CN104837777A - 电去离子控制系统 - Google Patents

Abstract

用于操作电去离子(EDI)模块的方法和设备使用电力供应器控制器而产生净化水以提供更有效且准确的操作。

Description

电去离子控制系统

技术领域

本公开大体上涉及通过电去离子(EDI)来对水进行净化，且更具体来说，涉及在一范围内且以水质目标输送水的改进的EDI方法和系统。

背景技术

在1980年代后期首次引入EDI系统之后，EDI快速商业化，这首先是为了在工业过程中产生高纯度水，接着是为了在工业过程(例如，尿素脱盐)中对非离子流进行去离子化，且最近是为了在实验室系统中产生高纯度水。在广泛范围的应用中迅速采用EDI工艺的原因在于，EDI是移除离子污染物以产生高纯度水的最节省成本的水净化工艺之一。

虽然不同EDI系统在1到18MΩcm的水质(WQ)范围上操作，但个别EDI系统不提供可选择的范围或目标水质，也不能够在EDI模块的使用寿命期间维持恒定WQ。相比之下，单级反渗透(RO)水净化系统无法可靠地产生具有高于1MΩ·cm的WQ的水，且WQ时常低于0.1MΩ·cm。

用于在实验室中产生高纯度水的EDI系统应该简单且便宜，同时在受终端用户最小干预或不受终端用户干预的情况下输送高纯度水。此外，这些系统大多数使用自来水作为其供水，而自来水取决于设施的位置和该年的季节而具有广泛浓度范围的各种污染物。所有这些因素导致极大范围的离子污染物存在于水净化系统中，这些离子污染物的形式有溶解盐与弱离子化物质(诸如CO₂、二氧化硅和硼)两者。因此，在实验室中将EDI工艺用于水净化系统是EDI技术的最严格的应用之一，这是因为虽然面临这些挑战，但水净化系统应作为简单的实验室用具而发挥性能。

第5,762,774号美国专利公开了基于法拉第定律来使用适当的DC电流源(可变电流电力供应器)和电流比，且基于EDI模块的离子负载而计算施加到EDI模块以实现“预先指定的等级的去离子化”的电流。所公开的电流比是最小电流或法拉第电流的1到50倍。该文献未指定水质的范围，并且没有记载如何解决延长的空闲时间之后的启动时段。类似地，第6,365,023号美国专利公开了以足够高以确保施加到模块的电流适应实验室系统中所遭遇的大的动态范围的离子负载的电流比来使用恒定电流电力供应器。所要求保护的比是法拉第电流的1到15倍。

第6,391,178号美国专利和第6,726,822号美国专利公开了将DC电力间歇性地施加到EDI模块以获得指定水质范围中的WQ。该文献公开了使用恒定电流电力供应器或恒定电压电力供应器，以通过调整电力供应器开启和关断的时间量来以一水质范围输送水。所描述的优选比例区控制方案将不会如预期般起作用，这是因为取决于电力供应器相对于维持指定水质范围内的WQ所需的电流输送多少电流，该方案将分别下冲或过冲该范围的下限和上限。因此，所公开的控制方案将导致高于或低于指定水质范围的WQ的恒定循环。此外，因为需要供应足够高的电流以适应最高的可能离子负载，所以对于大多数设施来说，在电力供应器开启时的循环的部分期间，施加远高于必要电流的电流，这会增加在EDI模块内缩放的趋势。此外，该文献也未公开用于实现恒定WQ的方法，并且没有记载关于如何解决延长的空闲时间之后的启动时段。

第6,607,668号美国专利公开利用RO预处理的基于EDI的水净化系统，该基于EDI的水净化系统还包括控制系统，该控制系统监视WQ且“计算EDI模块所需要的电压和电流且自动地调整每一个以实现最佳的出水水质”。不清楚调整“每一个”的含义，这是因为无法独立地调整电压和电流。该文献未描述控制系统计算所需要的电压和电流的方法，且也未设置水质的范围，而且没有记载关于如何解决延长的空闲时间之后的启动时段。

第4,954,926号日本专利公开了再使用冷凝水来对燃料电池中的重整器进行馈给的燃料电池系统，对冷凝水进行去离子化的EDI模块和驱动EDI模块的可变电压电源。在该文献中所公开的一个实施例中，监视去离子水的导电率且改变电源的电压以获得高于预定义的阈值的去离子水导电率。另一实施例涉及使用电流计来测量EDI模块的电流，且调整电源的电压以获得高于预先定义的阈值的电流。优选实施例使用由燃料电池自身供应的两个电压电平(12V和24V)而作为可变电压电源，从而避免需要独立电力供应器。关于设置水质的目标和/或范围或关于如何解决延长的空闲时间之后的启动时段，未有提示。

在工业过程中控制EDI模块的常规做法是以恒定电压驱动EDI模块。这些系统基于每一设施中所存在的供水而定制设计，从而实现专门的预处理并根据离子负载来修整EDI模块的大小和构造。此外，这些系统需要专业维护，从而确保EDI模块的供水是恒定的。最终，在这些设施中，可对EDI模块进行清洁以移除粘合到EDI模块的污染物，这些污染物会降低EDI模块的效力。通过这些措施，EDI模块的电阻抗保持大致上恒定，从而使恒定电压电源能够将足以有效地迁移到离子负载的大致上恒定的电流输送到EDI模块。

相比于EDI模块的阻抗保持大致上恒定的工业应用，在实验室应用中，阻抗可在每一设施中不同，且出于已经叙述的所有原因而逐渐增加：自来水在不同设施中不同；单个标准系统设计需要在所有设施中可靠地执行；模块未被清洁来移除“积垢”。以恒定电压驱动的模块最终将以高电流驱动，这是因为模块具有低阻抗。随着模块老化，其阻抗可增加，而出现成比例的电流下降，从而在一些应用中导致不足的电流，且还导致低水质。因此，基于EDI的实验室系统的目前技术水平是以恒定电流电源驱动EDI模块。这些系统初始时输送极高WQ，通常超过17MΩ–cm，但随着模块老化，WQ逐渐下降，最终达到对于终端用户来说不可接受的极低值，此时，需要替换模块。此外，因为这些系统是以相同恒定电流驱动，所以对于大多数设施来说，模块是以远高于必要电流的电流(可能10倍于必要电流)驱动，从而导致增加的缩放的趋势和伴随着的模块寿命的缩短。

用于EDI模块的控制的这些常规方法都不能够在窄水质范围内输送高纯度水。这些常规方法大多数需要先验知识或对EDI模块的离子负载的一些测量，且这些常规方法将过量电流输送到EDI模块，从而增加缩放的风险且增加电力消耗。此外，这些方法都不解决实验室水系统特有的挑战：具有改变的离子负载，且特征在于间隙性操作；需要日复一日产生目标水质的系统，并且在延长的空闲时间之后迅速恢复水质。除了不能够在用户指定的水质范围内且以用户指定的目标输送净化水外，EDI的实践中所遇到的两个常见问题是导致低WQ的不足的离子移除以及在未被注意时可快速导致EDI模块的过早故障的缩放。这两个因素可导致低输出水质。

发明内容

本文中所公开的构造实质上克服现有技术的缺点。电力供应器控制器和可控制电力供应器确定输送基线电流且获得目标水质(也称为水质目标)所需的电力。本文中所公开的水净化系统寻求控制耦合到EDI模块的电力供应器，以在水质的指定范围内产生净化水，且调整基线电流而以指定的目标水质产生净化水，且连续地调整基线电流以反映净化因素的改变。

本文中所公开的实施例在延长EDI模块的使用寿命的同时在用户指定的水质范围(也称为水质的范围)内且以该范围内的用户指定的目标水质输送净化水。本发明部分取决于以下发现：对于良好设计和构造的EDI模块来说，某电流对于以目标水质产生水来说是必要的。该电流取决于EDI模块的固有能力和对EDI模块进行馈给的水的离子含量与流率的乘积(下文中称为EDI模块的离子负载)，其中，离子负载越高，相应地，所需要的电流越高。由EDI模块输送目标水质所需要的电流被称为基线电流，该基线电流的控制将在下文更详细地进行描述。

本文中所公开的实施例提供一种操作EDI模块以产生净化水的方法，包含：接收净化水的水质值的范围和该范围内的目标；从水质传感器接收净化水的水质(WQ)的值；将电力施加到EDI模块以使WQ处于接收到的范围内；以及连续地调整电力以维持WQ接近水质范围内的接收到的目标。这样的技术提供在供水条件变化、净化步骤的执行变化、RO和EDI模块老化的情况下且在供水中存在不确定的物质和浓度的污染物的情况下在水质的窄范围内可靠地产生高纯度水的EDI工艺。

其它实施例包含用于以下操作的技术：预定基于净化水的WQ和所接收的目标水质而将电力的改变施加到EDI模块的传递函数且使用所预定的传递函数而在闭环操作中操作EDI模块；在操作EDI模块的同时调整传递函数；探测EDI模块以根据施加到EDI模块的电力的探测改变而确定所测量的WQ的改变；以及使用至少一个净化因素来计算传递函数。一些技术使用传递函数，该传递函数为比例积分导数(PID)函数；其它技术可使用导函数。这样的技术针对EDI模块的性能的下降而自动地调整，使得较快速地达到净化水的目标水质且较准确地维持净化水的目标水质。这样的技术还提供稳健的基于EDI的净化工艺(即，容忍不同设施中所遇到的操作条件的极端以及因季节交替所致的极端的净化工艺)。

有若干方式施加电力以使WQ处于水质的所接收的范围内。一种技术包含将预定最大初始电力和预定最小初始电力中的一个施加到EDI模块直到WQ处于所接收的范围内为止。另一技术包含：确定供水的离子负载；针对EDI模块而预定电力要求与供水的离子负载之间的关系；以及根据供水离子负载与EDI模块的电力要求而将电力施加到EDI模块以供应电流。一种确定供水离子负载的方法包含：向EDI模块提供大致上已知的过量能力；施加最小电力；测量WQ的改变的时间间隔；以及根据时间间隔、EDI模块的大致上已知的过量能力和所施加的电力而确定供水离子负载。

执行软重新启动的技术包含：保存包含基线电流的系统状态；以及初始时使用基线电流来重新启动EDI模块。该步骤可介于本发明的任何步骤之间，这意味着该步骤处于初始启动时或作为任何主要步骤之间的重新启动。这样的技术提供在空闲时间段之后迅速恢复WQ的基于EDI的水净化工艺。

连续地调整电力以维持WQ接近所接收的水质目标的技术包含：预定基于WQ与所接收的目标水质之间的差异而将电力的改变施加到EDI模块的传递函数；以及使用所预定的传递函数而在闭环操作中操作EDI模块。该技术还可包含在操作EDI模块的同时调整传递函数，且可还包含探测EDI模块以根据施加到EDI模块的电力的探测改变而确定所测量的WQ的改变以及调整传递函数。

在另一实施例中，该方法包含通过探测EDI模块以根据施加到EDI模块的电力的探测改变而确定所测量的WQ的改变，而在操作EDI模块的同时调整传递函数。在又一实施例中，净化水的水质值的所接收的范围和该范围内的目标组合为目标；且该方法还包括：首先将电力施加到EDI模块以使WQ处于所接收的目标内；以及接着连续地调整电力，且进行探测以维持WQ接近所接收的水质目标。在又一实施例中，传递函数为比例积分导数(PID)函数或导函数。

在另一实施例中，预定传递函数包含使用至少一个净化因素来计算传递函数，且在另一实施例中，至少一个净化因素包括以下中的至少一个：供水离子负载；供水的反渗透(RO)预处理的性能；以及EDI模块性能。在另一实施例中，接收到的范围、接收到的目标和基线电流是传递函数的参数，且在又一实施例中，基线电流参数是使用传递函数来调整的。

另一实施例包含：确定对EDI模块施加的电力的改变与所测量的WQ值的改变之间的滞后时间；以及当调整电力以维持WQ接近接收到的水质目标时调整传递函数以补偿滞后时间。

在另一实施例中，将电力施加到EDI模块以使WQ处于接收到的范围内包含施加以下中的至少一个：电压；以及电流；并且其中调整电力以维持WQ接近该范围内的接收到的目标包括调整以下中的至少一个：电压；以及电流。

在另一实施例中，一种方法确定维持电力，并且当EDI模块停止时施加维持电力，以抵消反向扩散的效果。该技术还防止将过量电流施加到EDI模块，以便延长EDI模块的寿命。当系统偶然处于待机或空闲模式中时，可使用该技术。

另一实施例包含在具有小于或等于约5MΩ·cm且优选小于或等于约2MΩ·cm的宽度的可控制范围内控制水质。

在实例布置中，一种用于产生净化水的系统包含：EDI模块；可控制电力供应器，该可控制电力供应器电耦合到EDI模块中的电极；电力供应器控制器，该电力供应器控制器耦合到可控制电力供应器；以及水质传感器，该水质传感器流体耦合到由EDI模块产生的净化水且耦合到电力供应器控制器。电力供应器控制器包含：处理器；处理器存储器；以及计算机可读存储媒体，用于在上面有形地存储用于由处理器执行的程序逻辑。程序逻辑包含用于以下操作的逻辑：接收净化水的水质值的范围和该范围内的目标；从水质传感器接收净化水的水质测量值(WQ)；将电力施加到EDI模块以使WQ处于水质的接收到的范围内；以及连续地调整电力以维持WQ接近水质范围内的接收到的目标。这样的系统降低电力消耗、减少水加热、减少沉淀物的形成，且因此延长EDI模块的使用寿命且减少因电解所致的气体的形成。在该布置中，电力供应器控制器可为导数控制器，且可控制电力供应器可为可控制电流电力供应器。

在另一实施例中，该系统具有小于或等于约5MΩ·cm且优选小于或等于约2MΩ·cm的宽度的水质的可控制范围。在另一实施例中，电力供应器控制器为导数控制器，且可控制电力供应器为可控制电流电力供应器。

用于在上面有形地存储一种方法的计算机可读指令的计算机可读存储介质包含：用于接收净化水的水质值的范围和目标的指令；用于从水质传感器接收水质测量值(WQ)的指令；用于将电力施加到EDI模块以使WQ处于接收到的范围内的指令；以及用于连续地调整电力以维持WQ接近接收到的水质目标的指令。

附图说明

并入本说明书中且形成本说明书的一部分的附图说明本公开的实施例，且与书面描述一起用于解释本公开的原理、特性和特征。本发明的前述和其它目标、特征和优点将从如附图所说明的本发明的特定实施例的以下描述显而易见，在附图中，相同参考数字在不同视图中表示相同部分。附图未必按照比例绘制，而是着重于说明本发明的原理。在附图中：

图1是如本文中所公开的用于产生净化水的系统的示意图。

图2示出图1的电力供应器控制器的细节。

图3A为根据本文中所公开的实施例的控制系统的系统状态和系统控制的示意图。

图3B为根据本文中所公开的另一实施例的控制系统的系统状态和系统控制的示意图。

图4到图7为图示根据本文中的实施例的实例过程的流程图。

图8到图11为根据本发明的其它实施例的流程图。

具体实施方式

高纯度水的水质(“WQ”)通常通过其电阻率来测量，电阻率是水的性质，且通常是以MΩ·cm为单位来测量的。当前描述的用于操作电去离子(EDI)模块的方法和设备的实施例通过包含电力供应器控制器、WQ传感器和可控制电力供应器的系统来产生净化水，以提供较有效且可靠的操作。

如本文中所使用，术语“质量”、“水质”及其缩写“WQ”可互换使用以表示由EDI模块产生的高纯度水的电阻率，电阻率通常是以兆欧-厘米(MΩ·cm)为单位来测量的。水的电阻率越高，离子污染物的浓度越低，且水质越高。根据以下化学反应，由于水离子化为离子物质H⁺和OH^–，水的最大可实现WQ为18.2MΩ·cm：

H₂O→H⁺+OH_- K_w＝[H⁺][OH^–]＝10^-14(mol/L)²

用于在实验室中产生高纯度水的EDI系统能够例行地输送1到18MΩ·cm之间的WQ，该WQ已成为实验室中的通用高纯度水的标准。替代地，水质可通过水的电导率来测量，电导率为电阻率的倒数，通常是以纳西/厘米(nS/cm)为单位来测量的，在这状况下，电导率越低，水质越低。

现参看图1，水净化系统100包含耦合到电力供应器12的电力供应器控制器110，其中电力供应器12将电力提供到EDI模块10。电力供应器控制器110耦合到水质(WQ)传感器16，其中WQ传感器16在EDI模块10的输出处测量水质，而EDI模块10产生净化水20。电力供应器控制器110还可耦合到可选的WQ传感器17和18，其中WQ传感器17和18分别测量供水14和可选的反渗透(RO)预处理模块22的输出的水质。WQ传感器16、17和18统称为WQ传感器16。电力供应器12可为可变电压电力供应器或可变电流电力供应器。在一个实施例中，电力供应器是可变电流电力供应器以便提供更可靠的控制。

在操作中，电力供应器控制器110控制电力供应器12将电力施加到EDI模块10。电力供应器控制器从WQ传感器16接收净化水的WQ11，且可选地从传感器17和18接收所测量的WQ 11'和11”，且将电流13输送到EDI模块10。基于WQ测量值11、11'和11”且使用EDI模块10的状态的知识，电力供应器控制器110指令电力供应器12根据电力供应器控制器110的详细控制程序将某一量的电力13输送到EDI模块10。在一些实施例中，电力供应器12可仅输送非零的正的最小电流，且该电流值和最大电流值用于确定传递函数，该传递函数用于计算供应到EDI模块10以达到用户指定的目标水质的电力。

在常规EDI工艺中，供水初始时在RO步骤中预处理，以在被引导到EDI模块10之前降低离子负载并减少胶体污染物。该实践通过移除强有力地且不可逆地粘合到EDI模块10内所含有的离子交换树脂和隔膜的污染物来降低EDI模块10上的离子负载且延长其寿命。然而，即使进行了RO预处理，EDI模块上的离子负载仍取决于自来水(水净化系统的供水)的离子负载和RO预处理步骤的移除效力而大幅变化。因此，为了控制由EDI模块10产生的净化水的WQ以处于某范围内，EDI模块必须以具有高达百倍的动态范围的离子负载操作。

许多实验室水净化系统将高纯度水馈给到水箱，而终端用户从水箱取水。在水箱满时，系统停止，接着当水箱达到某液位(例如，最大值的50％)时，系统重新启动。此外，许多实验室在夜间或在周末并不操作，这意味水净化系统可空闲持续延长的时间段。该间隙性操作干扰EDI模块10的状态，使得在重新启动之后，EDI模块10不会立即产生与系统在停止之前产生的WQ相同的WQ。

EDI模块10的离子负载取决于水净化系统的供水(例如，自来水)和RO预处理步骤的性能，其中供水与性能两者随时间而变化。供水的离子负载可季节性地变化，在这种状况下，随着季节改变，离子负载在以月为单位而测量的时间尺度中逐渐变化，从而以一年的周期振荡。如果水源(例如)从地表水库改变为井，那么离子负载也可急剧变化。RO预处理系统的性能也随时间而改变，这首先是因为清洁循环之间的减小的通量，清洁循环随着由清洁循环之间的时间间隔给出的时间循环而产生振荡性改变；且其次是因为RO隔膜/模块的老化，老化通常导致减小的保持力，从而历经RO模块的寿命(通常1到3年)而产生EDI模块10的离子负载的单调提高。因此，即使供水的水质未改变，EDI模块10的离子负载仍不恒定，而是按不受控制的方式随时间而变化。最终，EDI模块自身的移除效率也随着EDI模块老化而改变，因而，EDI模块越旧，效力越低；这意味着即使EDI模块10的离子负载固定，随着模块老化，模块可仍需要较高电流。这些因素被称为水净化系统的净化因素，而净化因素表示确定EDI模块10的离子负载的最相关的因素。

基线电流是处于平衡状态时以指定的目标水质输送净化水的电流。基线电流是EDI模块10的离子负载、EDI模块10的固有(设计)能力、和EDI模块10多好地发挥性能的函数。因此，基线电流是每一特定水净化系统及其位置的特性，且因此是每一个别设施的特性。然而，由于净化因素的改变的性质，基线电流可按振荡性方式随时间而改变，或随时间而逐渐单调地增大或减小。当然，这些改变的时间尺度取决于每一净化因素的改变的时间尺度，但在实际上所有状况下，用于使模块达到平衡或接近平衡且产生目标水质的时间尺度(其花费数小时到数天)小于由净化因素的改变引起的时间尺度(其花费数周到数月乃至数年)。概括来说，净化因素的改变(例如)由于RO模块的清洁或季节性改变而围绕某均值按振荡性方式发生，或由于RO模块的有效截留的衰减或EDI模块10的耗损而单调地增加。

因此，用于从EDI模块10产生目标水质的基线电流具有按未知且不受控制的方式随时间而改变的趋势，从而具有振荡性分量以及随时间而逐渐单调地增加的分量。因此，水净化系统100需要响应于净化因素的改变而恒定地调整基线电流的装置，以便维持如目标水质所指定的恒定或接近恒定的WQ。

图2是图示根据本文中的实施例的如由用户106控制或配置的电力供应器控制器110的架构的示范性框图，其中电力供应器控制器110执行控制进程140-2(例如，控制应用140-1的执行版本)和传递函数进程142-2(例如，传递函数142-1的执行版本)。

应注意，电力供应器控制器110可为任何类型的计算机化装置，诸如，个人计算机、客户端计算机系统、工作站、便携式计算装置、控制台、膝上型计算机、网络终端、嵌入式处理器等。该清单并不是详尽的，且作为不同的可能实施例的实例来提供。除了单一计算机实施例外，电力供应器控制器系统110还可在网络环境中包含任何数量的计算机系统以携载如本文中所描述的实施例。因此，所属领域的技术人员将理解，电力供应器控制器110可包含其它进程和/或软件和硬件组件，诸如，控制硬件资料的分配和使用的操作系统或多个处理器。

如本实施例所示，电力供应器控制器110包含耦合存储器系统112、处理器113、输入/输出接口114和显示器40的互连机构111，诸如数据总线、母板或其它电路。数据存储库181可以可选地用于存储与EDI模块10的操作相关的信息。如果如此配置，那么显示器40可用于将电力供应器控制器110的用户界面43呈现给用户106。输入装置116(例如，一个或多个用户/开发人员控制的装置，诸如键盘、鼠标、触摸板、触摸敏感屏幕、不具有小键盘的装置、语音输入等)通过输入/输出接口114而耦合到电力供应器控制器110和处理器113。电力供应器控制器110可为客户端系统和/或服务器系统。如上所述，取决于实施例，控制应用140-1和/或控制进程140-2可在计算机网络环境中在多个节点中分布且执行，作为web应用来执行或在单一计算机上本地地执行。

在电力供应器控制器110的操作期间，处理器113经由互连机构111而访问存储器系统112以便启动、运行、执行、解译或以其他方式执行传递函数应用142-1的逻辑指令。按这方式执行控制应用140-1和传递函数应用142-1产生控制进程140-2和传递函数进程142-2。换句话说，传递函数进程142-2表示在运行时间在电力供应器控制器110中的处理器113内或处理器113上执行的传递函数应用142-1的一个或更多个部分或运行时间实例(或整个传递函数应用142-1)。

控制应用140-1和传递函数应用142-1可存储在计算机可读介质、硬盘和电子、磁性、光学或其它计算机可读介质上。应理解，本文中所论述的实施例和技术也良好适用于其它应用。所属领域的技术人员将理解，电力供应器控制器110可包含其它进程和/或软件和硬件组件，诸如操作系统。显示器40不需要直接耦合到电力供应器控制器110。举例来说，控制应用140-1和传递函数应用142-1可经由通信接口(未示出)而在远程可访问计算机化装置上执行。显示器40呈现显示与EDI模块10的操作相关的信息的用户界面43，且允许用户106提供净化水20的水质的所要范围和目标。控制应用140结合传递函数142通过电力供应器接口117而控制电力供应器12。控制应用140还通过WQ传感器接口115而从WQ传感器16接收反馈。

应注意，以下论述提供基本实施例，该基本实施例指示如何执行相关联于如上文和下文所论述的控制应用140-1(也称为电力供应器控制140)和传递函数应用142-1(也称为传递函数142)的功能性。然而，应注意，用于执行电力供应器控制140和传递函数142的实际配置可取决于相应应用而变化。

现参看图3A，框图300提供电力供应器控制器110和EDI模块10的操作的概述。水净化系统100可在若干系统状态中的一个中开始操作。这些系统状态与EDI模块10的状态相关，其中EDI模块10的状态是通过EDI模块10内的离子交换树脂的再生的程度来确定的。EDI模块具有树脂填充的沟道，其中即使未有电流施加到模块，树脂填充的沟道也能够具有显著的离子移除能力(离子交换能力)。当EDI模块以基线电流产生恒定(或接近恒定)的WQ时，认为与供水流平衡(或接近平衡)。这样的EDI模块具有在EDI模块10内沿着净化水的流动路径适当地分布的刚好的离子交换能力。这样的模块被称为处于“平衡(或接近平衡)状态”。如果EDI模块10具有较小的能力，那么所产生的净化水的WQ将低于目标水质。如果EDI模块10具有较大的能力，那么所产生的净化水的WQ将高于目标水质。

替代地，EDI模块可具有过量离子交换能力，在这状况下，模块将以低于基线电流的电流输送目标水质。在过量能力非常高的状况下，即使电流较低或无电流，EDI模块10也将输送高于水质的指定范围的WQ。这样的模块被称为处于“过再生状态”。最终，模块可能具有不足的离子交换能力，在这种状况下，即使电流高于基线电流，模块也将不能够在水质的指定范围中输送水。这样的模块被称为处于“欠再生状态”。

对于输送目标水质的水净化系统100来说，水净化系统100必须使EDI模块10处于平衡状态或接近平衡状态。一旦EDI模块10处于平衡状态或接近平衡状态，电力供应器控制器110便调整基线电流以确保EDI模块10保持于该状态。然而，当EDI模块崭新时，或当EDI模块10已长时间空闲时，或当净化因素中的一个急剧改变时，EDI模块10将不再处于平衡状态或接近平衡状态，且将不能够以目标水质输送恒定WQ。为了使EDI模块10恢复到平衡状态，电力供应器控制器110必须分别取决于模块处于过再生状态还是欠再生状态而供应低于或高于基线电流的电流。为此，电力供应器控制器110将EDI模块10的电力调整到最小电力或最大电力，以使EDI模块10迅速恢复到接近于平衡状态的状态。为此，电力供应器控制器110需要知道EDI模块10的状态，这是因系统进行的测量所致或因为EDI模块10的状态已由用户指定。

再次参看图3A，系统状态由电力供应器控制器110检测到，保存到数据存储库181且从数据存储库181检索，或可由用户106指定。示范性系统状态包含“硬启动”状态310，这(例如)可由于安装新的水净化系统或将EDI模块10替换为崭新的EDI模块。第二示范性系统状态为“WQ处于范围外”状态312，这指示WQ处于由用户106选择的水质的范围外。另一示范性系统状态为“软启动”状态314，这指示系统以EDI模块10处于平衡状态或接近平衡状态且以所保存的基线电流I_Baseline重新启动或启动。另一系统状态为下文结合图7更详细地描述的“待机”或“空闲”状态316。

当水净化系统100首次启动时或当EDI模块10替换为崭新的EDI模块时，系统处于硬启动状态310。当处于该状态时，电力供应器控制器110不具有基线电流的已知值。此外，电力供应器控制器110不知道EDI模块10的状态。在一个实施例中，用户106可指示已安装新的EDI模块10。从硬启动状态310或当WQ处于所选择的水质范围外时(状态312)，电力供应器控制器110尝试使WQ恢复到处于指定水质范围内，如进程控制框320所示。

相比之下，无论何时系统处于软启动状态314，电力供应器控制器110都在进程框322中将电流设置为先前保存的基线电流。模块的正常操作在进程框324和326中示出，其中进程框324和326尝试将WQ维持在用户106所指定的目标水质值。下文结合图4到图7的流程图来描述这些控制操作的细节。

水净化系统100也可处于待机或空闲状态316。这在实验室水净化系统中是常见情形，且在高纯度水槽满时发生。空闲时段可在白天发生，在这状况下，可持续几分钟到几小时；当实验室未被使用时，可整夜发生，在这种状况下，空闲时段持续十二到十八小时；且可在整个周末或整个实验室关闭的时段发生，在这种状况下，空闲时段持续数天到几周。在这些空闲时段期间，EDI模块10的浓缩室内的树脂中的离子由于浓缩室中的离子的高浓度而扩散到稀释室内的树脂。这“反向扩散”过程消耗稀释室的一些离子交换能力，且干扰模块的平衡状态，从而使模块变得欠再生。如果空闲时段短，则对平衡状态的干扰将较小，可能难以察觉。然而，如果空闲时段足够长，那么由反向扩散引起的干扰足够大，使得当模块在进程框322中以基线电流I_Baseline重新启动时，模块未迅速地产生接近水质的指定范围的WQ。已发现，在空闲时段期间施加到EDI模块10的小电平的电力防止或改进反向扩散的效果，从而使模块能够在以基线电流重新启动之后不久便输送WQ。该维护电平的电力和对应维护电流低于EDI模块10所需要的基线电平的电力(即，输送基线电流且转而输送目标水质所需的电力)。维护电流可能为基线电流1/1000到1/10，且在一些实施例中，电压应低于电极处的水的分解电压。维护电力可呈恒定电流或电压或可变电流或电压的形式。此外，当电力施加到EDI模块10时，气体由于在电极处发生的电化学反应而在电极室处产生。因此，有时，可有必要通过即刻运行水净化系统来以供水冲洗模块，以从电极室移除积聚的气体。替代地，EDI模块10可用所储存的净化水来冲洗。

在一个实施例中，维护电力被控制在1到5伏。在其它实施例中，维护电力被控制在1到20μA。抵消反向扩散的效果所需的维护电力的电平取决于模块的大小，包含EDI模块10的单元的数量。举例来说，单元的数量越大，维护电压越大；单元的横截面积越大，维护电流越大。可针对每个模块用实验方法确定电力电平。替代地，可基于离子的扩散性质和EDI模块10的物理性质来计算该电力电平。同样地，可针对每个EDI模块用实验方法确定用于在维护电力的施加期间防止气体的积聚的冲洗循环的流率和间隔，或基于模块的物理性质和在电极处发生的电化学反应的知识来计算该流率和间隔。

现参看图3B，框图340提供了另一实施例中的电力供应器控制器110和EDI模块10的操作的概述。框图340示出电力供应器控制器110和EDI模块10的操作的替代实施例。这个实施例通过消除“WQ处于范围外”状态而简化图3A的系统状态。框图340包含传递函数的其它细节和基线电流参数的使用，包含使用传递函数以调整基线电流参数。

当水净化系统100首次启动时或当EDI模块10替换为崭新的EDI模块时，系统处于硬启动状态310。当处于该状态时，电力供应器控制器110不具有基线电流的值。此外，电力供应器控制器110不知道EDI模块10的状态。替代地，水净化系统100可从软启动状态314(即，在处于待机状态316之后的EDI系统的状态)启动。在这种状况下，水净化系统100从最后一次运行具有基线电流的估计值。

如较早所描述，在任何时间点，基线电流都是水净化系统的性质。应理解，水净化系统100未先验知道基线电流的值。可通过较早描述的方法中的一个(包含通过测量供水的离子负载且使用预定公式来计算基线电流)来估计基线电流。无关于如何估计基线电流，本发明的一些实施例需要基线电流的估计以确定供应到EDI模块10的电流。基线电流的估计值将在下文称为基线电流参数以将其与(实际)基线电流区分开。应进一步理解，基线电流参数可为基线电流的良好估计或可并非基线电流的良好估计。无关于是良好估计或差估计，在一些实施例中，基线电流参数由水净化系统使用以控制供应到EDI模块10的电流。在那些实施例中，对于控制器来说，通过调整基线电流参数来细化基线电流的估计可为有利的。这在下文中更详细地进行描述。

如图3B所示，无关于系统处于硬启动状态310还是软启动状态314，电力供应器控制器的第一步骤为接收范围和目标，如进程控制框350所示。这些参数与其它输入一起确定电力供应器控制器110的操作。取决于系统的状态来检索、估计或计算基线电流参数，如上文在进程框352中所描述。无论何时系统从软启动状态314启动，都已从最后一次运行确定/计算基线电流参数。范围和目标由用户输入，且因此，是由控制器接收的值。应理解，可按照围绕接收到的目标的预定限制或用户设置的限制来计算接收到的范围。

在下一步骤中，电力供应器控制器110尝试使水质恢复到处于指定水质范围内，如进程控制框354所示。取决于EDI模块10的状态，水质将高于或低于该范围。在这步骤中，电力供应器控制器供应最大或最小电流以使水质尽可能迅速地处于该范围内。如果水质低于该范围，那么电力供应器控制器供应最大电流；如果水质高于该范围，那么电力供应器控制器供应最小电流。

一旦水质处于该范围内，则电力供应器控制器110通过调制供应到EDI模块10的电流而微调水质，如进程控制框356所示。在一个实施例中，微调指示调整WQ以更接近于目标的过程。水质的微调以使水质尽可能接近于目标为目的而利用传递函数，该传递函数基于所测量的水质而确定应由电力供应器12施加的电流，其中在一个实施例中，所测量的水质取决于至少三个参数：基线电流、范围和目标。

传递函数微调水质以接近于目标的能力取决于基线电流参数有多接近于基线电流。如上文所解释，基线电流为在EDI模块10处于平衡状态或接近平衡状态时以目标水质实现水的产生的电流，该电流为净化因素的函数，且因此，随时间和供水水质而改变。为了接近目标，在进程控制框358中，基线电流参数可需要调整为接近较接近于基线电流的值。在这个实施例中，如进程控制框358中所指示，系统100利用传递函数来调整基线电流参数，以接近基线电流，且因此使水质更接近于目标。这可借助于探测循环来进行，其中电流(例如，探测电流)的阶跃改变通过随之发生的水质的改变的测量值来实现，从随之发生的水质的改变的测量值，控制器计算随电流发生的水质改变率，从而使控制器能够调整基线电流参数以使水质更接近于目标。探测循环在系统平衡或接近平衡时有效地执行，且表示调整基线电流参数以细化传递函数且使水质更接近于目标的一种方式。存在当EDI模块10处于平衡状态或接近平衡状态时调整基线电流参数的其它方法，包含进行基线电流参数的依序的预定阶跃改变，通过所测量的水质高于或低于目标来确定依序的预定阶跃改变的正负号(正号或负号)，且每一阶跃改变的绝对值比前一阶跃改变小。即使模块尚未处于接近平衡状态，也可调整基线电流参数，包含进行基线电流参数的预定阶跃改变，且随时间而追随随之发生的水质的改变，接着使适当算术函数拟合于水质对时间响应，从而甚至在没有允许EDI模块10达到接近平衡状态的情况下也计划平衡水质且实现相对于所供应的电流的平衡水质的改变率的确定。这个实施例中的重要概念是调整基线电流参数以使传递函数能够使水质更接近于目标。

现将经由图4到图7的流程图来论述由电力供应器控制器110支持的功能性，且更具体来说，与控制应用140和转移应用142相关联的功能性。为了进行以下论述，在图4到图7中描绘当前公开的方法的特定实施例的流程图。长方形元素在本文中被表示为“处理框”，且表示计算机软件指令或指令组。替代地，处理框表示由功能上等同的电路(诸如数字信号处理器电路或专用集成电路(ASIC))执行的步骤。流程图未描绘任何特定程序语言的语法。而是，流程图说明所属领域的技术人员需要以制造电路或产生计算机软件来执行根据本发明而需要的处理的功能信息。应注意，未示出许多例行程序元素，诸如环路和变量的初始化和临时变量的使用。所属领域的普通技术人员将了解，除非本文中另有指示，否则所描述的步骤的特定序列仅为说明性的，且可变化而不偏离本发明的精神。因此，除非另有叙述，否则下文描述的步骤为无序的，这意味着在可能时，可按任何便利的或希望的次序执行所述步骤。

现参看图4，示出操作EDI模块以产生净化水的方法400。在下文描述中，应理解，电路可使用具有可调整电压、可调整电流的电力供应器或使用具有可调整电压与电流两者的电力供应器施加到EDI模块10。方法400始于处理框410，其中处理框410公开了接收净化水的范围和目标水质值。在一个实施例中，用户106可使用用户界面43和键盘、鼠标或其它输入装置而输入范围和目标水质的值。在另一实施例中，范围在工厂被预设到电力供应器控制器110存储器112中。

水净化系统100具有水质值的可控制范围。在一个实施例中，系统具有小于5MΩ·cm的可调整范围宽度。在另一实施例中，系统具有小于2MΩ·cm的可调整范围宽度。可控制范围的宽度越小，输出水质的控制越精细。

可控制的最小范围取决于EDI模块10对电流的改变的响应时间。这个可控制范围宽度可基于EDI模块10有多快达到平衡或接近于平衡以及由电力供应器控制器110进行的控制的粒度用实验方法来选择。在某些实施例中，小于5MΩ·cm的可调整范围宽度是合乎需要的。在其它实施例中，小于约2MΩ·cm的可调整范围宽度是合乎需要的。在其它实施例中，小于约1MΩ·cm的可调整范围是合乎需要的。

净化水的水质值的所接收的范围(由用户106指定)包括水质的下限和上限，且上限与下限之间的差异被称为所接收的范围的宽度。水质的所接收的范围的宽度应大于或等于水净化系统100的可控制范围的宽度。所接收的水质目标(由用户106指定)是处于水质的所接收的范围内的值。举例来说，如果所接收的范围被指定为10到12MΩ·cm，那么目标水质可为(例如)10、10.5、11、11.5或12MΩ·cm中的任何一个。该所接收的范围对应于2MΩ·cm的可控制范围的宽度。如果目标水质未被指定，那么假设目标水质处于所接收的范围的中间，且更具体来说，假设目标水质为该范围的下限和上限的平均值。举例来说，如果指定了10到15MΩ·cm的范围，且未指定目标，那么目标将为12.5MΩ·cm。

替代地，所接收的目标水质可与所接收的范围的半宽度一起指定。在这种状况下，所接收的范围的下限等于目标减去所接收的范围的半宽度，而所接收的范围的上限等于目标加上所接收的范围的半宽度。应理解，可直接或间接指定水质的所接收的范围和所接收的目标。

指定水质的范围与目标两者的重要性依赖于以下发现：迅速地且有效地使EDI模块10的水质处于所接收的范围内的控制循环不同于使WQ处于所接收的目标所需要的控制循环。使模块在所接收的范围内迅速地产生净化水的控制循环需要高电力或低电力施加到EDI模块，直到EDI模块10的水质处于所接收的范围内位置。相比之下，使EDI模块10的水质接近所接收的水质目标的控制循环需要EDI模块10的电力的连续调整以及可能的传递函数的微调，其中传递函数的微调(例如)基于水质测量值且在一些实施例中基于净化因素而调整电流。

在步骤420，从净化水的水质传感器接收水质测量值(WQ)(即，监视从EDI模块10产生的净化水20)。应理解，额外的可选WQ传感器17和18可分别提供供水14和可选的反渗透(RO)预处理模块22的输出的水质的测量值。预处理11'的上游和/或预处理11”的下游的水质的额外测量值可用于细化电力供应器控制器110的传递函数142。传递函数基于一个或更多个WQ测量值而确定施加到EDI模块10的新的电力。在使用可控制电流电力供应器的一个实施例中，将施加的电流是由传递函数确定的。

在步骤430中，将电力施加到EDI模块10以使WQ处于水质的所接收的范围内。将电力施加到EDI模块10以使WQ处于水质的所接收的范围内可包含施加电压或电流。在步骤440，连续地调整电力以维持WQ接近所接收的目标水质。调整电力以维持WQ接近所接收的目标可包含调整电压或电流。在使用可控制电流电力供应器的一个实施例中，连续地调整电力，且产生目标水质的电流被称为基线电流。应理解，电流可用模拟控制或数字控制来连续地调整，且递增改变之间的时间段可变化。

在某些实施例中，电力供应器12为可控制DC电力供应器(即，能够输送不同DC电力电平，如电力供应器控制器110所确定)。一般来说，存在两种类型的可控制电力供应器，可控制电压电力供应器和可控制电流电力供应器。可控制电压电力供应器输送由电力供应器控制器控制的电压。用于EDI模块10的可控制电力供应器的示范性电压范围为：5到100V；10到180V；20到240V；60到600V。可控制电流电力供应器输送由电力供应器控制器110控制的电流。可控制电流供应器的示范性电流范围为：5到80mA；10到120mA；1到120mA；1到10A；0.1到10A。两种类型的可控制电力供应器可结合电力供应器控制器110来使用。

因为电流是在EDI模块中驱动净化工艺的一个物理参数，所以可控制电流电力供应器有助于较简单且较能作出响应的控制。当然，当结合电流计来使用时，可用可控制电压电力供应器实现相同程度的响应性和控制。通常，可使用可控制电流电力供应器与可控制电压电力供应器两者。

在步骤450，使用包含基线电流的所保存的系统状态的软启动操作通过将基线电流施加到EDI模块10而重新启动EDI模块10。在一个实施例中，在停止水净化系统之后，可选地即刻保存基线电流，这是因为(例如)水箱变满，从而使系统处于“待机”或“空闲”模式。可在系统100的操作期间在任何时间发生软启动。通常，当系统由于其正常操作而停止时，发生软启动状态。相比之下，当系统由于并非水净化系统的正常操作的部分的显著事件而启动时，例如，当系统首次安装时，当EDI模块10被替换时，当RO模块被替换时，等等，发生硬启动状态。

现参看图5，流程图500详述若干选项以处置步骤430的硬启动操作。在步骤505中，控制系统通过以预定探测电流运行EDI模块10持续某预定时间且测量净化水的WQ 11来建立EDI模块10的状态。在一个实施例中，如果WQ测量值11超过水质的所接收的范围的上限，那么确定模块处于过再生状态；或如果WQ测量值11处于所接收的范围内，那么确定模块处于接近平衡状态。在步骤510，将预定最大初始电力和预定最小初始电力施加到EDI模块10直到WQ处于所接收的范围内为止。

在步骤520，确定供水的离子负载。在知道供水的离子负载之后，通过预定EDI模块10的电力要求与供水的离子负载之间的关系且将电力施加到EDI模块10以供应所计算的初始电流，而确定初始基线电流。该预定关系考量净化水系统的所有净化因素，包含RO预处理和EDI模块10的性能的先验假设，以便优化初始基线电流的估计。

步骤530详述通过以下方式来确定供水的离子负载的一种方式：向EDI模块提供大致上已知的过量能力；施加最小电力；以及测量WQ传感器16测量净化水20的改变的时间间隔；以及根据时间间隔、EDI模块10的大致上已知的过量能力和所施加的电力而预定供水的离子负载的关系。在一个实施例中，EDI模块10大致上处于完全再生的状态。

步骤520描述基于供水14的离子负载来估计初始基线电流的“硬启动”状态的另一实施例。根据这个实施例，基于水净化系统14的离子负载与EDI模块10的基线电流之间的(预定)关系来确定初始基线电流。该预定关系考量净化水系统的所有净化因素，包含以下的先验假设：(a)RO预处理的性能，(b)EDI模块10的性能、以及(c)来自电力供应器的电力与EDI模块10的电流之间的关系。步骤510计算初始基线电流与电力供应器所供应的EDI模块10的电力，且以设置为该预定电平的EDI模块10的电力启动水净化系统。在某预定延迟时间之后，如果WQ处于指定水质范围内，那么电力供应器控制器110继续步骤320中的操作。替代地，如果WQ处于水质的所接收的范围外，那么系统状态转变为WQ处于范围外状态312且进行到步骤430以使WQ处于所接收的范围内。

步骤530描述基于EDI模块10的离子负载来估计初始基线电流的“硬启动”状态310的另一实施例。根据这个实施例，基于EDI模块10的已知的(预定)过量能力、用于驱动EDI模块10的电流与用于消耗该过量能力的时间间隔之间的(预定)关系来确定EDI模块10的离子负载。步骤530以低电力启动系统，其中该低电力低于获得目标WQ所需要的预期电力。因为模块处于过再生状态，所以WQ将高于指定水质范围。电力供应器控制器110进行到监视净化水的WQ 11直到净化水的WQ 11(例如)改变到指定水质范围内的值为止，且测量发生这改变的时间间隔。电力供应器控制器110接着计算所估计的基线电流和EDI模块10的电力，且进行到将电力设置为该电平。在WQ处于指定水质范围内的实施例中，系统进行到图6中的步骤440。

现参看图6，流程图600图示了电力供应器控制器110连续地调整电力以维持WQ接近所接收的目标水质的其它细节。在步骤610，控制系统基于所测量的WQ和所接收的目标水质，来预定传递函数以将电力的改变施加到EDI模块10，以及使用所预定的传递函数而在闭环操作中操作EDI模块10。在步骤620，通过探测EDI模块10以根据施加到EDI模块10的电力的探测改变而确定所测量的WQ的改变，而在将电力供应到EDI模块10的同时调整传递函数。在步骤640，公开了传递函数是比例积分导数(PID)函数或传递函数为导函数。常规系统通常使用比例控制系统。使用导函数会提供对电力供应器12的较准确的控制，以达到且维持目标水质。

在步骤660，通过使用至少一个净化因素来计算传递函数而预定传递函数。在670，公开了至少一个净化因素包含以下中的至少一个：供水离子负载；供水的反渗透(RO)预处理的性能；以及EDI模块性能。

在步骤680，确定或预定对EDI模块10施加的电力的改变与所测量的WQ值的改变之间的滞后时间，且当调整电力以维持WQ接近所接收的水质目标时调整传递函数以补偿滞后时间。用于补偿滞后时间的技术包含(但不限于)无差拍控制、滞后补偿器和史密斯预测器。

现参看图7，流程图700详述预定或确定维持电力且接着在EDI模块10处于待机或空闲状态时施加维持电力的步骤710。维持电力的施加抵消反向扩散的效果，而反向扩散干扰EDI模块10的平衡状态，如上文所描述。步骤720描述模块的冲洗，如果气体积聚过量且影响维持电力的有效施加，那么可需要模块的冲洗。在这种状况下，控制系统引起低流量，或高间隙性流量。冲洗循环可由控制系统预定或确定。

图8、图9和图10示出电力供应器控制器使用电导率(例如，以纳西/厘米[nS/cm]为单位)而非电阻率来测量净化水的WQ 11的替代实施例。根据公式电导率＝1÷电阻率，电导率是电阻率的倒数。使用该公式，电阻率10MΩ·cm等于导电率100nS/cm。

图8示出电力供应器控制器的控制逻辑的整体流程图800，且EDI模块10产生净化水的操作被示出。在这个实施例中，当系统处于硬启动状态时，电力供应器控制器施加80mA的初始电流(而不是电力供应器的最高的可能电流120mA)，其中最小电流设置为60mA(而不是最低的可能电流10mA)。此处，净化水的水质值的所接收的范围和该范围内的所接收的目标组合为目标。在这个实施例中，首先将电力施加到EDI模块10以使WQ处于所接收的目标内，且接着通过探测来连续地调整电力以维持WQ接近所接收的目标水质范围。过程始于处理框810，其中以施加到EDI模块10的80mA进行硬启动，或始于处理框812，其中以施加到EDI模块10的预先存储的电流进行软启动。

在处理框420中，从净化水的水质传感器接收水质测量值(WQ)(即，监视从EDI模块10产生的净化水20)，且确定水质是否低于所接收的目标值。如果水质低于目标，那么处理在增加EDI模块10的电流的处理框中继续，否则，处理在处理框840中继续。

在处理框832中增加电流之后，使用滞后时间2而发生延迟，这会实现处理框832中的电流增加以影响水质，且处理在处理框830中继续。

在处理框840中，发生延迟(滞后时间1)以继续在处理框830中检查水质，且当计时器(滞后时间1)期满时，在处理框850中，比较电流与预定电流，此处为60mA。如果供应到EDI模块10的电流大于或等于预定值，那么处理在处理框830中继续，否则，在处理框860中减小电流，且处理在再次比较供应到EDI模块10的电流与预定值的处理框870中继续，且如果电流小于预定值，那么处理在确定水质是否低于目标的处理框880中继续，否则处理在处理框830中继续。

参看图9，在流程图900中给流程图800作注解以在上文结合图8所描述的实施例中进一步解释控制系统100。在三个环路或循环910、920和930中示出控制系统进程，这取决于WQ低于(水质的)目标(循环910)还是高于(水质的)目标(循环920)且还取决于标记为“有限探测”的探测循环(循环930)。对滞后时间的引用分别指示在测试水质是否低于目标之前和在测试电流电平之前的预定延迟。预定滞后时间(滞后时间1和滞后时间2)用于补偿对EDI模块10施加的电力的改变与所测量的WQ值的改变之间的延迟。在一个实施例中，调整传递函数以补偿该延迟而维持WQ接近所接收的水质目标。

图10为图8和图9所描述的实施例的变体。在这实施例中，硬启动810和软启动812的操作组合为“初始启动”1010。对滞后时间的引用指示在测试水质是否低于目标之前的预定延迟。相对于图8中的过程800的其它变体包含比较电流与基线电流的处理框1070。

图11示出由图3B中的框图340描述的一个实施例的流程图1100。系统在步骤1110中启动，接着在步骤1120中接收范围和目标的值，且在步骤1122中检索、估计或计算基线电流参数。取决于在启动步骤1110之前的系统的状态，通过预定公式(由安装人员输入到系统存储器中)来估计基线电流参数或从前一次运行计算基线电流参数。

在步骤1122之后，系统立即进入步骤1124，其目的是尽可能快地使水质处于范围内。因此，电力供应器控制器110将最大电流或最小电流供应到EDI模块10；如果水质低于该范围，那么供应最大电流；如果水质高于该范围，那么供应最小电流。

在步骤1130中，确定是否已将系统置于待机模式。如果系统100处于待机，那么在步骤1132中，基于现有运行的启动1110之后的水质对电流曲线来计算基线电流参数，且处理在步骤1134中继续，其中存储基线电流以供在重新启动时检索。否则，处理在步骤1140继续。如果水净化系统的下游的工艺向系统控制器指示系统应停止对水进行净化，那么系统应由用户置于待机模式或由系统控制器自动地置于待机模式；待机模式持续，直到对净化水的需求被系统控制器接收到为止，此时，系统控制器开始水净化工艺，从而根据启动步骤1110来启动EDI模块10控制器。

一旦水质处于范围内，控制器便进行到步骤1140，其中测量水质。系统进行到步骤1150，其中传递函数使用水质的值和基线电流参数以及参数范围和目标来计算将供应到EDI模块10的电流。无论何时水质处于范围内，由传递函数计算的电流都成为供应到EDI模块10的电流。

在步骤1160中，系统检查错误或警报条件；如果检测到错误或警报条件，那么在步骤1162中，系统向用户显示错误或警报条件。用户可在步骤1164中进行干预，且基于错误或警报来决定如何继续进行。存在可能发生的若干可能错误，且EDI模块10控制器包含用于该等错误的检测的算法。

当模块的电阻抗超过某临界值时，会发生一种错误。当阻抗过高时，电流控制器可不能够将足够的电流供应到EDI模块10来产生良好的水质。因此，控制器计算模块的电阻抗，且如果电阻抗超过预定临界值，那么生成错误消息，而提醒用户EDI模块10可能处于其使用寿命末期且应尽快替换。

当电力供应器电流保持在最大值持续某段时间且系统不能够使水质处于范围内时，会发生另一种错误。这意味着EDI模块10的离子负载超过模块和系统的最大能力，和/或EDI模块10受到损坏。用户被发送消息，该消息提醒EDI模块10的供水具有过高离子负载(供水具有过高离子负载或RO膜元件受到损坏)或EDI模块10受到损坏，因而需要服务技术人员对问题进行诊断。

当即使水质低于范围，电力供应器电流也低于最大值时，会发生另一种错误。这意味着电力供应器不能够在应供应最大电流的时刻供应最大电流。这意味着电力供应器受到损坏。用户被发送消息，该消息提醒电力供应器需要被替换。

除维持水质处于窄范围内外，如本文中所公开的电流调制特征还实现以下预期：EDI模块接近于其有效服务的末期。因为控制器依赖于基线电流参数以调制/微调供应到EDI模块10的电流，所以在一个实施例中，系统追踪随时间而发生的基线电流参数的改变。如上文所解释，随着EDI模块10老化和/或随着RO膜元件老化，基线电流增大。一旦如基线电流参数所测量，基线电流足够接近于电力供应器的最大电流，系统将不再能够维持水质处于范围内便仅是时间问题。这特征确保系统将通过指示对系统的预防性措施(例如，预防性维护)的需要来产生良好的水质。

在步骤1170中，系统确定水质是否稳定。如果水质不稳定，那么处理在步骤1130中继续。“稳定”的含义是随时间而发生的水质的改变相对小；因此，已给予控制器参数来确定在什么时间段发生的水质的什么改变被视为稳定的。

一旦水质被系统确定为稳定的，处理便在步骤1180中继续，其中调整基线电流参数。在一个实施例中，通过使用探测电流来调整基线电流参数，如上文所描述。

虽然已参考本发明的优选实施例来特定地示出且描述本发明，但所属领域的技术人员将理解，可对本发明进行形式和细节(包含枢纽和管材的几何形状)的各种改变，而不偏离如随附权利要求书所界定的本申请的精神和范围。这些变化希望被本申请的范围涵盖。因此，本申请的实施例的前文描述不希望是限制性的，而是全部范围由随附权利要求书来传达。

Claims (21)

1.一种操作电去离子EDI模块以产生净化水的方法，包括：

接收所述净化水的水质值的范围和所述范围内的目标；

从水质传感器接收所述净化水的水质WQ的值；

将电力施加到所述EDI模块，以使所述WQ处于接收到的范围内；以及

连续地调整所述电力，以维持所述WQ接近所述水质的所述范围内的所接收到的目标。

2.根据权利要求1所述的方法，其中施加电力以使所述WQ处于接收到的范围内包括：将预定最大初始电力和预定最小初始电力中的一个施加到所述EDI模块，直到所述WQ处于所述接收到的范围内为止。

3.根据权利要求1所述的方法，其中施加电力以使所述WQ处于接收到的范围内包括：

确定供水的离子负载；

针对所述EDI模块，预定电力要求与所述供水的所述离子负载之间的关系；以及

根据所述供水离子负载与所述EDI模块的所述电力要求，将电力施加到所述EDI模块，以供应电流。

4.根据权利要求3所述的方法，其中确定所述供水的所述离子负载包括：

向EDI模块提供大致上已知的过量能力；

施加最小电力；

测量WQ改变的时间间隔；以及

根据所述时间间隔、所述EDI模块的所述大致上已知的过量能力和施加的最小电力，确定所述供水离子负载。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

保存包含基线电流的系统状态；以及

初始时使用所述基线电流来重新启动所述EDI模块。

6.根据权利要求1所述的方法，其中连续地调整所述电力以维持所述WQ接近接收到的水质目标包括：

基于所述WQ与接收到的目标水质之间的差异，预定传递函数，以将电力的改变施加到所述EDI模块；以及

使用所预定的传递函数，在闭环操作中操作所述EDI模块。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括：

通过探测所述EDI模块以根据施加到所述EDI模块的所述电力的探测改变而确定所测量的WQ的改变，来在操作所述EDI模块的同时调整所述传递函数。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述净化水的水质值的所述接收到的范围和所述范围内的目标被组合为目标；以及

所述方法还包括：首先将电力施加到所述EDI模块，以使所述WQ处于所述接收到的目标内；以及，然后连续地调整所述电力并且进行探测，以维持所述WQ接近所接收到的水质目标。

9.根据权利要求6所述的方法，其中所述传递函数为：

比例积分导数(PID)函数，或

导函数。

10.根据权利要求6所述的方法，其中预定传递函数包括：

使用至少一个净化因素来计算所述传递函数。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述至少一个净化因素包括以下中的至少一个：

供水离子负载；

所述供水的反渗透(RO)预处理的性能；以及

EDI模块性能。

12.根据权利要求6所述的方法，还包括：

确定对所述EDI模块施加的电力的改变与所测量的WQ值的改变之间的滞后时间；以及

当调整所述电力以维持所述WQ接近所述接收到的水质目标时，调整所述传递函数，以补偿所述滞后时间。

13.根据权利要求6所述的方法，其中所述接收到的范围、所述接收到的目标和基线电流是所述传递函数的参数。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述基线电流参数是使用传递函数来调整的。

15.根据权利要求1所述的方法，还包括：

确定维持电力；以及

当所述EDI模块的操作停止时施加所述维持电力，以抵消反向扩散的效果。

16.根据权利要求1所述的方法，其中将电力施加到所述EDI模块以使所述WQ处于所述接收到的范围内包含施加以下中的至少一个：

电压；以及

电流；

并且其中调整所述电力以维持所述WQ接近所述范围内的所述接收到的目标包括调整以下中的至少一个：

电压；以及

电流。

17.根据权利要求1所述的方法，还包括：在可控制范围内控制所述水质，所述可控制范围具有小于或等于约5MΩ·cm且优选小于或等于约2MΩ·cm的宽度。

18.一种用于产生净化水的系统，包括：

EDI模块；

可控制电力供应器，所述可控制电力供应器电耦合到所述EDI模块中的电极；

电力供应器控制器，所述电力供应器控制器耦合到所述可控制电力供应器；

水质传感器，所述水质传感器流体耦合到由所述EDI模块产生的所述净化水且耦合到所述电力供应器控制器；

所述电力供应器控制器包括：

处理器；

处理器存储器；

存储介质，用于在上面有形地存储用于由所述处理器执行的程序逻辑，所述程序逻辑包括：

用于以下操作的逻辑：

接收所述净化水的水质值的范围和所述范围内的目标；

从水质传感器接收水质WQ测量；

将电力施加到所述EDI模块，以使所述WQ处于接收到的范围内；以及

连续地调整所述电力，以维持所述WQ接近所述水质范围内的接收到的目标。

19.根据权利要求18所述的系统，其中所述系统具有所述水质的可控制范围，所述可控制范围具有小于或等于约5MΩ·cm且优选小于或等于约2MΩ·cm的宽度。

20.根据权利要求18所述的系统，其中所述电力供应器控制器是导数控制器，且所述可控制电力供应器是可控制电流电力供应器。

21.一种计算机可读存储媒体，用于在上面有形地存储一种方法的计算机可读指令，包括：

用于接收所述净化水的水质值的范围和所述范围内的目标的指令；

用于从水质传感器接收水质WQ测量的指令；

用于将电力施加到所述EDI模块以使所述WQ处于接收到的范围内的指令；以及

用于连续地调整所述电力以维持所述WQ接近所述水质范围内的接收到的目标的指令。