CN104261509A - 外置式石英管道自动净水装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水体消毒技术领域，尤其是外置式石英管道自动净水装置，本发明是在水体箱内部由内向外依次安装有三层螺旋石英玻璃管道，三层螺旋石英玻璃管道之间排布有多根电加热管和紫外线消毒灯管，水体箱内壁涂敷有隔温材料层，隔温材料层上涂敷有反光材料层，水体箱底端设有进水口和出水口，三层螺旋石英玻璃管道的一端均通过减压阀连通进水口，另一端均通过电磁阀连通出水口，箱盖安装在水体箱上端开口部位，箱盖与水体箱之间安装有基于单片机的控制电路。本发明可以应用于恶劣的低温环境，用户可以根据用水量的大小自己选择消毒速度，有效防止二次污染问题，达到边消毒边出水的效果，可以提高出水、入水的效率，减少间隔时间。

Description

外置式石英管道自动净水装置

技术领域

本发明涉及水体消毒技术领域，尤其是外置式石英管道自动净水装置，可应用于农村地区集中供水系统、含有高水箱、备用水箱和备用蓄水池等二次供水设备的饮用水供水系统中的水体二次消毒。防止供水中的水质次生污染对人体的危害。该装置可应用于小规模集中供水系统中水体的消毒杀菌。特别适用含有二次供水设备的生活饮用水供水系统的末端消毒。 

背景技术

我国西部地区地形复杂，农村居民点多且布局分散，供水规模小、数量多、且管道总长较大而单管流量小，因此常常需要根据地形设置调节池。调节池的设置虽然在一定程度上提高了西部偏远地区供水的保证率，然而由此所引发的水质二次污染现象也越来越突出，其中调节池材质的不同是影响二次供水水质的重要因素。 

目前的消毒装置根据消毒原理分为紫外线消毒式、臭氧消毒式、化学试剂灭菌和加热灭菌法。臭氧式消毒的杀灭能力强，不管是细菌病毒，还是未萌动的孢子都具有杀灭作用，杀灭速度快，消毒过程中产生的氧化物是无毒、无味、能生物降解的物质，不会产生二次污染，但在臭氧消毒过程中，对消毒后的物质无保护性余量，且用量过度会使人的呼吸系统出现障碍，存在一定的安全隐患；化学试剂灭菌药味大，不能自然排出，存在二次污染的问题，且容易对周围环境造成污染；加热灭菌温度高、能耗大，适用范围不够理想。 

而紫外线灭菌是以光波辐射作用杀菌，光波为直线传播，成本低，其照射强度与距离平方成反比，因此要充分发挥紫外线的灭菌作用，需要着重考虑与待消毒水体的接触距离和接触方式。 

发明内容

本发明的目的是为了克服上述技术缺点提供外置式石英管道自动净水装置。 

本发明解决技术问题采用的技术方案为：外置式石英管道自动净水装置，包括水体箱和箱盖，所述水体箱内部由内向外依次安装有三层螺旋石英玻璃管道，三层螺旋石英玻璃管道之间排布有多根电加热管和紫外线消毒灯管，水体箱内壁涂敷有隔温材料层，隔温材料层上 涂敷有反光材料层，水体箱底端设有进水口和出水口，所述三层螺旋石英玻璃管道的一端均通过减压阀连通进水口，另一端均通过电磁阀连通出水口，所述箱盖安装在水体箱上端开口部位，箱盖与水体箱之间安装有基于单片机的控制电路，水体箱内还设置有温度传感器。 

净水器的水体箱改用装入盘旋上升的石英玻璃管作为水流的通道，内共有三组盘旋半径不同的石英玻璃管存在于水体箱中，每个石英玻璃管之间采用橡胶将其进行连接。在石英玻璃管围成的圈内放入摆放合理的紫外线灯管和加热灯管，分别对石英式玻璃管内的水进行消毒和加热。在净水器的入水处装有减压阀，使整个石英玻璃管道中的水压始终保持在一个值，因为石英玻璃管的横截面积保持不变，从而可以导致出水处的水流速度是一个恒定的值。在净水器的出水处采用一个按钮式的开关，人一按就可以出水，再按就会关，同时出水处还会加上一个电磁阀，该电磁阀属于自动控制的，当净水器内的水被单片机认定为没有消毒完毕的污水时，电磁阀会自动将出口关闭从而停止出水处的供水。(因为净水器中的水是流速一定的水，只要在单片机中采用一个定时器统计开启时间的长短，乘以流速便可以得出流出去的水的流量，从而判断是否已经流完整桶干净的水。又因为净水器全部的水流完时间是一个定值，将该定值与定时器的值进行减法运算便可以得到还没有净化的水量，从而可以换算成时间，当经过多长时间后可以将定时器的值进行清零，从而可以减少普通净水器的消毒浪费时间，而且当定时器被清零后，内部的紫外灯会自动关闭。从而使整个装置更高效，更有效利用。)而且该净水器由于水流过的管道具有一定的横截面积和压力(出水和入水均在水体箱下部)，可以使从进水处进来的污水内含有的细菌不能往之前净化完整的水流动，从而解决了二次污染的问题。在净水器的水体箱的箱壁部分，会涂上一层隔温材料和一层反光材料，对于水体温度的保持和加大紫外灯的照射强度有突出作用。 

所述控制电路包括集成驱动程序的单片机、显示单元、按键控制单元、加热温控单元和电磁阀控制单元，所述单片机分别连接显示单元、按键控制单元、加热温控单元和电磁阀控制单元。在净水器的水体箱和箱盖之间放的是净水器的控制电路，该电路的主体是一台单片机对整个净水器的电气设备进行控制。整个电路分为以下几个主要部分：显示部分，按按键控制部分，温度测试和加热部分，电磁阀控制部分。 

所述显示单元为基于LCD的显示面板，显示单元的数据传输口分别与单片机的P0口、P2口电性连接，显示单元还包括串联在紫外灯和加热灯驱动电路上的发光二极管、串联在电磁阀开关驱动电路上的发光二极管。显示部分主要采用的是LCD显示，LCD数据传输口与 单片机P0口进行连接，部分控制信号口与P2口进行连接，单片机通过内部程序的设计，可以在LCD上面显示温度和一些必需信息。 

所述按键控制部分包括开启键、关闭键和选择键，所述选择键设有三个，三个选择键分别与单片机的三个I/O口电性连接。按键控制部分，主要是人对紫外灯强度的选择按钮和开启关闭键以及一个复位键，对于紫外灯的强度主要设置了小，中，大三种级别，可以让用户自己根据当前所用的水流量进行选择。选择级别为小，在水体箱内只有最内部的一个紫外灯管亮，当然这对于消毒的时间要求就比较长；选择级别为中，在水体箱内共有三个紫外灯点亮，包括内圈内部一个及内圈和中圈之间二个，这种情况的消毒时间就比较短；当用户对水的需求量较大时，用户可以选择级别为大，水体箱内全部紫外灯亮起，达到整个净水器最大的消毒功率，大大缩减了消毒时间。这三个按键直接与单片机三个I/O口进行连接，单片机可以对其进行实时扫描，判断用户按下的键，从而通过另外三个I/O口向继电器组输送开关信号，控制紫外灯的开与关，从而达到选择消毒功率的目的。开启和关闭键主要是对净水器的启动和关断，该键同样控制着单片机的电源。另外复位键也是主要与单片机的复位键进行连接，可以对单片机进行复位。温度测试和加热部分，主要是通过一个置于水体箱某处的温度传感器对整个水体箱内部的水的温度进行实时监控，由单片机的一个I/O口对其进行控制，每隔5S取一次测到的数值，在单片机内部对其进行判断，若判断温度为过低，则会通过另外两个I/O口对加热灯管进行控制，两个I/O口分别控制着两组灯。当温度稍低时，启动一组；当温度过低时，两组同时启动，可以保证不会因为温度过低导致净水器由于水的结冰而没法运作。 

电磁阀控制部分，主要是单片机内部的两个定时器(一个定时器用来控制消毒时间称消毒定时器，另一个定时器用来统计流出去的水量称流量定时器)与电磁阀开关的一个配合。在用户选择消毒功率之后，消毒定时器就会与相对应的消毒时间进行不断比对，当消毒时间达到设定值，I/O口便送出信号打开电磁阀，此时定时器清零关。当用户按下出水按钮后，单片机通过流量定时器内的数值判断净水器内部的纯净水是否已经全部流完，如果流完会通过I/O口控制电磁阀关闭，从而使净水器没法往出送水，此时重新启动消毒定时器。当内部的水全被消毒完毕之后，电磁阀会重新打开。若用户没有将全部水量用完，单片机会提取流量定时器的数值，将其与总储水量进行对比，从而得到污水量并对污水量进行转换，使其成为污水消毒时间，传送到变量(该变量为消毒定时器比对的数值)从而提高净水器的工作效率。 

所有紫外灯和加热灯的I/O驱动电路上会串联一个发光的二极管，当灯管亮的时候，二极管会同时被点亮，并将二极管置于净水器的箱盖开的孔中，用户可以根据灯管的亮灭判断内部的灯管驱动电路是否正常，是否需要更换灯管等。在电磁阀开关驱动的电路上同样也会串联一个指示灯，主要是用来提醒用户现在是否可以出水。 

所述加热温控单元由水体箱内设置的多根电加热管和温度传感器组成，所述电加热管、温度传感器分别与与单片机的I/O口电性连接。 

其工作方法的特征在于： 

6.1)待消毒水体经水体箱底端的进水口进入，根据用户选择的按键控制单元上的按键，由单片机发出信号，减压阀进入螺旋石英玻璃管道，选择适用的螺旋石英玻璃管道； 

6.2)系统待机态下，根据用户的功能选择，驱动紫外线消毒系统(开启紫外线消毒灯管)，启动消毒定时器，单片机对定时值与系统设定值进行比较，以控制出水电磁阀的启闭状态； 

6.3)系统初始化后，单片机通过温度传感器以每5s一次的频率采集水体箱内水体的实时温度，若温度低于设定值下限，启动加热器，直至温度达到设定值上限后，加热系统停止，否则进入待机状态；若水体实时温度高于设定值下限，保持待机状态； 

6.4)系统待机状态下，当用户按下出水开关时，待机时间定时器清零，启动出水量控制定时器，对已消毒水体的余量进行判断，若已消毒水体余量高于系统设定值下限，控制出水电磁阀开启；若已消毒水体余量低于系统设定值下限，则关闭出水电磁阀指示灯，同时开启消毒定时器； 

本发明所具有的有益效果是：本发明可以应用于恶劣的低温环境，用户可以根据用水量的大小自己选择消毒速度，有效防止二次污染问题，达到边消毒边出水的效果，可以提高出水、入水的效率，减少间隔时间。 

附图说明

附图1为本发明整体结构的正视图。 

附图2为本发明内圈石英玻璃管道的盘旋结构正视图。 

附图3为本发明中圈石英玻璃管道的盘旋结构正视图。 

附图4为本发明外圈石英玻璃管道的盘旋结构正视图。 

附图5为本发明整体俯视图。 

附图6为本发明电路器件放置位置俯视图。 

附图7为本发明灯管放置位置俯视图。 

附图8是本发明程序的主程序流程图。 

附图9是本发明程序的中断程序1流程图。 

附图10是本发明程序的中断程序2流程图。 

具体实施方式

下面结合附图1～附图10对本发明做以下详细说明。 

在图1中，我们可以看到整个净水器的设计结构，以及各个部件在净水器所放置位置的正视图。其中包括了石英式玻璃管通道的盘旋方式，灯管放置位置，整个电路部件的放置位置，减压阀、电磁阀的放置位置；底座形状，净水器形状、内壁阴影部分表示隔温材料和反光材料。 

在图2到图4中，我们可以看见内、中、外三圈的石英玻璃管的盘旋半径的区别，以及紫外灯管在净水器放置位置与石英玻璃管圈之间的相对位置。 

在图5中，我们可以看出在净水器箱盖上放置的标签、LCD显示屏、输入按键和状态指示灯在箱盖的位置。 

在图6中，主要显示的是在腔体上方(上方紧贴着一块绝缘板)和箱盖之间的电路器件放置位置的附视图，包括了整个电路中以单片机为主体微处理器模块、对灯管的控制信号进行强弱电转换的继电器组、对微处理器提供电源的开关电源模块，还有灯管的电子整流器组。 

在图7中，我们可以清楚了解到紫外灯和加热灯在腔体中放置的位置，最外圈阴影部分代表箱壁，从外往内的圆圈分别代表了外，中，内三个石英玻璃管圈。 

从图8到图10，共用三张流程图合起来表达了整个净水器的控制流程。现对该净水器的控制流程作一简要解释： 

整个净水器的控制流程分为三大部分：温度采集和自动加热部分(主程序)、用户功率选择部分(中断1)、用户出水控制部分(中断2)。 

主程序(图8) 

首先对单片机内部各个I/O口和LCD显示屏进行初始化，初始化完毕之后不断对净水器进行待机检测和温度采集。待机检测是指：在用户开启电源后，单片机会自动开启一个待机定时器。当用户停止用水(即出水按钮无按下)超过40min后，净水器会自动进入待机状态 (关闭紫外灯管，减小功耗)；温度采集是通过温度传感器将采集到的数据通过P3.7口传送回单片机，然后将采集的结果通过单片机P0口发送到LCD显示屏上显示出来。并将得到的温度的数值与设定温度范围下限进行比较，若温度小于下限即开启加热系统并返回继续采集温度，反之则继续与设定值上限进行比较，当温度高于上限时关闭加热系统并返回采集温度，若同时高于下限和低于上限即处于正常范围则不动作继续返回采集温度。 

中断程序1(图9) 

这是当用户开机后按下三个消毒功率键其中任意一个键就会触发的 

程序。在选择完功率之后，单片机根据选择的功率大小驱动相应组数的紫外灯进行消毒，并开启消毒定时器。当消毒定时器内的值与设定值相等时，便开启电磁阀并清零关断消毒定时器；否则电磁阀始终保持关闭。 

三、中断程序2(图10) 

当出水按钮被按下触发了中断程序2，用来统计待机时间的定时器被清零后关闭，同时启动出水量定时器，根据出水量定时器中的数值得到腔体管道内可用水的剩余量。当剩余量为零的时候，自动关闭电磁阀并关断出水量定时器；若剩余量不为零时，当用户松开出水按钮时会关断出水量定时器(两种情况区别仅在于是否关闭电磁阀)。在出水量定时器关断之后，开启消毒定时器，开始对腔体内的水进行消毒，并与该功率对应下的设定值进行比较，当达到规定时间后开启电磁阀并清零关断消毒定时器，否则电磁阀保持关闭。 

Claims (6)

1.外置式石英管道自动净水装置，包括水体箱和箱盖，其特征在于：所述水体箱内部由内向外依次安装有三层螺旋石英玻璃管道，三层螺旋石英玻璃管道之间排布有多根电加热管和紫外线消毒灯管，水体箱内壁涂敷有隔温材料层，隔温材料层上涂敷有反光材料层，水体箱底端设有进水口和出水口，所述三层螺旋石英玻璃管道的一端均通过减压阀连通进水口，另一端均通过电磁阀连通出水口，所述箱盖安装在水体箱上端开口部位，箱盖与水体箱之间安装有基于单片机的控制电路，水体箱内还设置有温度传感器。 

2.根据权利要求1所述的外置式石英管道自动净水装置，其特征在于：所述控制电路包括集成驱动程序的单片机、显示单元、按键控制单元、加热温控单元和电磁阀控制单元，所述单片机分别连接显示单元、按键控制单元、加热温控单元和电磁阀控制单元。 

3.根据权利要求2所述的外置式石英管道自动净水装置，其特征在于：所述显示单元为基于LCD的显示面板，显示单元的数据传输口分别与单片机的P0口、P2口电性连接，显示单元还包括串联在紫外灯和加热灯驱动电路上的发光二极管、串联在电磁阀开关驱动电路上的发光二极管。 

4.根据权利要求2所述的外置式石英管道自动净水装置，其特征在于：所述按键控制部分包括开启键、关闭键和选择键，所述选择键设有三个，三个选择键分别与单片机的三个I/O口电性连接。 

5.根据权利要求2所述的外置式石英管道自动净水装置，其特征在于：所述加热温控单元由水体箱内设置的多根电加热管和温度传感器组成，所述电加热管、温度传感器分别与与单片机的I/O口电性连接。 

6.根据权利要求1所述的外置式石英管道自动净水装置，其工作方法的特征在于： 

6.1)待消毒水体经水体箱底端的进水口进入，根据用户选择的按键控制单元上的按键，由单片机发出信号，减压阀进入螺旋石英玻璃管道，选择适用的螺旋石英玻璃管道； 

6.2)系统待机态下，根据用户的功能选择，驱动紫外线消毒系统(开启紫外线消毒灯管)，启动消毒定时器，单片机对定时值与系统设定值进行比较，以控制出水电磁阀的启闭状态； 

6.3)系统初始化后，单片机通过温度传感器以每5s一次的频率采集水体箱内水体的实 时温度，若温度低于设定值下限，启动加热器，直至温度达到设定值上限后，加热系统停止，否则进入待机状态；若水体实时温度高于设定值下限，保持待机状态； 

6.4)系统待机状态下，当用户按下出水开关时，待机时间定时器清零，启动出水量控制定时器，对已消毒水体的余量进行判断，若已消毒水体余量高于系统设定值下限，控制出水电磁阀开启；若已消毒水体余量低于系统设定值下限，则关闭出水电磁阀指示灯，同时开启消毒定时器。