可以等间隔采样铜块的电流并计算每一个间隔内的电量绝对值和计算总累计值的电量，从而计算出溶解定量铜块对应的电量的所需时间；或者以流过铜块的电量的绝对值的电容积分形式算出溶解定量铜块对应的电量的所需时间。 
本发明还提供一种用于游泳池的2合1氯铜消毒器，其包括一盐水管路3、一电解槽7和一电气系统。 
电解槽7中设有一组钛板1和一组铜块2，该钛板1上具有铂族氧化物涂层，且钛板1和铜块2均具有数对正极和负极，为了减小体积，钛板1与铜块2之间的距离设置为5mm～400mm，最优为5mm～200mm，该电解槽7还具有一管路入口和一管路出口。 
盐水管路3中具有氯化钠溶液，其由电解槽7的管路入口进入， 流经钛板1和铜块2的表面，再由管路出口流出，其中，盐水的浓度为1.0g/L～30g/L，温度为10℃～40℃，最优浓度为2.0g/L～4.0g/L。 
如图4及图5所示，所述电气系统主要包括电源、MCU 4和电子开关8(此实施例中使用继电器，也可使用MOS电子器件或其它开关元件)，其中电源连接MCU 4，为其提供工作电源，电源还通过电子开关8连接铜块2、钛板1的电极，MCU 4通过对电子开关8的控制，改变对铜块2、钛板1的供电极性及电量。 
再请参考图7至图11所示，MCU 4主要是通过5个继电器K1、K2、K3、K4、K5实现对电极的供电控制。另外，需要说明的是，为了方便控制，将所有钛板1的正极均短接于一点，即图中的SALT+，而所有钛板1的负极短接于SALT-，同理，所有铜块2的正极短接于CU+，所有铜块2的负极短接于CU-。 
继电器K3为单刀单掷继电器，其有两种工作状态：导通(闭合，即ON)和未导通(断开，即OFF)，且其常态为断开(OFF)状态，一端与电源连接，另一端分别连接继电器K1的常开触点和继电器K2的常闭触点。 
其余继电器K1、K2、K4、K5均为单刀双掷继电器，且在未导通(即OFF)状态时，固定端均与常闭触点搭接，而在导通(即ON)状态时，固定端转而与常开触点搭接；连接关系分别为：继电器K1的固定端连接钛板1的负极，常闭触点接地；继电器K2的固定端连接钛板1正极，常开触点接地；继电器K4的固定端连接铜块2负极，常闭触点接地或比地更低的电压(此实施例以接地为例)，常开触点连接恒流源；继电器K5的固定端连接铜块2正极，常闭触点与继电器K4的常闭触点连接，常开触点连接恒流源。 
MCU 4为本发明的主控部分，控制所有继电器的工作状态，以下 将结合图4与图5，对本发明的各个工作状态进行详细说明，以便于深入了解本发明的具体内容。 
首先参考图7所示，其是说明钛板1和铜块2均未通电时的电路连接图(状态1)，此时继电器K3、继电器K1、K2、K4、K5均处于off状态，此时钛板1为断电状态，而铜块2的正负极短接，经由电感L1连接芯片CMD4115的LX端，配合参考图12所示，其为芯片CMD4115的内部连接框图，此时由于电感L1和电阻R26上的电流为0，无电流通过电流采样电路，CS比较器(Current Sense comparator)输出高电平，将MOS打开，从而将LX端拉低，使铜块2的两个电极处于接地状态。 
再请参考图8所示(状态2)，需要对钛板1通电产生氯时，是由MCU 4通过PWM方式控制继电器K3闭合，其余继电器保持off状态不变，此时电解电流由继电器K3通过继电器K2的常闭触点进入钛板1的正极SALT+，再由钛板1的负极SALT-经由继电器K1的常闭触点、电阻R30接地，并利用电阻R30采集电流信号，用于对钛板1的电解过程进行监控，此时钛板1处于正极电解模式；而继电器K4、K5由于保持off状态，而使铜块2保持接地状态，相当于铜块2的正负极电势相同，并不受钛板1通电的影响，因此铜板2不会产生铜溶解现象，避免铜离子的释放。 
再请参考图9所示(状态3)，为了保证去除钛板1的表面水垢，在间隔适当时间后，MCU 4控制继电器K1和K2均变为ON状态，也即固定端均搭接到常开触点，此时电解电流通过继电器K1的常开触点进入到钛板1的负极SALT-，流过钛板1后再经过钛板的正极SALT+、继电器K2的常开触点、电阻R30接地，使钛板1处于倒极电解模式；此时继电器K4、K5与图8中状态相同，铜块2不工作，在 此不再赘述。 
如图10所示(状态4)，是铜块2进行正极电解的电路连接图，此时继电器K2、继电器K3处于off状态，继电器K1处于ON状态，则钛板1无电压，为悬空状态；继电器K4处于OFF状态，继电器K5处于ON状态，K5的固定端搭接到常开触点，则芯片CMD4115输出恒流源经由继电器K5到达铜块2的正极CU+，流过铜块2后、经过铜块2的负极CU-继电器K4的常闭触点、电感L1、到CMD4115的LX端，具体来说，同时参考图12所示，当VIN-VISNS＜85mV时，CS比较器输出输出高电平，MOS开启，而当VIN-VISNS＞115mV时，CS比较器输出输出低电平，MOS关闭，如此反复，流过电阻R26的平均电流为(85+115)/(2*0.56)＝179mA，从而为铜块2提供恒定的电解电流。 
再请参考图11所示(状态5)，为了均衡铜块2的溶解腐蚀程度，需每隔一段时间，对加载在铜块2上的电压进行倒极，该图即是说明MCU 4控制继电器K4处于ON状态，而继电器K5处于OFF状态，此时CMD4115输出恒流源通过继电器K4的常开触点到铜块2的负极CU-，再由铜块2的正极CU+通过继电器K5的常闭触点、电感L1、LX点。 
因此，改进后的2合1氯铜消毒器在工作时，是采用钛板1和铜块2分时工作，且在钛板1工作时对铜块2进行阴极保护。具体工作过程为：假设客户设定每天消毒工作n小时(n为正整数)，分给铜块2的工作时间系数为a，那么消毒器每天产氯n*(1-a)小时，产铜n*a小时。在产氯的n*(1-a)的小时里，电气系统状态：状态2，期间如果碰到钛板的倒极时间到，那么转为状态3倒极，等到倒极持续到指定时间后再转为状态2，这样周而复始工作直到满足n*(1-a)小时的工作时间。在产铜的n*a的小时里，电气系统状态：状态4持 续117秒，接着状态1持续3秒，接着状态5持续117秒，接着状态1持续3秒，这样周而复始工作直到满足n*a小时的工作时间。 
另外，参考图4和图6所示，MCU 4还连接流速检测装置5的由流速开关6产生的输入通/断信号的电路。流速开关6和流速检测装置5设置在盐水管路3的管路入口，检测欲消毒的池水是否低流速，如果是低流速，则断开氯电解的工作，从而保护钛板1。 
此外，本实施例中的MCU 4还可连接LED，参考图5所示，该LED的显示代码及对应的定义如表1所示，这样操作人员即可轻易了解当前的工作状况。 
表1 
  LED代码  定义
  80  强化消毒
  01  最短运行时间(剩余1个小时)
  02  运行时间(剩余2个小时)
  03  运行时间(剩余3个小时)
  04  运行时间(剩余4个小时)
  05  运行时间(剩余5个小时)
  06  运行时间(剩余6个小时)
  07  运行时间(剩余7个小时)
  08  运行时间(剩余8个小时)
  09  运行时间(剩余9个小时)
  10  运行时间(剩余10个小时)
  11  运行时间(剩余11个小时)
  12  运行时间(剩余12个小时)
  90   警报代码(水流速低/没有水流)
  91   警报代码(盐浓度低下)
  92   警报代码(盐浓度过高)
  93   停止状态(运行结束)
  无显示   没插上电源插头或“休眠状态”   等待下一轮循环作业。
另外，前述实施例中电解槽中的钛板还可更换为石墨极板，且盐水管路中使用溴化钠溶液，当给石墨极板通电时，极板的阳极释放溴消毒剂，其余与前述实施例中所述结构相同，在此不再赘述。 
综上所述，本发明一种用于游泳池的2合1氯铜/溴铜消毒器的控制方法，重点在于设置当钛板1(用于氯铜消毒器)或石墨极板(用于溴铜消毒器)通电而铜块2不工作时，将铜块2的两极短接至钛板1或石墨极板的负极或比负极更低的电压，有效防止铜块2因电势高于前述负极电压而产生铜离子，从而使得铜离子的释放量可控，确保池水的质量。另外，本发明一种用于游泳池的2合1氯铜/溴铜消毒器，重点还在于借助上述原理，可将钛板1/石墨极板和铜块2之间的距离拉近，缩小装置的体积，减小占用空间。 
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。 

Claims (5)

1.用于游泳池的2合1氯铜/溴铜消毒器，其特征在于：包括盐水管路、一电解槽和一电气系统；电解槽中设有一组具有铂族氧化物涂层的钛板/石墨极板和一组铜块，该钛板/石墨极板和铜块的接出端均具有数个正极和负极，钛板/石墨极板和铜块之间的距离为5毫米到400毫米，该电解槽还具有一个管路入口和一个管路出口；盐水管路贯通电解槽的管路入口和管路出口，其中的氯化钠/溴化钠溶液流经钛板/石墨极板表面和铜块表面；电气系统包括MCU、电子开关和电源，电源分别与MCU、电子开关连接，电子开关还在MCU的控制下为铜块及钛板/石墨极板供电。
2.如权利要求1所述的用于游泳池的2合1氯铜/溴铜消毒器，其特征在于：所述钛板/石墨极板和铜块之间的距离为5毫米到200毫米。
3.如权利要求1所述的用于游泳池的2合1氯铜/溴铜消毒器，其特征在于：所述铜块为纯铜或铜锌合金。
4.如权利要求1所述的用于游泳池的2合1氯铜/溴铜消毒器，其特征在于：所述电子开关为继电器或MOS电子器件。
5.如权利要求1所述的用于游泳池的2合1氯铜/溴铜消毒器，其特征在于：所述MCU还连接有流速检测装置的由流速开关产生的输入通/断信号的电路，流速检测装置和流速开关均设置在盐水管路的管路入口。
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